制造计算机改变全世界

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不听课的大学生

1914年夏天,冯诺依曼进入了大学预科班学习.当年7月28日,奥匈帝国借故向塞尔维亚宣战,揭开了第一次世界大战的序幕.由于战争动乱,冯诺依曼全家离开匈牙利,以后又重返布达佩斯.

到1921年,冯诺依曼已被人们当做数学家了.他的第一篇论文是和别人合写的,当时他还不满18岁.后来,考虑到经济原因,冯诺依曼转去攻读化学.

其后的4年间,冯诺依曼在布达佩斯大学注册为数学方面的学生,但并不听课,只是每年按时参加考试.与此同时,冯诺依曼进入柏林大学,1923年又进入瑞士苏黎世联邦工业大学学习化学.1926年他在苏黎世获得化学方面的大学毕业学位,并且在每学期期末回到布达佩斯大学通过数学课程考试,他也获得了布达佩斯大学数学博士学位.

冯诺依曼的这种不参加听课只参加考试的求学方式,当时是非常特殊的,就整个欧洲来说也是完全不合规则的.但是这种方法非常适合冯诺依曼.冯诺依曼在柏林大学学习期间,得到化学家哈贝尔的悉心栽培.哈贝尔是德国著名化学家,由于合成氨而获诺贝尔奖.

逗留在苏黎世期间,冯诺依曼常常利用空余时间研读数学、写文章并和数学家通信.聪明、智慧加上得天独厚的教育环境,冯诺依曼在茁壮地成长,当他结束学生时代的时候,他已经漫步在数学、物理、化学3个学科的某些前沿领域.

与爱因斯坦一起当教授

1926年春,冯诺依曼到哥廷根大学任希尔伯特的助手.随后,在柏林大学任讲师,期间他发表了集合论、代数和量子理论方面的文章.1930年赴美,成为普林斯顿大学的客座讲师,不久就被聘为客座教授.

在普林斯顿,冯诺依曼每到夏季就回欧洲,一直到1933年担任普林斯顿高级研究院教授为止.当时高级研究院聘有6名教授,其中就包括爱因斯坦,而年仅30岁的冯诺依曼是他们当中最年轻的一位.

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在高等研究院初创时期,欧洲来访者会发现,那里充满着一种极好的、不拘礼节的、浓厚的研究风气.教授们的办公室设置在大学的“优美大厦”里,生活安定,思想活跃,高质量的研究成果层出不穷.可以这样说,那里集中了有史以来最多的有数学和物理头脑的人才.


二次大战欧洲战事爆发后,冯诺依曼的活动越出了普林斯顿,参与了同反法西斯战争有关的多项科学研究计划.1943年起他成了制造的顾问,战后仍在政府诸多部门和委员会中任职.1954年又成为美国原子能委员会成员.

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冯诺依曼是20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年以前,冯诺依曼以研究纯粹数学为主,做了大量开创性的工作,此后,转向应用数学.第二次世界大战开始,冯诺依曼因战事的需要研究可压缩气体运动,建立冲击波理论和湍流理论,发展了流体力学,1942年起,他同莫根施特恩合作,写作《博弈论和经济行为》一书,使他成为数理经济学的奠基人之一.这本书还引发了一个有趣的故事:有一天,冯诺依曼被同事拉去打牌.一边打牌,一边还在想他的课题,结果输掉了10元钱.这位同事也是数学家,突然,想要捉弄一下他,于是用赢得的5元钱购写了一本《博弈论和经济行为》,并把剩下的5元贴在书的封面,以表明他“战胜”了“经济理论家”,着实使冯诺依曼“好没面子”.

当然,冯诺依曼对科学作出的最大贡献是在计算机领域.特别是确定计算机的结构,采用存储程序以及二进制编码等,至今仍为电子计算机设计者所遵循.

1944年,冯诺依曼无意中得知莫尔学院正在研究电子计算机,非常兴奋.不久,就风尘仆仆地赶到了莫尔学院的试验基地.从此,冯诺依曼成为莫尔学院电子计算机攻关小组的实际顾问.年轻人机敏地提出各种设想,冯诺依曼运用渊博的学识把讨论引向深入,逐步形成电子计算机的系统设计思想,极大提高了莫尔小组的整体水平,使莫尔小组成为“人才放大器”,至今依然是科学界敬慕的科研组织典范.

人们后来把“电子计算机之父”的桂冠戴在冯诺依曼头上,而不是第一台电脑的两位实际研制者,这并不是没有根据的.莫契利和埃克特研制的电子计算机有个致命的缺点,就是程序与计算两分离.指挥近2万电子管开关工作的程序指令,被存放在机器的外部电路里.需要计算某个题目前,必须用人把数百条线路用手接通,像接线员那样工作几小时甚至好几天,才能进行几分钟运算.

很快,冯诺依曼就开始对这台电子计算机进行改造.1945年6月,冯诺依曼与戈德斯坦等人,联名发表了一篇长达101页纸洋洋万言的报告,即计算机史上著名的“101页报告”.这份报告奠定了现代电脑体系结构坚实的根基,在报告中,冯诺依曼明确规定出计算机的5大部件:运算器、逻辑控制器、存储器、输入装置、输出装置,并描述了5大部件的功能和相互关系.冯诺依曼巧妙地想出“存储程序”的方法,程序也被他当做数据存进了机器内部,以便电脑能自动一条接着一条地依次执行指令,再也不必去接通什么线路.其次,他明确提出这种机器必须采用二进制数制,以充分发挥电子器件的工作特点,使结构紧凑且通用化.人们后来把按这一方案思想设计的机器统称为“诺依曼机”.

直到今天,我们用“奔腾”芯片制作的多媒体计算机为止,电脑一代又一代地更新,大大小小千千万万台计算机,都没能够跳出“诺依曼机”的掌心.冯诺依曼为现代计算机的发展指明了方向,从这个意义上讲,他是当之无愧的“电子计算机之父”.

1957年2月8日,冯诺依曼因骨癌与世长辞,只生活了54个春秋.

1994年被授予美国国家基础科学奖.他是电脑发展史上最有影响的一代伟人.

计算机的出现,彻底改变了人类的生活方式.

摘自《名人背后的故事》(时代文艺出版社)