计算机的文艺复兴-冯诺依曼之外

不妨设想一下，假如让我们忘记一切关于现代计算机的知识和经验，回到100年前，让毫无概念的你设计一个计算机器， 你会怎么想 ？计算机的文艺复兴 (qq.com)

• 只有人会计算，设计计算机器，肯定要从从人脑出发，研究神经系统
• 模拟的还是数字的？ 就像物理学中的波和粒的争论一样，信息到底应该是连续的模拟模式还是离散的数字模式呢？哪一种才是信息的本质？
• 神经元是很奇怪的装置，信息是离散，但处理的过程却是模拟的
• 模拟模式：
• 是什么：模拟信号指的是那些具有连续值的信号，比如温度传感器在温度改变时的输出电压。
• 为什么：
• 模拟模式更符合人类通信的特点。比如我们说话时的声音是连续的模拟信号，我们的眼睛接收的图像也是。
• 实时性好：模拟计算的过程不需要像数字计算那样，按照时钟周期一步一步的处理数据，输入信号后可以直接得到运算结果，有很强的实时性。
• 精确度高：模拟信号是连续的，不会像数字信号那样因为保留精度的问题而累积误差最后偏离目标。
• 支持人物：控制论之父，诺伯特维纳。
• 数字模式：
• 是什么：而数字信号则是离散的值，如果使用二进制，信号只有高电平1和低电平0。
• 为什么：
• 模拟计算机很难做到通用化，每次解决新问题都需要设计新的模拟电路
• 模拟计算机，需要使用者有很强的模拟电路知识，这意味着它只能在高校和实验室这样的专业环境中使用
• 拟信号恰恰因为太过精确和连续，一旦受到微弱的干扰，就会带上一些小数，这些不起眼的小数可能在后续的电路中被放大
• 支持人物：冯·诺依曼和香农
• 后续：和优点相比，模拟计算的这些缺点是致命的，因为每一条都是计算机发展道路上的严重障碍。人们经过多年的实践后不得不承认这一点，实际上包括维纳在内的那些模拟派人士也开始慢慢的倾向于数字模式。
• 人脑太过复杂，没有希望被当作设计电子计算机和其他职能机器的现实模型。
• 冯诺依曼架构：基于数字模式的，运算与存储分离的架构
• 是什么：控制器，运算器和存储器。现代电子计算机中一般把控制器和运算器塞进了CPU，而存储器一般就是我们常说的内存。
• 优点：把运算和存储分开，并采用数字模式带来了极高的通用性和可实施性，计算机工业也因此迎来了繁荣的今天。但遗憾的是这 只是一个在当时看来最为恰当的方案，而非真理。
• 缺点：可以说处于大数据和人工智能初级阶段的我们，正面临着人们对智能化以及万物互联日益增长的需求和落后的算力之间的矛盾。而基于数字信号的冯诺依曼架构机器无法解决这种矛盾。（摩尔定律的失效）
• 存储墙：在处理器和存储器分离的架构中，两者之间存在长期存在性能裂缝，存储芯片始终赶不上处理器的性能，这严重制约了后者的发展。
• 功耗墙：在冯诺依曼架构中还有一个最糟糕的根本性问题，处理器和存储器分离导致数据流转的开销无法避免。
• 如果改良难以产生出路，那彻底的变革便是唯一的选择：存算一体。
• 。。。。。。
• 这虽然已经突破了冯诺伊曼架构的约束，但还是基于数字模式的逻辑计算。近些年大家又开始追问那个更加本质的问题：数字的还是模拟的？
• 文艺复兴：数字的还是模拟的？
• 人工智能-神经网络模型的工作原理：。。。。。。
• 但从CPU到GPU再到专门设计的TPU，虽然一步步的提高了神经网络的算力，但走的还是数字电路的路子。
• 所以近些年人们开始为神经网络设计基于模拟计算的【存算一体】芯片。

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