第5课 -- 计算机的组成 Part 1

0.学习目标

这节课,我们主要学习目标有以下内容:

0.1 人工智能的胜利

在2016年的3月16日,“人机围棋大战”最终落幕,李世石九段以总比分1:4不敌DeepMind公司的人工智能计算机AlphaGo。这是AlphaGo继上次5:0击败欧洲职业围棋冠军樊麾以来,再次战胜围棋届的重量级人物。AlphaGo的围棋世界排名也超越李世石升到世界第二。

当艾伦·麦席森·图灵在1950年发表了人工智能的论文以来,60多年过去了,不知道他有没有料到人工智能已经在某些方面超越了人类。这是机器的胜利,也是人类的胜利。

1. 艾伦·麦席森·图灵和图灵机

1.1 艾伦·麦席森·图灵

艾伦·麦席森·图灵( Alan Mathison Turing ),英国计算机科学家、数学家、逻辑学家、密码分析学家和理论生物学家,他被视为计算机科学与人工智能之父。

图灵1936年提出的一种抽象计算模型,后人称之为“图灵机”。图灵机从数学上定义了什么样的设备可以算是计算机。

为了纪念他对计算机科学的巨大贡献,由美国计算机协会(ACM)于1966年设立一年一度的图灵奖,以表彰在计算机科学中做出突出贡献的人,图灵奖被喻为“计算机界的诺贝尔奖”。

1.2 图灵机的基本思想

图灵1936年提出的一种抽象计算模型,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下列两种简单的动作:

而在每个阶段,人要决定下一步的动作,依赖于此人当前所关注的纸上某个位置的符号和此人当前思维的状态。

1.3 图灵机的组成

纸带被划分为一个接一个的小格子,每个格子上包含一个符号。

该读写头可以在纸带上左右移动,它能读出当前所指的格子上的符号,并能改变当前格子上的符号。

它根据当前机器所处的状态以及当前读写头所指的格子上的符号来确定读写头下一步的动作,并改变状态寄存器的值,令机器进入一个新的状态。

它用来保存图灵机当前所处的状态。图灵机的所有可能状态的数目是有限的,并且有一个特殊的状态,称为停机状态。

图灵认为这样的一台机器就能模拟人类所能进行的任何计算过程。

虽然图灵提出了“图灵机”的概念和定义,但是他并没有制造出来。

后人根据图灵机的启示制造出了计算机,虽然计算机能保存数据,但是计算机在硬件层固化了专门的用途的程序。不能另外存储程序,要改变程序就要重新设计硬件。

2. 冯·诺依曼结构

2.1 冯·诺伊曼

约翰·冯·诺伊曼是出生於匈牙利的美國籍犹太人数学家,现代电子计算机与博弈论的重要创始人,在泛函、遍历论、几何、拓扑和数值分析等众多数学领域及计算机科学、量子力学和经济学中都有重大贡献。

由冯·诺依曼等几位科学家提出的计算机结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的电脑设计概念结构,后人称为“冯·诺依曼结构”。

冯·诺依曼结构是当今几乎所有计算机设备遵循的设计结构。

2.2 冯·诺伊曼结构

由冯·诺依曼等几位科学家提出的计算机结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的电脑设计概念结构。

与以往专用计算机结构不同的地方在于,新的结构在计算机里面集成一系列的基础指令,用户可以通过编写程序,调用不同的指令来让计算机执行,计算机也可以存储程序随时调用,来实现更多的功能。

2.3 冯·诺伊曼结构各部分的作用

以(3+5=?)的运算为例,展现各个部分承担的作用。

2.4 冯·诺伊曼结构的优势

3. 小结

4. 英文

硬件 Hardware 软件 Software 图灵机 Turing machine 冯诺依曼结构 Von Neumann Architecture

5. 延伸阅读

(完)

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