Alan Turing 在 1936 年提出了一种具有普适性的逻辑计算模型，证明通过有限状态机完成输入数据的操作，可以实现任意复杂的逻辑运算。图灵机本身描述的场景在现在看来已经没什么意义，但是他第一次完整的定义普适计算机体系机构——一卷很长很长的带子（infinite length tape）通过一个有磁头 (head) 的有限状态表 (finite state table) 进行读取/处理/改写的机器。

图灵机：带子、磁头和状态机

9 年后，Von Neumann 把带子改叫做「Memory」，状态表叫做「CPU」，磁头改叫做「Connection (Bus)」，换了一副图，就有了史称「冯诺依曼架构」的现代计算机体系结构。

教科书上会说这个结构有啥特点，这是让你背的。其实很简单，图灵-冯诺依曼架构最大的特点是把计算任务分为了 2 个部分——数据存储 (memory) 和数据处理 (processor)。处理器几乎不能存数据，存储器几乎不能算数据。两部分用一种连接方式 (bus) 按一定规则通信。泾渭分明的特点让冯诺依曼架构处理事情起来特别有条理，就像「男主外女主内」的家庭角色分配一样，在硬件资源极度受限的情况下，成为了自动化发展的中坚力量。

冯诺依曼架构有一个升级版，叫做哈佛 (Harvard) 架构，把存储空间分为了指令 (instruction) 存储和数据存储，对应不一样的操作。目前的主流嵌入式微处理器基本采用这个架构，但 Anyway 这并不重要。

冯诺依曼架构在过去的 60 年称霸人间，如果这项专利申请成功的话，这一定是史上最赚钱的专利。可是，冯诺依曼架构在经历了各种法院撕逼后，被判定为一项没有收益人的专利……（Youyou Tu 和青蒿素在这面前简直不值一提）

成也萧何 – x86 的不可一世

虽然冯老爷子在自己的架构下发明了人类第一台计算机，ENIAC 和 EDVAC，但诺依曼的真正崛起还是要归功于 x86。如果你不知道 80x86 是什么，那只能说明我们已经有代沟了，嗯，很深深的代沟。

Intel 自 1978 年推出 8086 后，x86 体系架构就一直是电脑（上到服务器，下到平板电脑）核心处理芯片的不二选择。

　　Intel x86 i7 版图

顺便做个普及，在冯诺依曼架构下，每个处理器会干的事情是有限制的，通常这个限制叫做指令集。它规定 CPU 的基本操作，没有指令集 (instruction set) 定义的复杂操作可以通过基本操作的组合来完成，比如指令集里没有乘法，那我们可以通过一定数量的加法来完成。

在冯老爷子的机构里，谁的指令集越大，可以访问的存储空间越大，谁就越牛逼。x86 的指令集从 8086 到 i7 不断扩张与膨胀，最终成为了一个会算双精单精、矢量图像，多核多线程多 Cache 的巨无霸。简单的说，到 2013 年的时候，史上最强 core 已经无所不能了。可是历史不断在重演一幕就是，当绝顶高手号称要独孤求败的时候，不知道哪里窜出来的毛小伙子可能一个起手式就把你撂倒了。圣经里大卫王这么干掉了 Goliath，《倚天屠龙记》里，张无忌这么称霸了光明顶。

那谁是 x86 的张无忌呢？

移动设备，RISC 的春天

独孤求败的 x86 其实有个致命的缺陷——能效，通俗地说就是「做一次」要花费的能量。可是每块肌肉都很发达的 muscleman 总是要比一般人多吃几碗饭吧。我们现在能买到的 i7 即使在省电模式也要消费超过 47W 的功耗。本省 47W 不算什么，但是苹果乔大叔的出现，让 47W 一下子很麻烦。

Iphone/Ipad 和一系列手持的充电设备对瓦级以上的功耗是非常敏感的！x86 的功耗导致它「充电 2 小时使用 5 分钟」的悲惨结局。肌肉男瘦身变成筋肉男的必然的命运。

这时，x86，或者说是 intel 的张无忌出现了—ARM Cortex RISC. 所谓 RSIC 就是精简指令集（Reduced Instruction Set），他能干的事情很有限，但是他的功耗低。X86 在其巅峰时期无数次地战胜过 RISC，以至于 ARM 出现时并有没足够重视他，那时候 Intel 还在和 AMD 抢 64 位 x86 的主导权呢。

为什么无数次败下阵来的 RISC 可以最终成功呢？因为这次，他寻找到了一个 partner——加速器。在移动端的应用设备里，其实也有很对需要强大计算消耗的进程，这是 RISC 本省无法胜任的。但是，实际应用上，往往这些进程是有固定的模式和使用场景的。比如手机在通话时的语音编解码，拍照时的图像 处理（俗称「美颜」）和无线通信是的编解码。对于这样一个经常重复，且模式固定的高通量计算，可以在总线上加入一个专用模块（ASIC）加速，在处理专用任务是 ASIC 的能效又比通用处理器高很多。下图就是 ARM 有名的产品之一 A9，除了 CPU 外，它的浮点与超标量计算（NEON）都被移到了 CPU 外（一般来说，这不能算作加速器）

这就是开头的那个故事，你每天充的电不够「超人」吃的，与只能换个块头小，但是能够指挥其他人的总管。

败也萧何 – 冯诺依曼瓶颈