计算机原理之图灵机与冯诺依曼机
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冯诺依曼计算机的基本原理冯·诺伊曼计算机是由冯·诺伊曼等人在二战期间研制出来的一种计算机。
它采用了存储程序的思想,通过运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等部件组成。
冯·诺伊曼计算机的基本原理包括指令集、存储结构、运算结构、输入输出结构和控制结构。
1.指令集:冯·诺伊曼计算机采用二进制编码形式的指令集,其中每条指令都指定了计算机执行的具体操作。
指令集包括算术运算指令、逻辑运算指令、传输指令和控制指令等,可以通过指令集对数据进行处理和控制计算机的运行。
2.存储结构:冯·诺伊曼计算机采用存储程序的结构,程序和数据存储在同一存储器中,通过地址寻址方式访问。
存储器分为主存和辅助存储器两部分,主存用于存储当前执行的程序和数据,辅助存储器用于存储程序和数据的长期保存。
3.运算结构:冯·诺伊曼计算机的运算结构包括算术逻辑单元(ALU)、寄存器和数据通路等部件。
ALU用于执行算术和逻辑运算,寄存器用于暂时存储运算结果和中间数据,数据通路用于实现数据在各个部件之间的传输。
4.输入输出结构:冯·诺伊曼计算机可以通过输入设备接收外部数据,并通过输出设备输出计算结果。
输入输出结构包括输入输出接口、输入输出控制器和输入输出设备等部件,用于实现计算机与外部设备的通信和数据交换。
5.控制结构:冯·诺伊曼计算机的控制结构包括指令周期和时序控制等部分。
指令周期由取指、译码、执行和写回等阶段组成,用于指导计算机执行指令的操作流程。
时序控制用于管理和调度计算机各个部件的时序关系,保证计算机正常运行。
冯·诺伊曼计算机的基本原理是把程序和数据存储在同一个存储器中,通过指令集对程序进行控制,实现数据的处理和计算。
它的存储结构、运算结构、输入输出结构和控制结构相互配合,实现了计算机的功能和运行。
冯·诺伊曼计算机为后来的计算机发展提供了重要的理论基础和技术参考,对计算机的发展起到了重要的作用。
世界上第一台计算机的诞生阿兰灵和灵机的故事世界上第一台计算机的诞生:阿兰灵和灵机的故事1943年,第二次世界大战期间,人类社会面临着战争给生活带来的种种困扰。
为了提高军队的战斗力,各国纷纷投入研发计算机的工作。
而在这个战火纷飞的背景下,世界上第一台计算机迎来了它的诞生,这台计算机的名字叫做“灵机”。
灵机的诞生得益于两位杰出的科学家阿兰·图灵和约翰·冯·诺伊曼的合作。
阿兰·图灵是一位英国数学家,他是计算机科学的先驱之一。
约翰·冯·诺伊曼是一个德裔美国科学家,他提出了计算机的核心原理之一——存储程序的概念。
阿兰·图灵和约翰·冯·诺伊曼通过他们的合作,推动了计算机科学的发展。
他们的目标是打造一台能够自主学习和执行任务的计算机,使它能够帮助人们解决现实生活中的问题。
然而,在那个时代,技术条件的限制使得他们的计划变得异常困难。
但阿兰·图灵和约翰·冯·诺伊曼并没有放弃,他们决定利用已有的技术和资源来开发一种新型计算机。
他们的第一步是设计一套精确而高效的计算方法。
他们尝试着模拟人类大脑的思考过程,希望计算机能够像人类一样从输入中获取信息,并根据事先设定的规则进行计算。
他们发明了一种被称为“图灵机”的计算模型,这个模型后来成为了现代计算机的基础。
有了计算模型,接下来他们需要的是一台真正的计算机来实现这个模型。
由于当时并没有现成的计算机可供使用,阿兰·图灵和约翰·冯·诺伊曼决定自己动手制造一台。
在拿到计算机硬件之前,阿兰·图灵和约翰·冯·诺伊曼开始专注于编写程序。
他们编写了一系列基本的算法和程序,这些程序是实现图灵机模型所必需的。
通过程序,他们能够模拟出计算机的运行过程,进行算术计算以及其他各种任务。
随着程序的不断完善,终于到了制造计算机硬件的时刻。
冯诺依曼计算机的基本原理
冯诺依曼计算机是一种基于存储程序的计算机体系结构,它由电子计算机先驱约翰·冯·诺依曼于1945年提出。
该计算机中
的基本原理包括如下几个方面:
1. 存储程序:冯诺依曼计算机将指令和数据以相同的方式存储在内存中,指令被解释器逐条取出并执行。
这种存储程序的方式大大提高了计算机的灵活性和可编程性。
2. 二进制表示:冯诺依曼计算机使用二进制表示数据和指令,将所有数据和指令都转化为二进制形式进行存储和处理。
这种二进制表示的方式简化了计算机硬件的设计和实现。
3. 指令集架构:冯诺依曼计算机使用指令集架构,即将所有的指令按照功能划分为不同的指令集,比如算术运算指令、逻辑运算指令等。
这些指令集可以根据需要组合成各种复杂的程序,实现不同的功能。
4. 存储器层次结构:冯诺依曼计算机中的存储器按照速度和容量的不同划分为不同的层次,包括寄存器、高速缓存、主存等。
这种存储器层次结构能够提高计算机的运行效率和性能。
5. 运算器和控制器:冯诺依曼计算机包括运算器和控制器两个基本部件。
运算器用于执行各种算术、逻辑和数据传输操作,控制器用于解释和执行指令,协调各个部件的工作。
运算器和控制器之间通过数据总线和控制总线进行通信。
6. 串行执行:冯诺依曼计算机中的指令和数据按照顺序依次执行,即串行执行。
这种执行方式简化了计算机的控制逻辑,并且便于指令的重复执行和程序的复用。
综上所述,冯诺依曼计算机的基本原理包括存储程序、二进制表示、指令集架构、存储器层次结构、运算器和控制器以及串行执行等。
这些原理为现代计算机的设计和实现奠定了基础。
冯·诺伊曼结构(英语:Von Neumann architecture),也称冯·诺伊曼模型(Von Neumann model)或普林斯顿结构(Princeton architecture),是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的电脑设计概念结构。
本词描述的是一种实现通用图灵机的计算设备,以及一种相对于并行计算的序列式结构参考模型(referential model)。
本结构隐约指导了将存储设备与中央处理器分开的概念,因此依本结构设计出的计算机又称存储程序计算机。
历史最早的计算机器仅内含固定用途的程序。
现代的某些计算机依然维持这样的设计方式,通常是为了简化或教育目的。
例如一个计算器仅有固定的数学计算程序,它不能拿来当作文字处理软件,更不能拿来玩游戏。
若想要改变此机器的程序,你必须更改线路、更改结构甚至重新设计此机器。
当然最早的计算机并没有设计的那么可编程。
当时所谓的“重写程序”很可能指的是纸笔设计程序步骤,接着制订工程细节,再施工将机器的电路配线或结构改变。
而存储程序型电脑的概念改变了这一切。
借由创造一组指令集结构,并将所谓的运算转化成一串程序指令的运行细节,让此机器更有弹性。
借着将指令当成一种特别类型的静态数据,一台存储程序型电脑可轻易改变其程序,并在程控下改变其运算内容。
冯·诺伊曼结构与存储程序型电脑是互相通用的名词,其用法将于下述。
而哈佛结构则是一种将程序数据与普通数据分开存储的设计概念,但是它并未完全突破冯.诺伊曼架构。
存储程序型概念也可让程序运行时自我修改程序的运算内容。
本概念的设计动机之一就是可让程序自行增加内容或改变程序指令的存储器位置,因为早期的设计都要用户手动修改。
但随着变址寄存器与间接位置访问变成硬件结构的必备机制后,本功能就不如以往重要了。
而程序自我修改这项特色也被现代程序设计所弃扬,因为它会造成理解与调试的难度,且现代中央处理器的管线与缓存机制会让此功能效率降低。
图灵机简介和原理分析摘要:1936年,阿兰·图灵提出了一种抽象的计算模型——图灵机 (Turing Machine)。
图灵机是指一个抽象的机器,可被视作任意解决有限数学逻辑过程的机器,它提供了一种简单有效的解决逻辑过程的方法,加快了后来诺依曼设计的计算机的出现。
本文将对图灵机的原理和历史等进行简介和分析。
关键字:图灵机,计算模型。
一.图灵机的历史发展图灵机被公认为现代计算机的原型,这台机器可以读入一系列的零和一,这些数字代表了解决某一问题所需要的步骤,按这个步骤走下去,就可以解决某一特定的问题。
这种观念在当时是具有革命性意义的,因为即使在50年代的时候,大部分的计算机还只能解决某一特定问题,不是通用的,而图灵机从理论上却是通用机。
1936年,图灵向伦敦权威的数学杂志投了一篇论文,题为"论数字计算在决断难题中的应用"。
在这篇开创性的论文中,图灵给"可计算性"下了一个严格的数学定义,并提出著名的图灵机"(Turing Machine)的设想。
"图灵机"不是一种具体的机器,而是一种思想模型,可制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置,用来计算所有能想像得到的可计算函数。
"图灵机"与"冯•诺伊曼机"齐名,被永远载入计算机的发展史中。
1950年10月,图灵又发表了另一篇题为"机器能思考吗"的论文,成为划时代之作。
也正是这篇文章,为图灵赢得了"人工智能之父"的桂冠。
在图灵看来,这台机器只用保留一些最简单的指令,一个复杂的工作只用把它分解为这几个最简单的操作就可以实现了,在当时他能够具有这样的思想确实是很了不起的。
图灵机的产生一方面奠定了现代数字计算机的基础(要知道后来冯•诺依曼就是根据图灵的设想才设计出第一台计算机的)。
另一方面,根据图灵机这一基本简洁的概念,我们还可以看到可计算的极限是什么。
计算机原理之图灵机与冯诺依曼机计算机科学班边敬云,刘迎春,曹晔一、冯诺依曼机冯·诺伊曼结构,也称普林斯顿结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的计算机设计概念结构。
冯诺依曼机由一个同时存放指令和数据的主存储器、一个二进制的算逻运算部件、一个解释存储器中的指令并能控制指令执行的程序部件以及由控制部件操作的I/O设备,因此被称为存储程序型计算机。
冯诺依曼首次提出了三大概念:1.五大组成部件:输入设备,辅存储器,主存储器,运算器,控制器,输出设备。
2.采用二进制。
3.存储程序。
但是将CPU与存储器分开并非十全十美,反而会导致一些问题,也就是所谓的冯·诺伊曼瓶颈:在CPU与存储器之间的数据传输率与存储器的容量相比起来相当小,在现代计算机中,数据传输率与CPU 的工作效率相比之下非常小,在某些情况下(当CPU需要在巨大的数据上运行一些简单指令时),数据传输率就成了整体效率非常严重的限制。
CPU将会在数据输入或输出存储器时闲置。
由于CPU速度远大于存储器读写速率,因此瓶颈问题越来越严重。
(但后来这个问题被高速缓存解决了!)冯诺依曼结构还将运算器和存储器分开,则意味着存储器和运算器之间的传输通道的速率必须高于运算器的速度,否则运算器会处于等待状态,提高了技术上的难度。
二、图灵机图灵机,是在1936年提出的一种抽象计算模型,其更抽象的意义为一种数学逻辑机,可以看作等价于任何有限逻辑数学过程的终极强大逻辑机器。
仅是解决数学问题的理想化机器。
图灵的基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程,他把这样的过程看作下列两种简单的动作:•在纸上写上或擦除某个符号;•把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置;而在每个阶段,人要决定下一步的动作,依赖于当前所关注的纸上某个位置的符号和当前思维的状态。
为了模拟人的这种运算过程,图灵构造出一台假想的机器,该机器由以下几个部分组成:1、一条无限长(理想化)的纸带。
计算机组成原理冯诺依曼体系结构计算机组成原理是计算机科学的核心课程之一,它涉及计算机的硬件和软件组成部分以及它们之间的相互连接和工作方式。
冯诺依曼体系结构是现代计算机体系结构的基础,它是一种将数据和指令存储在同一存储器中的设计思想。
本文将针对计算机组成原理冯诺依曼体系结构进行详细介绍。
一、冯诺依曼体系结构的概念与特点冯诺依曼体系结构是由冯·诺伊曼于1945年提出的,它的主要特点有以下几个方面:1. 存储程序:冯诺依曼体系结构中,计算机的指令和数据都存储在同一块存储器中,它们没有区别对待。
这种存储程序的特性使得计算机可以按照指令顺序执行程序。
2. 指令执行周期:冯诺依曼体系结构的计算机按照指令的执行顺序进行操作。
每条指令的执行需要经过若干个时钟周期,包括取指令、解码、执行和存储结果等步骤。
3. 存储器与运算器的分离:冯诺依曼体系结构中,存储器和运算器是分离的,它们通过数据总线和控制总线进行通信。
这种结构使得计算机的存储器和运算器可以独立地进行工作。
二、计算机组成原理中的主要组成部分计算机组成原理主要包括以下几个组成部分:1. 运算器:运算器是计算机的核心部分,它包括算术逻辑单元(ALU)、寄存器等。
ALU负责进行基本的算术和逻辑运算,寄存器用于存储临时数据和结果。
2. 控制器:控制器负责指挥计算机的各个组成部分协同工作,它包括指令寄存器、程序计数器、指令译码器等。
控制器从存储器中取指令,并根据指令的内容发出相应的控制信号。
3. 存储器:存储器用于存储计算机的指令和数据,它可以分为主存储器和辅助存储器两种。
主存储器是计算机中的主要存储器,它采用随机访问方式,速度较快;辅助存储器用于存储大量的数据和程序,它的容量比主存储器大,但速度较慢。
4. 输入输出设备:输入输出设备用于计算机与外部环境之间的信息交换,包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
输入设备将外部信息传输给计算机,输出设备将计算机处理的结果显示或输出。
冯偌依曼计算机的基本原理宝子,今天咱们来唠唠冯诺依曼计算机的基本原理呀。
这冯诺依曼计算机啊,可真是计算机世界里的超级明星呢!你知道吗?冯诺依曼计算机有一个超酷的设计思想。
它就像一个超级有条理的小管家,把数据和程序都当成自己要管理的宝贝。
在这个计算机的小世界里,数据和程序可是同等重要的存在哦。
程序就像是指挥棒,告诉计算机要做什么,怎么做。
而数据呢,就是被操作的对象啦。
比如说,你想让计算机算个1加1等于几,这个“1加1”的计算规则就是程序,而那两个“1”就是数据啦。
冯诺依曼计算机还有一个很有趣的特点,那就是它的存储结构。
它有个专门放东西的地方,就像咱们的小仓库一样,这个地方叫存储器。
这个存储器啊,可神奇了,它既可以把程序存起来,又能把数据存起来。
想象一下,这就好比一个大衣柜,既可以放衣服(数据),又能放搭配衣服的小配饰(程序)。
而且啊,这个存储器是按照地址来存放东西的。
就好像每个小格子都有自己的门牌号一样,计算机想要找什么东西的时候,就按照这个门牌号去找,可方便啦。
再来说说它的运算器吧。
运算器就像是一个超级数学小天才,专门负责做各种数学运算,像加、减、乘、除这些,对它来说都是小菜一碟。
不过呢,它可不仅仅只会做数学题哦,还能做一些逻辑运算呢,就像判断这个数是不是比那个数大之类的。
它就安安静静地待在那里,等着数据和程序的召唤,然后就开始大展身手啦。
控制器也是冯诺依曼计算机里不可或缺的一部分呢。
控制器就像是一个超级指挥官,它指挥着整个计算机的运行。
它会根据程序的要求,把数据从存储器里拿出来,送到运算器里面去进行运算,然后再把运算的结果送回存储器或者送到其他地方。
这个控制器啊,就像一个乐队的指挥家,所有的乐器(其他部件)都得听它的指挥,这样整个计算机才能和谐有序地运行起来。
还有输入输出设备呢。
输入设备就像是计算机的小耳朵和小眼睛,它可以把外界的信息,比如说你用键盘敲进去的字,或者用鼠标点来点去的操作,都告诉计算机。
冯诺依曼计算机是什么什么是冯诺依曼原理,请具体讲讲了冯诺依曼计算机是什么冯诺依曼计算机是什么,什么是冯诺依曼原理,请具体讲讲了最佳答案- 由提问者1年前选出现在使用的计算机,其基本工作原理是存储程序和程序控制,它是由世界著名数学家冯·诺依曼提出的。
美籍匈牙利数学家冯·诺依曼被称为“计算机之父”。
约翰·冯·诺依曼(JohnVonNouma,1903-1957),美藉匈牙利人,1903年12月28日生于匈牙利的布达佩斯,父亲是一个银行家,家境富裕,十分注意对孩子的教育。
冯·诺依曼从小聪颖过人,兴趣广泛,读书过目不忘。
据说他一生掌握了七种语言,6岁时就能用古希腊语同父亲闲谈,其中最擅长德语。
他对读过的书籍和论文能很快一句不差地将内容复述出来,而且若干年之后,仍然如此。
1911年一1921年,冯·诺依曼在布达佩斯的卢瑟伦中学读书期间,就崭露头角而深受老师的器重。
在费克特老师的个别指导下,两人合作发表了第一篇数学论文,此时冯·诺依曼还不到18岁。
1921年至1923年在苏黎世大学学习。
在1926年以优异的成绩获得了布达佩斯大学数学博士学位,此时冯·诺依曼年仅22岁。
1927年至1929年,冯.诺依曼相继在柏林大学和汉堡大学担任数学讲师。
1930年接受了普林斯顿大学客座教授的职位,1931年成为该校终身教授。
1933年转到该校的高级研究所,成为最初六的位教授之一,并在那里工作了一生。
冯·诺依曼是普林斯顿大学、宾夕法尼亚大学、哈佛大学、伊斯坦堡大学、马里兰大学、哥伦比亚大学和慕尼黑高等技术学院等校的荣誉博士,是美国国家科学院、秘鲁国立自然科学院和意大利国立林且学院等院的院土。
1954年他任美国原子能委员会委员;1951年至1953年任美国数学会主席。
1954年夏,冯·诺依曼被使现患有癌症,1957年2月8日,在华盛顿去世,终年54岁。
冯诺依曼计算机原理
嘿,朋友们!今天咱来聊聊冯诺依曼计算机原理,这可真是个超级有趣的东西啊!
你看啊,这冯诺依曼计算机原理就像是一个奇妙的魔法盒子。
计算机就像一个聪明的小精灵,而这个原理就是小精灵的魔法秘籍。
它告诉计算机该怎么工作,怎么处理那些海量的数据。
想象一下,计算机的硬件就像是小精灵的身体,有各种器官来执行不同的任务。
而软件呢,就像是小精灵的魔法技能,通过冯诺依曼原理这个秘籍,让身体和技能完美配合起来。
它的核心之一就是存储程序啦!这就好比小精灵把所有的魔法咒语都记在了一个魔法书里,随时可以拿出来用。
计算机把程序和数据都存起来,需要的时候就去调用,多方便呀!是不是很神奇?
还有那个顺序执行,就像是小精灵按照一定的步骤施展魔法,一步一步地完成任务,不能乱了次序。
这样才能保证一切都有条不紊地进行着呀。
再说说二进制,这可真是个特别的存在。
就好像小精灵只认识两种颜色,黑和白。
通过这两种状态,就能表达出无数的信息和指令。
咱平时用电脑、玩手机,背后可都是冯诺依曼计算机原理在默默工作呢!它就像一个默默奉献的小卫士,守护着我们的数字世界。
你说,如果没有这个原理,那计算机得变成啥样啊?那肯定是乱了套啦!就像小精灵没了魔法秘籍,都不知道该怎么施展魔法了。
所以说呀,冯诺依曼计算机原理可真是太重要啦!它让我们的数字生活变得丰富多彩,让我们能轻松处理各种信息。
我们真应该好好感谢这个伟大的发明呢!它就像一盏明灯,照亮了我们的科技之路。
怎么样,现在是不是对这个神奇的原理有了更深的了解呢?是不是觉得计算机更加有趣了呢?反正我是这么觉得的!。
冯诺依曼结构计算机基本原理冯诺依曼结构计算机基本原理,又称为冯诺依曼体系,是指在1945年由国际著名科学家John Von Neumann所提出的一种计算机结构,它将程序(数据+指令)存储在一个存储器中,以使得操作人员可以改变程序的指令,而不必改变硬件设备。
冯诺依曼结构计算机通常由五个部分组成:中央处理器(CPU)、存储器(RAM)、输入/输出(I/O)、控制器和外设。
中央处理器(CPU)是冯诺依曼结构计算机的核心,它是计算机执行任务和指令的部件,负责处理和执行指令,驻留于 CPU 的代码又称为指令集,也就是程式码,是在执行前翻译到 CPU 内部的机器语言。
存储器(RAM)是一种电子存储器,可以用来临时存储程序的指令集以及数据,这些指令和数据可以被CPU实时访问,一般情况下,RAM容量越大,处理性能就越高。
输入/输出(I/O)模块用于传输信息,主要是指CPU和外部外设之间的交互信息。
它是由多个I/O端口组成,每个I/O端口可以连接一个或多个外部设备,可以接收外部设备发送的数据,并将CPU处理的数据发送给外部设备。
控制器是指CPU可以通过它来控制和协调其他部件的工作,此外,控制器还可以负责CPU和I/O之间的通信,让程序和数据可以在CPU和存储器之间进行传输。
外设主要包括显示器、打印机、光驱、鼠标、键盘等,它是可以把外部输入和输出设备连接到计算机系统上的硬件器件,让用户可以将程序和数据载入和输出到计算机。
整个冯诺依曼结构计算机的工作流程是,用户向计算机输入信息,如程序或数据,然后由控制器负责将信息从输入输出设备载入到CPU,由CPU对载入的程序和数据进行处理,然后将处理结果交给输入输出设备输出。
简述冯诺依曼计算机的设计原理冯·诺依曼计算机是现代计算机的基础设计原理之一,它由冯·诺依曼在1945年提出。
这种计算机的设计原理包括以下几个方面:1. 存储程序:冯·诺依曼计算机使用存储器来存储指令和数据。
程序和数据被存储在同一个存储器中,这样计算机可以按顺序执行存储器中的指令。
这种存储程序的概念使得计算机可以根据需要修改和重复执行不同的程序。
2. 二进制系统:冯·诺依曼计算机使用二进制系统来表示和处理数据。
在计算机中,所有的数据和指令都以二进制代码的形式存储和处理。
这种二进制系统使得计算机可以进行逻辑运算和数据处理。
3. 中央处理器(CPU):冯·诺依曼计算机包括中央处理器,它是计算机的核心部件。
CPU执行存储器中的指令,并处理数据。
它包括算术逻辑单元(ALU)和控制单元(CU),分别用于执行算术和逻辑运算,以及控制计算机的操作。
4. 输入输出设备:冯·诺依曼计算机使用输入输出设备与外部世界进行交互。
常见的输入设备包括键盘、鼠标和触摸屏,输出设备包括显示器和打印机。
通过输入输出设备,用户可以输入数据和指令,以及获取计算机的处理结果。
5. 存储器层次结构:冯·诺依曼计算机的存储器具有层次结构,包括主存储器(RAM)和辅助存储器(硬盘、固态硬盘等)。
主存储器用于存储当前正在执行的程序和数据,而辅助存储器用于长期存储程序和数据。
6. 指令周期:冯·诺依曼计算机按照指令周期的方式运行。
指令周期包括取指令、解码指令、执行指令和访问存储器等阶段。
计算机按照一条条指令的顺序执行,每个指令的执行都经过这些阶段。
冯·诺依曼计算机的设计原理为现代计算机的发展奠定了基础,它的设计思想仍然广泛应用于计算机体系结构的研究和开发中。
通过这种设计原理,计算机能够高效地执行各种任务,实现复杂的计算和数据处理。
阿兰图灵和冯诺依曼,谁才是可称得起计算机之父呢?答:都称得起。
计算机之父这种笼统的称谓没有明确的结果。
你可以认为是图灵,也可以认为是冯·诺依曼,你认为是谁就是谁。
非要叫的话可以是:1.巴贝奇Charles Babbage——通用计算机之父2.图灵Alan Turing——计算机科学之父3.约翰·阿坦那索夫John Vincent Atanasoff——电子计算机之父4.冯·诺依曼John von Neumann——现代计算机之父以下我们就来八一八各位“之父”。
•机械时期——计算机器的起源毕竟“计算机”就是指用来计算的机器嘛。
机械时期有很多代表人物,比如:发明加减计算机的希卡特Schickard(1623)和帕斯卡Pascal(1642)。
还有发明出可以乘除运算的计算机的莱布尼兹Leibnitz(1687)。
(关于机械时期强烈推荐简书的一篇干货: 01改变世界:机械之美——机械时期的计算设备)你认他们谁是“计算机之父”呢?当然,你也可以认为他们做的都是“计算器”,还没有计算机的基本结构呢。
那我们就来看看下面那位。
•巴贝奇Charles Babbage——通用计算机之父在中国几乎都没听说过巴贝奇这个人,但在国外却是公认的计算机之父。
看看Bing搜索最前的是谁:看看Quora里最高票答案是谁(https:///Who-is-the-father-of-computers-1):巴贝奇,生活在机械时代,却构思出了完整的计算机结构,领先世界一百年。
由于生不逢时,他注定成为一个悲剧的天才。
他亏了自己家里和英国政府很多钱,最后却造不出像样的分析机,因为当时的工艺还达不到他所设计的精度。
直到一百年后,有个教授为了情怀用机电方式建造Mark-I计算机,才实现了巴贝奇的构想。
后来在1985年,伦敦科学博物馆决定用巴贝奇当时的方式打造一台完整的差分机,整台机器到2002年才完工,一共花了17年的时间。
图灵V.S冯诺依曼一、前言图灵和冯诺依曼都对计算机的发展做出了杰出的贡献,那么这两位大神级的人物,谁更配得上计算机之父呢?从一口君心理来讲,其实“计算机之父”这种笼统的称谓没有明确的结果,非要叫的话,在一口君心里几位大神地位如下:1.巴贝奇Charles Babbage——通用计算机之父2.图灵Alan Turing——计算机科学之父3.约翰·阿坦那索夫John Vincent Atanasoff——电子计算机之父4.冯·诺依曼John von Neumann——现代计算机之父其中巴贝奇是机械计算机的巅峰人物,而且创造性地提出了很多关于计算机的基础思想,本文仅讨论现代计算机。
巴贝奇二、生平简介首先还是让我们来看下两位大神的生平吧!1. 图灵艾伦·麦席森·图灵(英语:Alan Mathison Turing,1912年6月23日—1954年6月7日),英国数学家、逻辑学家,被称为计算机科学之父、人工智能之父。
1.1 时间线图灵1.2 生平1912年6月23日,艾伦·麦席森·图灵生于英国帕丁顿。
家族成员里有三位当选过英国皇家学会会员,祖父曾获得剑桥大学数学荣誉学位。
父亲早年就读于牛津大学历史系,后来在印度公务署为英帝国效力。
母亲曾就读于巴黎大学文理学院。
图灵天资聪颖,3岁时,图灵就进行了他的首次实验,把一个玩具木头人的小胳膊、小腿掰下来栽到花园里,等待长出更多的木头人。
到了8岁,他写了一部科学著作,题目为《关于一种显微镜》。
图灵曾说:“我似乎总想从最普通的东西中弄出些名堂。
”他的老师认为:“图灵的头脑思维可以像袋鼠一样进行跳跃。
”图灵在中学时发现了他的同性恋倾向,克里斯托弗是他的初恋,他们一起做化学实验,学习数学公式。
1931年,图灵考入剑桥大学国王学院,由于成绩优异而获得数学奖学金,他的数学能力得到充分的发展。
1935年,他的第一篇数学论文“左右殆周期性的等价”发表于《伦敦数学会杂志》上。
冯诺依曼计算机的原理
冯诺依曼计算机是现代计算机的先驱,也是现代计算机的奠
基者。
他在1946年发表了《计算和机器》,他的这篇论文提出了
建立通用计算机的设想,这是计算机发展史上的第一个里程碑。
冯诺依曼在论文中阐述了他的计算机器设计思想:
首先,他提出了通用计算机的概念,他认为“通用计算机是
能同时进行多项式运算和逻辑运算的机器”,
其次,他认为计算机应该是一种存储程序、输入程序和输出
程序都能被改变的机器。
冯诺依曼把这种机器称为“能完成一项
计算”的机器。
为了实现这一思想,冯诺依曼采用了“二进制”
作为表示形式,这就是我们现在所说的计算机。
第三,冯诺依曼还提出了一种新的算法——“查找表算法”。
这个算法能够把各种计算都转化成查找表中某一项数字是否等于
或大于某一预定值来决定。
最后,他把这个算法称为“递推算法”。
在冯诺依曼提出计算机器思想之后的几年中,美国进行了大
量的研究工作。
后来有人把这项工作称为“冯诺依曼工程”。
—— 1 —1 —。
计算机原理之图灵机与冯诺依曼机
计算机科学班边敬云,刘迎春,曹晔一、冯诺依曼机
冯·诺伊曼结构,也称普林斯顿结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的计算机设计概念结构。
冯诺依曼机由一个同时存放指令和数据的主存储器、一个二进制的算逻运算部件、一个解释存储器中的指令并能控制指令执行的程序部件以及由控制部件操作的I/O设备,因此被称为存储程序型计算机。
冯诺依曼首次提出了三大概念:
1.五大组成部件:输入设备,辅存储器,主存储器,运算器,控制器,输出设备。
2.采用二进制。
3.存储程序。
但是将CPU与存储器分开并非十全十美,反而会导致一些问题,也就是所谓的冯·诺伊曼瓶颈:在CPU与存储器之间的数据传输率与存储器的容量相比起来相当小,在现代计算机中,数据传输率与CPU 的工作效率相比之下非常小,在某些情况下(当CPU需要在巨大的数据上运行一些简单指令时),数据传输率就成了整体效率非常严重的限制。
CPU将会在数据输入或输出存储器时闲置。
由于CPU速度远大
于存储器读写速率,因此瓶颈问题越来越严重。
(但后来这个问题被高速缓存解决了!)冯诺依曼结构还将运算器和存储器分开,则意味着存储器和运算器之间的传输通道的速率必须高于运算器的速度,否则运算器会处于等待状态,提高了技术上的难度。
二、图灵机
图灵机,是在1936年提出的一种抽象计算模型,其更抽象的意义为一种数学逻辑机,可以看作等价于任何有限逻辑数学过程的终极强大逻辑机器。
仅是解决数学问题的理想化机器。
图灵的基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程,他把这样的过程看作下列两种简单的动作:
•在纸上写上或擦除某个符号;
•把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置;
而在每个阶段,人要决定下一步的动作,依赖于当前所关注的纸上某个位置的符号和当前思维的状态。
为了模拟人的这种运算过程,图灵构造出一台假想的机器,该机器由以下几个部分组成:
1、一条无限长(理想化)的纸带。
纸带被划分为一个接一个的小
格子,每个格子上包含一个来自有限字母表的符号,还有字母表中特殊的符号表示空白。
纸带上的格子从左到右依次被编号为0, 1, 2, ...,纸带的右端可以无限伸展(理想化)。
2、一个读写头HEAD。
该读写头可以在纸带上左右移动,它能读出
当前所指的格子上的符号,并能改变当前格子上的符号。
3、一套控制规则TABLE。
它根据当前机器所处的状态以及当前读
写头所指的格子上的符号来确定读写头下一步的动作,并改变状态寄存器的值,令机器进入一个新的状态。
4、一个状态寄存器。
它用来保存图灵机当前所处的状态。
图灵机
的所有可能状态的数目是有限的,并且还有一个特殊的状态,称为停机状态。
这个机器的每一部分都是有限的,但它有一个潜在的无限长的纸带,因此这种机器只是一个理想的设备。
图灵认为这样的一台机器就能模拟人类所能进行的任何计算过程。
其实图灵机最重要的还是限输入、有限控制、有限状态的想法。
现代电脑也包含图灵机的原理,实际上还是从图灵机发展过来的,因为CPU能充当图灵机里的控制规则、状态寄存器,是CPU解决这两个问题,附带的,CPU还能解决下面的问题:
(1)对外提供运算功能;
(2)设计“纸带”访问方法;
(3)控制规则,按照什么规则找到纸带上的输入,并输出到纸带;
三、异同
四、继承
图灵机模型是计算机领域的一个重要理论,但并不是计算机模型,而是数学模型。
冯诺依曼是在图灵的基础上提出了最早的计算机模型,冯诺依曼机是通用型的图灵机。
现在计算机中,做大量的“运算器”、“控制器”、“存储器”、“输入设备”、“输出设备”的厂商都是脱胎于冯诺依曼的模型。
五、展望未来计算机体系结构
1、未来的计算机应该是智能化的,有可能更偏向于人工智能的机器人。
2、进行其他微处理器体系结构及其相关技术的研究,主要包括:超长指令字(VLIW)、单芯片多处理器、多线程超标量、处理器存贮器耦合等。
六、遇到的问题:
1、图灵机的控制规则是指它根据当前机器所处的状态以及当前读写头所指的格子上的符号来确定读写头下一步的动作,并改变状态寄存器的值,令机器进入一个新的状态。
那么格子中存储的是指向应该进行的下一步的运算步骤的指示还是这一步的计算过程?
2、图灵机中有一个状态寄存器。
它用来保存图灵机当前所处的状态。
图灵机的所有可能状态的数目是有限的,并且还有一个特殊的状态,称为停机状态。
状态寄存器是指记录现在的还是以前的都能一起记住?是不是图灵机的存储器特点?
3、图灵认为这样的一台机器就能模拟人类所能进行的任何计算过程。
到底可不可以?感觉好像不可以。
参考资料:
1、wiki-冯诺依曼结构
2、wiki-图灵机
3、Tag Archives,图灵机,冯诺依曼,CISCI,RISC,计算机基本理论
4、Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual Volume 1:Basic Architecture,Chapter 5 Instruction Set Summary.
5、The comparison between CISC&RISC CPU instruction set。