Компьютеры фон Неймана

Для того чтобы понимать проблематику традиционных языков программирования, нам нужно сначала исследовать их интеллектуального прародителя − компьютер фон Неймана.

Джон (Янош) фон Нейман (1903−1957)

Сын преуспевающего будапештского банкира, он рано зарекомендовал себя вундеркиндом. В шесть лет мальчик уже свободно владел древнегреческим, а в восемь освоил основы высшей математики. С середины 1930-х годов фон Нейман жил в США. Он был человеком добродушным и по-своему экстравагантным. Одевался он, скорее, как банкир, а не как профессор. Любил красивых женщин, изысканную еду, очень увлекался автомобилями, которые разбивал примерно раз в год.

Что такое компьютер фон Неймана? Когда фон Нейман и другие задумывали его более 50 лет назад, это была изящная, практичная и объединяющая идея, которая упрощала ряд существовавших тогда инженерных и программистских задач. Хотя условия, породившие архитектуру этого компьютера, с тех пор радикально изменились, тем не менее мы по-прежнему идентифицируем понятие компьютера с этой концепцией пятидесятилетней давности.

В своей простейшей форме компьютер фон Неймана состоит из трех частей: центрального процессорного устройства, памяти и соединительной шины, которая может за один шаг передавать только одно слово между процессором и памятью (и посылать некий адрес в память). Можно назвать (Дж. Бэкус) эту шину «бутылочным горлышком» (узким местом) фон Неймана. В памяти размещается программа и данные, с которыми эта программа работает.

Задача программы состоит в том, чтобы неким существенным образом изменить содержимое памяти; если считать, что эта задача должна быть выполнена исключительно перекачиванием через узость фон Неймана, то становится ясной причина такого названия.

Ирония ситуации состоит в том, что большую часть потока через эту узость составляют не полезные данные, а всего лишь имена данных, а также операции и данные, служащие лишь для вычисления таких имен. Прежде чем слово можно будет послать через шину, его адрес должен находиться в процессоре; поэтому он должен либо быть послан через шину из памяти, либо генерироваться посредством некоторой операции процессора. Если адрес посылается из памяти, то адрес этого адреса должен либо быть послан из памяти, либо генерироваться в процессоре, и т.д. С другой стороны, если адрес генерируется в процессоре, он должен генерироваться либо по фиксированному правилу (например, «добавить 1 к счетчику исполняемых команд»), либо по команде, которая была послана через шину, в последнем случае ее адрес нужно было прежде послать... и т.д.

Итак, программирование на традиционных языках в основном сводится к планированию и спецификации огромного потока слов через узость фон Неймана, причем большая часть этого потока состоит не из самих значащих данных, а из сведений о том, где их искать.

Обычные языки программирования в основном являются высокоуровневыми, сложными версиями компьютера фон Неймана.

Дата добавления: 2014-01-15