先认识几个人3----冯·诺依曼

冯·诺依曼是个数学家。学计算机的同学会想：为嘛两个计算机之父都是学数学的？我是不是选错了专业。哈哈，恭喜你，前半句正确，后半句嘛，那得看谁。如果你计算机学不下去了，去学数学更没希望。如果你计算机学得好，自然而然会对相关的数学感兴趣，也会学好的。

冯·诺依曼

冯·诺依曼其人

看天才的传记就是看爽文。冯·诺依曼是个天才，并且也是全才，当然，最出色的还是数学天赋。

他1903年12月28日生于匈牙利布达佩斯的一个犹太人家庭，1914年夏天，进入了大学预科班学习。1921年，冯·诺依曼已被大家当作数学家了。他的第一篇论文是和菲克特合写的，那时他还不到18岁。他父亲由于考虑到经济上原因，请人劝阻年方17的冯·诺依曼不要专攻数学，后来父子俩达成协议，冯·诺依曼便去攻读化学。其后的四年间，冯·诺依曼在布达佩斯大学注册为数学方面的学生，但并不听课，只是每年按时参加考试，考试都得A 。与此同时，冯·诺依曼进入柏林大学（1921年），1923年又进入瑞士苏黎世联邦工业大学学习化学。1926年他在苏黎世联邦工业大学获得化学方面的大学毕业学位，通过在每学期期末回到布达佩斯大学通过课程考试，他也获得了布达佩斯大学数学博士学位。

1926年春，冯·诺依曼到哥廷根大学任希尔伯特的助手。1927～1929年，冯·诺依曼在柏林大学任兼职讲师，期间他发表了集合论、代数和量子理论方面的文章。1927年冯·诺依曼到波兰里沃夫出席数学家会议，那时他在数学基础和集合论方面的工作已经很有名气。1929年，冯·诺依曼转任汉堡大学兼职讲师。1930年他首次赴美，成为普林斯顿大学的客座讲师。1933年担任普林斯顿高级研究院教授为止。当时高级研究院聘有六名教授，其中就包括爱因斯坦，而年仅30岁的冯·诺依曼是他们当中最年轻的一位。

二次大战欧洲战事爆发后，冯·诺依曼的活动超越了普林斯顿，参与了同反法西斯战争有关的多项科学研究计划。1943年起他成了制造原子弹的顾问，战后仍在政府诸多部门和委员会中任职。1954年又成为美国原子能委员会成员。冯·诺依曼的健康状况一直很好，可是由于工作繁忙，到1954年他开始感到十分疲劳。1955年的夏天，X射线检查出他患有癌症，但他还是不停的工作，病势扩展。1956年4月，他进入华盛顿的沃尔特·里德医院，1957年2月8日在医院逝世，享年53岁。

世界上第一台计算机的诞生

人们所熟知的世界第一台计算机是宾夕法尼亚大学“埃尼阿克（ENIAC）” 。这台计算机的诞生地美国宾夕法尼亚大学在其官方文件中仅称它是世界“第一台全电子数字计算机”，“世界第一台电子计算机”被认为“另有其人”。事实上，英国的“科洛萨斯”比它更早两年。

科洛萨斯

“洛伦茨”加密机是二战后期包括希特勒在内的德军高级将领之间通信用的主要加密机，破译经它加密过的密码难度非常大。1944年1月10日，一台名叫“科洛萨斯”的用于逻辑运算的计算机开始在英国运行，它比“埃尼阿克”问世早两年多，主要任务就是破译经“洛伦茨”加密机加密过的密码。使用其他手段破译这种密码需要6至8个星期，而使用“科洛萨斯”计算机则仅需6至8小时。“科洛萨斯”计算机外表呈长方体状，长4.9米，宽1.8米，高2.3米，重约4吨。主体结构是两排机架，上面安装了2500个大小形状如同电灯泡的电子管。它利用打孔纸带输人信息，由自动打字机输出运算结果，它的耗电量为4500瓦。“科洛萨斯”计算机尽管功能仅相当于目前指甲大小的计算机芯片，但它已经具备了电子计算机的基本特征。“科洛萨斯”计算机知名度不高的主要原因，是它原先属于高级军事机密，直到上世纪70年代有关材料才开始逐渐公开。

科洛萨斯

“科洛萨斯”计算机外表呈长方体状，长4.9米，宽1.8米，高2.3米，重约4吨。主体结构是两排机架，上面安装了2500个大小形状如同电灯泡的电子管。它利用打孔纸带输人信息，由自动打字机输出运算结果，它的耗电量为4500瓦。“科洛萨斯”计算机尽管功能仅相当于目前指甲大小的计算机芯片，但它已经具备了电子计算机的基本特征。“科洛萨斯”计算机知名度不高的主要原因，是它原先属于高级军事机密，直到上世纪70年代有关材料才开始逐渐公开。

埃尼阿克ENIAC

在第二次世界大战中，要使飞机和火炮对准军事目标，必须精确计算并绘制出“射击图表”。经查表确定炮口的角度，才能使射出去的炮弹正中飞行目标。但是，每一个数都要做几千次的四则运算才能得出来，十几个人用手摇机械计算机算几个月，才能完成一份“图表”。针对这种情况，人们开始研究把电子管作为“电子开关”来提高计算机的运算速度。于是，在美国军方要求下，宾夕法尼亚大学莫奇来博士和他的学生爱克特设计了“电子化”电脑——“埃尼阿克”，目的是用来计算炮弹弹道。

ENIAC

这部机器使用了18800个电子管，长50英尺，宽30英尺，占地1500平方英尺，重达30吨。它的计算速度快，每秒可从事5000次的加法运算，运作了9年之久。但是，电子管的损耗率相当高，几乎每15分钟就可能烧掉一支电子管，操作人员须花15分钟以上的时间才能找出坏掉的管子，使用上极不方便。

1944年夏天，正在火车站候车的诺伊曼巧遇戈尔斯坦，并同他进行了短暂的交谈。当时，戈尔斯坦是美国弹道实验室的军方负责人，他正参与ENIAC计算机的研制工作。在交谈中，戈尔斯坦告诉了诺伊曼有关ENIAC的研制情况。具有远见卓识的诺伊曼为这一研制计划所吸引，他意识到了这项工作的深远意义。

冯·诺依曼由ENIAC机研制组的戈尔德斯廷中尉介绍参加ENIAC机研制小组后，便带领这批富有创新精神的年轻科技人员，向着更高的目标进军。1945年，他们在共同讨论的基础上，发表了一个全新的“存储程序通用电子计算机方案”--EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer的缩写）。

1946年7，8月间，冯·诺依曼和戈尔德斯廷、勃克斯在ENIAC方案的基础上，为普林斯顿大学高级研究所研制IAS计算机时，又提出了一个更加完善的设计报告《电子计算机逻辑设计初探》．以上两份既有理论又有具体设计的文件，首次在全世界掀起了一股“计算机热”，它们的综合设计思想，便是著名的“冯·诺依曼机”，其中心就是有存储程序原则--指令和数据一起存储（存储机）。这个概念被誉为“计算机发展史上的一个里程碑”。它标志着电子计算机时代的真正开始，指导着以后的计算机设计。

EDVAC方案明确奠定了新机器由五个部分组成，包括：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备，并描述了这五部分的职能和相互关系。报告中，诺伊曼对EDVAC中的两大设计思想作了进一步的论证，为计算机的设计树立了一座里程碑。设计思想之一是二进制，他根据电子元件双稳工作的特点，建议在电子计算机中采用二进制。

报告提到了二进制的优点，并预言，二进制的采用将大简化机器的逻辑线路。计算机基本工作原理是存储程序和程序控制，它是由世界著名数学家冯·诺依曼提出的。

冯·诺依曼体系结构

20世纪30年代中期，美国科学家冯·诺依曼大胆的提出，抛弃十进制，采用二进制作为数字计算机的数制基础。同时，他还说预先编制计算程序，然后由计算机来按照人们事前制定的计算顺序来执行数值计算工作。冯诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。
根据冯·诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有如下功能：

1. 把需要的程序和数据送至计算机中；
2. 必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。
3. 能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。
4. 能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。
5. 能够按照要求将处理结果输出给用户。

冯诺依曼体系结构

为了完成上述的功能，计算机必须具备五大基本组成部件，包括：
输入数据和程序的输入设备、记忆程序和数据的存储器、完成数据加工处理的运算器、控制程序执行的控制器、输出处理结果的输出设备。
这就是当前主流计算机的体系结构，又称之为”冯·诺依曼“体系结构。

自然一切事物总是在发展着的，随着科学技术的进步，今天人们又认识到“冯·诺依曼机”的不足，它妨碍着计算机速度的进一步提高，而提出了“非冯·诺依曼机”的设想。