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开云app网页版品牌形象大使皮耶罗:把大象放进冰箱需要几步?——冯·诺依曼架构与现代计算机的诞生

发布时间:2025-11-14 13:21:38 | 作者: 开云app网页版品牌形象大使皮耶罗


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  你有没有想过,一台计算机为什么能一会儿处理文档,一会儿播放电影,一会儿又能运行复杂的游戏?它不像一个计算器,只能做固定的数学运算。其中的关键飞跃,源于一位名叫冯·诺依曼的科学家的天才构想。而这个听起来高深的概念,其实可以用一个冷笑话来理解——

  “打开冰箱门,”“把大象放进冰箱,”“关掉冰箱门。”如果我们从“要素”的角度思考这一过程大概有两种要素——1,对象,大象和进了冰箱的大象等一类的“对象”( 或是说某个物品);2,过程,开门、放进、关门一类的“过程”(或是说某种动作)。如果你可以感觉到这个“对象”和“过程”的区分的话,那你就能够理解冯诺依曼的记忆存储控制的计算机了。

  假设我们应该修改这串算式,如果我们把B+4改成B+7,很简单。但如果想把B+4改成sin(B*2+9)+1这样复杂的式子呢?在冗长的程序里,如果这个复杂修改要出现很多次,那么每次都需要重复输入,烦琐且容易出错。如果放到大象的例子身上,就是我们把(“打开冰箱门”“把大象放进冰箱”“关掉冰箱门”)变成了(“把大象放进冰箱”)。前者被我们存储起来,便于我们之后引用它们,而不必每次重现复杂的过程;后者变成我们的代指,指向我们存储的(“打开冰箱门”“把大象放进冰箱”“关掉冰箱门”)具体步骤。好了,这就是冯诺依曼的记忆存储控制的计算机里面最重要的思想:像存储数据一样存储程序。

  嗯,那么来区分一下:如果照着原始的做法,即一条龙地将运算过程连接起来,就像一条功能固定、无法改动的工业流水线。它或许能高效地生产“计算A”这样的产品,但一旦你需要“计算B”,就必须停工,对流水线进行伤筋动骨般的改造,灵活性和通用性十分欠缺;而冯诺依曼的架构把每个部件的功能分类后存储起来,每次实现新功能只需要利用存储器里面保存着的“功能”按照新的“清单”排列起来,就能十分灵活地解决不同的复杂问题。就像有的人懒得做游戏的日常活动,就做了个脚本存储他完成日常活动的操作,每天只需要运行脚本而不必费心思每天具体地完成烦琐的任务。

  而所谓冯诺依曼架构的计算机的组成,仅仅是为实现这样的一个过程而区分的更细化的具体工具。一共有:

  3,控制器:它是计算机的“总指挥”,负责从存储器中按顺序取出程序指令(读出步骤清单),理解它,然后指挥运算器和其他部件工作。

  即使是在现在的计算机领域,这种程序与数据分开,并存储起来的思想也有十分普遍地运用。让计算机从一台台功能固定的“高级计算器”,进化成了通晓百般武艺的“万能机器”。

  人们最开始照着大脑的样式试着做出了用“控制序列”点位控制的计算机,又因为工业需求改造为冯诺依曼的记忆存储控制的计算机,到现在又重新照着大脑的神经网络新造了人工智能,但是它仍运行在“冯诺依曼的计算机”上——其实更准确地讲是混合架构。冯·诺依曼架构,以其简洁而深刻的美感,至今仍在定义着“计算”本身。