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第42章 计算机之父—诺依曼

如果你根本不知道自己在讨论什么,那么对其强求精确是毫无意义的。诺依曼的全名是约翰·冯·诺依曼,他是一位美籍匈牙利的科学发明家。

诺依曼一九零三年出生于匈牙利的布达佩斯。他小时候就被人称为“神童”,天赋极高,六岁时能心算八位数除法,八岁时就掌握了微积分。十一岁那年,他的父亲为了更好地培养他,在报纸上登了一则招聘启事:

“聘请一位家庭教师,聘金为一般家庭教师的十倍。”

这则启事当时轰动一时,许多人跃跃欲试,登门应聘。可这些人刚上任一两天,就被诺依曼的问题难住了,慌忙离去,以致诺依曼被人称为“聘不到家庭教师的少年”。诺依曼天资聪慧,再加上勤奋好学,因此门门功课都学得很出色。

在中学学习期间,诺依曼最喜欢的课程是数学和历史。中学时他已经是远近闻名的小数学家了。有一次,一位数学学者遇到了一道数学难题,他用笔和其他数学工具在纸上算了一个通宵,仍没有得出正确答案,于是来到诺依曼家向他请教。诺依曼拿到题目后,认真看了一遍,然后紧闭双目进行思考,花了不到七分钟的时间就心算出了那道难题,令这位学者大吃一惊,暗暗称奇。诺依曼对历史也十分喜爱,经常跑到父亲书房中去看史学著作并熟记于心。甚至到了晚年,他还能记得少年时代读过的女英雄贞德受审蒙难时的情景和美国南北战争的历史。长大后,诺依曼在和别人的谈话中经常引用历史故事和趣闻轶事,他的语言生动而富有幽默感。

1921年,诺依曼考入了布达佩斯大学数学系,但他父亲并不赞同他学习数学,认为前途不大。于是他转入柏林大学学习化学,最后又转入苏黎世工业大学学习。1925年,他获得了化学工程师资格,1926年又以集合论的数学论文获得布加勒斯特大学的博士学位。不同学校、不同专业的学习经历使诺依曼的知识极为全面,他被人们戏称为科学世界的“两栖动物”,甚至冠之以“万能数学家”的美称。从诺依曼后来的经历中我们可以发现,他在任何领域中工作都能做出杰出的贡献。他一生的活动远远超出了数学、物理、化学等领域,甚至介入了政治、军事和经济领域。他甚至写过一本经济学著作《博弈论和经济行为》。

1926年到1930年期间,诺依曼先后在柏林大学和汉堡大学担任讲师、教授,研究物理和算子理论。1930年移居美国,成为普林斯顿大学教授,并加入了美国籍。不久后被选为美国科学院院士;19993年起,一直任新建的普林斯顿高等研究院教授。此后,他在量子理论、数理逻辑、集合论、连续几何学、流体力学等方面成果显著,1945年以后专心于计算机的研究。

1944年,诺依曼从事氢弹的研制工作。由于计算太复杂,研究陷入了困境。要打破这种局面必须解决计算速度问题。一个偶然的机会,诺依曼遇到了代表阿伯汀陆军弹道研究所参加第一台电子计算机恩抗尔克(ENIAC)研制工作的格尔斯坦中尉。诺依曼很快就抓住机会同他攀谈起来。

中尉也知道诺依曼是美国陆军弹道研究所的顾问,直接参加了美国核心军事机密的研究工作,因此他们毫无顾忌地谈论起来。诺依曼首先向他谈到自己所面临的问题,中尉则向诺依曼透露了当时尚处于保密状态的ENIAC研制工作的情况。

诺依曼与格尔斯坦道别后,心里还在想着电子计算机。他在听了格尔斯坦对电子计算机的介绍和说明后,就打定主意,自己要开始一项新的事业——研制电子计算机。

此后不久,诺依曼就到莫尔电气工程学院考察电子计算机的研制工作。当时,ENIAC还在组装之中。他以敏锐的观察力和超前的判断力,发现ENIAC有一些不尽如人意的地方。

此后的几个月里,诺依曼多次到莫尔电气工程学院,召集包括莫奇里、艾克特、格尔斯坦在内的专家,对电子计算机的研制工作进行探讨。

一九四五年六月,以诺依曼为首的几位专家,对ENIAC的设计方案做了重大改进,提出了一个全新的存贮程序通用电子计算机设计方案——“离散变量自动电子计算机”设计方案,简称“EDVAC(埃德伐克)”方案。

在“EDVAC”方案中,诺依曼对ENIAC做了两大方面的改进:一是把十进位制改成二进位制,以充分发挥电子元件高速运算的性能;二是把程序和数据一起存在计算机内,这样可以使全部运算成为真正的自动过程。在这个方案中,还明确指出:电子计算机是由存储器、控制器、运算器、输入设备、输出设备组成的,并描述了各部分的职能和相互关系。

“EDVAC”方案问世时,ENIAC还没有竣工,但却已经落后了。当然,ENIAC在计算机发展史上的地位也是不可低估的。“EDVAC”方案的提出,轰动了全世界。由于它的主要设计思想是由诺依曼提出的,因此人们称诺依曼为“现代计算机之父”。

一九四九年,英国专家威尔克斯根据“EDVAC”方案,研制出了程序存贮式计算机。这是世界上第一台电子计算机。

由于第一代电子计算机结构复杂、价格昂贵、调试困难,因此,发展缓慢。直到一九五六年,美国总共才生产了一千台左右。不过,它为人类的科学进步做出了很大的贡献。

精彩点评:

以电子计算机以及信息技术为基础的网络时代给人类生活带来了巨大变化。同时,计算机技术也取得了飞速发展,有了重大变化,但就其原理而言,依据的都是约翰·冯·诺依曼提出的存储程序原理。诺依曼因为在计算机设计和制造方面的开创性工作而被尊称为“计算机之父”。诺依曼是一位伟大的天才,他不但研制了电子计算机,还是一位伟大的数学家,在数学理论研究,把数学应用到物理学领域等方面都取得了骄人成绩。

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