計算機原理:理論基礎(圖靈機)與(馮諾伊曼)體系結構!

2020-12-18 福萌數碼

相信在這個時代,工作工程中使用最多的莫過於計算機,那麼你知道計算機的原理是什麼嗎?近期在V2EX論壇就有這樣一個類似問題引起大家的討論,就是計算機的原理是圖靈機嗎?

這位網友所提出的問題也是很有探討意義:

如果說計算機是圖靈機演變的,那麼圖靈機的設計理念是什麼?從百科查到:所謂的圖靈機就是指一個抽象的機器,它有一條無限長的紙帶,紙帶分成了一個一個的小方格,每個方格有不同的顏色。有一個機器頭在紙帶上移來移去。機器頭有一組內部狀態,還有一些固定的程序。在每個時刻,機器頭都要從當前紙帶上讀入一個方格信息,然後結合自己的內部狀態查找程序表,根據程序輸出信息到紙帶方格上,並轉換自己的內部狀態,然後進行移動。初看好像也沒什麼,但這樣的圖靈模型一定是經過理論證明過可行的,那麼它的理論依據是什麼?為什麼這麼搞。它解決的是什麼問題,它有什麼局限?

圖靈機奠定現代計算機理論基礎

根據目前資料來看:computer(計算)在這個詞最早指的是一個人,並且很有可能是一個女人。在上個世紀二三十年代,名為 computer 的人的主要工作是進行大量繁雜而又無趣的科學計算。當時有一個數學家,致力於發明一種可以用於計算的機器,希望從本質上解決這些計算問題。這個人就是圖靈,而這個被他發明出來用於計算的機器就被稱之為圖靈機。

但是一定要明白一點:圖靈機只是一種計算模型,而計算機模型不止圖靈機一種,還有 lambda 演算等等,然而所有的計算模型都能證明與圖靈機等價,或者計算能力不超過圖靈機。圖靈機是這些計算模型裡面最直觀的最簡單的。

大家普遍相信圖靈機不可計算的,就是不可計算的定義。圖靈機用一種直觀的方式定義了什麼是計算。用這個模型可以得出計算的極限——可計算性。什麼問題是可計算的,什麼問題是不可計算的。只能說圖靈機奠定了現代計算機的理論基礎。

關於更多圖靈機的知識大家可以自己看看計算機理論,其中有關於圖靈機的知識講解。

馮諾伊曼計算機體系結構

相信目前接受過教育或者使用計算機的用戶,肯定都聽過馮諾伊曼這個名字。他所參加的各項研究均是當時科技頂端。其中現代計算機體系結構正是由馮諾伊曼研究。

馮·諾依曼體系結構馮·諾伊曼理論的要點是:計算機的數制採用二進位;計算機應該按照程序順序執行。人們把馮·諾伊曼的這個理論稱為馮·諾伊曼體系結構。

可以說馮諾伊曼計算機體系結構是圖靈機更好的一種實現方式,所以馮諾伊曼也被稱為是電子計算機之父,圖靈被稱為是計算機理論之父,都是計算機中主要貢獻人物。

結語

其實無論是圖靈、還是馮諾伊曼,或者其他的一些計算機中的有名人物,大家不要過分去吹或者貶低某一位科學家,他們都在科技發展中獻出自己努力與才華,都是值得我們去敬仰的人物,就像牛頓說過:我之所以成功是因為我站在巨人的肩膀上!而圖靈、馮諾伊曼都是計算機中巨人

所以,希望大家多學習知識,一起去改善計算機計算速度,也在科學界顯出自己一份力

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