馮·諾依曼簡介及貢獻

簡介

? ? ? ?馮·諾依曼（John von Neumann,1903年12月28日-1957年2月8日），美籍匈牙利數學家、計算機科學家、博弈論、核武器和生化武器等領域內的科學全才之一，被后人稱為“現代計算機之父”、“博弈論之父”。
? ? ? ? 馮·諾依曼從小就顯示出數學和記憶方面的天才，從孩童時代起，馮·諾依曼就有過目不忘的天賦，六歲時他就能用希臘語同父親互相開玩笑。六歲時他能心算做八位數除法，八歲時掌握微積分，在十歲時他花費了數月讀完了一部四十八卷的世界史，并可以對當前發生的事件和歷史上某個事件做出對比，并討論兩者的軍事理論和政治策略，十二歲就讀懂領會了波萊爾的大作《函數論》要義。
? ? ? ?1930年馮·諾依曼和瑪麗達·柯維斯結婚。1935年他們的女兒瑪麗娜出生在普林斯頓。家里常常舉辦時間持續很長的社交聚會，這是遠近皆知的。1937年馮·諾依曼與妻子離婚，1938年又與克拉拉·丹結婚，并一起回到普林斯頓。丹隨馮·諾依曼學數學，后來成為優秀的程序編制家。與克拉拉結婚后，馮·諾依曼的家仍是科學家聚會的場所，還是那樣殷勤好客，在那里人人都會感到一種聰慧的氣氛。
? ? ? ?1955年的夏天，X射線檢查出他患有癌癥，但他還是不停的工作，病勢擴展。后來他就被安置在輪椅上，繼續思考、演說及參加會議。長期而無情的疾病折磨著他，慢慢地終止了他所有的活動。1956年，他進入華盛頓的沃爾特·里德醫院，1957年2月8日在醫院逝世，享年53歲。

成就及貢獻

? ? ? ?馮·諾依曼先后執教于柏林大學和漢堡大學，1930年前往美國，后入美國國籍。歷任普林斯頓大學教授、普林斯頓高等研究院教授，入選美國原子能委員會會員、美國國家科學院院士。早期以算子理論、共振論、量子理論、集合論等方面的研究聞名，開創了馮·諾依曼代數。馮·諾依曼第二次世界大戰期間曾參與曼哈頓計劃，為第一顆原子彈的研制做出了杰出的貢獻。
? ? ? ?馮·諾依曼1944年與奧斯卡·摩根斯特恩合著《博弈論與經濟行為》，是博弈論學科的奠基性著作。晚年，馮·諾依曼轉向研究自動機理論，著有對人腦和計算機系統進行精確分析的著作《計算機與人腦》（1958年），為研制電子數字計算機提供了基礎性的方案。其余主要著作有《量子力學的數學基礎》（1926）、《經典力學的算子方法》、《連續幾何》（1960）等。

馮·諾依曼體系結構

? ? ? ?（1）采用存儲程序方式，指令和數據不加區別混合存儲在同一個存儲器中，數據和程序在內存中是沒有區別的，他們都是內存中的數據，當EIP指針指向哪 CPU就加載那段內存中的數據，如果是不正確的指令格式，CPU就會發生錯誤中斷，在現在CPU的保護模式中，每個內存段都有其描述符，這個描述符記錄著這個內存段的訪問權限（可讀，可寫。可執行），這就變相的指定了哪些內存中的存儲的是指令哪些是數據。指令和數據都可以送到運算器進行運算，即由指令組成的程序是可以修改的。
? ? ? ?（2）存儲器是按地址訪問的線性編址的一維結構，每個單元的位數是固定的。
? ? ? ?（3）指令由操作碼和地址碼組合。操作碼指明本指令的操作類型，地址碼指明操作數和地址。操作數本身無數據類型的標志，它的數據類型由操作碼確定。
? ? ? ?（4）通過執行指令直接發出控制信號控制計算機的操作。指令在存儲器中按其執行順序存放，由指令計數器指明要執行的指令所在的單元地址。指令計數器只有一個，一般按順序遞增，但執行順序可按運算結果或當時的外界條件而改變。
? ? ? ?（5）以運算器為中心，I/O設備與存儲器間的數據傳送都要經過運算器。
? ? ? ?（6）數據以二進制表示。

特點

? ? ? ?（1）計算機處理的數據和指令一律用二進制數表示
? ? ? ?（2）順序執行程序
? ? ? ?計算機運行過程中，把要執行的程序和處理的數據首先存入主存儲器（內存），計算機執行程序時，將自動地并按順序從主存儲器中取出指令一條一條地執行，這一概念稱作順序執行程序。
? ? ? ?（3）計算機硬件由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成。

作用

? ? ? ?馮·諾依曼體系結構是現代計算機的基礎，現在大多計算機仍是馮·諾依曼計算機的組織結構，只是做了一些改進而已，并沒有從根本上突破馮體系結構的束縛。馮·諾依曼也因此被人們稱為計算機之父。然而由于傳統馮·諾依曼計算機體系結構天然所具有的局限性，從根本上限制了計算機的發展。
? ? ? ?根據馮·諾依曼體系結構構成的計算機，必須具有如下功能：把需要的程序和數據送至計算機中。必須具有長期記憶程序、數據、中間結果及最終運算結果的能力。能夠完成各種算數、邏輯運算和數據傳送至計算機中。必須具有長期記憶程序、數據、中間結果及最終運算結果的能力。能夠完成各種算術、邏輯運算和數據傳送等數據加工處理的能力。能夠根據需要控制程序走向，并能根據指令控制機器的各部件協調操作。能夠按照要求將處理結果輸出給用戶。
? ? ? ?將指令和數據同時存放在存儲器中，是馮·諾依曼計算機方案的特點之一。計算機由控制器、運算器、存儲器、輸入設備、輸出設備五部分組成。馮·諾依曼提出的計算機體系結構，奠定了現代計算機的結構理念。

總結

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