計算機原理:理論基礎(圖靈機)與(馮諾伊曼)體系結構!

2020-12-02 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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  • 數學家馮.諾伊曼
    20世紀最重要的數學家之一,現代計算機、博弈論、核武器和生化武器等領域內的科學全才之一,被後人稱為「計算機之父」和「博弈論之父」。早在1944年,在全世界公認的第一臺電子計算機ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)充分運行之前,EDVAC(ElectronicDiscrete Variable Automatic Computer)的建造計劃已被提出,其設計工作已經開始。馮•諾伊曼以技術顧問形式加入了設計小組。
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    在過去的歲月裡,無論使用何種語言,全世界所有有關計算機的書籍和論文中,馮·諾依曼的名字和另一位也被稱作「計算機之父」的圖靈一起,被無可避免地反覆提及—— 圖靈建立了圖靈機的理論模型,奠定了人工智慧的基礎,馮· 諾依曼則首先提出了計算機體系結構的設想。
  • 計算機之父、博弈論之父,原子彈也有他一份,馮諾依曼何方神聖?
    ·諾依曼體系結構,直至今天的計算機仍然在使用,所以我們一般都稱他是「現代計算機之父」。我們一般都知道,ENIAC機是世界第一臺電子計算機。它於1946年2月14日在費城開始運行。但ENIAC機存在兩個明顯的缺點:它沒有存儲器,而且使用布線接板進行控制,光搭這些線就夠一群人擺弄一整天,所以它總體計算效率肯定就高不了哪去。因此,ENIAC機研製組顯然也很頭大,迫切的想改進計算機的結構。
  • 人工智慧的突破需要顛覆圖靈機嗎?
    阿蘭·圖靈堅稱人腦和現代計算機有著相同的計算模型,即「圖靈機」。然而,約翰·馮·諾依曼認為大腦在本質上不同於現代計算機的體系結構,即「馮·諾依曼架構」。如果他們不可能都正確呢?但是,現代計算機的兩位奠基者卻在「大腦在本質上是不是現代計算機」這一議題上存在著分歧:阿蘭·圖靈堅稱大腦和現代計算機有著相同的計算模型,即「圖靈機」,然而,約翰·馮·諾依曼認為大腦在本質上不同於現代計算機的體系結構,即「馮·諾依曼架構」。
  • 為什麼說「計算機之父」是阿蘭·圖靈而不是馮·諾伊曼?
    諾伊曼卻不止一次地說過:圖靈才是現代計算機設計思想的創始人,自己的成功完全是建立在圖靈思想上的發展創造。馮·諾依曼把「計算機之父」的桂冠戴在比自己小10歲的圖靈頭上,足見圖靈對計算機科學影響之巨大。他在其著名的論文《論可計算數在判定問題中的應用》一文中,以布爾代數為基礎,將邏輯中的任意命題用一種通用的機器來表示和完成,並按照一定的規則推導出結論。這篇論文被譽為現代計算機原理的開山之作,它描述了一種假想的可實現通用計算的機器,後人稱之為「圖靈機」。
  • 約翰·馮·諾依曼
    馮·諾伊曼對世界上第一臺電子計算機ENIAC(電子數字積分計算機)的設計提出過建議,1945年3月他在共同討論的基礎上起草了一個全新的「存儲程序通用電子計算機方案」--EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer的縮寫)。
  • 12月28日:1903年計算機之父馮·諾依曼出生
    馮·諾伊曼出生於匈牙利的美國籍猶太人數學家,他是現代計算機創始人之一。他在計算機科學、經濟、物理學中的量子力學及幾乎所有數學領域都作過重大貢獻。他的出生不僅給這個家庭帶來了巨大的喜悅,也值得整個計算機界去紀念。
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