CPU是如何聪明起来的

引子

以前总想了解CPU是如何聪明起来的？

后面找到一个分析这个问题的入手方向，可以通过研究RISC-V指令集去尝试解决这个疑问。

选择RISC-V指令集的原因源于它的现代和简单，比起复杂指令集而言，RISC-V好学习、好研究些。

研究之后，发现RISC-V指令集在基本指令集内是非常简单的

• 整数运算指令、关系运算指令、比较指令
• 分支转移指令
• 加载和存储指令
• 指令运行控制和状态指令
• 环境调用指令和调试指令

就这样一些看似不起眼的指令，就让CPU聪明起来了么？

粗略来看，如果非严格证明地说，除了机器运行指令需要指令外，用关系和比较指令来完成问题定性，再用数值计算来量化问题，符合我们人类研究、分析事物，先定性，后定量的方法论！

特别是，加载和存储指令，与后面将要介绍的图灵机概念紧密相连！

但粗略这样说，有点非形式化和不具备逻辑性。

如果从理论渊源来看，CPU是如何聪明起来的？将看的更清楚一点！

希尔伯特23个问题中的第十个问题

能否通过有限步骤来判定不定方程是否存在有理整数解？

不同领域的专家，通过自己的方法证明此问题的否定回答

图灵概念

图灵机

图灵定义机械步骤或可计算性

图灵将可计算性定义为类似图灵机可以左右移动、读写纸带的机器，每个图灵机拥有自己的内态，或可以看成指令集，来指导图灵机进行工作，以至于最后停机输出结果

图灵停机问题

是否存在一个图灵机可以判定所有的图灵机是否能够停机
停机问题本质是一高阶逻辑的不自恰性和不完备性。类似的命题有理发师悖论等。

证明的关键均在于康托尔的对角线反证法，证明存在不可计算的问题。

有效的图灵机等效于算法

算法可以在图灵机上进行计算

普适图灵机

在所有类型的图灵机中的神灵，存在一些图灵机可以模拟其它图灵机的运行，成为普适图灵机！

对于现代电子计算机而言，比较好的普适图灵机模型，就是冯诺依曼结构的计算机：程序加载，程序执行

可计算问题

CPU聪明的边界在于可计算问题和普适图灵机。

因为CPU作为普适图灵机，它可以执行的可计算性问题，可以认为是无穷的！

需要找到一个个具体的算法，它就逐渐聪明起来了！

回关

对照RISC-V的基本指令集，可以看到图灵机的影子