当前课程知识点：电子信息科学与技术导引(1) > 第五讲：程序与处理器 > 第二节：通用计算机模型 > 第二节：通用计算机模型
在第一部分我们讲到
ENIAC是一种
通用的计算机利用
它可以实现
各种不同的计算任务
为什么能做到这一点呢
在第二部分我们将介绍
通用计算机模型
1936年即将要从
剑桥大学国王学院毕业
的图灵发表了
一篇跨时代的论文也就是
论可计算数及其在
判定问题中的应用
在这篇论文中图灵设计了
被后人称为图灵机的
计算机模型
这一年图灵只有24岁
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
看作是两种简单的
动作一个是在纸上写上
或擦除某个符号
另外一个动作呢就是
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
两件事情一个是
此人当前所关注的
纸上某个位置的符号
另外一个就是此人
当前思维的状态利用
这样一种思想图灵呢
设计了一台假想的机器
这个机器呢由四部分组成
它有一条无限长的
纸带纸带上有很多方格
每个方格可以写下
一个字符字符本身呢
是来自一个有限字符集合
第二部分呢是一个
读写头读写头可以
在纸带上自由移动
它可以读出当前读写头
所在的字符当然也可以
在方格处写下一个新的
字符第三呢它有一个
状态寄存器状态寄存器呢
记录了图灵机当前的
状态当前的状态的
集合是一个有限集合
其中包含一个特殊的
状态是停机状态第四呢
它有一套停机控制规则
控制规则规定了
依据当前的状态以及
当前地读写头独到的
字符来决定下一步
要采取的动作以及
下一步要进入的状态就是
这样一个简单的机器
它能够实现通用的
计算图灵在他的
论文中证明了这一点
用图灵机就能够
模拟人类所能进行的
任何计算过程
好回到我们刚才介绍
过的ENIAC从理论上可以
证明ENIAC和图灵机是
等价的因此ENIAC就能够
完成人类任何的计算过程
当然这个证明非常复杂
我们在这里就不再展开了
包括图灵机本身也是一个
非常复杂的证明
但是我们可以
接受这样一个结论
因为ENIAC与图灵机是
等价的所以ENIAC也能够
完成人类所进行的
人和计算过程
所以ENIAC是一台通用的
电子计算机
但是为了让ENIAC
完成不同的
计算任务工作人员必须
改变ENIAC的电路结构
这张照片就是当时
工作人员为ENIAC编程的
场景他们需要修
改ENIAC计算机的
整个电路这样的问题
早在ENIAC研究过程中
大数学家冯诺伊曼在就
发现了诺伊曼发现ENIAC
存在的两个问题
第一个问题就是
用大量的开关和插头
来编程第二个问题是
用10个电子管表示
一位十进制数
针对这两个问题
冯诺依曼提出的
改进措施
第一个改进措施
是用10个电子管表示
一位十进制数
他提出应该用
二进制来替代在
我们比特与逻辑
那一讲的课中我们
知道用二进制来
表示数是最节省石子的
那么这是第一个改进
第二个改进呢
是针对的ENIAC用
开关和插头来
编程那么冯诺伊曼
提出程序可以以
编码形式和数据
一起在内存中存储它的
核心思想是指令
也就是实现基本计算的
电路可以用二进制
来编码换句话说用
二进制对电路的
结构进行编码那么
冯诺伊曼的工作成为
如今广泛采用用的
冯诺伊曼体系结构的
基础这个体系结构
一直沿用到今天
那冯诺伊曼机中程序
是怎么样来执行的呢
首先我们把把程序
也就是指令序列存储在
存储器中使计算机能
像快速存取数据一样地
快速存取组成程序的
指令存放位置
由地址指定地址码
也是二进制形式控制器
可以根据存放在
存储器中的程序工作
并且他有一个特殊的
寄存器叫做程序计数器
PC程序计数器中取值是
当前要执行的
一条指令再存储器中的
地址所以利用
pc这个程序处理器就
取得一条指令控制器
具有判断能力能够
根据计算结果
选择不同的
计算流程于是给出了
程序中的第一条地址
控制器就可以
依据存储程序中的
指令周而复始地
取指令译码执行直到
完成全部指令操作为止
为了实现冯诺依曼计算机的
工作原理冯诺依曼
把计算机的组成
分成了5个部分
分别是运算器控制器
存储器输入设备和
输出设备其中
运算器和控制器
合在一起也被叫做
中央处理器也就是
cpu把cpu和存储器
合在一起就构成了
计算机的主机系统在
计算机中包含了
数据的通路通过
数据通路流动
同时控制器可以
发出控制信号
使得数据可以在
不同的部件之间
有序地流动
从而实现计算
好我们首先来看
运算器运算器是
实现基本计算的电路
比如加法器乘法器等等
把这样一些电路
组合在一起就构成了
运算器那么它能实现的
运算包括逻辑运算
算数运算所以我们也
把他叫做算数逻辑单
元然后是存储器
复杂的计算呢需要
大量的输入数据和
输出数据因此
我们需要一个存储器
把这些数据存储起来
在存储器中不仅要
存放数据而且
要存放数据的指令
除了存储器和
运算器以外呢
还需要一个控制器
控制器控制着
存储器中的数据运行到
运算器中进行
运算然后将结果送回到
存储器中那么
指示输入数据存在何处
做什么运算
结果存到何处的
控制命令就是我们
前面提到的指令数据
要从外部输入进来
结果也要输出到外部中去
因此呢计算机
还需要输入设备
和输出设备
这便是冯诺依曼计算机的组成
-第一节 序言
--第一节 序言
-第二节 电磁学和分析数学发展史：磁学
-第三节 电磁学与分析数学发展史：静电
-第四节 电磁学和分析数学发展史：动电
-第五节 电子器件的发明及电子技术的发展
-第六节 电磁学的广泛应用
-第七节 电磁系统理论
-第八节 电子科学技术各学科间的关系
-第九节 电子科学技术的学科体系
-第一讲：电磁学与分析数学史概览--第一次作业
-第一节 序言
--第一节 序言
-第二节 电磁场（一）
-第三节 电磁场（二）
-第四节 物质
--第四节 物质
-第五节 电磁场与物质的相互作用：非共振作用
-第六节 电磁场与物质的相互作用：共振作用
-第七节 电磁场理论与电路理论
-第一节 空间离散化
-第二节 静场电路分析
-第三节 非静场电路抽象
-第三讲：电路抽象--电路抽象 练习题
-第四节 电路元件抽象
-第五节 非线性元件抽象
-第六节 电路抽象三原则
-第七节 分层抽象思想
-第八节 电路基本问题
-第九节 数字化抽象
-第三讲：电路抽象--Quiz 3
-第一节 序言
--第一节 序言
-第二节 什么是比特
-第三节 比特与编码
-第四节 比特与信息
-第五节 比特的用途示例
-第六节 什么是逻辑
-第七节 逻辑的用途示例
-第八节 与数字电路的关系
-第九节 小结
--第九节 小结
-第四讲：比特与逻辑--Quiz4
-第一节：从算盘到ENIAC
-第二节：通用计算机模型
-第三节：指令集体系结构
-第四节：程序和程序设计语言
-第五节：处理器的工作原理
-第六节：性能问题
--第六节：性能问题
-第七节：小结
--第七节：小结
-第一节：数据与数据处理技术的发展
-第二节：数据处理举例
-第三节：数据模型和算法的概念
-第四节：问题的抽象和建模
-第五节：数值分析问题研究
-第六节：数据和算法的关系I
-第七节：数据和算法的关系II
-第八节：大数据
--第八节：大数据
-第九节：数据挖掘技术和数据算法的展望
-第六讲：数据与算法--Quiz6
-第一节：基本内容简介
-第二节：信息的基本概念和传输的几种方式
-第三节：交换的概念和网络的几种形式
-第四节：模拟与数字通信
-第五节：调制和解调
-第六节：传输涉及的基本理论
-第七节：信息论和几种相关的编码方式
-第八节：多址方式
--第八节：多址方式
-第九节：交换的基本概念
-第十节：网络分层的基本概念
-第十一节：互联网的基本原理和有限状态机模型
-第七讲：通讯与网络--Quiz7
-第一讲：内容简介
--第一讲：内容简介
-第二讲：信息与媒体
-第三讲：人类感知与认知
-第四讲：智能信息处理
-第五讲：媒体与认知相互作用
-第六讲：媒体认知应用
-第七讲：总结
--第七讲：总结
-第八讲：媒体与认知--Quiz8
-期末考试--Final Exam
