Architecture de Harvard : Comment Harvard Mark I a-t-il séparé les données et les instructions ?

Architecture de Harvard : Comment Harvard Mark I a-t-il séparé les données et les instructions ?

Comment Harvard Mark I a-t-il séparé les données et les instructions ?

J'ai lu l'article sur Wikipedia mais je n'ai pas compris comment les données et les instructions étaient séparées à l'aide d'une bande de papier perforée. Ça disait

"Le Mark I a lu ses instructions à partir d'une bande de papier perforée à 24 canaux et a exécuté l'instruction en cours, puis a lu la suivante. Il n'avait pas d'instruction de branchement conditionnel. Cela signifiait que les programmes complexes devaient être physiquement longs. Une boucle a été réalisée par joindre la fin de la bande de papier contenant le programme au début de la bande (créant littéralement une boucle)."

dit alors

"Cette séparation des données et des instructions est connue sous le nom d'architecture Harvard"

Je n'ai pas compris cette ligne, elle lit les instructions de la bande papier mais où sont les données ?


De ton même lien.

Le Mark I a lu ses instructions sur une bande de papier perforée à 24 canaux. Il a exécuté l'instruction en cours, puis lu la suivante. Une bande séparée pourrait contenir des chiffres pour l'entrée, mais les formats de bande n'étaient pas interchangeables. Les instructions n'ont pas pu être exécutées à partir des registres de stockage.

Une bande différente est utilisée pour les données.

Pourquoi est-ce?

Dans l'architecture Harvard, le code et les données sur lesquelles le code opère sont physiquement séparés. Cela évite certains bogues catastrophiques et exploits de sécurité, car le code ne peut pas être réécrit sous forme de données comme il le serait dans un débordement de tampon. L'architecture Harvard est également plus coûteuse, car la mémoire inutilisée pour le code ne peut pas être utilisée pour des données supplémentaires. Toute mémoire qui n'est pas utilisée ne peut pas être utilisée par l'autre section.


Quelle est la différence entre les architectures Von-Neumann et Harvard ?

Ces deux architectures de processeurs peuvent être classées selon leur utilisation de la mémoire.

Architecture Von Neumann
Dans une architecture Von-Neumann, la même mémoire et le même bus sont utilisés pour stocker à la fois les données et les instructions qui exécutent le programme. Étant donné que vous ne pouvez pas accéder simultanément à la mémoire du programme et à la mémoire des données, l'architecture Von Neumann est sensible aux goulots d'étranglement et les performances du système sont affectées.

Figure 2 : L'architecture Harvard a un bus séparé pour les signaux et le stockage. (Image : Wikimedia Commons)

Architecture de Harvard
L'architecture Harvard stocke les instructions et les données de la machine dans des unités de mémoire distinctes qui sont connectées par différents bus. Dans ce cas, il y a au moins deux espaces d'adressage mémoire avec lesquels travailler, il y a donc un registre mémoire pour les instructions machine et un autre registre mémoire pour les données. Les ordinateurs conçus avec l'architecture Harvard sont capables d'exécuter un programme et d'accéder aux données indépendamment, et donc simultanément. L'architecture Harvard a une séparation stricte entre les données et le code. Ainsi, l'architecture de Harvard est plus compliquée, mais des pipelines séparés suppriment le goulot d'étranglement créé par Von Neumann.

Architecture Harvard modifiée
La majorité des ordinateurs modernes n'ont pas de séparation physique entre les espaces mémoire utilisés à la fois par les données et les programmes/codes/instructions machine, et pourraient donc être décrits techniquement comme Von Neumann pour cette raison. Cependant, la meilleure façon de représenter la majorité des ordinateurs modernes est une « architecture Harvard modifiée ». Les processeurs modernes peuvent partager la mémoire mais avoir des mécanismes comme des instructions spéciales qui empêchent les données d'être confondues avec du code. Certains appellent cela « l'architecture Harvard modifiée ». Cependant, l'architecture Harvard modifiée a deux voies (bus) pour le signal (code) et le stockage (mémoire), tandis que la mémoire elle-même est une pièce physique partagée. Le contrôleur de mémoire est l'endroit où se trouve la modification, car il gère la mémoire et son utilisation.

Figure 1 : L'architecture Von Neumann existe depuis les années 1940. Un trait de clarification est qu'un seul bus est utilisé à la fois pour le signal et le stockage. (Image : Wikimedia Commons)

Le goulot d'étranglement de Von Neumann
Si une machine Von Neumann veut effectuer une opération sur certaines données en mémoire, elle doit déplacer les données à travers le bus vers le CPU. Lorsque le calcul est terminé, il doit déplacer les sorties du calcul vers la mémoire sur le même bus. La quantité de données que le bus peut transférer en une seule fois (vitesse et bande passante) joue un grand rôle dans la vitesse à laquelle l'architecture Von Neumann peut être. Le débit d'un ordinateur est lié au degré de fausseté des processeurs ainsi qu'au taux de transfert de données sur le bus. Le processeur peut être inactif en attendant une récupération de mémoire, ou il peut effectuer ce qu'on appelle un traitement spéculatif, en fonction de ce que le processeur pourrait devoir faire une fois le calcul en cours terminé (une fois les données récupérées et les calculs effectués).

Le goulot d'étranglement de Von Neumann se produit lorsque les données entrées ou sorties de la mémoire doivent attendre pendant que l'opération de mémoire en cours est terminée. Autrement dit, si le processeur vient de terminer un calcul et est prêt à effectuer le suivant, il doit écrire le calcul terminé dans la mémoire (qui occupe le bus) avant de pouvoir extraire de nouvelles données de la mémoire (qui utilise également le bus). Le goulot d'étranglement de Von Neumann s'est accru au fil du temps car les processeurs se sont améliorés en vitesse tandis que la mémoire n'a pas progressé aussi vite. Certaines techniques pour réduire l'impact du goulot d'étranglement consistent à conserver la mémoire dans le cache pour minimiser les mouvements de données, l'accélération matérielle et l'exécution spéculative. Il est intéressant de noter que l'exécution spéculative est le vecteur de l'une des dernières failles de sécurité découvertes par Google Project Zero, nommée Spectre.


Certains exemples d'architectures de Harvard impliquent les premiers systèmes informatiques où l'entrée de programmation pouvait être sur un support, par exemple, des cartes perforées, et les données stockées pouvaient être sur un autre support, par exemple, sur bande. Les ordinateurs plus modernes peuvent avoir des processus CPU modernes pour les deux systèmes, mais les séparer dans une conception matérielle.

L'architecture Harvard, avec sa séparation stricte des processus de code et de données, peut être opposée à une architecture Harvard modifiée, qui peut combiner certaines fonctionnalités du code et des systèmes de données tout en préservant la séparation dans d'autres. Un exemple est l'utilisation de deux caches, avec un espace d'adressage commun. Il peut également être mis en contraste avec une architecture von Neumann, du nom de John von Neumann, qui ne se concentre pas sur la séparation des entrées et des données.


Architecture informatique Harvard

Architecture informatique Harvard. L'architecture Harvard est l'architecture informatique qui contient un stockage séparé et des bus séparés (chemin de signal) pour les instructions et les données. L'architecture Harvard est utilisée lorsque les données et le code sont présents dans différents blocs de mémoire.

C'est l'atout majeur de l'architecture Harvard. Le gsd maintient des postes de travail de laboratoire informatique dans le hall gund. L'architecture Harvard est un terme désignant un système informatique qui contient deux zones distinctes pour les commandes ou les instructions et les données. Et ils élargissent la théorie du traitement de l'information. 6085/1) 1 deux types d'architectures informatiques il existe 2 architectures informatiques, différentes dans la manière d'accéder aux mémoires :

Architecture de Harvard | Informatique de image.slidesharecdn.com 6085/1) 1 deux types d'architectures informatiques il existe 2 architectures informatiques, qui sont différentes dans la manière d'accéder aux mémoires : l'architecture Harvard a deux stockages séparés … slideshare utilise des cookies pour améliorer les fonctionnalités et performances et vous proposer des publicités pertinentes. Les données peuvent être accédées par un emplacement de mémoire et les instructions peuvent être accédées par un emplacement différent. Ils sont accessibles à l'aide d'instructions différentes. Dans l'architecture Harvard, le support, le format et la nature des deux parties différentes du système peuvent être différents, car les deux systèmes sont représentés par deux structures distinctes.

L'architecture dispose également de bus séparés pour les transferts de données et les extractions d'instructions.

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L'architecture Harvard est un type d'architecture qui stocke les données et les instructions séparément, divisant ainsi l'unité de mémoire. Une carte perforée postale cartes perforées. Maxwell dworkin 141 33 oxford street cambridge ma 02138 phone : Il existe deux types d'architectures informatiques numériques qui décrivent la fonctionnalité et la mise en œuvre des systèmes informatiques. L'architecture Harvard est un système informatique qui contient deux zones distinctes pour les données et les commandes/instructions.

John von Neumann - Biographie, histoire et inventions de history-computer.com Non seulement les espaces de mémoire de code et de données sont séparés physiquement au sein du microcontrôleur. Une architecture qui stocke des programmes et des données dans différentes mémoires s'appelle l'architecture Harvard, et nous la couvrirons plus tard dans cette leçon. Ils sont accessibles à l'aide d'instructions différentes. La fonction principale de cette architecture est de séparer et de stocker physiquement les données et de donner les voies du signal pour l'instruction et les données. Étudier les concepts fondamentaux de la conception et de l'organisation des systèmes informatiques modernes.

Les ingénieurs électriciens inventent des dispositifs de détection et d'actionnement

Maxwell dworkin 141 33 oxford street cambridge ma 02138 téléphone : 6085/1) 1 deux types d'architectures informatiques il existe 2 architectures informatiques différentes dans la manière d'accéder aux mémoires : c'est l'atout majeur de l'architecture harvard. L'architecture Harvard est l'architecture informatique numérique dont la conception est basée sur le concept où il existe un stockage séparé et des bus séparés (chemin de signal) pour les instructions et les données. Ici, les étudiants explorent les approches de conception les plus créatives d'aujourd'hui, avec une faculté internationale de premier plan dans le domaine. Un exemple d'architecture harvard est les premiers systèmes d'ordinateur central où les instructions sont stockées dans un support de programmation tel que des cartes perforées et les données sont stockées dans l'autre [support de programmation tel que des bandes. La plupart des ordinateurs modernes qui sont documentés en tant qu'architecture Harvard sont, en fait, une architecture Harvard modifiée. Il a été essentiellement développé pour surmonter le goulot d'étranglement de l'architecture von neumann. Généralement, ce concept est légèrement étendu pour permettre à une banque de contenir des instructions et des données de programme, tandis que l'autre banque ne contient que des données. Ils conçoivent des substrats physiques pour le calcul. Initialement connu sous le nom de calculateur à commande automatique, il a ensuite été renommé en Harvard Mark i. Maxwell dworkin 141 33 oxford street cambridge ma 02138 phone: Par conséquent, le processeur peut accéder aux instructions et lire les données d'écriture en même temps.

La plupart des ordinateurs modernes qui sont documentés en tant qu'architecture Harvard sont, en fait, une architecture Harvard modifiée. L'architecture harvard modifiée est une variante de l'architecture informatique harvard qui, contrairement à l'architecture harvard pure, permet d'accéder au contenu de la mémoire d'instructions sous forme de données. Dans l'architecture harvard d'origine, une banque de mémoire contient des instructions de programme et l'autre des données. L'architecture dispose également de bus séparés pour les transferts de données et les extractions d'instructions. Un exemple d'architecture harvard est les premiers systèmes d'ordinateur central où les instructions sont stockées dans un support de programmation tel que des cartes perforées et les données sont stockées dans l'autre [support de programmation tel que des bandes.

RefreshNotes : Von Neumann Vs Harvard Architecture de 3.bp.blogspot.com Généralement, ce concept est légèrement étendu pour permettre à une banque de conserver des instructions et des données de programme, tandis que l'autre banque ne contient que des données. L'architecture Harvard est un système informatique qui contient deux zones distinctes pour les données et les commandes/instructions. Professeur d'informatique de la famille Haley. Maxwell dworkin 141 33 oxford street cambridge ma 02138 téléphone : une carte perforée post cartes perforées.

Cela permet au processeur de récupérer des données et des instructions en même temps.

L'architecture Harvard est utilisée lorsque les données et le code sont présents dans différents blocs de mémoire. Dans l'architecture harvard d'origine, une banque de mémoire contient des instructions de programme et l'autre des données. Les informaticiens développent de nouveaux algorithmes, inventent de nouveaux systèmes et théories qui responsabilisent les personnes et la société, et font progresser la science de l'informatique tout en travaillant avec des ingénieurs, des scientifiques, des sociaux. Il dispose d'un stockage de données entièrement contenu dans l'unité centrale de traitement. Moins de risques de corruption des données L'architecture Harvard est un terme désignant un système informatique qui contient deux zones distinctes pour les commandes ou les instructions et les données. Architecture Harvard L'architecture Harvard est un type d'architecture informatique qui sépare sa mémoire en deux parties afin que les données et les instructions soient stockées séparément. Je n'en connais que deux, l'un est von Neumann et le second est Harvard. L'architecture Harvard est l'architecture informatique numérique dont la conception est basée sur le concept où il existe un stockage séparé et des bus séparés (chemin de signal) pour les instructions et les données. • la plupart des dsp utilisent l'architecture harvard pour le streaming de données : ils conçoivent des substrats physiques pour le calcul et étendent la théorie du traitement de l'information. Il a été essentiellement développé pour surmonter le goulot d'étranglement de l'architecture von neumann.

Et ils élargissent la théorie du traitement de l'information. L'architecture dispose également de bus séparés pour les transferts de données et les extractions d'instructions. Par conséquent, le processeur peut accéder aux instructions et lire les données d'écriture en même temps. Étudier les concepts fondamentaux de la conception et de l'organisation des systèmes informatiques modernes. Laboratoire informatique Iqss ce laboratoire informatique de pointe est à côté dans le bâtiment cgis knafel, vous n'avez même pas besoin de le faire

Généralement, ce concept est légèrement étendu pour permettre à une banque de contenir des instructions et des données de programme, tandis que l'autre banque ne contient que des données. L'architecture Harvard est l'architecture informatique numérique dont la conception est basée sur le concept où il existe un stockage séparé et des bus séparés (chemin de signal) pour les instructions et les données. Un bloc mémoire séparé est nécessaire pour les données et les instructions. Par conséquent, le processeur peut accéder aux instructions et lire les données d'écriture en même temps. L'architecture Harvard possède deux bus séparés pour les instructions et les données.

Les ingénieurs électriciens inventent des dispositifs de détection et d'actionnement Une architecture qui stocke des programmes et des données dans différentes mémoires s'appelle l'architecture Harvard, et nous la couvrirons plus tard dans cette leçon. Maxwell dworkin 141 33 oxford street cambridge ma 02138 téléphone : pendant 20 ans, j'ai travaillé avec des cœurs harvard purs, à savoir des processeurs avr8 et pic18 utilisant des processeurs purement procéduraux c. J'étais juste curieux de savoir quelles sont les autres architectures et quand et où elles sont utilisées.

Ce livre enseigne comment construire un ordinateur entier à partir de zéro. La fonction principale de cette architecture est de séparer et de stocker physiquement les données et de donner les voies du signal pour l'instruction et les données. Les données peuvent être accédées par un emplacement de mémoire et les instructions peuvent être accédées par un emplacement différent. Pendant 20 ans, j'ai travaillé avec des cœurs harvard purs, à savoir des processeurs avr8 et pic18 utilisant des processeurs purement procéduraux. Et ils élargissent la théorie du traitement de l'information.

• la plupart des dsp utilisent l'architecture harvard pour le streaming de données : l'architecture Harvard est l'architecture informatique qui contient un stockage séparé et des bus séparés (chemin de signal) pour les instructions et les données. Laboratoire informatique Iqss ce laboratoire informatique à la pointe de la technologie se trouve à côté du bâtiment cgis knafel, vous n'avez même pas besoin de le faire. L'ordinateur donne les résultats du calcul à l'aide de périphériques de sortie.

Je n'en connais que deux, l'un est von Neumann et le second est Harvard.

L'architecture Harvard est un type d'architecture qui stocke les données et les instructions séparément, divisant ainsi l'unité de mémoire.

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Source : image.slidesharecdn.com

Professeur d'informatique de la famille Haley.

Architecture Harvard L'architecture Harvard est un type d'architecture informatique qui sépare sa mémoire en deux parties afin que les données et les instructions soient stockées séparément.


5 Différence majeure entre l'architecture Von Neumann et Harvard

L'architecture Von Neumann est une conception informatique théorique basée sur le concept de programme stocké où les programmes et les données sont stockés dans la même mémoire. Le concept a été conçu par un mathématicien John Von Neumann en 1945 et sert actuellement de base à presque tous les ordinateurs modernes. La machine Neumann se compose d'un processeur central avec une unité arithmétique/logique et une unité de commande, une mémoire, une mémoire de masse et des entrées et sorties.

Les Harvard architecture est une architecture informatique avec des chemins de stockage et de signal physiquement séparés pour les instructions et les données. Le terme provient de l'ordinateur à relais Harvard Mark I, qui stockait des instructions sur une bande perforée (24 bits de large) et des données dans des compteurs électromécaniques. Certains exemples d'architectures de Harvard impliquent les premiers systèmes informatiques où l'entrée de programmation pourrait être dans un support, par exemple, des cartes perforées, et les données stockées pourraient être dans un autre support, par exemple, sur le robinet. Les ordinateurs plus modernes peuvent avoir des processus CPU modernes pour les deux systèmes, mais les séparer dans une conception matérielle.


Le programme menant au Master en architecture II est un diplôme post-professionnel destiné aux personnes ayant suivi un programme professionnel de premier cycle de cinq ans en architecture ou son équivalent.

En collaboration avec des critiques et des théoriciens du design invités du monde entier, les professeurs d'architecture et les étudiants explorent une gamme d'enquêtes sur le design, approfondissent leurs connaissances et affrontent les défis de l'environnement bâti contemporain. La collaboration prospère dans les plateaux distinctifs de Gund Hall, cinq niveaux continus d'espace de studio ouvert.

La philosophie d'excellence du design du département intègre la manipulation imaginative et habile de la forme, ainsi que la capacité de s'inspirer d'un vaste corpus de connaissances. Le programme d'études en architecture comprend un studio de design, de la théorie, des études visuelles, de l'histoire, de la technologie et de la pratique professionnelle, le design étant l'axe central de l'enseignement.

Les plateaux de studio de Gund Hall constituent à la fois le noyau physique et pédagogique de l'expérience GSD, rassemblant des étudiants et des professeurs de tous les départements d'architecture, d'architecture de paysage, d'urbanisme et de design. L'atmosphère créative et collaborative des plateaux est complétée par l'infrastructure d'information avancée de Gund Hall, des espaces de présentation enrichis en médias, de vastes ressources de bibliothèque et un accès ouvert aux technologies de fabrication, permettant aux étudiants en architecture de développer, discuter, échanger et matérialiser des idées grâce à un gamme de plateformes et de médias. L'expérience étudiante est encore enrichie par les séries de conférences et de programmes publics renommés de l'école, les expositions et les publications, ainsi que les ressources disponibles à l'Université Harvard et au Massachusetts Institute of Technology (MIT) à proximité. Les étudiants du département d'architecture sont intégrés dans un réseau actif de designers de renommée internationale, dédiés à répondre aux besoins changeants du monde moderne.

Alors que de nouvelles façons de penser émergent dans la profession d'architecte, le domaine devient de plus en plus complexe et nécessite de nouvelles techniques d'enquête et de conception. Pendant des générations, la GSD a formé des personnes engagées qui ont assumé des rôles de leadership dans le façonnement de l'environnement bâti. Les diplômés en architecture d'aujourd'hui perpétuent cette tradition en pionniers de nouvelles approches de conception face aux défis posés par la société contemporaine.


Architecture de Harvard : Comment Harvard Mark I a-t-il séparé les données et les instructions ? - Histoire


Le Harvard Mark I et l'ENIAC sont tous deux des ordinateurs historiques qui ont beaucoup contribué au développement du domaine informatique. Voici une description des machines et de leurs inventeurs.

Le Harvard Mark I, également connu sous le nom de calculateur contrôlé de sécurité automatique d'IBM, est considéré comme un monument dans le développement de l'art de l'informatique. Mark I a marqué le début de l'ère de l'informatique moderne et du « rêve de Babbage devenu réalité ».


"Ne vous inquiétez pas des gens qui volent vos idées. Si vos idées sont bonnes, vous devrez les enfoncer dans la gorge des gens."
- Howard Aiken

Inventeur du Harvard Mark I, Howard Hathaway Aiken est né en 1901 dans le New Jersey, aux États-Unis. C'était un homme géant, à la fois physiquement et mentalement. Il jugeait les gens instantanément en les regardant simplement. Il était un extrême : sur une échelle de 1 à 10, vous seriez soit un 0 soit un 11. Sa forte volonté et son esprit original ont souvent causé des conflits tout au long de sa carrière. Il mesurait six pieds de haut et aurait des sourcils sataniques.

Aiken a fait ses études dans le système scolaire public. Tout au long de ses études et de ses études universitaires, il a travaillé à temps plein pour subvenir aux besoins de sa famille. Il a obtenu un baccalauréat en génie électrique de l'Université du Wisconsin et a travaillé comme ingénieur électricien avec succès pendant dix ans avant de décider de retourner à l'université pour poursuivre une formation scientifique. Il s'est inscrit à un programme d'études supérieures en physique en 1931 à l'Université de Harvard. Aiken était impliqué dans un petit groupe scientifique, où il s'intéressait principalement aux tubes à vide.

Pour son article de docteur, il a étudié la conductivité dans la charge d'espace, ce qui impliquait de calculer avec des équations différentielles qu'il pensait simplement trop longues à calculer à la main, et a imaginé une machine capable d'effectuer tout cela. Il a commencé à dessiner sur une machine et s'est principalement intéressé à la logique et à l'architecture générale de la machine plutôt qu'à la technologie impliquant le choix des composants. Les composants de la machine dépendraient de l'entreprise disposée à financer le projet. Aiken s'est d'abord tourné vers les machines Monroe et après avoir été refusé, il est allé à IBM qui a accepté de construire ce qui s'appelait alors IBM ASCC (Automatic Sequence Control Calculator).

La machine a été construite par des composants électromagnétiques plutôt que d'utiliser un système électrique. Aiken a déclaré que ce n'était qu'une question d'argent et quelle entreprise était disposée à payer la facture, mais a admis en même temps qu'à son avis, les tubes à vide n'étaient pas fiables et qu'il préférait des relais plus lents et plus fiables.

Le bâtiment Mark I a été réalisé entre 1939 et 1944 dans les laboratoires IBM par des pièces IBM déjà existantes ainsi que des pièces spéciales construites pour la machine. Des conflits ont surgi entre Aiken/Harvard d'un côté et IBM de l'autre concernant qui était vraiment l'inventeur de Mark I.

La réaction du reste du monde a été formidable lorsqu'elle a été présentée au public en 1944 et à l'US Navy et pendant la guerre de 1944-45, Mark I a couru presque sans arrêt pour l'US Navy, traitant des problèmes liés à champs magnétiques : protection des navires contre la destruction par les mines magnétiques, et utilisation et conception des radars.

A l'époque d'Aiken, l'œuvre de Babbage n'était pas très connue, mais Aiken en était bien conscient et s'en inspirait. Il existe de nombreuses différences entre les machines de Mark I et de Babbage, mais la seule différence qui importait à Aiken était que la sienne fonctionnait. Pour lui, c'était le rêve devenu réalité de Baggage. Mark I était en termes d'architecture, dit se situer entre le moteur de différence de Babbage et le moteur analytique.

Aiken a trois façons différentes de revendiquer la gloire :
- Mark I, Mark II, III, IV, ainsi que des méthodes d'analyse numérique
- Établir l'école pionnière de l'informatique avancée
- Conférences et articles en particulier des conférences informatiques tenues dans les années qui ont suivi la 2e guerre mondiale. A travers ceux-ci, Aiken a répandu l'intérêt pour l'informatique

Aiken a été récompensé pour son travail par de nombreux doctorats honorifiques, médailles et adhésions à d'importantes sociétés scientifiques du monde entier.

Bien que Mark I ait signifié beaucoup pour le développement de l'informatique, il n'est pas vraiment reconnu aujourd'hui. On pourrait se demander pourquoi la raison en est le fait que Mark I (et aussi Mark II) n'était pas électronique - c'était électromagnétique. Et pourquoi était-ce ? Aiken s'est expliqué "Je n'ai jamais eu d'idée préconçue sur le type de composants que vous devriez utiliser pour construire une machine informatique : mécanique, relais, vide, ou quoi. La chose à faire était de construire la machine et de la faire fonctionner de manière à ce qu'elle Nombres."


Harvard Mark I

Mark I était de taille énorme, mesurant 8 pieds de haut, 51 pieds de long et trois pieds de profondeur. Il pesait 5 tonnes, utilisait 530 miles de fil et 730 000 pièces détachées. Le fonctionnement de ces pièces était alimenté et synchronisé par un long arbre rotatif horizontal. Un moteur de quatre chevaux entraîne les pièces mécaniques. Il y avait 2200 roues de compteur et 3300 composants de relais. Aiken était très préoccupé par l'apparence de la machine, et malgré le temps de guerre et le manque de matériaux, Mark I était recouvert d'acier et de verre. Mark I était une machine très flexible, même si elle n'était pas aussi automatique que son nom d'origine l'indique, alors qu'une grande partie de son fonctionnement devait être réglée manuellement.

Mark I était, en termes modernes, une calculatrice synchrone parallèle avec une longueur de mot de 24 à 23 chiffres décimaux et un signe. Les calculs sont effectués en décimales avec point décimal fixe.

L'unité d'exploitation de la machine se composait de 72 registres appelés accumulateurs. Chaque accumulateur contenait 24 commutateurs rotatifs électromagnétiques, reliés individuellement par un embrayage à un arbre d'entraînement, par lesquels les unités décimales, les informations de report et de synchronisation étaient stockées. Cela fournit un numéro à 23 chiffres plus un signe. Les accumulateurs sont des machines d'addition et de soustraction complètes et fonctionnent comme un dispositif de stockage ou de mémoire. Il n'y a pas de séparation claire entre les fonctions de stockage et les fonctions arithmétiques. Certains des accumulateurs sont dédiés à une fonction spéciale, comme l'accumulateur 70 qui traite la valeur absolue d'une quantité, l'accumulateur 70 qui peut augmenter la quantité de données à stocker (en frais sur précision), ou l'accumulateur 72 qui est le compteur de chèques.


Addition avec carry, exemple:

     3279
     8935       ajouter
          4      ajout de chiffres d'unités
        1        transporter
        14      ajouter des chiffres des dizaines
       1          transporter
       214       ajouter des milliers de chiffres
      1           transporter
      2214      ajouter des dizaines de milliers de chiffres
     1            transporter
     12214     réponse finale


Mark I favorise clairement l'addition (et la soustraction) aux trois autres opérations arithmétiques fondamentales. Il y a 72 endroits où l'addition pourrait être effectuée, mais un seul pour la multiplication. Cela dépend de la façon dont le lecteur de carte d'IBM a été construit, mais apparemment aussi parce qu'Aiken a simplement aimé l'ajout.

Des appareils séparés s'occupaient de la multiplication et de la division. La multiplication réelle implique l'addition multiple par retrait d'autant de multiples du multiplicande qu'il est indiqué par le multiplicateur, puis en les additionnant ensemble. Division d'autre part, sont des soustractions multiples.

Il y avait 60 registres constants composés de commutateurs rotatifs à 10 positions sur lesquels des nombres signés à 23 chiffres pouvaient être définis ou récupérés par calcul. Ces registres correspondraient à ce que nous appelons la ROM programmable, mais la ROM de Mark I ne pourrait pas, par rapport aux ordinateurs modernes, stocker des programmes, mais simplement fournir des constantes numériques. Chaque registre contenait 24 commutateurs à cadran correspondant à 24 chiffres. Chaque registre avait un numéro utilisé pour localiser l'endroit où une instruction devait aller. Comme il arrivait facilement que les swithes étaient faussement réglés, des moyens plus préférables d'entrée de données provenaient de cartes perforées ou de Value Tapes.

Là, le contenu des dispositifs d'entrée était lu par quatre lecteurs de bande, dont un était utilisé pour alimenter la machine en instructions. Les trois autres tenaient une table de fonctions et pouvaient fournir des valeurs. Les programmes stockés en interne effectuaient des opérations impliquant des sinus, des logarithmes, des exponentielles et des puissances. Les programmes entraient dans la machine par le biais de cartes perforées. La programmation s'est faite en décrivant d'abord le problème en termes d'étapes mathématiques puis en consultant le "code book" afin de les traduire en instructions machine. La partie programmation était similaire à ce que nous appelons la programmation en langage machine.

Bien que Mark I était plus rapide que les autres méthodes de calcul de l'époque, il était très lent par rapport à l'ENIAC par exemple. Voici un tableau avec le temps pour diverses opérations :

OpérationSecondesCycles
Une addition0.31
Soustraction0.31
Multiplication6.020
Division11.438
Logarithme68.4228
péché(x)60.0199

ENIAC signifie Electronic Numerical Integrator and Computer et wab présenté au public le 14 février 1946 à la Moore School of Electrical Engineering de l'Université de Pennsylvanie. Lors de son 50e anniversaire, en 1996, un nouvel ENIAC moderne a été construit, une petite puce de silicium de 7,4 x 5,3 mm carrés d'épaisseur qui fonctionnait exactement comme les tubes à vide de 18 000 et l'ancien ENIAC lourd de 30 tonnes. On a voulu illustrer la manière dramatique dont le développement s'est déroulé. La puce a été produite en utilisant la technologie VLSI/CMOS. Les tubes à vide utilisés dans ENIAC sont sur la puce remplacés par des transistors.

ENIAC a été construit entre juillet 1943 et novembre 1945 et a été réalisé par le département américain de l'Ordnance du département de la Guerre et a coûté environ 468 000 $. L'objectif était de rendre ENIAC aussi flexible que possible en servant de machine polyvalente. That means it could not only perform numerical operations, but also store and retrive results and "perform these operations consecutively or concurrently, with automatic transfer from one step to the next. ENIAC was U-shaped, 2.7 meters high and taking up an area of 10 times 17 meters. It consisted of 40 panels, 3 portable function tables, a card reader and a card punch.The inventors, J. Presper Eckert and John W. Mauchly, were well familiar with desktop calculators.


J. Prespert Eckert                                   John W. Mauchly

ENIAC was the fastest and largest machine of its time. One great concern was also about constructing it so that the results would bbe highly reliable. ENIAC failed only two or three times a week a number that pleased even the most skeptics. The faults that were made, was found through special testing functions and it only slowed down the function a few hours per week.

When it was presented to the public in 1946, it made great impact in the world of scientific, military and industrial, mostly because its speed. Addition or subtraction of two ten-digit numbers could be done at the rate of 5000 per sedcond. This was 1000 times faster than any other machine of that time with the same accurancy.

ENIAC could of course perform addition, subraction, multiplication, division and square-roots, but more importantly, it could storeresults and communicate between units of the machine and even more, execute nested loops and conditional branching.

So in many ways, it could appear as the ENIAC is similar to modern computers. However, ENIAC was not able to store programs. Every program had to be set up locally on the various units of the machine by setting switches and connecting units via program trunks (will be explained later). This set-up, that had to be made manually, was naturally extremely time consuming. It was even then considered a down-side, but as ENIAC was inteded to work, it was to perform highly repetitive computations using the same set-up.


ENIAC

One could see the machine as consisting of five parts: arithmetic, global control units, memory, I/O units and busses.


Schematical Functional Diagram

Arithmetic units: high-speed multipliplier (dedicated hardware: multiplication function tables) and a combinated divider/square-rooter.

Master programmer: used for coordinating the operations of the accumulators and execution of sequenced operations and nested loops.

ROM: fast-programmable, provided by three function tables.

Constant transmitter: together with a card reader works as the external input device.

Global Control Units: include Initiating and Cycling units that master all other operations, initiates computations through providing digits and programs and resets pulses.

The ENIAC is an accumulator-based computer, that is the the main arithmetic and data storage units are accumulators. It consists of arithmetic, local control and I/O circuits. The arithmetic unit receives a signed 10-digit number and adds this to a number that already is stored. When a decade counter overflows, a carry-over digit is generated and passed on to the next decade on its left. I also has a binary counter that works as a sign informator. Each accumulator has a control unit that consits of twelve program controls that tell which operation that is to be performed. That is, twelve separate operations cad be performed simultaneously. Eight of these can be set on repeat up to nine times during the course of a program. The program controls are just simple switches set by the user. Each accumulator has a data I/O block which receives or transmits decimal numbers over a bus through five input ports (labeled alpha through epsilon) and two output terminals, an A-port, that transmits the number stored in the accumulator, and an S-port that transmits the 10's complement of the stored number.


Accumulator in the ENIAC


Number Representation

When constructing the ENIAC, one decieded to use the decimal system and have a maximum width of 20 digits (but number can be twice as large by connecting two accumulators together). The decimal system was chosen because the number of vacuum tubes needed would be considerable smaller. For example, when transmitting a 10-digit number over a decade counter with carry-over capacity, 280 vacuum tubes were needed in the decimal system, in comparison to 450 when using binary numbers.


A programmer changing a vaccuum tube

The 10's complement is used for representation of negative numbers. It is obtained by subtracting each number in the digit from 9, and then adding a 1 to the final answer. Also the 9's complement was considered, but it was found that the 10's complement would give higher accuracy when it came to rounding off a number.

It is possible to use fewer numbers than 10 when disired by simply setting the least significant number to a 5.

The method of transmitting numbers used is serial pulses. It was faster and required fewer vacuum tubes than when using a static system (stead-state signals).
Transmitting a number uses a decade counter. A picture is shown below. I will try to make an example in order to explain how the transmission functions. We want to transmit the digit "4". The digit 4 is represented by a 1 in the fifth flip-flop from the left. All other flip-flops are zeros. The values in a flip-flop is shifted one step right for every pulse coming in as an input. During the transmission of a number, 10 consecutive pulses, in the ENIAC called 10P-pulses are used to shift the decade counter one lap around to get back to where it started. This pulse is supplied by the cycling unit. When the 10P-pulse has pushed our 1 to the last stage, at the falling edge, the decade gate is opened, which opens the "Add" gate (normally closed). The "Subtract" gate which is normally open will be transmitting a series of 9P-pulses. But as the Add gate opens, the remainds of the 9P-pulses will instead be transmitted on this gate. That is, in our example, five pulses are transmitted over the Subtract gate and the four remaining pulses of the 9P-pulse over the Add gate. Now the number "4" coming out from the Add outout can be stored, or if disired, the complement throung the Subtract out. However, this was the 9's complement that the receiving accumulator transforms to the 10's complement though adding an 1'P-pulse. It should be marked that the 10P-pulse is ignored on the receiving end.


Pulse transmission in the ENIAC

Some of the operetions performed by the ENIAC, for example addition, is built into the hardware, whereas others require several steps and units. A table of computation and following times is presented below:

TaperOpérationLa descriptionCycles
ArithmeticAjouter 1
Subtract 1
Multiply10-digit by p-digitp+4
DiviserQuotient of p digits13(p+1)
Square-rootResult of p digits13(p+1)
MémoireWrite to registerStore in accumulator1
Read from registerLoad from accumuator1
Read from tableNormal or complementr+4
ContrôlerFor-loopNested loopsDepending on operation
If. then. autreBased on decrimination
I/ORead from external memoryPunch card reader/constant62 ms/10-dig number
Print resultImprimante75 ms/10-dig

The difference between programming the ENIAC in comparison to modern, strore-program computers is great. Programming the ENIAC goes through the following steps:

1) Formulate the problem in terms of mathematical equations.
2) Break the equations down to mathematical operations that the ENIAC is capable to perform.
3) Plan for the storage of numerical data.
4) For each arithmetical operation, set up a program control and make connections between the involved units and I/O.
5) Tie the involved program steps together into a sequential program.
An example taken from The ENIAC: History, Operation and Reconstruction in VLSI (Jan Van der Spiegel et al.) follows.


Image illustrationg the steps above

Say that we want to have a program that adds two numbers together, using three accumulators. Accumulator 4 stores some numbers, accumulator 5 stores the number b, and accumulator c stores a number c. We want that the program first should calculate (a-b) and store it accumulator 4, then (c+2b+359) and store it accumulator 6, and also increase accumulator 5 by 359. Assume that a,b and c already are present in the accumulators.

What will happen? Accumulator 5 needs to transmit the number b to accumulator 4, which is done on Program control 1 (on accumulator 4) by setting the Operation switch to alpha (input port alpha on accumulator 4 will receive the digit). A cable connects the alpha port to a digit trunk, let us call it trunk I.

Accumulator 5 must transmit the digit in two ways: once "normal" as it is stored and once as its complement. This is done by using a Repeat program control, which is set to 2. The Operation switch needs to be set to AS so that numbers of both signs can be transmitted. The "S"-output (subraction) on accumulator 5 must be connected to the digit trunk I.

Next, the accumulator 6 must receive the number b (from accumulator 5) twice, which is done by setting the Repeat switch of program control 5 on accumulator 6 to 2. An input port on accumulator 6 needs to be connected to the "A"-output (addition) through a digit trunk II.

The number 359 (or of course any other number) will come from a card reader to accumulator 5 and 6 through the Constant Transmitter. On accumulator 5, we use program control 6 and on accumulator 6 program control 1. The Constant Transmitter's output needs to be connected to the input terminals alpha and beta on accumulator 5 and 6 respectively over digit trunk III.

Then we must set up so that the sequence can be initialized, that is, we must connect input and output terminals in a proper way. The start pulse from the initializing unit's output through a Program trunk A, is (through a line A-1) connected to the input terminal of program control 1 of accumulator 4, and to the program input terminal 5 of accumulator 5 and 6. When accumulator 5 has transmitted its number twice, it will generate an output pulse on on program control 5, which needs to be connected to the program input terminals of control 1 of accumulator 6 and to control 6 of accumulator 5 (that is, where the number 359 comes in), as well as to the program input terminal of the Constant Transmitter.

After receiving the initializing pulse, the three accumulators start to work in parallel. After one addition cycle, accumulator 4 will store the number (a-b) and then stop, while the other accumulators will continue to transmit and receive digits. After the next cycle, accumulator 6 stores the number (c+2 b) and accumulator 5 generates the pulse that initializes the transmission from the Constant Transmitter to accumulator 5 and 6. Then the output terminal of program control 6 of accumulator 5 will generate a program pulse that can be used to initialize more operations of the ENIAC, or the machine will stop.

There are two types of control units, initiating unit and and cycling unit. The task of the initiating unit is to turn the power on and off and to initiate computation and clearing. The cycling unit provides the basic signals to the other units which makes them to transmit numbers. The cycling unit provides for the user to choose between to dubugging modes: "Addition Mode" or "Pulse Mode". The difference between the two is that when Addition Mode is chosen, ENIAC goes through a whole addition cycle and with Pulse Mode, the machine produces one pulse at a time. The cycling unit can generate 10 different types of pulse trains that govern the transmission and generation of numbers, program control, number correction and decade flip-flop reset. These pulses can be combined in order to form any number between 0 and 9.

An accumulator in the ENIAC works as an ALU plus a register in a modern microprocessor. The accumulator can be divided into the arithmetic/storage unit and the program control unit. The arithmetic unit consits of ten wood-like slabs. Each slab's function is to represent a digit, which is indicated by the position of the neon bulb in one of the ten stages connected serially. The decade counter on an accumulator is a walking-one ring-counter. The decade counter receives its input from one of five input channels (alpha through epsilon) and the numbers are transmitted through two output channels: A (Add) and S (Subtract). What the accumulator performs is depending on program settings.

On the Program Control Unit, there are Operation switches which determine which one of the five operations one wants the accumulator to perform. The five tasks are transmit additively (A), transmit subtractively (S), transmit both A and S (AS), receive on one of the five ports, or do nothing (O). There are twelve Operation switches and each one is linked to a program input terminal. Eight of these twelve can be set in Repeat mode, which performs the task repeatedly up to nine times. A clear-correct switch makes up for the dropped unit pulse in the complement when performin operations that involve shifting (multiplication, division, square-rooting). On the accumulator there is a switch which can be set to the disired number of digits in use for an operation. Condition branching (if. then. else) is taken care of the accumulator as follows. Let us assume that if xis less than b, then one program should be run, otherwise another program. This is done by checking the sign of x-b. Through a sign lead (PM), the output from A and S can stimulate the different programs.

The task of the Master Programmer is to coordinate between the operations of 20 accumulators and to simplify looping. The Master Programmer consists of two panels that have 10 pulse-counting channels, five on each panel. A unit of the Master Programmer has ten decade counters and five 6-stage stepper counters. The stepper counter is set to how many times one wish to perform for example an addition before going on to the next stage and uses the decade counters.

- High Speed multiplier

Because of multiplication is a usual operation, there is a special hardware taking care of the operation. It is used to multiply two signed, ten-digit numbers. In its operation, it normally uses four accumulators. Two of tese are used for storing the multiplier (`Ier) and the multiplicand (`Icand). The multiplicand is multiplied by consecutives of the multiplier and partial products are thereby produced. Multiplication of a ten-digit number with a p-digit number takes (p+4) addition times. The high-speed multiplier consists of large tables that map digits of the `Ier to digits of the `Icand.

The multiplier has 24 Program Controls which makes it possible to perform 24 different types of multiplications during one program. Each program control consists of a tranceiver with in- and output terminals for program pulses.

This unit controls accumulators to perform the actual operations involved. It uses four accumulators, one for the numerator, one for the denominator, one for the quotient and one for shifting. The operation involvs set-up, calculation, round-off and interlock and clearing.

Division is made based on a division algorithm which involves repeated additions and subtractions. When the numerator and denominator have the same sign, the latter is subtracted for the other until a sign change takes place. Is the sign different is it instead added. Every subtraction causes an increment in a decade of the quotient accumulator. The place in which the sign change takes place is moved one step further right for every sign change.

For example, if the two numbers are both positive, the quotient accumulator holds the number of times that the content of the denominator accumulator can be subtracted from the numerator accumulator in order to cause a sign change, plus one. Then this digit must be shifted left one step, and the next digit in the result can be calculated in the same way keeping track of the decade. This can be repeated as long as desired.

The square-root calculation is based on the fact that the square of an interger a is the sum of the first a odd integers. As in division, square-rooting involves subtacting and addition, sign changes and shifting.

The function tables can be viewed as what in modern computers are programmable ROM. Memory was very expensive and consisted in the ENIAC of internal and external storage. The internal memory consists of the decade counters in the accumulators and of three function tables. External memory is punch cards used together with the constant transmitter.

The function tables are used when solving differece equations, which involves multiplying coefficients to variable values. These constants are looked up by the function tables. The function table works as an array of signed 10-digit numbers of length 104. The values of the numbers can be set on a panel of switches. There are many settable switches and terminals on the units of the function table where the operations are mastered and for argument input and function output.

The external devices of the ENIAC are the IBM card reader and the Constant Transmitter. Just as external devices are today, the constant transmitter is a mix of electronic and mechanichal components. The IBM card reader reads values used to set switches from punch cards and supplices this information to the constant transmitter. An punch card can store 80 digits and is read by the speed 120 to 160 per minutes. This value is slower than the speed of which the ENIAC performs calculations, but as the ENIAC is constructed to solve problems involving many iteration, it is not a major problem. The constant transmitter has switches associated with tranceivers with input and output ports communicating with the rest of the units if the ENIAC. The card reader can either be activated by a pulse from the Initiation Unit, or mechanically by pressing a button.

Neon tubes on the ENIAC display the numbers stored in each accumulator which makes it possible for an observer to follow an operation taking place within the machine as he or she sees the digits "rushing by". This is a great help in order to identifying unit of the ENIAC is not working correctly when the machine is set in a debugging mode.

Hopefully, from this essay it's understood the function and importance of these two historical computers and their inventors. For further reading, please consult the below sources.


RISC architecture and instruction architecture

RISC stands for Reduced Instruction Set Computer and is a type of architectural processor design strategy. “Architecture” refers to the way a processor is planned and built and can refer to either the hardware or the software that is closest to the silicon on which it runs. An Instruction Set Architecture (ISA) specifies the basic software (instruction set) for an architecture. A common question might be: “What is the ISA for that computer/tablet/smartwatch?” with a response of something like, “It has an ARM Cortex-M8 core CPU.” (Core means the processor engine only, e.g., no peripherals. ARM Holdings, Inc., holds an acronym that stands for Acorn RISC Machines.) The ISA provides functions to a higher layer of software above it.

The hardware architecture of a computer requires code that breaks instructions down into 0s and 1s that the machine can understand also known as machine code. Processor architectures can be quite different, and the ISA software will reflect that. The difference between architectures can be found in how tasks are completed, such as how a specific architecture handles registers, interrupts, memory addressing, external inputs and outputs, and so forth.

In other words, machine code for one architecture will not work on another. For example, a desktop version of Windows will not run on a smartphone, since the architectures are different. (Although Microsoft seems to be encouraging an eventual merging to a single OS for desktops, laptops, and tablets, starting with the introduction of Windows 8.) Several types of processor architectures and corresponding ISAs exist. Some examples of RISC processor architectures are the ARM, MIPS, SPARC, and PowerPC.

In a different camp is the Complex Instruction Set Computing (CISC) architecture, which preceded RISC. As the name implies, with the CISC architecture a single instruction can execute several operations in one clock cycle. The original goal of CISC was to produce fewer lines of assembly code. The x86 is a CISC-based architecture. One advantage of CISC is in using C code. All other things being equal, C code translates to more lines of RISC assembly code than does CISC. Therefore, x86 is more efficient with respect to the use of C code.

However, the RISC architecture was developed with an eye to reducing complexity by using a simpler instruction set on processors that clock fewer cycles per second. RISC is a Von Neumann type architecture. Von Neumann architectures can be categorized as the type that reads and executes one instruction at a time, which makes it possible to set up a predictable “pipeline” of instructions (or bottleneck, depending on your point of view). Pipelining makes it easy for processing in parallel, e.g., multicore processing. Early on, RISC found a place in embedded processors due to an instruction set that did not take up much space, its real-time processing capability, and low power consumption. The disadvantage for RISC was a lack of software to run on the RISC instruction set the market simply was not there, so RISC suffered a lack of mainstream commercial adoption.

Today’s processors are highly integrated and faster, such that RISC instruction sets are becoming more complex so as to take advantage of improved technology. In fact, RISC and CISC instruction sets are becoming more alike than not as advances begin to blur the delineation between the two. Nevertheless, it’s a good idea to know the history behind the architectures, why they were created, and how they evolved.


Immediate Access Store

This is commonly referred to as the Random Access Memory (RAM) or Main Memory. It stores both instructions and data. Before Von Neumann, computers used to divide memory into instructions memory and data memory, which made it complex. Von Neumann discovered that there’s no difference between the nature of an instruction and the nature of data.
Buses which allow the movement of instructions and data between different parts of the computer is called a data bus. Buses that detect locations in memory is called an address bus.


Voir la vidéo: Von Neumann and Harvard Architectures