폰 노이만 이론의 내용은 무엇인가요?

CUI: 폰 노이만 시스템 연구소)

컴퓨터의 발전에 관해서라면 독일의 과학자 폰 노이만을 빼놓을 수 없다. 20세기 초부터 물리학과 전자 과학자들은 수치 계산을 수행할 수 있는 기계를 만드는 데 어떤 구조를 사용해야 하는지에 대해 토론해 왔습니다. 사람들은 인간에게 익숙한 계산법인 십진법 때문에 고민을 합니다. 따라서 당시에는 아날로그 컴퓨터 개발에 대한 요구가 더욱 크고 강력했습니다. 1930년대 중반 독일 과학자 폰 노이만(von Neumann)은 십진법을 버리고 디지털 컴퓨터의 숫자 체계의 기초로 이진법을 채택하자고 과감하게 제안했습니다. 동시에 그는 계산 프로그램이 미리 프로그래밍되어 있고 컴퓨터는 사람들이 미리 설정한 계산 순서에 따라 수치 계산을 수행한다고 말했습니다.

폰 노이만 이론의 핵심은 다음과 같습니다. 디지털 컴퓨터의 숫자 체계는 이진수를 사용하며 컴퓨터는 프로그램 순서대로 실행해야 합니다.

사람들은 이러한 폰 노이만의 이론을 폰 노이만 아키텍처라고 부릅니다. ENIAC부터 오늘날 가장 진보된 컴퓨터까지 모두 von Neumann 아키텍처를 사용합니다. 그러므로 폰 노이만은 디지털 컴퓨터의 확실한 아버지입니다.

폰 노이만 아키텍처 기반 컴퓨터는 다음 기능을 가져야 합니다:

필요한 프로그램과 데이터를 컴퓨터로 보냅니다.

장기 기억 프로그램, 데이터, 중간 결과 및 최종 계산 결과에 대한 능력이 있어야 합니다.

다양한 산술, 논리 연산, 데이터 전송 및 기타 데이터 처리 능력을 완성하는 능력.

필요에 따라 프로그램 방향을 제어할 수 있고, 지시에 따라 기계의 여러 부분의 조화로운 작동을 제어할 수 있습니다.

필요에 따라 처리 결과를 사용자에게 출력할 수 있습니다.

위 기능을 완성하기 위해서는 컴퓨터에 다음과 같은 5가지 기본 구성요소가 있어야 합니다.

데이터 및 프로그램을 입력하는 입력 장치, 프로그램 및 데이터를 위한 메모리, 데이터 완성 컨트롤러 제어 프로그램에 의해 실행된 컨트롤러 출력 처리 결과의 출력 장치

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여기서 언급된 버스는 주로 시스템 버스를 의미합니다. PC의 시스템 버스는 ISA, EISA, MCA, VESA, PCI, AGP 등과 같은 다양한 표준으로 나눌 수 있습니다.

1. ISA/EISA/MCA/VESA 버스

ISA(산업 표준 아키텍처)는 AT라고도 알려진 286/AT 컴퓨터용으로 IBM이 개발한 버스 산업 표준입니다. 기준. ISA 버스의 영향력은 매우 큽니다. 오늘날에도 여전히 많은 수의 ISA 장치가 존재하며 최신 마더보드도 이를 위한 자리를 확보하고 있습니다. MCA(Micro Channel Architecture)는 IBM이 PS/2 시스템용으로 특별히 개발한 마이크로 채널 버스 구조입니다. 라이선스가 필요하다는 점에서 PC개발 추세와 개방성에 어긋나기 때문에 효과적으로 홍보하기도 전에 실패했다.

EISA(Extended Industry Standard Architecture)는 EISA 그룹(Compaq, HP, AST 등으로 구성)이 32비트 CPU용으로 설계한 버스 확장 산업 표준입니다. 당시 고급 데스크톱 컴퓨터에서 사용되었습니다. VESA(Video Electronics Standards Association)는 VESA 조직(IBM, Compaq 등이 주도하고 120개 이상의 기업이 참여)에서 Local Bus(로컬 버스) 표준에 따라 설계한 개방형 버스이지만 비용이 상대적으로 비싼 편입니다. , 486에만 적합하며 단계적으로 폐지된 과도기 표준입니다.

2. PCI 버스

1990년대 이후 그래픽 처리 기술과 멀티미디어 기술이 널리 보급되면서 Windows로 대표되는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)가 PC에 도입되면서 PC에는 고속 그래픽과 I/O 컴퓨팅 처리 기능이 있어야 하는데, 이는 버스 속도에 문제가 됩니다. 원래의 ISA 및 EISA 버스는 요구 사항을 충족하지 못하며 전체 시스템의 주요 병목 현상이 되었습니다. 1991년 하반기 인텔은 PCI(Peripheral Component Interconnect) 개념을 처음 제안하고 IBM, 컴팩, AST, HP 등 100여개 기업과 함께 PCI 그룹을 설립했다. PCI는 로컬 버스의 새로운 표준이 되었으며 현재 가장 널리 사용되는 버스 구조인 고급 로컬 버스입니다. PCI 버스는 특정 프로세서에 부착되지 않은 로컬 버스입니다. 구조적 관점에서 PCI는 CPU와 원래 시스템 버스 사이에 삽입되는 1차 레벨 버스로, 이를 구현하기 위해 브리지 회로가 사용됩니다. 첫 번째 계층의 지능형 장치는 버스 제어를 획득하여 데이터 전송 관리를 가속화합니다.

3. AGP 버스

PC의 그래픽 처리 능력이 점점 더 강력해지고 있지만, 상세한 대규모 3D 그래픽 렌더링을 완성하기 위한 PCI 버스 구조의 성능은 여전히 ​​​​낮습니다. 제한된. PC의 3D 애플리케이션 기능을 그래픽 워크스테이션과 비교할 수 있게 만들기 위해 인텔은 AGP(Accelerated Graphics Port) 표준을 개발했습니다. 주요 목적은 고급 PC, 특히 3D 그래픽의 그래픽 처리 기능을 크게 향상시키는 것입니다. 엄밀히 말하면 AGP는 Point-to-Point 연결, 즉 컨트롤 칩과 AGP 디스플레이 카드를 연결하기 때문에 버스라고 할 수 없습니다. AGP는 메인 메모리와 디스플레이 카드 사이에 직접 채널을 제공하여 3D 그래픽 데이터가 PCI 버스를 거쳐 디스플레이 하위 시스템으로 직접 전송되도록 합니다. 이러한 방식으로 PCI 버스로 인해 발생하는 시스템 병목 현상을 해결하여 고성능 3D 그래픽의 렌더링 기능을 달성할 수 있습니다. PCI 및 AGP 슬롯의 모양은 그림 1에 나와 있습니다. 표준 인터페이스의 유형

마이크로컴퓨터 시스템에서 표준 인터페이스 기술을 사용하는 목적은 모듈 구조 설계를 용이하게 하고, 더 많은 제조업체로부터 광범위한 지원을 얻고, 호환 가능한 외부 장치 및 소프트웨어의 "생산"을 용이하게 하는 것입니다. 다양한 유형의 주변 장치에는 다양한 인터페이스가 필요하며 다양한 인터페이스가 보편적이지 않습니다. 이전에 8086/286 시스템에 존재했던 ST506 및 ESDI와 같은 인터페이스 표준은 제거되었습니다. 현재 마이크로컴퓨터에서 가장 널리 사용되는 인터페이스는 IDE, EIDE, SCSI, USB 및 IEEE 1394입니다.

1. IDE/EIDE 인터페이스

IDE의 원문은 Integrated Device Electronics, 즉 통합 장치 전자 부품입니다. Compaq에서 개발하고 Western Digital에서 제작한 컨트롤러 인터페이스입니다. IDE는 40선 단일 케이블 연결 세트를 사용합니다. 컨트롤러가 드라이버에 통합되었기 때문에 어댑터 카드는 매우 간단해졌습니다. 오늘날의 마이크로컴퓨터 시스템은 더 이상 어댑터 카드를 사용하지 않고 대신 어댑터 회로가 시스템 마더보드에 통합되어 전용 IDE 장치 연결을 유지합니다. IDE는 다양한 장점과 저렴한 비용으로 인해 개인용 컴퓨터 시스템에 널리 사용되었습니다.

Enhanced IDE(Enhanced IDE)는 Western Digital이 IDE를 대체하기 위해 개발한 인터페이스 표준입니다. EIDE 인터페이스를 사용하는 마이크로컴퓨터 시스템에서는 EIDE 인터페이스가 마더보드에 직접 통합되므로 별도의 어댑터 카드를 구입할 필요가 없습니다. IDE에 비해 EIDE는 대용량 하드 드라이브를 지원하고, 4개의 EIDE 장치를 연결할 수 있으며, 더 높은 데이터 전송 속도(13.3MB/s 이상)를 갖는 특징을 가지고 있습니다. 대용량 하드 드라이브를 지원하기 위해 EIDE는 NORMAL, LBA 및 LARGE 모드의 세 가지 하드 드라이브 작동 모드를 지원합니다.

2. Ultra DMA33 및 Ultra DMA66 인터페이스

ATA-2 표준이 출시된 후 SFFC는 ATA-3 표준을 출시했습니다. ATA-3 표준의 주요 특징은 ATA-2의 보안과 신뢰성을 향상시키는 것입니다. ATA-3 자체는 더 높은 전송 모드를 정의하지 않습니다. 또한 ATA 표준 자체는 하드 디스크만 지원합니다. 이러한 이유로 SFFC는 ATA-3과 ATAPI를 통합하고 더 높은 전송 모드를 지원하는 ATA-4 표준을 출시할 예정입니다. ATA-4 표준이 공식적으로 출시되기 전에 과도기적 표준으로 Quantum과 Intel은 Ultra ATA(Ultra DMA) 표준을 출시했습니다.

Ultra ATA의 첫 번째 표준은 Ultra DMA33(줄여서 UDMA33)으로, 일부 사람들은 이를 ATA-3이라고도 합니다. 이 표준을 준수하는 마더보드와 하드 드라이브는 1997년 초에 시장에 출시되었습니다. 현재 거의 모든 마더보드와 하드 드라이브가 이 표준을 지원합니다.

Ultra ATA의 두 번째 표준은 Ultra DMA66(또는 Ultra ATA-66)으로, 1998년 2월 Quantum과 Intel이 제안한 최신 표준입니다. Ultra DMA66은 데이터 전송 속도를 더욱 향상시키며, 버스트 데이터 전송 속도는 이론적으로 66.6MB/s에 도달할 수 있습니다. 또한 데이터 전송의 신뢰성을 더욱 향상시키기 위해 새로운 CRC 순환 중복 검사를 채택하고 80핀 케이블(기존 컴퓨터와 호환되는 40핀 케이블을 유지하고 40개의 접지선을 추가)을 사용하여 인접 신호 간의 간섭을 보장합니다. 고속 데이터 전송 중에는 회선이 줄어듭니다.

현재 Intel 810 및 VIA Apollo Pro와 같은 칩셋은 Ultra DMA66 하드 드라이브를 지원합니다. 일부 마더보드는 Ultra DMA66 하드 드라이브를 지원하는 인터페이스도 제공합니다. 대부분의 새 하드 드라이브는 Ultra DMA-66 인터페이스를 지원합니다.

3. SCSI 인터페이스

SCSI의 원문은 소형 컴퓨터 시스템 인터페이스(Small Computer System Interface)입니다. SCSI는 시스템 수준 인터페이스이기도 하며(그림 2 참조), 하드 드라이브, 스캐너, 광학 드라이브, 프린터, 테이프 드라이브 등 SCSI 인터페이스 표준을 채택하는 다양한 외부 장치에 연결할 수 있습니다. SCSI 표준을 사용하는 이러한 주변 장치에는 해당 주변 장치 컨트롤러가 장착되어 있어야 합니다. 초기에는 SCSI 인터페이스가 미니컴퓨터에만 사용되었지만 최근에는 PC에서도 널리 사용되었습니다. 최신 Ultra3 SCSI Ultra160/m 인터페이스 표준은 데이터 전송 속도를 160MB/s로 더욱 향상시킵니다. Quantum은 또한 1998년 11월 Ultra160/m 인터페이스 표준을 최초로 지원하는 Atlas 10K 및 Atlas 4세대 하드 드라이브를 출시했습니다. SCSI는 PC에 적합한 구성이어야 하며 인터페이스일 뿐만 아니라 버스이기도 합니다. 기술이 더욱 발전하면 SCSI는 EIDE와 같은 마이크로컴퓨터 시스템과 주변기기에 널리 사용될 것이라고 믿습니다.

IV. USB 인터페이스

USB(범용 직렬 버스) 인터페이스(그림 3의 모양)는 범용 연결 기술을 사용하여 간단하고 빠른 연결을 구현합니다. 주변기기의 편리성을 실현하기 위한 목적은 비용을 절감하고 PC 연결 주변기기의 범위를 확대하는 것입니다. 오늘날 PC의 모든 장치에는 자체적으로 연결된 장치 세트가 있는 것 같습니다. 주변 장치 인터페이스는 사양이 다르며 제한된 수의 인터페이스로 인해 더 이상 많은 주변 장치를 연결해야 하는 긴급한 요구를 충족할 수 없습니다. 이 문제를 해결하는 열쇠는 개인용 컴퓨터와 주변 장치 간의 보편적인 연결을 해결하기 위해 장치의 공유 인터페이스를 제공하는 것입니다.

USB 기술 적용은 컴퓨터 주변기기 연결 기술에 큰 변화를 가져온다. 현재 USB 인터페이스 표준은 중저속 인터페이스 전송에 속하며 가정 및 소규모 사무실 분야의 중저속 장치를 지향합니다.

키보드, 마우스, 조이스틱, 모니터, 디지털 스피커, 디지털 카메라 및 모뎀 등과 같은 목적은 통합 USB 인터페이스에서 중저속 주변 장치의 범용 연결을 달성하는 것입니다. PC 호스트에는 하나의 USB 포트만 필요하며 USB 인터페이스와 USB 허브를 통해 데스크탑에서 다른 연결을 완료할 수 있습니다. USB 시스템은 USB 호스트(HOST), 허브(HUB), 연결 케이블, USB 주변기기로 구성됩니다. 차세대 USB 인터페이스는 데이터 전송 속도를 120Mbps ~ 240Mbps로 높이고 광대역 디지털 카메라 장비와 새로운 스캐너, 프린터 및 저장 장치를 지원합니다.

5. IEEE 1394 인터페이스

IEEE 1394는 컴퓨터, 컴퓨터 주변기기, 다양한 가전제품을 매우 간단하게 연결할 수 있는 직렬 인터페이스 표준입니다. 다양한 주변기기를 연결할 수 있는 IEEE 1394의 기능적 특성으로 볼 때, 외부 장치를 연결하는 외부 버스인 버스라고도 부를 수 있다. IEEE 1394의 프로토타입은 Apple Mac 컴퓨터에서 실행되는 Fire Wire로, IEEE에서 채택하여 재표준화되었습니다. 하드 드라이브, 프린터, 스캐너 등 컴퓨터와 주변 장치, 디지털 카메라, DVD 플레이어, 비디오 등의 가전 제품을 향상시키기 위해 더 낮은 비용으로 더 높은 성능을 달성할 수 있는 데이터 전송 프로토콜 및 연결 시스템을 정의합니다. , 등. 1394 버스에 연결하려면 해당 외부 장비에 IEEE 1394 인터페이스 기능이 필요하기 때문에 1995년 3분기 Sony가 출시한 디지털 카메라에 IEEE 1394 인터페이스가 추가되어 IEEE 1394 인터페이스 기능이 추가되었습니다. 정말 많은 관심을 끌었습니다.

6. 디바이스 베이(Device Bay)

디바이스 베이는 Microsoft, Intel 및 Compaq이 공동으로 개발한 표준입니다. 이 기술을 사용하면 CD-ROM, DVD-ROM을 포함한 모든 장치가 함께 작동할 수 있습니다. , 테이프, 하드 드라이브 및 IEEE 1394를 준수하는 다양한 장치.

디바이스 베이 기술은 다양한 장치 유형을 처리할 수 있기 때문에 새로운 종류의 PC를 만듭니다. 마더보드에는 CPU만 포함되고 모든 드라이브와 장치는 외부적으로 컴퓨터에 연결되며 모든 디지털 텔레비전, 전화 등의 가전제품이 포함됩니다.

디바이스 베이 사양은 1997년에 확정됐지만, 이 기술의 연구개발 비용이 비싸기 때문에 보류될 가능성이 높다. 지금까지 Microsoft는 향후 운영 체제에서 DeviceBay를 지원할 구체적인 계획을 준비하지 않았습니다.