Karya John von Neumann

John von Neumann

John von Neumann dilahirkan di Budapest pada 28 Disember 1903, dalam keluarga perbankan kaya yang telah ditinggikan sebagai bangsawan Hungaria. Sejak usia dini, dia menunjukkan kecerdasan yang hebat dan dicap sebagai seorang yang luar biasa. Pada usia 6 tahun, von Neumann dapat bertutur dalam bahasa Yunani Kuno dan membahagikan sepasang nombor 8 digit di kepalanya, dan pada usia 8 tahun, dia telah belajar kalkulus pembezaan dan integral. Ketika von Neumann berusia 15 tahun, ayahnya mengatur agar Gábor Szegő berfungsi sebagai tutor matematik peribadinya. Pada pelajaran pertama mereka, ahli matematik terkenal Szegő menangis kerana menyaksikan kepantasan dan kemampuan von Neumann muda. Sebagai tambahan kepada prestasi luar biasa ini, von Neumann mempunyai memori fotografi dan dapat membaca keseluruhan novel demi perkataan.

Von Neumann menamatkan sijil dua tahun dalam bidang kimia di University of Berlin dan PhD dalam bidang matematik di Universiti Pázmány Péter. Setelah menamatkan PhD, von Neumann pergi ke University of Göttingen untuk belajar di bawah David Hilbert, salah seorang ahli matematik penting yang kerjanya membantu mengembangkan komputer. Selepas itu, von Neumann pergi ke Princeton University untuk menerima janji seumur hidup ke Institut Kajian Lanjutan. Pejabatnya terletak beberapa pintu dari pejabat Albert Einstein, dan Einstein mengadu bahawa von Neumann memainkan muzik perarakan Jerman di fonograf pejabatnya terlalu kuat.

Semasa di Princeton, von Neumann dibawa bekerja di Projek Manhattan. Dia melakukan banyak perjalanan ke Makmal Los Alamos untuk memantau perkembangan senjata atom, dan dia sangat penting dalam banyak peringkat reka bentuk dan pembinaan dua senjata nuklear yang dijatuhkan di Jepun. Dia adalah saksi mata terhadap ujian pertama bom atom pada 16 Julai 1945, dan dia bertugas di jawatankuasa yang ditugaskan untuk memutuskan dua kota Jepun yang akan menjadi sasaran bom itu. Atas penglibatannya dalam Projek Manhattan, von Neumann menjadi inspirasi terbesar bagi watak Dr. Strangelove dalam filem homonim Stanley Kubrick.

Dr. Cinta pelik

Pada masa ketika dia mengerjakan bom atom, von Neumann mula mengusahakan idea-idea yang akan menjadi asas sains komputer. Von Neumann pernah bertemu dengan Alan Turing beberapa tahun sebelumnya, dan laporan menunjukkan bahawa von Neumann dipengaruhi oleh tulisan Turing “On Computable Numbers."Sudah tentu, kerana bekerja sebelumnya dengan Hilbert, von Neumann berada dalam kedudukan yang sangat baik untuk menyedari kepentingan karya Turing.

Pada tahun 1945, ketika berada di peringkat akhir kerjanya di Projek Manhattan, von Neumann memberitahu rakan dan rakannya bahawa dia memikirkan pekerjaan yang lebih penting lagi. Semasa menaiki kereta api ke Los Alamos, von Neumann menulis dokumen yang disebut "Draf Pertama Laporan mengenai EDVAC". Dokumen setebal 101 halaman ini mengandungi reka bentuk seni bina von Neumann, yang tetap menjadi paradigma dominan dalam seni bina komputer sejak diperkenalkan. Seni bina von Neumann biasanya dikaitkan dengan konsep komputer program tersimpan, tetapi ia juga merangkumi reka bentuk rekayasa 4 bahagian yang berbeza dengan konsep program tersimpan yang lain.

Yang paling penting, seni bina von Neumann adalah komputer program tersimpan. Komputer program tersimpan menggunakan satu unit memori untuk menyimpan kedua-dua program komputer dan data yang diambil oleh program komputer sebagai input. Reka bentuk program tersimpan biasanya berbeza dengan seni bina Harvard, yang menggunakan unit memori yang terpisah untuk menyimpan program komputer dan data program.

Idea seni bina program tersimpan secara diam-diam disarankan oleh karya Turing pada mesin universal Turing, kerana mesin ini adalah versi teori komputer program tersimpan. Walau bagaimanapun, von Neumann menyedari nilai kejuruteraan harta benda ini secara eksplisit dalam komputer. Kaedah alternatif pengaturcaraan komputer memerlukan kabel atau pemasangan semula rangkaian komputer secara manual, suatu proses yang sangat padat tenaga kerja sehingga komputer sering dibangun untuk satu fungsi dan tidak pernah diprogram ulang. Dengan reka bentuk baru, komputer menjadi mudah diprogram ulang dan dapat melaksanakan banyak program yang berbeza; namun, kawalan akses harus diaktifkan untuk mencegah jenis program tertentu seperti virus dari memprogramkan semula perisian penting seperti sistem operasi.

Batasan reka bentuk yang paling terkenal dalam seni bina von Neumann disebut sebagai 'von Neumann bottleneck'. Hambatan von Neumann disebabkan oleh seni bina program tersimpan, kerana data dan program berkongsi bas yang sama ke unit pemprosesan pusat. Pemindahan maklumat dari memori ke CPU biasanya jauh lebih lambat daripada pemprosesan sebenar di CPU. Reka bentuk von Neumann meningkatkan jumlah pemindahan maklumat yang diperlukan kerana kedua-dua program komputer dan data program perlu dipindahkan ke CPU. Salah satu kaedah terbaik untuk mengatasi masalah ini ialah penggunaan cache CPU. Cache CPU berfungsi sebagai perantara antara memori utama dan CPU. Cache CPU ini memberikan sejumlah kecil memori cepat diakses berhampiran teras pemproses.

Seni bina von Neumann terdiri daripada empat bahagian: unit kawalan, unit pemprosesan (termasuk unit aritmetik dan logik (ALU)), unit memori, dan mekanisme input / output. Mekanisme input / output merangkumi peranti standard yang berkaitan dengan komputer, termasuk papan kekunci sebagai input dan skrin paparan sebagai output. Mekanisme input menulis ke Unit Memori yang menyimpan program komputer dan data program. Unit kawalan dan unit pemprosesan terdiri daripada pemproses pusat. Unit kawalan mengarahkan pemprosesan pusat mengikut arahan yang diterimanya. Unit pemprosesan mengandungi ALU yang melakukan operasi aritmetik asas atau bitwise pada rentetan bit. ALU boleh melakukan banyak fungsi yang berbeza; oleh itu, adalah fungsi unit kawalan untuk mengarahkan ALU sehingga melakukan fungsi yang betul pada tali yang betul.

Senibina von Neumann

Setelah diperkenalkan, seni bina von Neumann menjadi seni bina komputer standard, dan seni bina Harvard diturunkan ke mikrokontroler dan pemprosesan isyarat. Seni bina von Neumann masih digunakan hingga kini, tetapi reka bentuk yang lebih baru dan lebih rumit yang diilhamkan oleh seni bina von Neumann telah melengkapkan seni bina asli dari segi populariti.