電子計算機之父馮·諾伊曼

戴吾三

第二次世界大戰(zhàn)期間，馮·諾伊曼參與美國原子彈秘密研發(fā)，因處理大量的計算而關(guān)注電子計算機研究。當他介入ENIAC研制時，發(fā)現(xiàn)了深層問題，為此撰寫報告，為電子計算機的發(fā)展指明了方向。

電子計算機發(fā)展史上有一位里程碑式的人物，他就是美籍匈牙利裔科學(xué)家馮·諾伊曼（J.von Neumann）。

第二次世界大戰(zhàn)期間，馮·諾伊曼參與美國原子彈的秘密研發(fā)，因處理大量的計算而關(guān)注電子計算機研究。當他介入ENIAC研制時，很快洞察問題所在。撰寫專題報告，高瞻遠矚地指明了電子計算機發(fā)展的方向。戰(zhàn)后，馮·諾伊曼繼續(xù)深入研究并推廣計算機的應(yīng)用，由此獲得“電子計算機之父”的美譽。

如今大半個世紀過去了，電子計算機已與當年天差地別，而馮·諾伊曼闡發(fā)的思想和基本理念仍熠熠生輝。

作為一位在純數(shù)學(xué)、理論物理學(xué)、博弈論等方面都有卓著貢獻的科學(xué)家，馮·諾伊曼是如何開創(chuàng)電子計算機研究的？重溫這段特殊的歷史，會給我們帶來有益的啟示。

優(yōu)越環(huán)境助天才

1867年奧地利和匈牙利組建奧匈帝國，此后50年匈牙利迎來了繁榮時期。當時的布達佩斯在歐洲是排名第六的大城市，經(jīng)濟發(fā)展，文化和學(xué)術(shù)繁榮，同時它也成為猶太人選擇遷居的兩大城市之一（另一個城市是紐約）。在這里，憑借著聰明和勤奮，不少猶太人很快成為有錢、有地位的醫(yī)生、律師和商人。

1903年12月28日，馮·諾伊曼出生于匈牙利首都布達佩斯。他出生時，父親已是一位富有的猶太銀行家，1913年榮獲貴族封號，這成了他們家姓中yon（馮）的由來。馮·諾伊曼很小便接受家庭教師的教育，先后學(xué)習(xí)德語、法語、英語、拉丁語和希臘語。6歲時，他已能用希臘語與父親閑談。在日后馮·諾伊曼對計算機技術(shù)做出貢獻的過程中，拉丁語和希臘語都起到了重要作用。

馮·諾伊曼在學(xué)齡前還學(xué)習(xí)算術(shù)、擊劍和鋼琴，他對擊劍和鋼琴都不怎么用心，而對算術(shù)十分著迷。小馮·諾伊曼心算能力超強，記憶力驚人，他頭腦里塞滿了大量的數(shù)學(xué)常數(shù)和公式。

1914年，10歲的馮·諾伊曼進入路德中學(xué)學(xué)習(xí)（這是布達佩斯最好的三所中學(xué)之一）。數(shù)學(xué)老師拉茨（L.Ratz）很快便發(fā)現(xiàn)馮·諾伊曼的才能，他與馮·諾伊曼的父親商量，按照匈牙利培養(yǎng)天才少年的傳統(tǒng)，請布達佩斯大學(xué)的數(shù)學(xué)教授進行個別指導(dǎo)。先是塞格（G.Szeg8）教授每周到家里一兩次，與小馮·諾伊曼討論數(shù)學(xué)定理、定律，并留一些思考題。兩年的初步訓(xùn)練后，再由其他幾位數(shù)學(xué)教授上場，其中指導(dǎo)最多的是費凱特（M.Fekete），中學(xué)快畢業(yè)時，馮·諾伊曼與費克特合作撰文，討論某種極小多項式的零點及超限直徑問題，這篇論文刊登在《德國數(shù)學(xué)協(xié)會雜志》上，當時馮·諾伊曼還不到17歲。1921年，馮·諾伊曼參加中學(xué)畢業(yè)會考，同時獲得了厄特沃什獎。后來他又在匈牙利的數(shù)學(xué)競賽中輕而易舉拔得頭籌。

上大學(xué)要面臨專業(yè)的選擇。經(jīng)過家庭協(xié)商，馮-諾伊曼答應(yīng)到國外讀化學(xué)，同時在布達佩斯帕茲曼·彼得大學(xué)注冊為數(shù)學(xué)博七學(xué)位候選人。1921-1923年，馮·諾伊曼主要在柏林大學(xué)學(xué)習(xí)化學(xué)，然后在1923年秋天參加蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院化學(xué)工程系二年級的入學(xué)考試，1925年獲得化學(xué)工程學(xué)士學(xué)位。

在此期間，馮·諾伊曼主要聽的還是數(shù)理方面的課程，并同著名數(shù)學(xué)家交往。馮·諾伊曼非常仰慕大數(shù)學(xué)家希爾伯特（D.Hilbert），大學(xué)期間，他去格丁根拜訪希爾伯特。這兩位年齡相差超過40歲的數(shù)學(xué)家，在希爾伯特的花園或書房里常常一談就是幾個小時。馮·諾伊曼充分吸收希爾伯特的公理化思想，致力于集合論的基本概念分析并加以公理化。1926年春天，馮·諾伊曼以論文《集合論的公理化》獲得布達佩斯帕茲曼·彼得大學(xué)的數(shù)學(xué)博士學(xué)位，當時他還不滿23歲。

1926年，希爾伯特向美國洛克菲勒基金會提出申請，資助馮·諾伊曼到格丁根來。那時，格丁根是量子力學(xué)的研究中心之一，許多有才華的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家都被這門新興的物理學(xué)所吸引。先是1925年海森伯（w.K.Heisenberg）創(chuàng)立矩陣力學(xué)，繼之1926年薛定諤（E.Schrodinger）創(chuàng)立波動力學(xué)，他們的努力促進了量子力學(xué)的誕生。有意思的是，這兩人各自為戰(zhàn)，互不買賬。馮·諾伊曼很快看出，表面上海森伯和薛定諤的數(shù)學(xué)論證不同但結(jié)果相似，這意味著他們的研究其實是一回事。馮·諾伊曼引入希爾伯特空間及其算子的理論，一舉證明了這兩種形式等價，并給出量子力學(xué)的嚴格數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。1932年，馮·諾伊曼發(fā)表《量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》（德文版），在學(xué)術(shù)界產(chǎn)生了很大影響。

1927年，馮·諾伊曼到柏林大學(xué)當無薪講師（其報酬來自學(xué)生的學(xué)費），兩年后又到漢堡大學(xué)當講師。當時，德國大學(xué)的教授職位有數(shù)額限制，如果教授不退休，講師就不能遞補。馮·諾伊曼分析判斷，三年內(nèi)德國可能會有3個教授席位的空缺，而競爭遞補的講師有四十多人。雖說自己的工作足以出人頭地，可是年紀輕輕想當教授難免阻力重重。加之對德國“會為1918年復(fù)仇”的擔(dān)憂，因而馮·諾伊曼表示，美國方面的任何工作邀請他都會考慮。

移居美國新發(fā)展

1920年代，美國經(jīng)濟已居世界首位，科學(xué)發(fā)展卻不如西歐。洛克菲勒基金會高薪聘請歐洲的學(xué)者、名家到美國講學(xué)，若能定居更好。愛因斯坦（A.Einstein）、海森伯等大人物都留戀歐洲的學(xué)術(shù)環(huán)境而不愿前來，一些科學(xué)家短期來訪后又回到歐洲。當時美國聘請工作由兩人負責(zé)，康普頓（A.Compton）負責(zé)物理學(xué)，維布倫（o.Veblen）負責(zé)數(shù)學(xué)。維布倫1910年起就在普林斯頓大學(xué)任教，1929年他受邀到牛津訪問，同時在歐洲搜尋適宜來美的數(shù)學(xué)家。在意大利的一次數(shù)學(xué)會議上，他與馮·諾伊曼交談，留下良好印象，馮·諾伊曼則早已萌生移居美國的念頭。

1929年10月，維布倫正式向馮·諾伊曼發(fā)出邀請，請他到普林斯頓大學(xué)講授量子理論，每周2-3節(jié)課，任期為1930年到1933年，每年一學(xué)期。同時受邀的還有馮·諾伊曼的好友維格納（E.Wigner）。馮-諾伊曼欣然接受邀請，1930年1月攜新婚妻子踏上新大陸，從此與美國結(jié)下了不解之緣。普林斯頓大學(xué)先聘馮·諾伊曼當一學(xué)期的講師，第二年就升他為教授。馮·諾伊曼喜歡美國的生活，并很快適應(yīng)了新環(huán)境。

1933年，猶太富商班伯格兄妹（L.Bamberger和C.Bamberger）向普林斯頓高等研究院的遺贈最終改變了愛因斯坦的命運，改變了馮·諾伊曼的命運，甚至改變了美國科學(xué)的面貌。最初確定高等研究院的首批人員名單時，對年輕的馮·諾伊曼的委任沒有通過。然而僅僅過了幾天，數(shù)學(xué)家外爾（H.Weyl）欲接替希爾伯特在格丁根的職位而推掉高等研究院的聘任，于是機會就降I臨在了馮·諾伊曼身上，那時他剛過29歲。

至此，馮·諾伊曼順風(fēng)順水，除了繼續(xù)在德國肩動的研究外，他又開辟了多個研究新方向，其中特別重要的有遍歷理論、拓撲群理論和算子代數(shù)理論（后人為了紀念馮·諾伊曼，又把算子代數(shù)稱為馮·諾伊曼代數(shù)）。臨近第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，馮·諾伊曼的研究方向發(fā)生了轉(zhuǎn)變，他從純粹數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)向應(yīng)用數(shù)學(xué)。1930年代中期，馮-諾伊曼對流體力學(xué)中的湍流問題感興趣，由于要解非線性方程，因此需要處理的數(shù)據(jù)很多，而當時的臺式機械加法機無法勝任數(shù)據(jù)處理工作。馮·諾伊曼開始研究數(shù)值分析，并關(guān)注計算機的改進。

1937年，受維布倫的推薦，馮·諾伊曼成為阿伯丁彈道研究實驗室的兼職顧問，該實驗室設(shè)在馬里蘭州的阿伯丁試驗場，直屬美國陸軍軍械局。在第一次世界大戰(zhàn)后的二十幾年間，阿伯丁的槍炮射擊表變得越來越復(fù)雜，實驗室專門購置了一臺布什微分分析機做運算，這種分析機由電動機、齒輪和轉(zhuǎn)盤組成，進行大量運算時誤差不可避免。馮·諾伊曼通過研究，與肯特（R.Kent）合作寫成的論文《從逐次差分估計可能誤差》在1940年作為阿伯丁實驗基地的第175份報告公開發(fā)表。其后兩年間，馮-諾伊曼對這份報告又做了3次增補，擴大了他在軍界和數(shù)學(xué)界的影響。

1940年年底，馮·諾伊曼已成為彈道研究實驗室科學(xué)咨詢委員會的成員，并兼任美國數(shù)學(xué)學(xué)會和美國數(shù)學(xué)聯(lián)合會戰(zhàn)爭籌備委員會彈道學(xué)首席顧問等職。隨著實際問題的增多，馮·諾伊曼的研究擴展到爆炸沖擊波理論，很快他又以爆炸計算大師出名，而這給他帶來更多的任務(wù)。

1943年9月，馮·諾伊曼成為曼哈頓計劃的重要成員，經(jīng)常飛往位于新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的原子彈秘密基地工作。當時由于鈾235有限，洛斯阿拉莫斯的科學(xué)家也在研發(fā)使用钚239的核彈，馮·諾伊曼負責(zé)研究爆聚，以使爆炸沖擊波壓縮原子彈钚核心達到臨界質(zhì)量。計算爆聚必須解大量非線性方程式，最初大部分計算是靠紙和筆進行。

1944年4月，基地理論部配備了IBM穿孔卡片臺式計算機，大大提高了計算效率。人工計算兩組10位數(shù)的乘法（如1 234 567 809×9 087 654 321）大約要5分鐘，新機器可以在10-15秒內(nèi)完成，這立即引起了馮·諾伊曼的關(guān)注。他從1944年夏天起就到貝爾實驗室考察用繼電器制造的復(fù)數(shù)計算機；又去訪問哈佛大學(xué)，考察Mark I的計算機是否能為原子彈的研究派上用處。這兩種機器做兩組10位數(shù)的乘法大約用1秒鐘，但在解復(fù)雜的方程時，優(yōu)勢并不明顯。

從夏天到秋天，馮-諾伊曼搭火車穿梭于哈佛大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、貝爾實驗室和阿伯丁試驗場之間，像蜜蜂般飛來飛去。在奔波的過程中，馮·諾伊曼不斷思考如何對現(xiàn)行的計算機做改進，而在看過賓夕法尼亞大學(xué)的ENIAC后，他的思想逐步明確：要制造既能以電子速度運轉(zhuǎn)，又能在內(nèi)部存儲和修改程序的計算機。

投身研究計算機

確切地說，馮·諾伊曼只是分身來研究計算機的。誠如1943年7月他在寫給友人的信中所說：“我不知道自己應(yīng)該一女侍二夫還是一女侍三夫?！彼^一女侍二夫是指馮·諾伊曼同時在美國陸軍軍械局和海軍軍械局兼職，而一女侍三夫是指他又受邀做洛斯阿拉莫斯基地的顧問，從爆聚研究開始關(guān)注電子計算機。

說來也巧，1944年8月的一天，馮·諾伊曼在阿伯丁試驗場火車站的站臺上，與ENIAC計劃的聯(lián)絡(luò)官戈德斯坦（H.Goldstine）中尉邂逅。當時，戈德斯坦在站臺上等候北上的火車，雖然他與馮·諾伊曼素未謀面，卻立刻認出這位大數(shù)學(xué)家。戈德斯坦后來回憶道：“我冒昧地走向這位世界聞名的大人物，跟他做自我介紹，并開始攀談。幸好馮·諾伊曼為人親切和善，總是竭力讓別人在他面前放松。等馮-諾伊曼搞清楚我在研發(fā)計算機，而且我們的計算機每秒鐘可以完成333次乘法運算時，談話的氣氛立刻改變，而更像是數(shù)學(xué)博士學(xué)位的答辯?！?/p>

在戈德斯坦的極力邀請下，馮·諾伊曼幾天后訪問賓夕法尼亞大學(xué)，參觀正在建造的ENIAC。?？颂兀↗.P.Eckert）對這位大數(shù)學(xué)家十分好奇，心里早已想好怎樣判斷馮·諾伊曼是不是“真的天才”：只要看他提出的第一個問題是否關(guān)于機器的邏輯架構(gòu)。結(jié)果，馮·諾伊曼果真一開始就提出這個問題，令?？颂貒@服不已。

馮·諾伊曼發(fā)現(xiàn)，ENIAC計算他給出的方程要比哈佛的Mark I快得多，但是啟動慢很多。使用Mark I計算一個7項級數(shù)需要15分鐘，啟動時間僅為3分鐘；而使用ENIAC計算只需1秒鐘，準備時間則需要15分鐘。顯然，ENIAC在處理許多不同的問題時，啟動準備已是嚴重的缺陷。馮·諾伊曼很快發(fā)現(xiàn)癥結(jié)所在——ENIAC缺乏程序存儲能力。

其實在過去的一年里，莫奇利（J.Mauchly）和?？颂亟g盡腦汁，想方設(shè)法把程序存儲到機器內(nèi)部，而馮·諾伊曼從貝爾實驗室、哈佛大學(xué)和其他地方吸收的思想，一下就提升了他們對存儲程序思考的層次。馮·諾伊曼成為ENIAC團隊的顧問后，大力推動他的理念：計算機程序應(yīng)該與一般資料都存儲在相同的記憶裝置上，這樣會便于工程師在機器運作時修改程序。

馮·諾伊曼和ENIAC團隊連續(xù)開了多次會議，1945年春天的四次正式會議尤其具有意義，會議記錄甚至以“與馮·諾伊曼的會議”為標題。馮·諾伊曼在黑板前來回踱步，以蘇格拉底式的提問帶動討論，他吸收眾人的想法，消化琢磨后再寫在黑板上。馮·諾伊曼的超凡才智令人生畏，他宣布任何的事情很少有人會反駁，只有女程序操作員詹寧斯（J.Jennings）敢冒大不韙。有一天，詹寧斯因為和馮·諾伊曼看法不同，與他起了爭執(zhí)，會議室中的男性全都以難以置信的眼光看著詹寧斯。但馮·諾伊曼偏著頭沉吟半晌后，同意了詹寧斯的看法。

馮·諾伊曼深知計算機程序設(shè)計基本原則的重要性。他明白要設(shè)計出簡潔的指令集，嚴謹?shù)倪壿嫼途_的表達缺一不可。詹寧斯回憶說：“他非常詳細地向我們解釋，為何需要或不需要某個特殊的指令。這是我生平頭一回了解程序碼的重要性，以及它背后的邏輯和整個指令集必備的元素?！?/p>

正是經(jīng)過了反復(fù)討論和思想的不斷碰撞，ENIAC團隊向陸軍軍械部提出建議，改進并制造新一代的電子計算機。新機器將采用二進位制，而非ENIAC的十進位制，將采用汞延遲線做存儲裝置，并使用“馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)”的許多部分（雖然不是全部）。新機器名為“電子離散可變自動計算機”（electronic discrete variable automatic calculator），

縮寫為EDVAC。馮·諾伊曼提議為EDVAC起草一個邏輯框架報告。按戈德斯坦的說法，這將相當重要，因為此前沒有人為ENIAC起草過這類文件。

報告草案指方向

1945年6月，馮·諾伊曼把所寫的報告手稿寄給戈德斯坦。戈德斯坦將手稿交付打字員錄入，打字稿長達101頁。扉頁上的標題是“關(guān)于EDVAC的報告草案”（First Draft of a Report on the EDVAC），只署了馮·諾伊曼_人的名字，下有美國陸軍軍械部與賓夕法尼亞大學(xué)的合同編號。報告草案共油印了24份，于1945年6月30日發(fā)布。

報告草案雖并未定稿，但內(nèi)容已非常豐富，主要表述了兩個重要思想：一是控制計算機的程序應(yīng)該存放在存儲器中，而不由開關(guān)連線來完成編程（開關(guān)連線會大大降低計算機的運行效率）。二是計算機應(yīng)該采用二進制，而不是十進制（十進制的方式會導(dǎo)致計算機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得異常復(fù)雜）。

報告草案明確計算機內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)該有五部分組成：中央運算（central arithmetical，CA）、中央控制（central control，縮寫CC）、存儲（memory，縮寫M）、輸入設(shè)備（input，縮寫I）和輸出設(shè)備（output，縮寫0）。有關(guān)原文表述如下——

2.2第一：鑒于這種設(shè)備的主要功用是一臺計算機，它需要經(jīng)常執(zhí)行基本的數(shù)學(xué)運算，包括加、減、乘，除。因此很合理地，這種設(shè)備需要包括專門負責(zé)這些運算的組件。

……畢竟，這種設(shè)備必須有它的中央運算部分，即構(gòu)成第一部分：CA。

2.3第二：設(shè)備的邏輯控制，即能非常有效地實現(xiàn)運算的正確排序的中央控制組件。

如果設(shè)備需要保證其靈活性，也就是說盡可能做到全能型，那就必須有一個獨立的組件，其功能處于給出特定指令和定義特定問題之間，使得不管怎樣的指令通過這個組件都能被對應(yīng)執(zhí)行。上游組件必須在設(shè)備中以某種形式儲存（這在1.2中已經(jīng)提及），下游組件則由運算操作組件構(gòu)成。這里的中央控制組件即構(gòu)成第二部分：CC。

2.4第三：任何一個可執(zhí)行長時間復(fù)雜運算序列的設(shè)備都需要有一個相當大的存儲容量……

（b）處理復(fù)雜問題的指令會構(gòu)成大量的數(shù)據(jù)資料，特別是當代碼需要依情況改變時，這些數(shù)據(jù)資料必須被記憶……

畢竟，完整的存儲構(gòu)成設(shè)備的第三部分：M。

2.6這三個特殊部分CA，CC（合稱C）和M，與人類的神經(jīng)系統(tǒng)中的聯(lián)絡(luò)神經(jīng)元相類似，而神經(jīng)系統(tǒng)中的傳入神經(jīng)和傳出神經(jīng)則與之后介紹的輸入組件和輸出組件對應(yīng)……

該設(shè)備還必須加入一個能使輸入和輸出組件聯(lián)接的特殊介質(zhì)，我們稱這種介質(zhì)為外部記錄介質(zhì)：R……

2.7第四：該設(shè)備必須要有傳輸?shù)慕M件，使信息從R傳到c和M。這個輸入組件即第四部分：I。之后我們會講，所有信息從R（經(jīng)由I）傳到M是最好的路徑。而不要直接傳到C……

2.8第五：該設(shè)備必須要有傳輸?shù)慕M件，使信息從C、M傳到R，這個輸出組件即稱第五部分：O。之后我們會講，所有信息從M（經(jīng)由O）傳到R是最好的路徑，而不要直接從C傳出……

從上引馮·諾伊曼報告草案中的這部分內(nèi)容，可以清楚地看到一套邏輯完整的計算機結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)后稱為“馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)”，五個部分如今表述為運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。

大半個世紀過去了，盡管計算機在元器件技術(shù)等方面發(fā)生了翻天覆地的變化，但絕大多數(shù)計算機都仍以“馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)”為設(shè)計基礎(chǔ)。

戰(zhàn)后研究再深入

二戰(zhàn)結(jié)束后，美國好幾所大學(xué)都想挖走馮·諾伊曼，而他還是選擇留在普林斯頓高等研究院，退役的戈德斯坦也追隨偶像來到這里，他和伯克斯（A.W.Burks）成為馮·諾伊曼的重要助手。從1946年到1951年，這三個人就計算機研究共同發(fā)表了多篇原創(chuàng)性論文。

戈德斯坦回憶道，馮·諾伊曼會以談話或在黑板上列出大綱的形式，就一篇論文的主題提出建議，先由戈德斯坦（有段時間與伯克斯一起）落實成文，然后馮·諾伊曼會提一些增補意見，戈德斯坦再據(jù)此修改文稿。在此階段，馮·諾伊曼也可能會大手筆地把論文重寫一遍。待論文發(fā)表后，馮·諾伊曼會開辦講座或進行非正式談話，比之前論文的闡述又進一步。由于馮·諾伊曼的思維快捷，一般人很難及時搞清楚他到底要干什么。其實，馮·諾伊曼的核心思想很明確，就是找到計算機的最佳新設(shè)計。在所有的部件中，馮·諾伊曼認為存儲器是最具革新性的，他決心打造出一臺由內(nèi)部存儲器控制的通用全自動計算機。

理想的存儲器應(yīng)當具有無限容量并可以不受限制地隨機存取，依當時的技術(shù)，這樣的存儲器顯然無法制成，但馮·諾伊曼強調(diào)每一項改進都應(yīng)該朝著這個目標邁進。鑒于存儲器的存儲成本相對計算成本要高很多，馮·諾伊曼建議通過建立存儲器層次來實現(xiàn)這個目標。初級存儲器體積很小，可以隨機、快捷地存取；接下來是二級存儲器，它能把信息自動轉(zhuǎn)換到初級存儲器。

在進行理論研究的同時，馮·諾伊曼也推動普林斯頓高等研究院的計算機建造，由于多種原因，項目進展相對遲緩，但最終這部稱為IAS（高等研究院的縮寫）的計算機以及它在美國最初的七個子產(chǎn)品，從1952年到1954年先后進入完全運轉(zhuǎn)狀態(tài)。所有產(chǎn)品都向馮·諾伊曼在高等研究院發(fā)表的論文致敬，正是這些論文成為這些機構(gòu)研發(fā)計算機的藍本。這七臺計算機是洛斯阿拉莫斯國家實驗室的MANIAC（Mathematical Analyzer，Numerical Integratorand Computer）、蘭德公司的JOHNNIAC（Johnv.Neumann Integrator and Automatic Computer）、阿爾貢國家實驗室的AVIDAC（Argonne Version of the Institute's Digital Automatic Computer）、阿伯丁彈道研究實驗室的ORDVAC（Ordnance Di screte Variable Automatic Computer）、橡樹嶺國家實驗室的ORACLE（Oak Ridge Automatic Computer and Logical Engine）、伊利諾伊大學(xué)的ILLIAC（llinois Automatic Computer）以及最為重要的IBM701。701很快使IBM占領(lǐng)了全球市場，從那以后IBM就不斷向馮·諾伊曼表達感激之情。

普林斯頓高等研究院在國外的子產(chǎn)品研究開始僅限于大學(xué)這個象牙塔內(nèi)，沒有抓緊進行商業(yè)開發(fā)。直到1950年代初，普林斯頓高等研究院的克隆產(chǎn)品才開始在全世界出現(xiàn)——從悉尼大學(xué)的SILLIAC到以色列的WEIZAC、德國慕尼黑的PERM、瑞典的BESK，甚至莫斯科科學(xué)院的BESM。

可以說，正是1945-1949年馮·諾伊曼在高等研究院發(fā)表的論文部分地推動了真正意義上的計算機革命。

在人生的最后幾年，馮·諾伊曼開始思考“細胞自動機”。1953年在瓦尼克桑講座上，他想象將來某一天，人類能夠制造出由機械細胞組成的自動機……在生命的最后階段，馮·諾伊曼還在將計算機與人腦進行比較：大腦在進行多位數(shù)求和時要慢得多，但是大腦還有許多其他能力，如視覺認知、想象、橫向思考能力和確定關(guān)注對象等，這是計算機所不具備的。馮·諾伊曼寫道：大腦“這種不同的邏輯結(jié)構(gòu)，其標志是更小的邏輯深度和算術(shù)深度（這比我們在其他同樣條件下所用的邏輯深度和算術(shù)深度小得多）。岡此，中央神經(jīng)系統(tǒng)中的邏輯學(xué)和數(shù)學(xué)，當我們把它作為語言來看時，它一定在結(jié)構(gòu)上和我們?nèi)粘＝?jīng)驗中的語言有著本質(zhì)的不同?！?/p>

1957年2月8日，馮·諾伊曼因癌癥去世。他尚未完成的講稿在他去世后以《計算機與人腦》為題出版。

如今，各種類型的電子計算機遍布世界，而它們幾乎都采用馮·諾伊曼體系結(jié)構(gòu)。這位天才人物的貢獻，值得我們永世銘記。