思考的工具 直觉泵及其他txt(mobi直觉泵)

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本文节选自《思考的工具 直觉泵及其他txt》

杰出的理论家、哲学家阿兰，图灵想出的是另一种简单的假想机。它在被分成一个一个小方格的纸带上来来回回、嘎嘎作响，根据磁头在当前小方格中读到的数字，即0或者1来决定自己的动作〈啊哈，这就是条件分支)。图灵机的工作就是轻轻地敲出比特(清除0把它改写为1，或者相反)或者保持比特不变，然后将纸带向左或者向右移动一个方格，进入下一指令。你可能会认为，仅靠一次移动一小方格，用二进制数字0和1而不是自然数0、1、2、3、4、5等来编写图灵机相加、相减程序或者运行其他功能，这听起来，比我们之前寄存器机的练习还要让人头疼，但事实上，两者的运行原理完全一致。带有程序A的图灵机就是通用图灵机，它可以从纸带上“读取”程序B，并利用纸带上任意位置的数据或输入来执行程序B。我们可以把王浩的寄存器机执行程序的过程分解为数字演算和按条件跳转，图灵的图灵机也是如此。两种机器都有着很强的提取程序数字名称并执行它的能力。我们要建造的是一个自带程序A的多用途通用机，而不是建造成十上万个固定不同功能的计算机器，让它们分别去执行各自复杂的任务。对于这人台通用机，我们只要喂食各种程序(软件)它就能按要求办事，这就是虚拟计算机。换句话说，通用图灵机就是一部通用拟态机。尽管名气稍逊，我们的通用寄存器机也是如此。你的笔记本电脑也如此。笔记本电脑能做的事情通用寄存器机也一样能做，反之亦然。但是先别大惊小怪，我并没有说两者有相同的运行速度。我们已经看出，寄存器机在处理某些问题时极其缓慢，例如在进行除法运算时，它需要很费劲地一遍一遍地做减法，我的天哪!就没有什么方法来提速吗?当然有。事实上，自图灵机

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出现以来计算机的整个发展进程，专家们所做的一切就是要让寄存器机能做的一切工作变得高效起来，其他别无所求。秘密6自图灵的假想纸带机之后，计算机所有方面的改善，提高的都只是运算速度。例如，冯\'诺依曼为第一台严格意义上的可操作计算机所设计的那种架构就是为了提高机器的运算速度。他拓宽了交流窗口，让图灵机的磁头从一次只读取1比特变成了一次读取多比特。早先的一些计算机可以读取8比特或者16比特的“字”，有时甚至还可以读取12比特的字。而今天，一次读取32上比特已经司空见惯，虽然这也成为了一个瓶颈〈即所谓的汉\'诺依曼瓶颈)，但与当年的图灵机瓶颈相比，它还是宽多了。人简单说来，字会从存储器复制到特定的寄存器(指令寄存器)中，一次复制一个，在那里再接受读录和执行。每个字通常由两部分构成:操作码和地址。前者如相加、相乘、移动、比较、遇有零则跳转，后者则告诉计算机所要操作的内容在哪一个寄存器。所以，1010111011101010101就表示，对地址为11101010101寄存器中的内容执行10101110操作，运算结果会显示在一个叫作累加器的特殊寄存器里。寄存器机与汉\'诺依曼机之间存在着一个巨大的差异:在寄存器机上，你可以在它的任何一个寄存器中进行操作，当然，只能进行增量和减量运算;而在冯\'诺依曼机上，所有的算术操作都是在累加器中实现的，寄存器只负责存放复制、移动或者储存过来的内容以构成内存。硬连线可以单独完成各自的基本操作，这能省掉很多额外的移动和复制步了又。也就是说，有专门的电子路线负责加法，也有专门的电子路线负责减法，还有的负责遇零则跳转等等。操作码很像

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是区号或者邮编:指令要送到正确的地方才能执行。软件和硬件就这样相遇了。今天的实体计算机中会有多少种原始操作呢?几百或者上千个?或者回归了旧时的美好，成了一人台精简指令集计算机(ReducedInstructionSetComputer，即RISC)，运作的几乎全是原始操作，但条件是，它们必须得以闪电般的速度运行。要想单纯用增量和诚量指令去替代相加硬连线，并在速度上领先，条件是:对于运行步骤小于一百万步的加法运算，增量和减量指令的运行速度要比相加硬连线的运行速度快一百万倍。那今天的实体计算机中有多少个寄存器呢?数百万甚至数十亿个，但它们每一个容量是有限的，因此那些巨大的数字需要分散储存到许多寄存器中。一个字节是8比特，如果你电脑上有64兆字节的随机存取存储器(RAM)，那么你就会有1600万个32比特的寄存器或者是其他规格的等量物。我们已经知道，寄存器中的数字能代表的并不正是正整数。像、还有1/3这样的实数是由“浮点”系统来保存的，它将数字拆分为底数和指数两部分，就像科学记数法那样(“1.495X1041”)，使计算机除了运算自然数以外还可以近似运算其他数值。浮点运算是以浮点数作为数值的算术运算，突出运用在乘法和除法中。20年前〈这一章首版时)，我们能买到的最快的超级计算机每秒钟可以完成超过400万次的浮点运算。如果你还想要更快的速度，可以尝试将多台机器并行的方法，让它们在同一时间一起工作，而不是一个做完再交代给下一个做的串行式。并行机能做的事情与串行机大致相同，只是在速度上，它会略胜一筹。事实上，在过去的20年中，专家们一直都在致力于

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