1 德意志帝国数学家

2 美国计算机科学家

诺伊曼（Neumann，Carl Gottfried ，1832.5.7～1925.3.27）德意志帝国数学家。就学于柯尼斯堡大学，1855年获博士学位，1858年在哈雷大学讲授数学，1865年任蒂宾根大学教授，1868～1911年任蒂比锡大学教授。诺伊曼首创解狄利克雷问题的算术平均法，对平面凸边界曲线和空间凸曲面情形证明了狄利克雷问题解的存在性。位势理论中第二边值问题一直以他的名字命名。他还引进对数位势的概念；发展了B.黎曼的代数函数理论。诺伊曼还与R.F.A.克莱布什于1868年共同创办了德意志帝国数学杂志《数学年刊》。

冯·诺依曼生平

冯·诺依曼体系

冯·诺依曼体系结构-非诺依曼化

冯·诺伊曼（1903.12.28～1957.2.8）生于1903年12月28日，1957年2月18日卒于莱比锡。

匈牙利原名Neumann János，英文名John von Neumann，

匈牙利—美国数学家，现代电子计算机创始人之一。他在计算机科学、经济、物理学中的量子力学及几乎所有数学领域都作过重大贡献。

◎ 冯·诺依曼生平

冯·诺依曼1903年12月28日生于匈牙利，1957年2月8日死于美国。我想知道计算机的人一定对他不会陌生，它可以称为计算机之父了，现在我们面前计算机内采用的体系结构就是以他的命名的冯·诺依曼结构。　冯·诺依曼小时就十分聪明，6岁时就能够心算8位数字的除法，它在匈牙利接受了他的初等教育，并于18岁发表了第一篇论文！在1925年取得化学文凭后，他把兴趣转向了喜爱已久的数学，并于1928年取得博士学位，它在集合论等方面取得了引人注目的成就。1930年他应邀访问普林斯顿大学，这所大学的高等研究所于1933年建立，他成为最早的6位数学教授之一，直到他去世，它一直是这个研究所的数学教授。后来他为成为美国公民。

1936到1938图灵（另一位伟大的计算机科学家）是普林斯顿大学数学系的研究生，冯·诺依曼邀请图灵当他的助手，可是图灵钟情于剑桥而未能如冯·诺依曼所愿，一年后，二次世界大战使图灵卷入了战争，1934年图灵曾经发表的论文"On Computable Numbers with an Application to the Entscheidungs-problem"不可不提，在这篇论文中，图灵提出了通用机的概念，冯·诺依曼应该知道了这个思想，至少后来他是不是应用了这个思想却不得而知。

冯·诺依曼迅速发现了这种后来被称之为计算机的通用机器的用处在于解决一些实际问题，而不是一个摆设，因为战争的原因冯·诺依曼开始接触到许多数学的分支，使他开始萌生了使用一台机器进行计算的想法，虽然我们现在都知道第一台计算机ENIAC有他的努力，可是在此之前他碰到的第一台计算机器是Harvard Mark I (ASCC)计算器。冯·诺依曼有一种非凡的沟通能力，能够在不同的科学家之间担任一个中介者的角色，虽然这些科学家并不想让别人知道自己的秘密。冯·诺依曼建造的机器名为IAS机，一些由国家实验室建造的计算机不过是IAS机的复本而已。

战后冯·诺依曼继续致力于IAS机的开发工作，并帮助解决氢弹研制中的计算问题。在他死后，它在计算机界的名声并不大，以至于他的传记作家对他在计算机上的贡献也只一笔带过。

他是Neumann Miksa和Kann Margit的三个孩子中最大的一个。小时候外号“Jancsi”的他已经显出惊人的记忆力∶六岁已能够心算八位数除法。年少的他不但对数学很有兴趣，亦喜欢阅读历史、社会的书籍。1913年，父亲买了一个爵位，诺伊曼得到德国名von，成为János von Neumann。

1945年，他提出了“存储程序型计算机”的设计思想。这一卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础，已成为计算机设计的基本原则。由于他在计算机逻辑结构设计上的伟大贡献，他被誉为“计算机之父”。

在经济学领域，1944年他与奥斯卡·摩根斯特恩合著的巨作《博弈论与经济行为》出版，标志着现代系统博弈理论的的初步形成。他被称为“博弈论之父”。博弈论被认为是20世纪经济学最伟大的成果之一。

有两个奖项以他为名：

INFORMS的冯·诺伊曼理论奖

IEEE的IEEE冯·诺伊曼奖

◎ 冯·诺依曼体系

冯诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。

人们把冯·诺依曼的这个理论称为冯·诺依曼体系结构。从ENIAC到当前最先进的计算机都采用的是冯·诺依曼体系结构。所以冯·诺依曼是当之无愧的数字计算机之父。

根据冯·诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有如下功能：把需要的程序和数据送至计算机中。必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。能够按照要求将处理结果输出给用户。

为了完成上述的功能，计算机必须具备五大基本组成部件，包括：输人数据和程序的输入设备、记忆程序和数据的存储器、完成数据加工处理的运算器、控制程序执行的控制器、输出处理结果的输出设备。冯·诺依曼体系结构-冯.诺依曼体系结构对计算机发展的限制

从计算机诞生那天起，冯.诺依曼体系结构占据着主导地位，几十年来计算机体系结构理论并没有新理论出现。随着计算机应用范围的迅速扩大，使用计算机解决的问题规模也越来越大，因此对计算机运算速度的要求也越来越高。而改进计算机的体系结构是提高计算机速度的重要途径，从而促进了计算机体系结构的发展，出现了诸如数据流结构、并行逻辑结构、归约结构等新的非冯诺依曼体系结构。

冯·诺依曼体系结构

冯.诺依曼体系结构是现代计算机的基础，现在大多计算机仍是冯.诺依曼计算机的组织结构，只是作了一些改进而已，并没有从根本上突破冯体系结构的束缚。冯.诺依曼也因此被人们称为“计算机之父”。然而由于传统冯.诺依曼计算机体系结构天然所具有的局限性，从根本上限制了计算机的发展。

(1)采用存储程序方式，指令和数据不加区别混合存储在同一个存储器中，（数据和程序在内存中是没有区别的,它们都是内存中的数据,当EIP指针指向哪 CPU就加载那段内存中的数据,如果是不正确的指令格式,CPU就会发生错误中断. 在现在CPU的保护模式中,每个内存段都其描述符,这个描述符记录着这个内存段的访问权限(可读,可写,可执行).这最就变相的指定了哪个些内存中存储的是指令哪些是数据）

指令和数据都可以送到运算器进行运算，即由指令组成的程序是可以修改的。

(2)存储器是按地址访问的线性编址的一维结构，每个单元的位数是固定的。

(3)指令由操作码和地址组成。操作码指明本指令的操作类型,地址码指明操作数和地址。操作数本身无数据类型的标志，它的数据类型由操作码确定。

(4)通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。指令在存储器中按其执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址。指令计数器只有一个，一般按顺序递增，但执行顺序可按运算结果或当时的外界条件而改变。

(5)以运算器为中心，I/O设备与存储器间的数据传送都要经过运算器。

冯·诺依曼体系结构

(6)数据以二进制表示。

从本质上讲，冯.诺依曼体系结构的本征属性就是二个一维性，即一维的计算模型和一维的存储模型，简单地说“存储程序”是不确切的。而正是这二个一维性，成就了现代计算机的辉煌，也限制了计算机的进一步的发展，真可谓“成也冯，败也冯”。

冯·诺依曼计算机的软件和硬件完全分离，适用于作数值计算。这种计算机的机器语言同高级语言在语义上存在很大的间隔，称之为冯.依曼语义间隔。造成这个差距的其中一个重要原因就是存储器组织方式不同，冯·诺依曼机存储器是一维的线性排列的单元，按顺序排列的地址访问。而高级语言表示的存储器则是一组有名字的变量，按名字调用变量，不考虑访问方法，而且数据结构经常是多维的（如数组，表格）。另外，在大多数高级语言中，数据和指令截然不同，并无指令可以像数据一样进行运算操作的概念。同时，高级语言中的每种操作对于任何数据类型都是通用的，数据类型属于数据本身，而冯.诺依曼机的数据本身没有属性标志，同一种操作要用不同的操作码来对数据加以区分。这些因素导致了语义的差距。如何消除如此大的语义间隔，这成了计算机面临的一大难题和发展障碍。

冯.诺依曼体系结构的局限严重束缚了现代计算机的进一步发展，而非数值处理应用领域对计算机性能的要求越来越高，这就亟待需要突破传统计算机体系结构的框架，寻求新的体系结构来解决实际应用问题。目前在体系结构方面已经有了重大的变化和改进，如文章开头提到的并行计算机、数据流计算机以及量子计算机、 DNA计算机等非冯计算机，它们部分或完全不同于传统的冯.诺依曼型计算机，很大程度上提高了计算机的计算性能。

◎ 冯·诺依曼体系结构-非诺依曼化

必须看到，传统的冯·诺依曼型计算机从本质上讲是采取串行顺序处理的工作机制，即使有关数据已经准备好，也必须逐条执行指令序列。而提高计算机性能的根本方向之一是并行处理。因此，近年来人们谋求突破传统冯·诺依曼体制的束缚，这种努力被称为非诺依曼化。对所谓非诺依曼化的探讨仍在争议中，一般认为它表现在以下三个方面的努力。

（1）在冯·诺依曼体制范畴内，对传统冯·诺依曼机进行改造，如采用多个处理部件形成流水处理，

依靠时间上的重叠提高处理效率；又如组成阵列机结构，形成单指令流多数据流，提高处理速

度。这些方向已比较成熟，成为标准结构；

（2）用多个冯·诺依曼机组成多机系统，支持并行算法结构。这方面的研究目前比较活跃；

（3）从根本上改变冯·诺依曼机的控制流驱动方式。例如，采用数据流驱动工作方式的数据流计算

机，只要数据已经准备好，有关的指令就可并行地执行。这是真正非诺依曼化的计算机，它为并

行处理开辟了新的前景，但由于控制的复杂性，仍处于实验探索之中。