2008年12月9日 星期二

欽佩的資訊人才--約翰•馮•紐曼



約翰··紐曼(John von Neumann) (1903-1957)他是20世紀最傑出的數學家之一,1945年時提出了「程式記憶體式」電腦的設計思想。這一個超越一般人的思想為電腦的邏輯結構設計奠定了基礎,已成為電腦設計的基本原則。由於他在電腦邏輯結構設計上的偉大貢獻,他被譽為“電腦之父”

1944年,約翰··紐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,儘管最終的資料並不要求十分精確,但所有的中間運算過程均不可缺少,且要盡可能保持準確。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,利用臺式電腦從早到晚計算,還是遠遠不能滿足需要。無窮無盡的數位和邏輯指令如同沙漠一樣把人的智慧和精力吸盡。被電腦所困擾的約翰··紐曼在一次極為偶然的機會中知道了ENIAC電腦的研製計畫,從此他投身到電腦研製這一宏偉的事業中,建立了一生中最大的豐功偉績。

約翰··紐曼以“關於EDVAC的報告草案”為題,起草了長達101頁的總結報告。報告廣泛而具體地介紹了製造電子電腦和程式設計的新思想。報告明確規定,EDVAC電腦由計算器、邏輯控制裝置、記憶體、輸入和輸出五大部分組成,並闡述了這五大部分的職能和相互關係。這份報告是電腦發展史上一個劃時代的文獻,它向世界宣告:電子電腦的時代開始了。

1954,約翰··紐曼到美國普林斯頓高級研究所工作,出任ISA電腦研製小組的主任職位。在那時,他提出了更加完善的設計報告“電子計算裝置邏輯結構初探”。報告中,約翰··紐曼對EDVAC中的兩大設計思想作了進一步的論證,為電腦的設計樹立了一座里程碑。設計思想之一是二進位,他根據電子元件雙穩工作的特點,建議在電子電腦中採用二進位。報告提到了二進位的優點,並預言,二進位的採用將大簡化機器的邏輯線路。實驗證明了約翰··紐曼預言的正確性。現在邏輯代數的應用已成為設計電子電腦的重要手段,在EDVAC中採用的主要邏輯線路也一直沿用著,只是對實現邏輯線路的工程方法和邏輯電路的分析方法作了改進。

程式記憶體是約翰··紐曼的另一傑作。通過對ENIAC的考察,約翰··紐曼敏銳地抓住了它的最大弱點--沒有真正的記憶體。ENIAC只在20個暫存器,它的程式是外插型的,指令存儲在電腦的其他電路中。這樣,解題之前,必需先相好所需的全部指令,通過手工把相應的電路聯通。這種準備工作要花幾小時甚至幾天時間,而計算本身只需幾分鐘。計算的高速與程式的手工存在著很大的矛盾。針對這個問題,約翰··紐曼提出了程式記憶體的思想:把運算程式存在機器的記憶體中,程式設計員只需要雲記憶體中尋找運算指令,機器就會自行計算,這樣,就不必每個問題都重新程式設計,從而大大加快了運算進程。這一思想標誌著自動運算的實現,標誌著電子電腦的成熟,已成為電子電腦設計的基本原則。  
  

在我看來約翰··紐曼他不僅是個數學天才,在其他領域也大有建樹。他對經典力學、量子力學和流體力學的數學基礎進行過深入的研究,並獲得重大成果,這些都說明約翰··紐曼具備了堅實的數理基礎,和廣博的知識,為他從事電腦邏輯設計提供了堅強的後盾。也因為它具備這樣的能力,始能為資訊科技展開新的一頁,為電腦的發展道路打通了一道道關卡。儘管長期以來,關於二進位的引入和程式記憶體的發明權一直有爭議,但是,約翰··紐曼在電腦總體配置和邏輯設計上所做的卓越貢獻掀起了一次電腦熱潮。推動了電子電腦的發展。他無愧於“電腦之父”這一美稱。

註:ENIAC:電子數值積分計算器(Electronic Numerical Integrator and Computer,簡稱),誕生於1946年2月15日美國賓州大學,由美軍在二戰中投資研製。
運算速度:每秒5000次加法運算或500次乘法運算,其速度約比機械設計算機快1000倍。在樣貌方面,ENIAC電子計算機占面積170平方米,重量則為30噸。

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