不要让计算与存储分离成为无知的笑话

“透明计算”将计算、存储和管理分离了。这是真的吗？

1.              什么是计算与机器计算？

字面理解中文的“计算”一词有计划运算之意，运算一词本来来自数学，但现在人们很少区别计算与运算了。计算多用于求解数学化的各种问题，自从计算机出现之后，各种问题都可以用二进制数来表示，因而各种问题都可以用计算机来解决了，因而计算一词在计算机科学中频现并不陌生。

计算机是一种机器，原本用人计算的问题，现在用计算机这种机器去完成，自然就产生了机器计算的概念。所谓机器计算就可以定义为：用机器处理问题寻求结果的过程。在计算机科学中所提的任何计算都是机器计算的某一个分支而已。计算机的计算是通过程序执行来实现的。

2.              计算机怎样进行计算？

计算机是机器，机器怎么能够象人一样进行计算呢？这要说到人是如何进行计算的。人要用文字符号表示信息（信息是是事物的表现或描述）。人的计算表现为对信息的处理过程。例如进行数值运算、写文章、照相、拍电影等都是信息处理的过程。这些信息处理的过程都有一个重要的基础依托，那就是信息存储。也就是事物各种各样表现或描述都要用一定是物质形态加以记录。然后对记录的信息进行分析综合，最终得到所需结果。

计算机可以用电或磁的形式记录二进制数表示的信息，而所有其它存储形式的信息又都可以转化为二进制信息，故而计算机可以记录任何信息。此外，计算机可以在用电磁信号记录信息的同时，还能进行对信息的传输、转换、综合分析，进行算术运算等，这些就是计算机信息处理的事情，也就是所说机器计算的具体工作。

机器计算要分化成一些基本的功能步，这些功能步就是所说的指令。将指令按照问题的需要组织在一起就是所说的程序。计算机进行计算就是执行程序。程序执行必须有三样东西。一是放程序和数据的存储器；二是执行每条指令的运算器；三是控制管理指令程序的控制器。不论何时机器进行计算的时候，这三种设备缺一不可。

3.              程序和数据怎样存储？

按照冯·诺伊曼的结构，计算机中既要存储数据，又要存储程序，因为只有这样才能够实现程序指令的连贯快速执行。从计算机的发展过程看，除了立即数一类的指令之外，程序指令存储的空间不能够混杂数据存放（那种指令数据放在一起的计算机设计虽然有，但现实的计算机都不是这样设计的），原因是指令是按照连续的存储地址取出执行的。因而不论是一个存储器还是多个存储器，指令和数据分别存储从一开始就以其必然性存在了。如果将指令和数据分块放在同一个存储器中，访存指令一定会用段寄存器来区分各自的位置。如果将指令和数据分别放到不同的存储器中，那么在指令的设计上就要区分开到程序存储器去存取指令，还是到数据存储器去存取数据。

对单处理器计算机来说，这种将指令和数据分开放在一个存储器还是分开放在两个存储器中没有原则上的问题。因为在单处理器计算机，不可能实现读写指令和读写数据同时访问存储器和放到运算器执行。

如果将程序认为就是计算，继而发出计算与存储分离，与管理的分离，那只能是一种对机器计算的过程无知。

4.              如何看待非计算状态的程序和数据？

程序也好，数据也好，在非计算状态下它们都是信息。非计算状态之下的程序和数据可以任意地存放。可以放在网络的存储器中，或者在服务器一端，或者在客户计算机一端的硬盘中，还可以放到用户的U盘、软盘等设备中。如果将这种情况下的存储分离叫做计算与存储分离，那么几乎是从有计算机之日，这种分离就已经存在了。

诚然，网络可以依据功能和需要，将相应的程序、数据进行有目的计划地分别存放，但这也不可以说成是将计算和存储器分离。

5.              总结一下

尽管网络复杂庞大，然而网络毕竟是“独立的计算机互连”，是通过有线无线通讯的方式来传递非计算状态下的程序或数据而已。时至今日，尚无有将任何一个计算机的运算器、存储器和控制器分别放到千里之外的异地网络之上的先例。恰恰相反，在计算机核心器件的设计中，会将它们更紧密地放到一个芯片中，因为这样可以尽可能地提高计算机的计算速度。

计算机的计算过程，就是一个运算器、控制器、存储器紧密结合有序工作的过程。那里有计算，那里就有参加的运算器、控制器和存储器。将存储器和起管理作用的控制器独立出来，不与运算器配合，那不论什么样的“计算”也是假话。

2015-02-16