計算機之父馮·諾依曼

　　20世紀即將過去,21世紀就要到來。我們站在世紀之交的大門檻,回顧20世紀科學技術的輝煌發(fā)展時,不能不提及20世紀最杰出的數(shù)學家之一的馮·諾依曼。眾所周知,1946年發(fā)明的電子計算機,大大促進了科學技術的進步,大大促進了社會生活的進步。鑒于馮·諾依曼在發(fā)明電子計算機中所起到關鍵性作用,他被西方人譽為"計算機之父".

　　約翰·馮·諾依曼 ( John Von Nouma,1903-1957),美藉匈牙利人,1903年12月28日生于匈牙利的布達佩斯,父親是一個銀行家,家境富裕,十分注意對孩子的教育。馮·諾依曼從小聰穎過人,興趣廣泛,讀書過目不忘。據(jù)說他6歲時就能用古 希臘語同父親閑談,一生掌握了七種語言。最擅德語,可在他用德語思考種種設想時,又能以閱讀的速度譯成英語。他對讀過的書籍和論文。能很快一句不差地將內容復述出來,而且若干年之后,仍可如此。1911年一1921年,馮·諾依曼在布達佩斯的盧瑟倫中學讀書期間,就嶄露頭角而深受老師的器重。在費克特老師的個別指導下并合作發(fā)表了第一篇數(shù)學論文,此時馮·諾依曼還不到18歲。1921年一1923年在蘇黎世大學學習。很快又在1926年以優(yōu)異的成績獲得了布達佩斯大學數(shù)學博士學位,此時馮·諾依曼年僅22歲。1927年一1929年馮·諾依曼相繼在柏林大學和漢堡大學擔任數(shù)學講師。1930年接受了普林斯頓大學客座教授的職位,西渡美國。1931年成為該校終身教授。1933年轉到該校的高級研究所,成為最初六位教授之一,并在那里工作了一生。馮·諾依曼是普林斯頓大學、賓夕法尼亞大學、哈佛大學、伊斯坦堡大學、馬里蘭大 學、哥倫比亞大學和慕尼黑高等技術學院等校的榮譽博士。他是美國國家科學院、秘魯國立自然科學院和意大利國立林且學院等院的院土。 1954年他任美國原子能委員會委員;1951年至1953年任美國數(shù)學會主席。

　　1954年夏,馮·諾依曼被使現(xiàn)患有癌癥,1957年2月8日,在華盛頓去世,終年54歲。

　　馮·諾依曼在數(shù)學的諸多領域都進行了開創(chuàng)性工作,并作出了重大貢獻。在第二次世界大戰(zhàn)前,他主要從事算子理論、鼻子理論、集合論等方面的研究。1923年關于集合論中超限序數(shù)的論文,顯示了馮·諾依曼處理集合論問題所特有的方式和風格。他把集會論加以公理化,他的公理化體系奠定了公理集合論的基礎。他從公理出發(fā),用代數(shù)方法導出了集合論中許多重要概念、基本運算、重要定理等。特別在 1925年的一篇論文中,馮·諾依曼就指出了任何一種公理化系統(tǒng)中都存在著無法判定的命題。

　　1933年,馮·諾依曼解決了希爾伯特第5問題,即證明了局部歐幾里得緊群是李群。1934年他又把緊群理論與波爾的殆周期函數(shù)理論統(tǒng)一起來。他還對一般拓撲群的結構有深刻的認識,弄清了它的代數(shù)結構和拓撲結構與實數(shù)是一致的。他對其子代數(shù)進行了開創(chuàng)性工作,并莫定了它的理論基礎,從而建立了算子代數(shù)這門新的數(shù)學分支。這個分支在當代的有關數(shù)學文獻中均稱為馮·諾依曼代數(shù)。這是有限維空間中矩陣代數(shù)的自然推廣。馮·諾依曼還創(chuàng)立了博奕論這一現(xiàn)代數(shù)學的又一重要分支。 1944年發(fā)表了奠基性的重要論文《博奕論與經(jīng)濟行為》。論文中包含博奕論的純粹數(shù)學形式的闡述以及對于實際博奕應用的詳細說明。文中還包含了諸如統(tǒng)計理論等教學思想。馮·諾依曼在格論、連續(xù)幾何、理論物理、動力學、連續(xù)介質力學、氣象計算、原子能和經(jīng)濟學等領域都作過重要的工作。

　　馮·諾依曼對人類的最大貢獻是對計算機科學、計算機技術和數(shù)值分析的開拓性工作。

　　現(xiàn)在一般認為ENIAC機是世界第一臺電子計算機,它是由美國科學家研制的,于1946年2月14日在費城開始運行。其實由湯米、費勞爾斯等英國科學家研制的"科洛薩斯"計算機比ENIAC機問世早兩年多,于1944年1月10日在布萊奇利園區(qū)開始運行。ENIAC機證明電子真空技術可以大大地提高計算技術,不過,ENIAC機本身存在兩大缺點:(1)沒有存儲器;(2)它用布線接板進行控制,甚至要搭接見天,計算速度也就被這一工作抵消了。ENIAC機研制組的莫克利和埃克特顯然是感到了這一點,他們也想盡快著手研制另一臺計算機,以便改進。

　　馮·諾依曼由ENIAC機研制組的戈爾德斯廷中尉介紹參加ENIAC機研制小組后,便帶領這批富有創(chuàng)新精神的年輕科技人員,向著更高的目標進軍。1945年,他們在共同討論的基礎上,發(fā)表了一個全新的"存儲程序通用電子計算機方案"--EDVAC(Electronic Discrete Variable AutomaticCompUter的縮寫)。在這過程中,馮·諾依曼顯示出他雄厚的數(shù)理基礎知識,充分發(fā)揮了他的顧問作用及探索問題和綜合分析的能力。

　　EDVAC方案明確奠定了新機器由五個部分組成,包括:運算器、邏輯控制裝置、存儲器、輸入和輸出設備,并描述了這五部分的職能和相互關系。EDVAC機還有兩個非常重大的改進,即:(1)采用了二進制,不但數(shù)據(jù)采用二進制,指令也采用二進制;(2建立了存儲程序,指令和數(shù)據(jù)便可一起放在存儲器里,并作同樣處理。簡化了計算機的結構,大大提高了計算機的速度。

　　1946年7,8月間,馮·諾依曼和戈爾德斯廷、勃克斯在EDVAC方案的基礎上,為普林斯頓大學高級研究所研制IAS計算機時,又提出了一個更加完善的設計報告《電子計算機邏輯設計初探》。以上兩份既有理論又有具體設計的文件,首次在全世界掀起了一股"計算機熱",它們的綜合設計思想,便是著名的"馮·諾依曼機",其中心就是有存儲程序原則--指令和數(shù)據(jù)一起存儲。這個概念被譽為‘計算機發(fā)展史上的一個里程碑".它標志著電子計算機時代的真正開始,指導著以后的計算機設計。自然一切事物總是在發(fā)展著的,隨著科學技術的進步,今天人們又認識到"馮·諾依曼機"的不足,它妨礙著計算機速度的進一步提高,而提出了"非馮·諾依曼機"的設想。

　　馮·諾依曼還積極參與了推廣應用計算機的工作,對如何編制程序及搞數(shù)值計算都作出了杰出的貢獻。 馮·諾依曼于1937年獲美國數(shù)學會的波策獎;1947年獲美國總統(tǒng)的功勛獎章、美國海軍優(yōu)秀公民服務獎;1956年獲美國總統(tǒng)的自由獎章和愛因斯坦紀念獎以及費米獎。

　　馮·諾依曼逝世后,未完成的手稿于1958年以《計算機與人腦》為名出版。他的主要著作收集在六卷《馮·諾依曼全集》中,1961年出版。