Question

早期的计算机都是专用计算机，是不可编程的， 例如常见的计算器， 虽然能轻松的完成基本数学运算， 但是你要是想拿来做文字处理， 表格处理，或者玩游戏那是肯定不可能了。

因为这些机器内部的电路和一个特定的程序密切相关， 对于这些计算机来讲， 重新编程就意味着完全从头开始设计， 加工，制造一个全新的机器出来，当然新的机器依然是专用的。

假设时间回到上个世纪 40 年代， 领导让你设计一台通用计算机， 你会怎么做？

首先你要考虑的是，这样的计算机 在理论上是否可行 ， 如果理论上都造不出来，那就别白费力气了。

你最不擅长的就是数学理论， 苦思冥想还是找不到答案，突然有一天看到一篇划时代的论文，就像跌入山崖而无意中得到一本武林秘籍一样让你欣喜若狂。

这个论文叫做《可计算数字及其在判断性问题中的应用》， 作者阿兰 · 图灵， 他在论文中提出了一个假想的机器， 后来被称为图灵机。

在这个结构中一个程序由若干指令组成， 在运行之前， 要被“放到“某个地方， 你把这个地方称为 存储器 （内存）， 可以把内存比喻成包含一个个格子的东西， 每个格子里放一条指令。

一个叫 控制器 的东西去读取“格子“中这个程序的第一条指令，分析指令到底要做什么事情， 然后 运算器 去执行这个指令， 执行完第一条就接着执行第二条， 如此一直运行下去......

控制器和运算器是如此紧密的在一起工作，你决定把它叫做 处理器 。

很多程序不仅仅是简单的运算，大部分情况下还要把运算的结果放回到内存的“格子”中， 现在有个问题困扰着你， 内存中已经有指令了， 也要把数据放到这里吗？

经过谨慎的思考，你们做了一个艰难的决定： 把指令和数据放到同一个内存中！ 　 这样一来处理器在同一时刻，要么是在读取指令， 要么是在存取数据， 两件事不可能同时进行， 这自然带来了一些性能的问题。

但是你坚信这样的设计结构简单，成本低，容易实现，一定要坚持。

为了做人机交互， 还得有输入设备和输出设备来做辅助。

你们根据电子元件的特点， 抛弃了 ENIAC 所使用的 10 进制， 转而使用二进制， 采用布尔代数的逻辑运算， 这极大的简化了电路的设计。

后来冯·诺伊曼根据这个设计写了一篇草稿论文，叫做《First Draft of a Report on the EDVAC》， 很不幸，这份长达 101 页的草稿论文上只有一个人的名字：冯·诺伊曼 ， 其他人，包括 ENIAC 的 Eckert and Mauchly 都被忽略了。

这份论文广为流传， 深深的影响了下一代计算机的设计， 人们把遵循这个结构的计算机称为冯·诺伊曼计算机。

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一个冯·诺伊曼计算机被抽象成 5 大组成部分： 控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。 将近 70 过去了， 它仍然统治着现代计算机 ， 时间证明了这是一个伟大的体系结构 。

在冯·诺伊曼的时代，人们根本无法预料到光盘， 网络，鼠标， 键盘，触摸屏这些东西 ， 但是他的结构经过几十年以后仍然能够支持这样的扩展， 我想这就是是抽象的威力吧。

我记得上高中的时候， 物理老师说牛顿提出三定律以后， 经典物理学的大厦已经建立起来的， 后人的工作就在在楼内楼外做点装饰而已 ，直到相对论和量子力学的出现。

而冯·诺伊曼结构提出后， 计算机这么多年来基本没什么变化， 无非就是追究速度更快， 容量更大， 显示更好而已， 不知道量子计算机是不是未来的突破？