“透明计算”是否扩展了冯·诺依曼架构？

获得2014年国家自然科学奖一等奖的所谓“透明计算”，声称扩展了冯·诺依曼架构。实际上，这是一个伪命题。更为严重的是，视频中公布的“透明计算”，分别是远程桌面、虚拟化和手机虚拟化/多启动，完全和“透明计算”不搭界。

说起冯·诺依曼架构，就不得不说起图灵机（Turing Machine），图灵机是英国数学家阿兰·图灵（Alan Turing）于1936年提出的抽象计算模型，图灵机是一台存在于大脑中的计算机，拥有一个无限长的磁带，根据输入和一个状态迁移表确定下一步动作。

计算机先驱者以图灵机为模型制造了第一代计算机，其中比较知名的是美国军方的ENIAC计算机，这个计算机几乎完全克隆了图灵机的设计，ENIAC程序是在多组插板上的跳线，形成了类似于图灵机的状态迁移图，为了完成这个程序，需要好几个人工作一周才能完成，然后这个程序就可以处理多组数据输入并生成结果。

冯·诺依曼意识到这种编程方法非常低效，因此就设想能够将程序存储起来，形成“存储程序型”电脑，这种电脑的特点是将程序和数据都加载到内存中，将数据和程序转移到ALU（算术逻辑单元）和控制器进行计算，当然ALU也具有输入输出装置。冯·诺依曼架构的特点是非常简洁，不需要在内存和CPU（中央处理器）之间设置多条总线，但是也存在所谓的“冯·诺依曼瓶颈”。这个瓶颈是由于CPU取指令和数据都经过一条总线，在取值的时候无法计算，会浪费CPU时钟周期。为了解决这个瓶颈，出现了若干种改进方式：

1. CPU高速缓存：将指令和数据预先放到缓存，提高并行度；

2. 哈佛架构：指令和数据放到不同的存储系统，但是会造成系统复杂性；

3. 分支预测：预测代码执行，提前取指执行；

其中哈佛架构可以看做是一种对冯·诺依曼架构的扩展，但业界的普遍观点是，这并没有形成对冯·诺依曼架构的突破。一些嵌入式CPU采用了哈佛架构，如摩托罗拉MC68，Zilog的Z80，ARM9、ARM10、ARM11均采用了此种架构。

从目前的计算机架构看，冯·诺依曼架构依然是图灵机的最佳工程实现，架构的突破有待新型计算模式的诞生，如生物计算、量子计算、化学计算，但目前尚未形成大规模商用能力。

在计算机发展的历程中，分别出现了远程桌面、网络计算机（NC，无盘工作站）、预启动环境PXE和计算机虚拟化，这些技术让用户可以在远程访问某台计算机，使用存储远程服务器端的操作系统、远程启动，以及在一台计算机上启动多种操作系统。这些技术让人们可以更方便地使用计算机，但是没有一种技术宣称自己扩展冯·诺依曼架构，因为无论使用位于何处的磁盘，内存和CPU的连接关系依然是冯·诺依曼架构（或者哈佛架构）。

从官方的材料看，“透明计算”采用了一种MetaOS的设计，即希望在各种设备上动态加载不同的操作系统，在下层设计了一种通用的BIOS层，用于加载各种操作系统。这种设计的困难之处在于一种硬件支持多种OS并不是那么简单，因此从“透明计算”的各个视频看，为了实现所谓的多种OS在一个设备上运行，并且随时可以切换OS，原设计就彻底变了味，即根本没有什么MetaOS，而是分别用远程桌面、虚拟化技术、手机双操作系统支持生造出来一个所谓的“透明计算”概念。

基于上述分析，即便真的实现了MetaOS，“透明计算”也并没有扩展冯·诺依曼架构（或者哈佛架构），更何况是用远程桌面、虚拟化和手机双操作系统来模拟了MetaOS。

按照官方数据，TNOS（“透明计算”操作系统）安装了16万套，相关企业年销售额近亿元。

那么到底研制出哪几种所谓“透明计算”设备呢？从官方材料看，只有小宝、龙星网锐三种型号，从图片看，2005年的小宝计算机和2015年的小宝计算机并没有多大区别。目前，上述三种硬件均无法在淘宝和搜索引擎检索找到相关配置、报价、销售网点等信息。

“透明计算”终端是一种类似无盘工作站的计算机，比较适合Client-Server模式的应用领域，在网吧、军队、教室等强调集中管控的场景依然存在应用机会。但是在企业市场，目前BYOD（Bring Your Own Device，自带客户端）是一种趋势，“透明计算”已经没有什么市场地位了。

综上分析，“透明计算”MetaOS架构并没有实现对冯·诺依曼架构或者哈佛架构的扩展，而只是使用了远程加载OS并启动的技术，业界从未有人宣称后者是对上述架构的扩展。从“透明计算”官方公开的视频看，“透明计算”在设计和实现中遇到了难题，并没有实现宣称的技术，而是利用远程桌面、虚拟化、手机虚拟化/双操作系统等方式来模拟实现了随时切换OS，生造出一个“透明计算”的概念。

再结合对“透明计算”商业化能力的分析，可以说“透明计算”不仅仅理论上没有突破，技术上没有实现，而且商业上也远没有成功。

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