冯诺依曼在计算机领域中的贡献
电子计算机之父冯·诺伊曼
电子计算机之父冯·诺伊曼作者：戴吾三来源：《科学》2016年第03期第二次世界大战期间，冯·诺伊曼参与美国原子弹秘密研发，因处理大量的计算而关注电子计算机研究。
当他介入ENIAC研制时，发现了深层问题，为此撰写报告，为电子计算机的发展指明了方向。
电子计算机发展史上有一位里程碑式的人物，他就是美籍匈牙利裔科学家冯·诺伊曼（J.von Neumann）。
第二次世界大战期间，冯·诺伊曼参与美国原子弹的秘密研发，因处理大量的计算而关注电子计算机研究。
当他介入ENIAC研制时，很快洞察问题所在。
撰写专题报告，高瞻远瞩地指明了电子计算机发展的方向。
战后，冯·诺伊曼继续深入研究并推广计算机的应用，由此获得“电子计算机之父”的美誉。
如今大半个世纪过去了，电子计算机已与当年天差地别，而冯·诺伊曼阐发的思想和基本理念仍熠熠生辉。
作为一位在纯数学、理论物理学、博弈论等方面都有卓著贡献的科学家，冯·诺伊曼是如何开创电子计算机研究的？重温这段特殊的历史，会给我们带来有益的启示。
优越环境助天才1867年奥地利和匈牙利组建奥匈帝国，此后50年匈牙利迎来了繁荣时期。
当时的布达佩斯在欧洲是排名第六的大城市，经济发展，文化和学术繁荣，同时它也成为犹太人选择迁居的两大城市之一（另一个城市是纽约）。
在这里，凭借着聪明和勤奋，不少犹太人很快成为有钱、有地位的医生、律师和商人。
1903年12月28日，冯·诺伊曼出生于匈牙利首都布达佩斯。
他出生时，父亲已是一位富有的犹太银行家，1913年荣获贵族封号，这成了他们家姓中yon（冯）的由来。
冯·诺伊曼很小便接受家庭教师的教育，先后学习德语、法语、英语、拉丁语和希腊语。
6岁时，他已能用希腊语与父亲闲谈。
在日后冯·诺伊曼对计算机技术做出贡献的过程中，拉丁语和希腊语都起到了重要作用。
冯·诺伊曼在学龄前还学习算术、击剑和钢琴，他对击剑和钢琴都不怎么用心，而对算术十分着迷。
计算机之父
计算机之父20世纪即将过去，21世纪即将到来。
站在世纪之交的门槛上，回顾20世纪科学技术的辉煌发展，不能不提到20世纪最杰出的经济学家之一冯诺依曼。
众所周知，1946年电子计算机的发明极大地促进了科学技术和社会的进步。
鉴于冯诺依曼在电子计算机发明中发挥的关键作用，他被西方人誉为“计算机之父”。
约翰冯诺马(1903-1957)，美国匈牙利人，1929年12月28日出生于匈牙利布达佩斯。
他是一个家境富裕的银行家，非常注重正确的教育。
冯诺依曼从小聪明，兴趣广泛，读书从不忘事。
据说他6岁就能和父亲用古希腊语聊天，一生掌握了7种语言。
他最擅长德语，但当他用德语思考各种想法时，他可以以阅读的速度将其翻译成英语。
他对他读过的书和论文感兴趣。
我能快速准确地复述内容，几年后还能复述。
1920-1919年至1921年，冯诺依曼在布达佩斯卢塞恩中学就读期间，声名鹊起，备受器重。
在费希特先生的个别指导和配合下，发表了第一篇数学论文，当时冯诺依曼还不到18岁。
从1921年到1923年在苏黎世。
很快，在1926年，他以优异的成绩获得了布达佩斯大学的数学博士学位，当时冯诺依曼只有22岁。
从1927年到1929年，冯诺依曼在柏林大学和汉堡大学担任数学讲师。
1930年，他接受了普林斯顿大学的客座教授职位，前往美国。
1931年，他成为终身教授。
1933年，他转到大学的高级研究所，成为首批六名教授之一，在那里度过了一生。
冯诺伊曼是普林斯顿大学、宾夕法尼亚大学、哈佛大学、伊斯坦布尔大学、马里兰大学、哥伦比亚大学和慕尼黑高级技术学院的名誉博士。
他是美国国家科学院、秘鲁国家自然科学院和意大利国家林业研究所的所在地。
1954年，他担任美国原子能委员会成员；从1951年到1953年，他担任美国数学学会主席。
1954年夏天，冯诺依曼被诊断患有癌症。
1957年2月8日，他在华盛顿去世，享年54岁。
冯诺依曼在数学的许多领域都做出了开创性的工作，做出了巨大的贡献。
冯诺依曼小结
冯诺依曼小结冯·诺依曼（John von Neumann）是20世纪最杰出的数学家和计算机科学家之一。
他对计算机结构的深刻思考和贡献被广泛认为是现代计算机科学的基础之一。
他的工作在计算机科学、数学和物理学领域影响深远。
冯·诺依曼最大的贡献之一是提出了存储程序的概念，这是现代计算机设计的基本原则之一。
他的观点是，计算机可以将程序和数据存储在同一块内存中，并通过一系列指令来操作这些数据。
这一概念极大地提高了计算机的灵活性和可编程性，使得计算机可以执行各种不同的任务。
冯·诺依曼还对计算机原理和设计提出了许多其他重要的观点。
他提出了将数字计算机设计为基于二进制系统的想法，以及使用位操作来进行计算。
他还提出了将计算机设计为具有中央控制单元（CPU）和存储器单元之间的数据传输。
这些观点奠定了现代计算机结构的基础。
冯·诺依曼还对计算机程序设计做出了重要贡献。
他提出了将程序分解为子程序的概念，这使得程序的编写和维护更加容易。
他还提出了一种新的编程语言，称为“高级程序语言”，它允许程序员使用更接近自然语言的语法编写程序。
这些观点对于现代计算机编程的发展有着巨大的影响。
除了计算机科学，冯·诺依曼还在数学和物理学领域做出了重要贡献。
他的早期工作是关于量子力学的，他提出了“现代量子力学”的公理化表述，并在量子力学的发展中扮演了重要角色。
他还研究了纯数学领域的可测度性理论和集合论问题等。
总的来说，冯·诺依曼是一个杰出的科学家，他的工作在计算机科学、数学和物理学领域都具有重要影响。
他的存储程序概念和现代计算机结构的观点是计算机科学的重要里程碑，对于后来的计算机设计和编程语言的发展起到了至关重要的作用。
他的工作使得计算机不仅仅是一种计算工具，而成为了现代社会和科学研究的重要工具。
工程类计算机体系结构之父冯诺依曼
提出计算机体 系结构的基本
框架
设计并实现了 世界上第一台
电子计算机 ENIAC
提出存储程序 的概念，将程 序和数据存储
在计算机中
发明了二进制 数系统，为计 算机的运算奠
定了基础
数学：冯诺依曼在数学领域也有很多重要的贡献，包括对概率论和数理统计的研究。
时间：1945年
背景：二战期间，计算机需求迫切
冯诺依曼的贡献：提出计算机体系结构，包括运算器、存储器、控制器、输入输出设备等五 大部件
影响：奠定了现代计算机的基础，对后续计算机发展产生了深远影响
采用二进制数制
存储程序方式
由运算器、控制 器、存储器、输 入设备和输出设 备五部分组成
程序和数据都以 二进制形式存储 在存储器中，采 用“按地址访问” 的方式获取数据
提出计算机体系结构的基本 思想
发表了多篇关于计算机体系 结构的论文和著作
获得多项学术荣誉和奖项
计算机科学之父 对计算机体系结构做出了卓越贡献 影响了整个计算机科学的发展 为现代计算机的发展奠定了基础
冯诺依曼与计算机 体系结构
计算机体系结构定义：计算机体系结构是指计算机系统的整体设计和组织结构，包括其硬件 和软件的布局、组织、交互等。
1913年-1920年，冯诺依曼在德国 柏林大学学习数学和物理
1927年，获得美国普林斯顿大学数 学博士学位
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
1921年-1923年，赴美国普林斯顿 大学攻读博士学位，专业为数学
1930年-1933年，在德国格丁根大 学任教，并从事数学和物理学研究
设计并实现了世界上第一台 电子计算机ENIAC
冯诺依曼原理的应用
冯诺依曼原理的应用1. 什么是冯诺依曼原理冯·诺依曼原理（通常称为冯诺依曼体系或冯洛伊曼结构）指的是计算机中用于处理指令和数据的基本原则和方法。
它由冯·诺依曼于1945年提出，是现代计算机设计的基石，被广泛应用于各种计算机系统中。
2. 冯诺依曼原理的要点冯诺依曼原理主要包括以下要点：2.1 存储程序冯诺依曼原理将程序指令和数据存储在同一个存储器中，程序可以按照一定的顺序被执行。
这种存储程序的设计方式，为计算机的灵活性和可编程性提供了基础。
2.2 指令流水线冯诺依曼原理鼓励将计算机的处理过程划分为多个阶段，并使每个阶段的工作可以同时进行，以提高计算机的效率。
这种流水线的方式可以将计算机的处理能力最大化，提高计算机的运行速度。
2.3 存储器系统冯诺依曼原理提倡使用存储器来存储指令和数据，并采用统一的存储器系统来管理这些存储器。
这种设计可以使计算机的存储器资源得到合理利用，并方便进行存储器的扩展。
2.4 控制单元和算术逻辑单元冯诺依曼原理将计算机的处理过程分为控制和运算两部分，分别由控制单元和算术逻辑单元来完成。
控制单元用于管理程序的执行和数据的传输，而算术逻辑单元用于进行数据的计算和逻辑运算。
3. 冯诺依曼原理的应用冯诺依曼原理在计算机领域的应用非常广泛，以下列举了几个典型的应用场景：3.1 通用计算机系统冯诺依曼原理是现代通用计算机设计的基础，绝大部分的计算机系统都采用了冯诺依曼原理。
这种设计方式使得计算机具有很高的灵活性和可编程性，可以用于执行各种不同类型的计算任务。
3.2 控制系统冯诺依曼原理的指令流水线设计思想被广泛应用于控制系统中。
控制系统需要处理大量的输入和输出数据，并进行实时的决策和控制。
冯诺依曼原理的流水线设计可以提高控制系统的响应速度和处理能力。
3.3 数字信号处理冯诺依曼原理的存储器系统对于数字信号处理非常重要。
数字信号处理需要大量的数据存储和高效的数据处理能力，冯诺依曼原理的存储器系统可以满足这一需求，并且通过流水线设计可以提高处理效率。
有关计算机的历史人物
• 1954年他任美国 原子能委员会委员 ；1951年至1953 年任美国数学会主 席． • 1954年夏，冯·诺 依曼被发现患有癌 症，1957年2月8 日，在华盛顿去世 ，终年54岁 。
• 冯·诺伊曼是二十世纪最重要的数学家之一，在 纯粹数学和应用数学方面都有杰出的贡献 。 • 1940年以后，冯·诺伊曼转向应用数学1946年 ，冯·诺依曼开始研究程序编制问题，他是现代 数值分析——计算数学的缔造者之一，他首先 研究线性代数和算术的数值计算，后来着重研 究非线性微分方程的离散化以及稳定问题，并 给出误差的估计。他协助发展了一些算法，特 别是蒙特卡罗方法 。
EDVAC方案明确奠定 了新机器由五个部分组成 ，包括：运算器、逻辑控 制装置、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。
相关书籍
生平经历
• 前半生 • 冯·诺伊曼从小就显示出数学天才，关于他的童 年有不少传说。大多数的传说都讲到冯·诺伊曼 自童年起在吸收知识和解题方面就具有惊人的 速度。六岁时他能心算做八位数乘除法，八岁 时掌握微积分，十二岁就读懂领会了波莱尔的 大作《函数论》要义。
计算机之父 冯·诺依曼
制作人：教科院 教育学10班 余月季 201013410137
约 翰 冯 诺 依 曼
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1.人物简介
6.一般应用数学
2.杰出贡献 7.逸闻
5.博弈论 4.计算机
生平经历
1903年12月28日，在布达佩斯诞生了一位 神童，这不仅给这个家庭带来了巨大的喜悦，也 值得整个计算机界去纪念。正是他，开创了现代 计算机理论，其体系结构沿用至今，而且他早在 40年代就已预见到计算机建模和仿真技术对当 代计算机将产生的意义深远的影响。他，就是约 翰·冯·诺依曼
冯诺依曼的生平及主要成就
冯诺依曼的生平及主要成就
冯诺依曼：1903年—1957年，美籍匈牙利人，著名的数学家、经济学家、物理学家、现代计算机之父、博弈论之父。
1、冯诺依曼家境富裕，父亲是银行家，从小就记忆力惊人、兴趣广泛；
2、冯诺依曼一生掌握七种语言，能将看过的书一字不差的复述一遍；
3、18岁时发表第一篇数学论文；
4、1926年获得布达佩斯大学数学博士学位；
5、1930年为美国普林斯顿大学客座教授，1931年成为普林斯顿大学第一批终身教授；
6、二战前主要从事算子理论、集合论方面的研究。
1923年发表集合论中超限序数的论文；
把集合论公理化；
1925年指出任何一种公理化系统中都存在着无法判定的命题；
1933年解决了希尔伯特第5问题，即证明了局部欧几里得紧群是李群；1934年把紧群理论与波尔的殆周期函数理论统一起来；
7、开创算子代数新的数学分支，被称为“冯诺依曼代数”；
8、1944年发表奠基性的重要论文《博弈论与经济行为》，对博弈论的纯粹数学形式与博弈论的应用作了详细说明，冯诺依曼也被称为“博弈论之父”；
9、冯诺依曼在格论、连续几何、理论物理、动力学、连续介质力学、气象计算、原子能和经济领域都有重大贡献；
10、最大的贡献是计算机科学、计算机技术和数值分析。
11、1945年冯诺依曼发表了一个全新的“存储程序通用电子计算机方案”；
12、1946年冯诺依曼发表一个更加完善的计算机设计报告《电子计算机逻辑设计初探》，这个计算机就是“冯诺依曼机”，其中心思想就是：有存储程序原则—指令和数据一起存储；
13、1958年后人将冯诺依曼未完成的手稿以《计算机与人脑》为名出版。
民族英雄冯诺伊曼现代计算机科学的奠基人
民族英雄冯诺伊曼现代计算机科学的奠基人冯诺伊曼（John von Neumann）是20世纪最伟大的数学家和计算机科学家之一，他对现代计算机科学的贡献不可磨灭。
他的工作奠定了计算机科学的基础，并开创了计算机体系结构的概念。
本文将探讨冯诺伊曼的贡献、计算机体系结构的基本原理以及他对计算机科学发展的重要影响。
一、冯诺伊曼的贡献冯诺伊曼的贡献广泛涵盖数学、物理学和计算机科学等多个领域。
他的最重要的贡献之一是提出了冯诺伊曼体系结构，也被称为冯诺伊曼结构。
冯诺伊曼结构是一种计算机的基本设计原则，它将程序指令和数据存储在同一存储器中，并使用相同的数据格式进行处理。
这种结构不仅大大提高了计算机的效率，还为今后计算机的发展奠定了坚实的基础。
除了冯诺伊曼结构，冯诺伊曼还提出了存储程序的概念。
在他之前，计算机程序是通过手工连接电路来完成的，这种方式非常繁琐。
冯诺伊曼的存储程序概念将程序以二进制形式存储在计算机内存中，并通过指令的执行顺序来控制计算机的运行。
这种方式极大地简化了计算机的操作，使得计算机更易于使用和程序的编写。
此外，冯诺伊曼还对建立计算机的逻辑结构和指令系统做出了重要贡献。
他提出了一种基于二进制的计算机逻辑单元，将逻辑操作和算术运算统一起来。
这种设计极大地提高了计算机的可编程性和灵活性，使得计算机可以进行各种复杂的运算和任务。
二、计算机体系结构的基本原理冯诺伊曼体系结构的基本原理包括以下几个方面：1. 存储器：冯诺伊曼体系结构要求计算机的存储器既用于存储数据，也用于存储程序指令。
这种存储器的共享特性使得计算机更加灵活和高效。
2. 指令集：计算机的指令集是冯诺伊曼体系结构的核心之一。
指令集包括了计算机的基本操作，如算术运算、逻辑操作和数据传输等。
通过不同的指令组合和操作，计算机可以完成各种任务。
3. 控制单元：控制单元是计算机体系结构中的关键组成部分，它负责管理和控制计算机的运行。
控制单元根据存储在存储器中的程序指令，逐条执行指令并相应地控制其他部件的操作。
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冯诺依曼在计算机领域中的贡献
1944年夏的一天，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。
几天之后，诺伊曼专程来到莫尔学院，参观了尚未竣工的这台庞大的机器，并以其敏锐的眼光，一下子抓住了计算机的灵魂－－逻辑结构问题，令年轻的ENIAC的研制们敬佩不已。
因实际工作中对计算的需要以及把数学应用到其他科学问题的
强烈愿望，使诺伊曼迅速决定投身到计算机研制者的行列。
对业已功成名就的诺伊曼来说，这样做需要极大的勇气，因为这是一个成败未卜的新征途，一旦失败，会影响他已取得的名誉和地位。
诺伊曼却以对新事物前途的洞察力，毅然决然地向此征途迈出了第一步，于1944年8月加入莫尔计算机研制小组，为计算机研制翻开了辉煌的一页。
程序内存是诺伊曼的另一杰作。
通过对ENIAC的考察，诺伊曼敏锐地抓住了它的最大弱点－－没有真正的存储器。
ENIAC只在20个暂存器，它的程序是外插型的，指令存储在计算机的其他电路中。
这样，解题之前，必需先相好所需的全部指令，通过手工把相应的电路联通。
这种准备工作要花几小时甚至几天时间，而计算本身只需几分钟。
计算的高速与程序的手工存在着很大的矛盾。
针对这个问题，诺伊曼提出了程序内存的思想：诺伊曼以其非凡的分析、综合能力及雄厚的数理基础，集众人之长，提出了一系列优秀的设计思想。
诺伊曼以“关于EDVAC的报告草案”为题，起草了长达101页的总结报告。
报告广泛而具体地介绍了制造电子计算机和程序设计的新思想。
报告明确规定，EDVAC计算机由计算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出五大部分组成，并阐述了这五大部分的职能和相互关系。
这份报告是计算机发展史上一个划时代的文献，它向世界宣告：电子计算机的时代开始了。
1954年6月，诺伊曼到美国普林斯顿高级研究所工作，出任ISA 计算机研制小组的主任职位。
在那时，他提出了更加完善的设计报告“电子计算装置逻辑结构初探”。
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。
实践证明了诺伊曼预言的正确性。
如今，逻辑代数的应用已成为设计电子计算机的重要手段，在EDVAC中采用的主要逻辑线路也一直沿用着，只是对实现逻辑线路的工程方法和逻辑电路的分析方法作了改进。
把运算程序存在机器的存储器中，程序设计员只需要云存储器中寻找运算指令，机器就会自行计算，这样，就不必每个问题都重新编程，从而大大加快了运算进程。
这一思想标志着自动运算的实现，标
志着电子计算机的成熟，已成为电子计算机设计的基本原则。