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以 101頁論文定下了現代電腦架構:毋容置疑的天才 John von Neumann

博弈論相信大家都有聽過,但博弈論之父,約翰·馮·諾伊曼(德語: John von Neumann )本人也許並不是每人都曾聽聞過。他是一位傑出的數學家、物理學家和化學家,也是一個毋容置疑的天才。

他主要研究博弈論、微分幾何學和偏微分方程,推進了電腦的發展和創立了博弈論,被稱為「電腦之父」和「博弈論之父」。




全才型科學家 John von Neumann 毋容置疑的天才

John von Neumann 是出生於匈牙利的美國籍猶太人數學家,他從小就顯出驚人的記憶力和對於數學的強烈興趣。6歲時能用古希臘語與父親交談,能心算做八位數除法,8歲掌握微積分,12歲就讀懂領會了波萊爾《函數論》的要義。

他在22歲的年齡獲得了布達佩斯大學數學博士學位,其在電腦科學、經濟、物理學中的量子力學及幾乎所有數學領域都做過重大貢獻。他一生中發表了大約150篇論文,其中有60篇純數學論文,20篇物理學以及60篇應用數學論文。

101頁報告 奠定電腦邏輯結構的基礎

John von Neumann 和的艾倫·圖靈 都常常被稱為「計算機之父」,但他們的研究是完全不同的方向: 圖靈建立了圖靈機的理論模型,奠定了人工智能的基礎,而馮· 諾依曼則是首先提出了計算機體系結構的設想。

在1945年6月,諾伊曼與戈德斯坦、勃克斯等人聯名,以「關於EDVAC的報告草案」(Electronic Discrete Variable Automatic Compute, EDVAC)為題起草了一份 101 頁紙的報告,即電腦史上著名的「101頁報告」。

報告中,諾伊曼根據電子組件雙穩工作的特點,明確規定用二進制替代十進制運算,並預言,二進制的採用將大簡化機器的邏輯線路。同時,他在論文中提出了電腦的馮紐曼架構,為電子電腦的邏輯結構設計樹立了一座里程碑。

馮紐曼架構是一種將程式指令記憶體和資料記憶體合併在一起的電腦設計概念架構,藉由創造一組指令集架構,並將所謂的運算轉化成一串程式指令的執行細節,讓此機器更有彈性。現時所有電腦都是基於這個架構設計。

然而將CPU與記憶體分開並非十全十美,現時電腦由於CPU速度遠大於記憶體讀寫速率,導致了CPU將會在資料輸入或輸出記憶體時閒置。這就是所謂的馮諾伊曼瓶頸。

但馮紐曼提出這個架構時,相較於古早時代的電腦,一旦要執行不同的程式碼時,必須更動硬體設計,重新接線,馮紐曼架構加速了當時電腦的處理速度,奠定電腦邏輯結構的基礎。

結語:

「若人們不相信數學簡單,只因他們未意識到生命之複雜。」

諾伊曼1957年因患癌症去世,年僅53歲。他離開人世前的一段時間,曾表示只要有一口氣在,就要繼續思考。他最後的作品是一個在醫院未完成的手稿,後來以書名《電腦與人腦》發布,頗具前瞻性地將計算機和人腦進行了對比,為機械人研究指明了方向。

這位匈牙利出生的美籍科學家深刻地改變了世界,改變了人類的生活、工作乃至思維方式,極大地促進了社會的進步和文明的發展。

資料來源:WikiPedia

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