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程序内存是诺伊曼的另一杰作。通过对eniac的考察，诺伊曼敏锐地抓住了它的最大弱点——没有真正的存储器。eniac只有20个暂存器，它的程序是外插型的，指令存储在计算机的其他电路中。这样，解题之前，必须先想好所需的全部指令，通过手工把相应的电路联通。这种准备工作要花几小时甚至几天时间，而计算本身只需几分钟。计算的高速与程序的手工存在着很大的矛盾。
针对这个问题，诺伊曼提出了程序内存的思想：把运算程序存在机器的存储器中，程序设计员只需要去存储器中寻找运算指令，机器就会自行计算，这样，就不必每个问题都重新编程，从而大大加快了运算进程。这一思想标志着自动运算的实现，标志着电子计算机的成熟，已成为电子计算机设计的基本原则。
诺伊曼为计算机的发展道路打通了一道道关卡。尽管长期以来，关于二进制的引入和程序内存的发明权一直有争议，但是，诺伊曼在计算机总体配置和逻辑设计上所作的卓越贡献掀起了一次计算机热潮，推动了电子计算机的发展。他无愧于“计算机之父”这一美称。
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