河北20选5开奖结果: 燕赵风采20选5走势图

北京 切换校区

全国24小时免费热线

400-009-1906

冯·诺伊曼计算机的诞生

时间:2019-01-09   来源:尚学堂   阅读:255

  早期的计算机都是专用计算机,是不可编程的,例如常见的计算器,虽然能轻松的完成基本数学运算,但是你要是想拿来做文字处理,表格处理,或者玩游戏那是肯定不可能了。

  因为这些机器内部的电路和一个特定的程序密切相关,对于这些计算机来讲,重新编程就意味着完全从头开始设计,加工,制造一个全新的机器出来,当然新的机器依然是专用的。

  假设时间回到上个世纪40年代,领导让你设计一台通用计算机,你会怎么做?

  首先你要考虑的是,这样的计算机在理论上是否可行,如果理论上都造不出来,那就别白费力气了。

  你最不擅长的就是数学理论,苦思冥想还是找不到答案,突然有一天看到一篇划时代的论文,就像跌入山崖而无意中得到一本武林秘籍一样让你欣喜若狂。

  这个论文叫做《可计算数字及其在判断性问题中的应用》,作者阿兰·图灵,他在论文中提出了一个假想的机器,后来被称为图灵机。

  这个机器看起来如此的简单,只有一个无限长的纸带,一个读写头,一个状态集合,再加上一个规则表(程序)。

  但是你敏锐的意识到:这个机器证明了通用计算理论,肯定了计算机实现的可能性,同时它给出了计算机应有的主要架构。

  理论问题被解决了,那就回到通用计算机的设计问题上来吧,既然要“通用”,那肯定要允许大家写各种各样的程序,计算机的硬件设备肯定不能和某个程序绑定。

  一个偶然的机会,你听说宾夕法尼亚大学发明了一个叫做ENIAC的机器,这个拥有1.8万个真空管,长30多米,重大30吨的庞然大物每秒竟然能执行5000次加法和400次乘法,让你惊叹不已。

  但是你仔细研究以后就发现了它的一个重大缺陷:编程极为困难,虽然这台计算机支持顺序,循环,分支,子程序等操作,但是却是用电路板上的开关来输入的。

  想把一个程序输入计算机通常得好几周:程序首先要在纸上写出来,然后在花好几天的时间来操作开关和电缆,还要验证和调试,但是这一切做好以后,运行时间可能只有几分钟。由于设计和输入程序的时间开销太大,计算机运行速度快的优势就被抵销了。

  如果程序切换以后,想再次运行上一个程序,还得重新把开关和电缆操作一遍,让人抓狂。

  如果能把程序存储下来该多好,需要运行了,找到它运行就行了。

  存储程序,这并不是一个全新的想法,当然,想把程序存储下来,需要定义一下机器的“指令集”,这样各种各样的程序才用指令集中的指令描述出来,方便存储。

  你决定和ENIAC的EckertandMauchly一起工作,改进ENIAC,同组的还有一个叫做冯·诺伊曼的大科学家作为顾问,要知道冯·诺伊曼可是一个全才科学家,在量子理论,集合论,博弈论都有重大贡献,他深厚的数学功底,探索问题和综合分析的能力给了你们极大的帮助。

  针对ENIAC的缺点,你们提出了一个全新的计算机体系结构:

  在这个结构中一个程序由若干指令组成,在运行之前,要被“放到“某个地方,你把这个地方称为存储器(内存),可以把内存比喻成包含一个个格子的东西,每个格子里放一条指令。

  一个叫控制器的东西去读取“格子“中这个程序的第一条指令,分析指令到底要做什么事情,然后运算器去执行这个指令,执行完第一条就接着执行第二条,如此一直运行下去......

  控制器和运算器是如此紧密的在一起工作,你决定把它叫做处理器。

  很多程序不仅仅是简单的运算,大部分情况下还要把运算的结果放回到内存的“格子”中,现在有个问题困扰着你,内存中已经有指令了,也要把数据放到这里吗?

  经过谨慎的思考,你们做了一个艰难的决定:把指令和数据放到同一个内存中!这样一来处理器在同一时刻,要么是在读取指令,要么是在存取数据,两件事不可能同时进行,这自然带来了一些性能的问题。

  但是你坚信这样的设计结构简单,成本低,容易实现,一定要坚持。

  为了做人机交互,还得有输入设备和输出设备来做辅助。

  你们根据电子元件的特点,抛弃了ENIAC所使用的10进制,转而使用二进制,采用布尔代数的逻辑运算,这极大的简化了电路的设计。

  后来冯·诺伊曼根据这个设计写了一篇草稿论文,叫做《FirstDraftofaReportontheEDVAC》,很不幸,这份长达101页的草稿论文上只有一个人的名字:冯·诺伊曼,其他人,包括ENIAC的EckertandMauchly都被忽略了。

  这份论文广为流传,深深的影响了下一代计算机的设计,人们把遵循这个结构的计算机称为冯·诺伊曼计算机。

  一个冯·诺伊曼计算机被抽象成5大组成部分:控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。将近70过去了,它仍然统治着现代计算机,时间证明了这是一个伟大的体系结构。

  在冯·诺伊曼的时代,人们根本无法预料到光盘,网络,鼠标,键盘,触摸屏这些东西,但是他的结构经过几十年以后仍然能够支持这样的扩展,我想这就是是抽象的威力吧。

  我记得上高中的时候,物理老师说牛顿提出三定律以后,经典物理学的大厦已经建立起来的,后人的工作就在在楼内楼外做点装饰而已,直到相对论和量子力学的出现。

  而冯·诺伊曼结构提出后,计算机这么多年来基本没什么变化,无非就是追究速度更快,容量更大,显示更好而已,不知道量子计算机是不是未来的突破?

 ?。ㄍ辏?/span>

相关资讯

  • 北京校区
  • 山西校区
  • 郑州校区
  • 武汉校区
  • 四川校区
  • 长沙校区
  • 深圳校区
  • 上海校区
  • 广州校区
  • 保定招生办

北京海淀区校区(总部):北京市海淀区西三旗街道建材城西路中腾建华商务大厦东侧二层尚学堂
北京京南校区:北京亦庄经济开发区科创十四街6号院1号楼 赛蒂国际工业园
咨询电话:400-009-1906 / 010-56233821
面授课程: JavaEE培训、 大数据就业班培训、 大数据云计算周末班培训、 零基础大数据连读班培训、 大数据云计算高手班培训、 人工智能周末班培训、人工智能+Python全栈培训、 H5+PHP全栈工程师培训

山西学区地址:山西省晋中市榆次区大学城大学生活广场万科商业A1座702

郑州学区地址:河南电子商务产业园6号楼4层407
咨询电话:0371-55177956

武汉学区地址:湖北省武汉市江夏区江夏大道26号 宏信悦谷创业园4楼
咨询电话:027-87989193

四川学区地址:成都市高新区锦晖西一街99号布鲁明顿大厦2栋1003室
咨询电话:028-65176856 / 13880900114

网址://www.cssxt.com/
咨询电话:0731-83072091

深圳校区地址:深圳市宝安区航城街道航城大道航城创新创业园A4栋210(固戍地铁站C出口)
咨询电话:0755-23061965 / 18898413781

上海尚学堂松江校区地址:上海市松江区荣乐东路2369弄45号绿地伯顿大厦2层
咨询电话:021-67690939

广州校区地址:广州市天河区元岗横路31号慧通产业广场B区B1栋6楼尚学堂(地铁3号线或6号线到“天河客运站”D出口,右拐直走约800米)
咨询电话:020-2989 6995

保定招生办公室

地址:河北省保定市竞秀区朝阳南大街777号鸿悦国际1101室

电话:15132423123

Copyright 2006-2019 北京尚学堂科技有限公司  京ICP备13018289号-19  京公网安备11010802015183  
媒体联系:18610174079 闫老师  

Java基础班,免费试学三周

136| 935| 413| 375| 844| 172| 528| 529| 345| 458|