計算機之父——馮·諾依曼和他的體系結構

計算機的發展經歷了一個世紀發展，在這一個世紀裡有許許多多的人為計算機的發展做出了巨大的貢獻。其中馮·諾依曼則被稱為計算機之父。

馮·諾依曼

馮·諾依曼是美籍匈牙利人，是著名的數學家，計算機科學家，物理學家。是20世紀最著名的數學家之一。甚至是在核武器和生化武器等領域也有建樹。這篇文章我們主要說馮·諾依曼在計算機領域的貢獻。

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），為研製電子數字計算機提供了基礎性的方案。

馮·諾依曼在第一臺通用計算機前的合影

上期文章我們說過ENIAC（電子數字積分計算機）的發展故事，他對ENIAC的設計提出過建議，他在會議上起草了一個全新的「存儲程序通用電子計算機方案」——ENIAC。特別是確定了計算機的結構，採用存儲程序以及二進位編碼等，至今仍為電子計算機設計者所遵循。

在1944年，諾伊曼參加原子彈的研製工作，該工作涉及到極為困難的計算。在對原子核反應過程的研究中，要對一個反應的傳播做出「是」或「否」的回答。解決這一問題通常需要通過幾十億次的數學運算和邏輯指令，儘管最終的數據並不要求十分精確，但所有的中間運算過程均不可缺少，且要儘可能保持準確。他所在的洛·斯阿拉莫斯實驗室為此聘用了一百多名女計算員，利用臺式計算機從早到晚計算，還是遠遠不能滿足需要。無窮無盡的數字和邏輯指令如同沙漠一樣把人的智慧和精力吸盡。

在一次偶然的機會裡馮·諾依曼知道了ENIAC計算機的研製計劃，從此，他便投入到計算機研製的過程中，建立了一生最大的豐功偉績。

在接觸了參加ENIAC研製小組後，便帶領這批科技人員向著更高的目標進軍，在1945年，他們在共同探討時，發表了一個全新的「存儲程序通用電子計算機方案」——EDVIC。在這個過程中，馮·諾依曼展示出他雄厚的知識，充分發揮了他的顧問作用及綜合分析的能力。於是便起草了一份以「關於EDVAC的報告草案」為題的長達101頁的總結報告。這份報告向世界宣布：電子計算機的時代開始了。

這份方案確定了計算機的五個組成部分，包括了：運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設備。並對這五部分做了詳細的描述。這份報告成為了計算機世界中的一個標誌性的裡程碑。這份報告同時也提出了兩大設計思想：

設計思想之一:二進位，根據電子元件的雙穩工作的特點，建議在電子計算機中採用二進位，報告提到了二進位的優點，並預言，二進位的採用將大大簡化機器的邏輯線路。如今這個設計思想仍然在使用。

思想之二：計算機基本工作原理是存儲程序和程序控制。

就此，馮諾依曼體系結構就此誕生了。馮諾依曼理論的要點是：數字計算機的數制採用二進位；計算機應該按照程序順序執行。