大数据导论/大数据与人工智能技术丛书

作者简介

男，中南财经政法大学信息与安全学院，教授，长期从事计算机教学公司

内容简介

第3章大数据硬件环境 3.1计算机系统 3.1.1图灵机模型与冯·诺依曼机模型 1. 图灵机模型 1936年，阿兰·图灵提出了一种抽象的计算模型— —图灵机(Turing Machine)。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，如图31所 示，他把这样的过程构造成一台假想的机器，该机器由 以下几个部分组成。 图31图灵模型 (1) 一条无限长的纸带（TAPE）。纸带被划分为一 个一个的小格子，每个格子上包含一个来自有限字母表 的符号，字母表中有一个特殊的符号“□”表示空白。 纸带上的格子从左到右依次被编号为0、1、2、……， 纸带的右端可以无限伸展。 (2) 一个读写头（HEAD）。该读写头可以在纸带上 左右移动，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。 (3) 一套控制规则（TABLE）。它根据当前机器所 处的状态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。 (4) 一个状态寄存器。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——停机状态。 这台机器的每一部分都是有限的，但它有一个潜在 的无限长的纸带，因此这种机器只是一个理想的设备。 图灵认为这样的一台机器能模拟人类所进行的任何计算 过程。 2. 冯·诺依曼机模型 20世纪30年代中期，美国科学家冯·诺依曼大胆提 出抛弃十进制，采用二进制作为数字计算机的数制基础 。同时，他还提出预先编制计算程序，然后由计算机按 照人们事前制定的计算顺序来执行数值计算工作。冯· 诺依曼的这个理论被称为冯·诺依曼体系结构，也称为 普林斯顿体系结构。从ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer，电子数字积分计算机）到 当前最先进的计算机采用的都是冯·诺依曼体系结构， 所以冯·诺依曼是当之无愧的计算机之父。 冯·诺依曼体系结构处理器具有几个特点： ①必 须有一个存储器； ②必须有一个控制器； ③必须有一 个运算器，用于完成算术运算和逻辑运算； ④必须有 输入设备和输出设备，用于进行人机通信； ⑤程序和 数据统一存储并在程序控制下自动工作。 为了实现上述功能，计算机必须具备5大基本组成 部件，分别为输入数据和程序的输入设备，记忆程序和 数据的存储器，完成数据加工处理的运算器，控制程序 执行的控制器和输出处理结果的输出设备。 3.1.2计算机硬件组成结构 1. 计算机硬件系统 大数据导论