計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展，得益于馮·諾依曼1942年提出的“存儲(chǔ)程序控制”體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想。直到今天，我們能夠見到的計(jì)算機(jī)，都是基于馮·諾依曼的設(shè)計(jì)體系。

所謂的“存儲(chǔ)程序控制”，就是指編寫好的程序（指令）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，當(dāng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，控制器按地址順序取出存放在存儲(chǔ)器中的指令，執(zhí)行指令的功能，遇到轉(zhuǎn)移指令則轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移地址，再按地址順序訪問指令。馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念還將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起。實(shí)際上，馮·諾依曼計(jì)算機(jī)模型的設(shè)計(jì)思想還有一個(gè)重要特點(diǎn)，那就是程序和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式來表示和存放。采用二進(jìn)制邏輯、程序存儲(chǔ)執(zhí)行以及計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成，成為馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)（亦稱普林斯頓結(jié)構(gòu)）的三個(gè)基本原則。

采用二進(jìn)制對計(jì)算機(jī)至關(guān)重要，它簡化了計(jì)算規(guī)則，能將算術(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)化為邏輯運(yùn)算，降低了出錯(cuò)幾率，缺點(diǎn)是計(jì)算量大，而這正好適合計(jì)算機(jī)特有的快速和重復(fù)運(yùn)算的特點(diǎn)。1679年，德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨受到《周易》的啟發(fā)，提出了二進(jìn)制的概念，成為今后邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)。1701年，萊布尼茨發(fā)表了關(guān)于二進(jìn)制的重要論文《試論新數(shù)的科學(xué)》，為計(jì)算機(jī)理論及控制論的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ)。因?yàn)殡娮釉母鞣N狀態(tài)往往只有兩種，與二進(jìn)制的基數(shù)非常吻合，采用電子器件進(jìn)行邏輯運(yùn)算就順理成章了。

如果沒有電子元件，沒有電子技術(shù)，基于二進(jìn)制的計(jì)算機(jī)還可能實(shí)現(xiàn)嗎？在今年熱播的科幻電視劇《三體》中，作者劉慈欣就提出了非常有新意的“人列計(jì)算機(jī)”，用人組成各種邏輯門，代替電路來進(jìn)行運(yùn)算，并試圖用人列計(jì)算機(jī)進(jìn)行微積分運(yùn)算，解決三體世界中恒紀(jì)元的計(jì)算問題。

《三體》中的馮·諾依曼，用三個(gè)人作基礎(chǔ)演示，兩人作輸入，一人作輸出，用白旗和黑旗分別表示0和1。如果輸入的兩人都舉黑旗，那么輸出的人也舉黑旗，否則就舉白旗——這就實(shí)現(xiàn)了“邏輯與”運(yùn)算，也就是“與門”。同樣，用三個(gè)人也能實(shí)現(xiàn)“或門”：輸入的兩人中只要有一個(gè)人舉黑旗，那么輸出的人就舉黑旗，否則就舉白旗。更復(fù)雜的與非門、異或門等也能用人來實(shí)現(xiàn)，這樣就能組成各種基礎(chǔ)的邏輯門了。

由于二進(jìn)制的運(yùn)算量非常大，需要大量的“門電路”參與運(yùn)算，3千萬士兵組成1千萬個(gè)門電路，拼裝了36平方公里大小的“主板”：“人列”門部件構(gòu)成CPU；輕騎兵在門部件間的道路上飛馳，形成總線；有文化的士兵記錄下運(yùn)算結(jié)果和中間狀態(tài)，是為存儲(chǔ)器；黑白兩色的旗幟排列組合展示計(jì)算結(jié)果，相當(dāng)于顯示器……

科幻畢竟只是科幻，如果在真實(shí)世界中實(shí)現(xiàn)“人列計(jì)算機(jī)”，恐怕還要加上“電源”——活人每工作幾個(gè)小時(shí)就需要進(jìn)食以維持生命，用于飲食供給的能源通道必須具備。如果衡量一下這個(gè)龐大CPU的計(jì)算能力，每秒能實(shí)現(xiàn)多少次加法運(yùn)算？在士兵的生命周期內(nèi)，恐怕都無法完成微積分的解析運(yùn)算。然而更致命的還是它的可靠性，雖然基礎(chǔ)的邏輯運(yùn)算非常簡單，但是在單調(diào)的重復(fù)運(yùn)算中，人的出錯(cuò)概率非常大，而且還有運(yùn)行不同步等問題，任何微小的錯(cuò)誤都會(huì)造成計(jì)算結(jié)果毫無意義。人還是更適合高階進(jìn)制的數(shù)學(xué)運(yùn)算。

在《三體》中，人列計(jì)算機(jī)也因?yàn)橛?jì)算不正確導(dǎo)致判斷錯(cuò)誤，三日連珠來臨，184號文明覆滅，只留下了馮·諾依曼醒悟過來的最后忠告：用電子元件！