约翰·冯·诺伊曼:从曼哈顿计划到普林斯顿建筑
2021年2月27日通过金柏Wymore约翰·冯·诺伊曼通过他在曼哈顿计划、冯·诺伊曼(普林斯顿)架构和第一台IAS计算机上的工作彻底改变了计算世界。
在电气工程师进行发明和设计之前，许多数学家已在开辟进入未知领域的道路。一个光辉的例子就是约翰·冯·诺伊曼的作品和一生。
约翰·冯·诺依曼。图片由Alan W. Richards和Brittanica
约翰·冯·诺依曼1903年12月28日出生在匈牙利的布达佩斯。从很小的时候起，冯·诺伊曼就是一个天才，因为他有计算大型方程和记忆大量数字的高级能力。尽管他有数学能力，但他获得了化学工程学位，尽管他后来在1928年获得博士学位时重拾对数学的热爱。
最终，在欧洲政治紧张时期，冯·诺伊曼收到了普林斯顿大学的访问邀请，这使他成为高等数学研究所(IAS)最早的六位创始教授之一。
参与曼哈顿计划
二战期间,冯·诺伊曼是被选中参与曼哈顿计划的少数人之一特别是在洛斯阿拉莫斯。他在这个项目中的角色是计算“胖子”原子弹的爆炸冲击波。为了进行这些计算，他使用了aIBM机械制表机。
早期的IBM计算机在洛斯阿拉莫斯使用。图片使用的礼貌原子遗产基金会
使用IBM机器，冯·诺伊曼参与了原子弹内爆设计从赛斯Neddermeyer。内德迈耶的设计需要一个空心球，里面包含可以对称内爆的可裂变钚。这种对称性是使钚在中心达到临界质量所必需的。
约翰·冯·诺伊曼(左)和罗伯特·奥本海默(右)在IAS机器前的照片。图片由Alan W Richards和CHM
在这个时候,计算机往往主要由人力驱动大多数繁琐的计算都是由人类在机械计算器上完成的，在大量使用之后，机械计算器通常会出故障。这个问题导致冯·诺伊曼考虑使用机械设备来处理更一般的计算，并导致他为这样的设备设计了一个架构——后来成为冯·诺伊曼(或普林斯顿)架构。
冯·诺伊曼(普林斯顿)建筑学
战后，当冯·诺伊曼创建他的计算机架构时，他灵感来自于电脑和大脑之间的关系即数学语言和神经系统。这种思维方式引出了冯·诺伊曼体系结构的概念，包括内存、CPU和I/O接口。
冯·诺伊曼的结构图。图片由数控实验室
冯·诺伊曼的计算工作很大程度上依赖于阿兰·图灵，另一位普林斯顿的数学家。虽然冯·诺伊曼想要创造第一台计算机，但是发明了电子数字积分器与计算机已经发生。
冯·诺伊曼没有被吓倒，继续创造了第一IAS电脑这是基于他的建筑风格。冯·诺伊曼决定，IAS计算机的一个主要特点是，未来的进步将是公开的。由于这项创新是对公众开放的，它刺激了创造计算机的势头，并在原始创造的基础上进行建设。
冯诺伊曼瓶颈
尽管冯·诺伊曼建筑在当时是革命性的，但它也有缺点。的冯纽曼瓶颈(VNB)是指计算系统在CPU和内存之间没有足够的数据传输速率。出现这种瓶颈是因为在系统访问内存时，CPU必须是空闲的。克服这种影响的一种方法是将内存和数据集成到单个单元中，从而允许同时存储和利用数据。
具有(a)冯诺伊曼结构和(b)非冯诺伊曼结构的计算机体系结构。图片由欧乔峰，等。
虽然约翰·冯·诺伊曼的工作在一些应用中已经不再使用，但毫无疑问，他对工程学的贡献已经帮助计算机发展到今天的地步。
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