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  • 冯诺依曼
    2021-07-17 00:40:01

    冯诺依曼的健康状况一直很好,可是由于工作繁忙,到l954年他开始感到十分疲劳1955年的夏天,X射线检查出他患有癌症,但他还是不停的工作,病势扩展后来他被安置在轮椅上,继续思考、演说及参加会议长期而无情的疾病折磨着他,慢慢地终止了他所有的活动1956年4月,他进入华盛顿的沃尔特里德医院,1957年2月8日在医院逝世,享年53岁

    冯诺伊曼是二十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他的工作大致可以分为两个时期:1940年以前,主要是纯粹数学的:在数理逻辑方面提出简单而明确的序数,并对集合论进行新的公理化,其中明确区别集合与类;其后,他希尔伯特空间上线性自伴算子谱,从而为量子力学打下数学基础;1930年起,他证明平均遍历定理开拓了遍历的新领域;1933年,他运用紧致群解决了希尔伯特第五问题;此外,他还在测度论、格论和连续几何学方面也有开创性的贡献;从1936~1943年,他和默里合作,创造了算子环,即现在所谓的冯诺伊曼代数

    1940年以后,冯诺伊曼转向应用数学如果说他的纯粹数学成就属于数学界,那么他在力学、经济学、数值分析和电子方面的工作则属于全人类第二次世界大战开始,冯诺伊曼因战事的需要可压缩气体运动,建立冲击波和湍流,发展了流体力学;从1942年起,他同莫根施特恩合作,写作《博弈论和经济行为》一书,这是博弈论(又称对策论)中的经典著作,使他成为数理经济学的奠基人之一

    冯诺伊曼对世界上第一台电子ENIAC(电子数字积分)的设计提出过建议,1945年3月他在共同讨论的基础上起草EDVAC(电子离散变量自动)设计报告初稿,这对后来的设计有决定性的影响,特别是确定的结构,采用存储程序以及二进制编码等,至今仍为电子设计者所遵循

    1946年,冯诺依曼开始程序编制问题,他是现代数值分析——计算数学的缔造者之一,他首先线性代数和算术的数值计算,后来着重非线性微分方程的离散化以及稳定问题,并给出误差的估计他协助发展了一些算法,特别是蒙特卡罗方法

    40年代末,他开始自动机,一般逻辑以及自复制系统在生命的最后时刻他深入比较天然自动机与人工自动机他逝世后其未完成的手稿在1958年以《与人脑》为名出版

    冯诺伊曼的主要著作收集在《冯诺伊曼全集》(6卷,1961)中

    无论在纯粹数学还是在应用数学方面,冯诺依曼都显示了卓越的才能,取得了众多影响深远的重大成果不断变换主题,常常在几种学科交叉渗透中获得成就是他的特色

    1.集合论,数学基础

    冯诺依曼的第一篇论文是和菲克特合写的,是关于车比雪夫多项式求根法的菲叶定理推广,注明的日期是1922年,那时冯诺依曼还不满18岁另一篇文章讨论一致稠密数列,用匈牙利文写就,题目的选取和证明手法的简洁显露出冯诺依曼在代数技巧和集合论直观结合的特征

    1923年当冯诺依曼还是苏黎世的大学生时,发表了超限序数的论文文章第一句话就直率地声称"本文的目的是将康托的序数概念具体化、精确他的关于序数的定义,现在已被普遍采用

    强烈企求探讨公理化是冯诺依曼的愿望,大约从l925年到l929年,他的大多数文章都尝试着贯彻这种公理化精神,以至在物理中也如此当时,他对集合论的表述处理,尤感不够形式化,在他1925年关于集合***理系统的博士论文中,开始就说"本文的目的,是要给集合论以逻辑上无可非议的公理化论述"

    有趣的是,冯诺依曼在论文中预感到任何一种形式的公理系统所具有的局限性,模糊地使人联想到后来由哥德尔证明的不完全性定理对此文章,著名逻辑学家、公理集合论奠基人之一的弗兰克尔教授曾作过如下评价:"我不能坚持说我已把(文章的)一切理解了,但可以确有把握地说这是一件杰出的工作,并且透过他可以看到一位巨人"

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    冯·诺依曼,美籍匈牙利数学家、计算机科学家、物理学家,是20世纪最重要的数学家之一。冯·诺依曼是布达佩斯大学数学博士,在现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等领域内的科学全才之一,被后人称为“现代计算机之父”、“博弈论之父”。今天我们要学习的就是冯诺依曼的成就,快来一起看看吧!

    0155e3e9c16a45709c11fea6c5d968c8.png

    主要成就

    冯·诺伊曼的工作大致可以分为两个时期:

    (1)1940年以前,主要是纯粹数学的研究。在数理逻辑方面提出简单而明确的序数理论,并对集合论进行新的公理化,其中明确区别集合与类;其后,他研究希尔伯特空间上线性自伴算子谱理论,从而为量子力学打下数学基础。

    (2)1940年以后,冯·诺伊曼转向应用数学。如果说他的纯粹数学成就属于数学界,那么他在力学、经济学、数值分析和电子计算机方面的工作则属于全人类。第二次世界大战开始,冯·诺伊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。

    1945年3月

    冯·诺伊曼对世界上第一台电子计算机ENIAC(电子数字积分计算机)的设计提出过建议,他在共同讨论的基础上起草了一个全新的“存储程序通用电子计算机方案”--EDVAC

    1946年

    冯·诺依曼开始研究程序编制问题,他是现代数值分析——计算数学的缔造者之一,他首先研究线性代数和算术的数值计算,后来着重研究非线性微分方程的离散化以及稳定问题,并给出误差的估计。他协助发展了一些算法,特别是蒙特卡罗方法

    40年代末

    开始研究自动机理论,研究一般逻辑理论以及自复制系统。在生命的最后时刻他深入比较天然自动机与人工自动机。他逝世后其未完成的手稿在1958年以《计算机与人脑》为名出版

    简单来说他的精髓贡献是两点:2进制思想与程序内存思想。

    以上就是我们根据资料整理的冯诺依曼的成就,希望对大家有所帮助,更多相关内容可继续关注科学高分网,如有疑问,欢迎留言。

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  • 冯诺依曼的主要贡献

    2022-06-29 23:22:29
    ·诺依曼(John von Neumann,1903~1957),20世纪最重要的数学家之一,在现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等诸多领域内有杰出建树的最伟大的科学全才之一,被后人称为“计算机之父”和“博弈论之父”。...

      冯·诺依曼(John von Neumann,1903~1957),20世纪最重要的数学家之一,在现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等诸多领域内有杰出建树的最伟大的科学全才之一,被后人称为“计算机之父”和“博弈论之父”。

    在这里插入图片描述



    前言

    学习计算机道路上需要了解的一位重要的大佬


    一、冯·诺依曼的介绍

    在这里插入图片描述

      冯·诺依曼生于匈牙利布达佩斯,卒于美国华盛顿。父亲是犹太血统银行家,母亲是奥匈贵族的女儿,他的父母富有且受人尊敬。他从小就显露出数学天赋,8岁时就掌握微积分,10岁时花费了数月读完了一部四十八卷的世界史。12岁的冯·诺伊曼就对集合论,泛函分析等深奥的数学领域了如指掌。他早年在柏林大学(Free Universität Berlin)和苏黎世联邦工业大学学习化学,1926年取得化学工程师的资格。在此期间他自学数学,受到希尔伯特和外尔等数学家的影响。1926年获得博士学位,先后在柏林大学和汉堡大学任职,1930年应聘到普林斯顿大学任教。1933年成为普林斯顿高等研究院第一批终身教授,那时,他还不到30岁。第二次世界大战期间,担任制造原子弹的顾问,并参与电子计算器的研制工作。1954年成为美国原子能委员会委员并移居华盛顿。可以说他的一生是充满传奇的一生,同时也值得敬佩和学习。

    二、冯诺依曼体系结构

    1.发展历史

      机电时期,人们使用穿孔卡片或穿孔带编制程序,由于计算机的运算速度受限于机械动作,输入模块有充分的时间读取穿孔介质上的指令信息。而到了电子时期,使用穿孔输入就远远跟不上电子运算的节奏了,因此,人们便利用旋钮、开关和接插线的不同位置来表示程序,虽然消除了控制与运算之间的速度差距,却使编程成为一件非常复杂的难事。在ENIAC上设置一个实用程序往往需要很多时间,并且很难进行修。尽管ENIAC是通用的,却总在一段时间内用于解决某一个问题,如果频繁地设置不同程序,机器在很大一部分时间里将无法运行,这使得机器的价值大大削减。在这样的背景下诞生了冯诺依曼体系结构,冯诺依曼通过内部存储器安放存储程序,成功解决了当时计算机存储容量太小,运算速度过慢的问题。
    在这里插入图片描述
    左图片来自《A Manual of Operation for the Automatic Sequence Controlled Calculator》
    左图:Harvard Mark I 计算机
    右图:ENIAC 计算机

    2.结构部件的介绍

    在这里插入图片描述
    现代计算机发展所遵循的基本结构形式始终是冯·诺依曼机结构。这种结构特点是“程序存储,共享数据,顺序执行”,需要CPU从存储器取出指令和数据进行相应的计算。


    三、冯诺依曼其它杰出贡献

      冯诺依曼不仅在计算机方面作出杰出的贡献,还在原子弹,量子力学、气候变化具有许多影响。

    1.曼哈顿计划

      冯·诺依曼在二战期间对曼哈顿计划做出了重大贡献,包括完善原子弹本身的设计和对其功能至关重要的机制。
    在这里插入图片描述
    曼哈顿计划成员

    2.冯·诺依曼“量子力学的数学基础”

      20世纪20年代以降,量子力学由初创阶段转向纵深发展,冯·诺依曼的量子力学公理化为量子力学的哥本哈根诠释提供了一个符合希尔伯特期待的数学基础。1932年,他和保罗·狄拉克在《量子力学的数学基础》一书中发表了狄拉克-冯·诺依曼公理,这是该领域的第一个完整的数学框架。在这本书中,他还提出了量子逻辑的形式系统,也是同类体系中的首创。

    在这里插入图片描述
    《量子力学的数学基础》扉页(1932年德文原版与1955年英译版)

    在这里插入图片描述
    外尔(H. Weyl) 狄拉克(P. Dirac) 冯·诺依曼(John von Neumann)


    3.关于博弈论

      冯·诺依曼不仅是“现代计算机之父” ,他还是“博弈论之父”。冯·诺依曼1944年与奥斯卡·摩根斯特恩合著《博弈论与经济行为》,是博弈论学科的奠基性著作。
    在这里插入图片描述


    四、阿兰·图灵与冯·诺依曼

      阿兰·图灵与冯·诺伊曼虽然隶属于两个团队,但俩人也是有相互启发的作用,比如图灵的那篇《论可计算数及其在判定问题中的应用》就给了冯·诺伊曼很大的启发。另外,两人的性格,或人生是完全相反的。图灵是一个孤僻的人,什么都喜欢自己研究,人际关系也处的不是很好,兴趣也没多少,很死板,也很无趣。但冯·诺伊曼就不同了,他经常举办party,情商很高,在人际关系中也是游刃有余。但是二人都是难道的杰出人才,这一点毋庸置疑。
    在这里插入图片描述
    阿兰·图灵 与 冯·诺依曼


    五、关于冯诺依曼的趣事

      1944年,冯·诺依曼参加了第一台电子计算机EDVAC的设计会议。会上有很多参与ENIAC设计的专家,大家都在讨论设计方案,冯·诺依曼觉得问题非常难解决,于是画了个图,然后开始洋洋洒洒写了计算机世界的创世之作——The First Draft Report on the EDVAC,冯·诺依曼结构从此诞生。
    在这里插入图片描述
    冯·诺依曼手绘图纸

    总结
    冯·诺依曼是一个罕见的天才,诺贝尔物理学奖得主汉斯·贝特就曾说:“我有时在思考冯·诺伊曼这样的大脑是否暗示着存在比人类更高级的生物物种。”他在众多领域都做出了杰出的贡献,最令人津津乐道的是在计算机和经济学领域,他同时也是“计算机之父”和“博弈论之父”,其次,在纯粹数学和应用数学英语都有巨大的建树。可以说,每一个时代都有不一样杰出的人才,正因为他们的贡献推进世界的革新,带动了社会的发展进步。时至今日,同样拥有大批这样努力付出的科学家,他们乃至在生命的最后时刻也一直为了科学而努力工作,这是值得敬佩和学习的。同时也正因为他们的付出,才会有如今多彩的世界。

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  • 简述冯诺依曼模型

    2022-03-03 15:21:00
    冯诺依曼模型的五大组成部分为:控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。 控制器(Control Unit):从内存中取指令、翻译指令、分析指令,然后根据指令的内存向有关部件发送控制命令,控制相关部件执行指令所...

    五大组成部分

    冯诺依曼模型的五大组成部分为:控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。
    img

    控制器(Control Unit):从内存中取指令、翻译指令、分析指令,然后根据指令的内存向有关部件发送控制命令,控制相关部件执行指令所包含的操作。

    运算器(ALU,Arithmetic Logic Unit):处理数据,完成各种算术运算和逻辑运算。

    计算机运算时,运算器的操作对象和操作种类由控制器决定。运算器操作的数据从内存中读取,处理的结果再写入内存(或者暂时存放在内部寄存器中),而且运算器对内存数据的读写是由控制器来进行的。

    存储器(Memory):存储程序和各种数据。

    • 内部存储器(内存、主存):存取速度快,但是容量小、价格高。用来存放即将执行的程序和数据,可供 CPU 直接读取。

      • 随机存储器(RAM,Random Access Memory):可以被 CPU 随机读取(读取任何一个地址数据的速度是一样的,写入任何一个地址数据的速度也是一样的),一般存放 CPU 将要执行的程序、数据,断电丢失数据

      • 只读存储器(ROM,Read-only Memory):只能被 CPU 读,不能轻易被 CPU 写,用来存放永久性的程序和数据,比如:系统引导程序、监控程序等。具有掉电非易失性

      • 高速缓存存储器(Cache):Cache 是计算机中的一个高速小容量存储器,其中存放的是 CPU 近期要执行的指令和数据,其存取速度可以和 CPU 的速度匹配,一般采用静态 RAM 充当 Cache。

        内存的存取速度会直接影响计算机的运算速度。由于 CPU 是高速器件,所以 CPU 的速度是受制于内存的存取速度的。为了解决 CPU 和内存速度不匹配的问题,在 CPU 和内存之间设置了一种高速缓冲存储器 Cache。

    • 外部存储器:存取速度慢。用来存放暂时用不着的程序和数据,可以和内存交换数据,不需要依靠电来存储数据。如硬盘、磁盘、光盘、U盘等。

    输入设备(Input):鼠标、键盘、触控板等。

    输出设备(Output):显示器、打印机等。

    输入设备向计算机输入数据,计算机经过计算,将结果通过输出设备向外界传达。

    其他组成部分

    总线(Bus):用于 CPU、内存以及其他设备之间的通信。

    • 地址总线:传输数据地址。
    • 数据总线:传输数据。
    • 控制总线:传输控制信号。

    当 CPU 需要读写内存的时候,先要通过地址总线来指定内存地址,再通过数据总线来传输数据。

    中断信号,设备复位、就绪等信号,都是通过控制总线传输的。

    CPU

    中央处理器(CPU,Central Processing Unit): 控制器运算器共同组成 CPU。CPU 是一块超大规模集成电路,是计算机运算核心和控制核心,CPU 的主要功能是解释计算机指令以及处理数据。

    我们常见的 32/64 位处理器是指:如果 CPU 每次可以计算 4 个 byte,那么我们称作 32 位 CPU;如果 CPU 每次可以计算 8 个 byte,那么我们称作 64 位 CPU。

    这里的 32 和 64,称作 CPU 的位宽。(1字节 byte = 8位 bit)

    寄存器(Register):是 CPU 内部用来存放数据的一些小型存储区域,用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。

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