Karya John von Neumann

John von Neumann

John von Neumann lahir di Budapest pada 28 Desember 1903, dalam keluarga bankir kaya yang diangkat menjadi bangsawan Hongaria. Sejak usia dini, dia menunjukkan kecerdasan yang luar biasa dan dicap sebagai anak ajaib. Pada usia 6 tahun, von Neumann dapat berbicara bahasa Yunani Kuno dan membagi sepasang angka 8 digit di kepalanya, dan pada usia 8 tahun, ia telah belajar kalkulus diferensial dan integral. Ketika von Neumann berusia 15 tahun, ayahnya mengatur agar Gábor Szeg menjadi guru privat matematikanya. Pada pelajaran pertama mereka, matematikawan terkenal Szegő meneteskan air mata setelah menyaksikan kecepatan dan kemampuan von Neumann muda. Selain prestasi luar biasa ini, von Neumann memiliki ingatan fotografis dan dapat melafalkan seluruh novel kata demi kata.

Von Neumann menyelesaikan sertifikat dua tahun dalam bidang kimia di Universitas Berlin dan PhD dalam matematika di Universitas Pázmány Péter. Setelah menyelesaikan PhD-nya, von Neumann pergi ke Universitas Göttingen untuk belajar di bawah bimbingan David Hilbert, salah satu matematikawan penting yang karyanya membantu mengembangkan komputer. Setelah itu, von Neumann pergi ke Universitas Princeton untuk menerima janji seumur hidup di Institute of Advanced Study. Kantornya berjarak beberapa pintu dari kantor Albert Einstein, dan Einstein mengeluh bahwa von Neumann memainkan musik march Jerman di fonograf kantornya terlalu keras.

Saat di Princeton, von Neumann dibawa untuk bekerja di Proyek Manhattan. Dia melakukan banyak perjalanan ke Laboratorium Los Alamos untuk memantau perkembangan senjata atom, dan dia sangat penting dalam banyak tahap desain dan konstruksi dua senjata nuklir yang dijatuhkan di Jepang. Dia adalah saksi mata uji coba pertama bom atom pada 16 Juli 1945, dan dia bertugas di komite yang bertugas memutuskan dua kota Jepang mana yang akan menjadi sasaran bom. Untuk keterlibatannya dalam Proyek Manhattan, von Neumann mungkin menjadi inspirasi terbesar bagi karakter Dr . Strangelove dalam film homonim Stanley Kubrick.

Dr. Cinta yang aneh

Sekitar waktu di mana ia bekerja pada bom atom, von Neumann mulai mengerjakan ide-ide yang akan menjadi dasar ilmu komputer. Von Neumann telah bertemu dengan Alan Turing bertahun-tahun sebelumnya, dan laporan menunjukkan bahwa von Neumann dipengaruhi oleh makalah Turing “On Computable Numbers.Tentu saja, karena pekerjaannya sebelumnya dengan Hilbert, von Neumann berada dalam posisi yang bagus untuk mengenali pentingnya pekerjaan Turing.

Pada tahun 1945, saat berada di tahap akhir pekerjaannya di Proyek Manhattan, von Neumann memberi tahu teman dan koleganya bahwa dia sedang memikirkan pekerjaan yang lebih penting lagi. Saat berada di kereta menuju Los Alamos, von Neumann menulis dokumen yang disebut "Draf Pertama Laporan tentang EDVAC". Dokumen setebal 101 halaman ini berisi desain arsitektur von Neumann, yang tetap menjadi paradigma dominan dalam arsitektur komputer sejak diperkenalkan. Arsitektur von Neumann biasanya dikaitkan dengan konsep komputer program tersimpan, tetapi juga mencakup desain rekayasa 4 bagian yang berbeda dari konsep program tersimpan lainnya.

Yang terpenting, arsitektur von Neumann adalah komputer program-tersimpan. Komputer program tersimpan menggunakan satu unit memori untuk menyimpan program komputer dan data yang diambil oleh program komputer sebagai input. Desain program yang tersimpan biasanya kontras dengan arsitektur Harvard, yang menggunakan unit memori terpisah untuk menyimpan program komputer dan data program.

Ide arsitektur program tersimpan secara diam-diam disarankan oleh karya Turing pada mesin Turing universal, karena mesin ini adalah versi teoretis dari komputer program tersimpan. Namun, von Neumann mengakui nilai rekayasa secara eksplisit properti ini di komputer. Metode alternatif pemrograman komputer memerlukan pengkabelan atau pengkabelan ulang sirkuit komputer secara manual, sebuah proses yang sangat padat karya sehingga komputer sering dibuat untuk satu fungsi dan tidak pernah diprogram ulang. Dengan desain baru, komputer menjadi mudah diprogram ulang dan mampu mengimplementasikan banyak program berbeda; namun, kontrol akses harus diaktifkan untuk mencegah jenis program tertentu seperti virus memprogram ulang perangkat lunak penting seperti sistem operasi.

Batasan desain arsitektur von Neumann yang paling terkenal disebut 'bottleneck von Neumann'. Hambatan von Neumann disebabkan oleh arsitektur program yang tersimpan, karena data dan program berbagi bus yang sama ke unit pemrosesan pusat. Transfer informasi dari memori ke CPU biasanya jauh lebih lambat daripada pemrosesan aktual di CPU. Desain von Neumann meningkatkan jumlah transfer informasi yang diperlukan karena program komputer dan data program perlu ditransfer ke CPU. Salah satu metode terbaik untuk memperbaiki masalah ini adalah penggunaan cache CPU. Cache CPU berfungsi sebagai perantara antara memori utama dan CPU. Cache CPU ini menyediakan sejumlah kecil memori akses cepat di dekat inti prosesor.

Arsitektur von Neumann terdiri dari empat bagian: unit kontrol, unit pemrosesan (termasuk unit aritmatika dan logika (ALU)), unit memori, dan mekanisme input/output. Mekanisme input/output termasuk perangkat standar yang terkait dengan komputer, termasuk keyboard sebagai input dan tampilan layar sebagai output. Mekanisme input menulis ke Unit Memori yang menyimpan program komputer dan data program. Unit kontrol dan unit pemrosesan terdiri dari prosesor pusat. Unit kontrol mengarahkan pemrosesan pusat sesuai dengan instruksi yang diterimanya. Unit pemrosesan berisi ALU yang melakukan operasi aritmatika dasar atau bitwise pada string bit. ALU dapat melakukan banyak fungsi yang berbeda; oleh karena itu, fungsi unit kontrol untuk mengarahkan ALU agar melakukan fungsi yang benar pada string yang benar.

Arsitektur von Neumann

Setelah diperkenalkan, arsitektur von Neumann menjadi arsitektur komputer standar, dan arsitektur Harvard diturunkan ke mikrokontroler dan pemrosesan sinyal. Arsitektur von Neumann masih digunakan sampai sekarang, tetapi desain yang lebih baru dan lebih rumit yang terinspirasi oleh arsitektur von Neumann telah melampaui arsitektur aslinya dalam hal popularitas.