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第二次世界大战期间，亚欧大陆成了主战场。众多一流科学家为躲避战乱，从亚洲和欧洲跨过大洋，来到远离战火的美洲，寻找安身立命之地。
渐渐地，美国的科学家队伍越来越庞大，几乎囊括了全世界各个学科领域的顶级人才。这为美国在日后研究核武器、信息技术等开创性的新领域，提供了得天独厚的条件。
在反法西斯大旗的引领下，包括举世闻名的、研制原子弹的“曼哈顿计划”
在内，一个又一个划时代的颠覆性军事工程计划，开始在美国实施。
这些重大工程计划的出现，一下子催生出对数学计算的庞大需求。很多科学家开始思考这样一个问题——如何才能制造出可以替代人工进行大规模数学计算的机器。
很快，研制计算机器的契机便出现了。
1941年12月，日本偷袭珍珠港，美国对日本宣战。为了计算炮弹弹道的轨迹，美国陆军的弹道研究实验室（Ballistic Research Laboratory，BRL）征调了位于费城（Philadelphia）的宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院（以下简称莫尔学院）的微分分析机
（见图1-1）。
图1-1 微分分析机
由于每天需要计算的弹道轨迹多达几千条，微分分析机远远满足不了炮兵部队的胃口。对大规模数学计算的需求变得非常迫切，制造一台计算机的想法，从科学家的头脑中来到军方领导的心头。
1942年秋天，由于设备的计算能力跟不上计算需求的持续增长，美国陆军弹道研究实验室的计算工作陷入了危机。1943年春，该实验室的芝加哥大学数学博士、陆军上尉赫尔曼·戈德斯坦（Herman H.Goldstine），找到了莫尔学院的工程师约翰·莫奇利（John W.Mauchly）。莫奇利对制造电子计算机抱有“传教士般的热情”，两人一拍即合。在戈德斯坦的举荐下，莫奇利撰写了一份研制电子计算机的报告，并将报告提交给美国军方。同年4月9日，莫奇利的这份报告获得了美国军方的批准，美国军方与莫尔学院签订了制造计算机的合同。制造世界上第一台电子计算机——埃尼亚克（ENIAC）的工作，就在莫尔学院紧锣密鼓地开始了。
1944年初夏的一天，在美国陆军著名的武器试验场——“阿伯丁试验场”外的火车站月台上，发生了一次足以载入史册的偶遇。时任“曼哈顿计划”科学顾问的著名数学家冯·诺依曼
，与埃尼亚克项目的军方负责人戈德斯坦相遇了。“小上尉”戈德斯坦主动走向“大人物”冯·诺依曼，并向他提起他们正在做的一件大事——研制一台每秒进行300次乘法运算的电子计算机。冯·诺依曼对此非常感兴趣，向戈德斯坦表示，希望进一步了解这个项目的情况。
于是，在戈德斯坦的安排下，冯·诺依曼专程赶往费城参观调研。
矗立在冯·诺依曼面前的埃尼亚克（见图1-2），是一个占地170m 2 的庞然大物，它有30个操作台、6000多个开关。埃尼亚克看起来就像一个巨型的八爪鱼，数以百计的转接线把计算机的不同单元连接在一起。
图1-2 第一台现代电子计算机——埃尼亚克
冯·诺依曼看到，埃尼亚克在工作过程中面临着一个难题：每当要计算一道新的问题时，必须针对这个问题进行专门的编程。在埃尼亚克上编程，可不像我们现在用键盘敲几行代码那么简单，而是需要重新部署计算机不同单元之间的转接线。
对于在埃尼亚克上编程这件事，《天才的拓荒者——冯·诺依曼传》中有一段非常形象的描写：计算机操作员跑来跑去，重新把转接线的插头插好，设定每个计算单元控制器的机械开关，甚至还要搬动设备。
如何解决这个令人困扰的难题呢？埃尼亚克的设计团队将期盼的目光投向了冯·诺依曼。
离开费城后，冯·诺依曼陷入了沉思：到底应该如何设计一台更先进、更完备的计算机呢？
所谓程序，就是计算机能够识别和执行的指令；编程，就是通过某种方式，编写出一系列计算机能执行的指令。
接下来的几个月，冯·诺依曼以顾问的身份，和设计团队就如何改进计算机设计的问题，进行了深入讨论。冯·诺依曼指出，新的计算机应该具备将程序存储起来的能力，而不能再依靠调整连接线的机械方式进行编程。
1945年，冯·诺依曼关于计算机体系结构的思考基本成形了，于是他在6月30日，与戈德斯坦、勃克斯等人联名发表了计算机历史上非常著名的“101页报告”，即 First Draft of a Report on the EDVAC ，开创性地提出了“存储程序控制”体系结构，被称为冯·诺依曼体系结构（见图1-3）。
从那时起，直到今天，我们使用的几乎所有的计算机，采用的都是冯·诺依曼体系结构。冯·诺依曼提出，除了运算器和控制器，存储器也应该是计算机的核心部件。他受到生物学家对人类大脑组织结构研究的启发，使用了记忆（Memory）这个词，而不是传统的储藏室（Storage）这个词，来命名计算机的存储器。
图1-3 冯·诺依曼体系结构
冯·诺依曼提出，计算机的存储器应该既可以保存数据，也可以保存程序。而所有数据，以及描述如何操纵这些数据的程序，都应该采用二进制数字“0”和“1”的形式，串行存储在计算机的存储器中，在控制器的调度下一批接一批地送到运算器中处理。
这样一来，当人们需要重新编程时，就不需要再像埃尼亚克那样，改变计算机的结构和各单元之间的连接线，而只需要将新的程序代码连同新的操作数据送入存储器，计算机就会自动按照新的程序去执行。
冯·诺依曼体系结构彻底解决了一直以来困扰计算机设计者们的“重新编程非常麻烦”的问题，从此以后，计算机就可以用电子而非机械的方式来存储并修改程序了。
随后，冯·诺依曼再接再厉，提出了新的编程方法，发明了用于描述算法的程序流程图。
在短短的一两年内，冯·诺依曼不仅明确了现代电子计算机的顶层体系结构，推动了硬件与软件相分离的设计理念，还一手创造了“软件编码”这个新的技术领域，催生了计算机程序员，也就是我们现在常说的“码农”这个行当。从此之后，计算机的用户可以先在自己的办公室里面，把程序编出来，然后送到计算机上运行。
然而，冯·诺依曼体系结构并没有充分考虑安全防护的问题，为计算机埋下了“深入骨髓”的安全隐患。有人提出，既然数据和程序都是以“1”和“0”的形式串行存储在存储器中的，如果有人恶意混淆这两者，在输入数据时用数据覆盖程序，从而改变程序的运行，那么会出现怎样的结果呢？
在那个年代，人们对数学计算的需求如此强烈和迫切，以致对这些一时还看不出什么严重后果的“小问题”，并没有放在心上。埃尼亚克面世后，一系列按照冯·诺依曼体系结构设计的现代计算机产品陆续登场，计算机的使用范围也逐渐由弹道计算等军事领域，拓展到科学研究等民用领域。
现代电子计算机，以其前所未有的运算速度、前所未有的运算精度、前所未有的应用广度，在科学界掀起了一阵旋风。
计算机时代来临了。
20世纪50年代，虽然计算机的用途变得越来越广泛，但对大部分机构来说，计算机仍然是一种稀缺资源。程序代码的调试、运行、改错都需要时间，在这段时间里，计算机实际上是被一个用户所独占的。据统计，在某个用户独占计算机的一小时中，真正用于计算的平均时间只有几分钟，剩下的五十多分钟内计算机一直处于空闲状态，宝贵的计算资源被白白浪费了。
多人共享一台计算机就成了高效利用稀缺资源的最好方法。例如，在麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）多人共用一台计算机的情形非常普遍。老师和学生们带着自己编写的程序，在计算机房的门外排起了长队，从白天一直排到深夜。
计算机用户，一边排着长队，一边摇着头、叹着气，互相之间吐槽着。
为了解决排队等待时间过长的问题，英国计算机科学家克里斯托弗·斯特雷奇
（Christopher Strachey）于1959年提出了“分时”的概念。斯特雷奇指出，单个用户轮流使用计算机的效率之所以低下，是由人与计算机之间的交互模式造成的。
单个用户输入程序后，一般会停下来等待。如果让多个用户同时使用计算机，就可以在第一个用户停下来等待的时间内，让第二个用户利用这个空当来操作计算机。斯特雷奇的具体设想是，把多个操作控制台连接到一台大型计算机，这样一来，多个用户就可以同时使用计算机了。因为计算机运行程序、反馈结果的速度足够快，所以用户根本意识不到，自己正与其他人共享计算机，会产生一种“独享计算机”的感觉。
图1-4 运行首个分时系统的计算机IBM 7090
根据这一设想，1961年，麻省理工学院在IBM 7090上开发了第一个分时系统，支持3位用户，在系统调度下各自独立运行和编辑程序。运行首个分时系统的计算机IBM 7090如图1-4所示，图中人物是费尔南多·科尔巴托
。
分时系统显著降低了计算机的使用成本，优化了用户的使用体验，使计算机更加流行。但分时系统的广泛应用，又带来了新的信息安全风险。
在分时系统诞生前，计算机由专人看管，每个用户的使用都有记录可查，几乎没有出现过信息安全方面的问题。在分时系统出现之后，每个用户都可以独立地使用输入、输出终端与计算机同时进行交互。这样一来，计算机上的程序和用户的行为，都变得更复杂了。
分时系统的应用带来了三方面的安全风险：第一，同一台计算机上不同用户发起的多个进程可能会相互干扰，从而导致错误；第二，一个用户存储在计算机上的信息，其他用户也能看见，用户的隐私没有了；第三，有的用户可能会恶意篡改计算机中的信息，甚至输入破坏性的代码，从而造成不可预期的问题。
当出现这些问题的时候，时间已经来到了20世纪60年代。现代电子计算机在其问世十多年之后，成了高校和研究机构开展研究的重要工具。因此，分时系统带来的这些安全风险不再“无人问津”，而是受到有识之士的高度重视。对计算机安全的关注，给计算机和操作系统的设计者们提出了一个新的重大课题——能不能设计出没有安全风险的计算机系统呢？
（1）军事需求催生了现代电子计算机。冯·诺依曼在ENIAC的基础上，提出了现代计算机的体系结构——冯·诺依曼体系结构。然而，将数据和程序一同存储在存储器中的设计，为计算机埋下了“深入骨髓”的安全隐患。
（2）分时系统让多人共用一台计算机成为可能，提高了计算机的利用效率，但也带来了新的安全风险：
➲ 不同用户的进程互相干扰；
➲ 私密信息被其他用户看到；
➲ 用户恶意输入破坏性代码。
[1]马丁·坎贝尔-凯利，威廉·阿斯普雷，内森·恩斯门格，等.计算机简史[M].蒋楠，译.3版.北京：人民邮电出版社，2020.
[2]诺曼·麦克雷.天才的拓荒者——冯·诺依曼传[M].范秀华，朱朝晖，成嘉华，译.上海：上海科技教育出版社，2018.
（1）世界上的第一台计算机诞生在哪一年？（百度知道）
（2）分时操作系统。（百度百科）
1 . 判断题
现代电子计算机的诞生与第二次世界大战有关。（ ）
2.判断题
冯·诺依曼在设计计算机体系结构时，充分考虑了安全防护问题。（ ）
3.多选题
关于冯·诺依曼提出的计算机体系结构，以下选项中正确的有（ ）
（A）内存储器是计算机的一个核心部件
（B）他用Storage（储藏室）而不是Memory（记忆）来表示内存
（C）内存中既可以保存数据，又可以保存程序
（D）重新编程应改变硬件连接关系
4.单选题
以下安全风险中，哪一个不是由分时系统的出现带来的？（ ）
（A）同一台计算机上不同用户发起的多个进程可能会相互干扰，从而导致错误
（B）一个用户存储在计算机上的信息，其他用户也能看见，用户的隐私没有了
（C）用户可能会恶意篡改计算机中的信息，甚至输入破坏性的代码，从而造成不可预料的问题
（D）用户可能会在输入数据时恶意使用数据覆盖程序，从而改变程序的运行