现代计算机从0到1:冯·诺依曼计算机

2023-11-05

最近打算开始写博客,在想一开始该写什么好呢??突然灵光一现,关于计算机当然就是现代计算机之父!!!

我们今天就来聊一下现代计算机之父: 

  

约翰·冯·诺依曼 ( John Von Nouma,1903-1957),美藉匈牙利人,1903年12月28日生于匈牙利的布达佩斯,冯·诺依曼从小就显示出数学和记忆方面的天才,从孩童时代起,冯诺依曼就有过目不忘的天赋,只要他看过一遍的书籍,即使在几十年后他也能背诵出来,这种超乎常人的记忆力甚至让后人觉得他是否具有超能力。六岁时他能心算做八位数除法,八岁时掌握微积分,在十岁时他花费了数月读完了一部四十八卷的世界史,并可以对当前发生的事件和历史上某个事件做出对比,并讨论两者的军事理论和政治策略,十二岁就读懂领会了波莱尔的大作《函数论》要义。冯的大学经历对于常人来说具有相当高的挑战性,6年间横跨3个国家,最终在1925年证明取得化学学位,1926年取得了布达佩斯大学的数学博士学位,此时他只有23岁。这样在外人看来是个不折不扣的天才。历史证明亦是如此。

冯·诺依曼最先提出程序存储的思想,并成功将其运用在计算机的设计之中,根据这一原理制造的计算机被称为冯·诺依曼结构计算机。他提出了计算机制造的三个基本原则,即采用二进制逻辑、程序存储执行以及计算机由五个部分组成(运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备),这套理论被称为冯·诺依曼体系结构

冯诺依曼机的特点:

1) 运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备

2) 指令和数据以同等地位存于存储器中,并可按地址寻访

3) 指令和数据均用二进制代码表示

4) 指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置。

5) 指令在存储器内按顺序存放

运算器和控制器集成到同一芯片,合称为中央处理器(CPU)。CPU和主存储器共同构成主机。

存储器:

主存储器由许多存储单元组成,每个存储单元包含若干个存储元件,每个元件存储一位二进制代码“0”或“1”。故而存储单元可存储一串二进制代码,称这串代码为存储字,这串代码的位数称为存储字长,存储字长可以是一个字节或者是字节的偶数倍。

主存储器的工作方式是按存储单元的地址进行存取的这种存取方式称为按地址存取方式(相联存储器可按内容访问)

主存储器的基本组成:

  存储体存放二进制信息。

  地址寄存器(MAR)存放访存地址,经过地址译码后找到所选的存储单元。

  数据寄存器(MBR)是主存和其他部件的中介机构,用于暂存要从存储器中读或者写的信息。

  时序控制逻辑用于产生存储器操作所需的各种时序信号

注意:MAR和MDR属于存储器,但存在于CPU中

运算器:对数据进行加工处理,完成算术运算和逻辑运算。运算器的核心是算数逻辑单元,运算器包含若干通用寄存器,用于暂存操作数和中间结果(累加器ACC,乘商寄存器、操作数寄存器、变址寄存器、基址寄存器)。还有程序状态字寄存器,保留各类运算指令或测试指令的结果的各类状态信息,以表征系统运行状态。

控制器:硬布线控制器、微程序控制器。由程序计数器、指令寄存器、控制单元组成。PC用来存放当前欲执行指令的地址,可以自动+1以形成下一条指令的地址,它与主存的MAR之间有一条直接通路。IR用来存放当前的指令,其内容来自主存的MDR。指令中的操作码(OP)送至CU,用以分析指令并发出各种微操作命令序列,而地址码送往MAR来取操作数。

输入设备的主要功能是将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入到计算机。

输出设备的任务是将计算机处理的结果以人们所能接受的形式或其他系统所要求的信息形式。

 

其实关于“计算机之父”这一头衔在外界一直是存在争议的,冯诺依曼个人也认为此头衔应该给他的晚辈艾伦·麦席森·图灵(Alan Mathison Turing)

图灵在计算理论上的贡献就不必说了,邱奇图灵论题、图灵机,、停机问题、图灵测试等等。而他在二战期间破译密码,五十年后英国政府才公开档案,当时图灵是设计了机器的。所以我很难想象图灵没有随后将计算机付诸实践。只是因为保密的原因,即使图灵先于冯诺依曼设计出现代计算机的雏形也不能发表。再后来冯诺依曼发表了他关于计算机的论文之后,图灵紧随其后同年发表了他关于计算机的报告,所以很难不让人觉得他在之前就做出来了,只是出于保密不能发表。最早发论文的确实是冯诺依曼,但最早做出来的是谁就很难说清楚了,也没必要说清楚。到底谁是“计算机之父”没什么所谓,一两个头衔有与没有都不会影响这两个人的伟大。他俩都是卓越的数学家,都是我心目中的hero。在数学系或者计算机系提到两个的哪一个,也没有一个人不是肃然起敬的。

 

 

 

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