Kas yra von Neumannas? Plačios gyventojų masės žino jo vardą, mokslininką pažįsta net tie, kurie nemėgsta aukštosios matematikos.
Reikalas ta, kad jis sukūrė išsamią kompiuterio veikimo logiką. Iki šiol jis buvo įdiegtas milijonuose namų ir biuro kompiuterių.
Didžiausi Neumanno pasiekimai
Jis buvo vadinamas žmogaus matematine mašina, nepriekaištingos logikos žmogumi. Jis nuoširdžiai apsidžiaugė, kai susidūrė su sunkia konceptualia užduotimi, kuriai reikėjo ne tik sprendimo, bet ir preliminariai sukurti šį unikalų įrankių rinkinį. Pats mokslininkas su jam įprastu kuklumu pastaraisiais metais itin trumpai – trimis punktais – paskelbė apie savo indėlį į matematiką:
- kvantinės mechanikos pagrindimas;
- neribotų operatorių teorijos kūrimas;
- ergodinė teorija.
Jis net neužsiminė apie savo indėlį į žaidimų teoriją, į elektroninių kompiuterių formavimą, į automatų teoriją. Ir tai suprantama, nes jis kalbėjo apie akademinę matematiką, kur jo pasiekimai atrodo tokios pat įspūdingos žmogaus intelekto viršūnės kaip Henri Poincaré, Davido Hilberto, Hermanno Weylio darbai.
Bendraujantis sangviniko tipas
Tuo pačiu metuvisi jo draugai prisiminė, kad kartu su nežmonišku darbingumu von Neumannas turėjo nuostabų humoro jausmą, buvo puikus pasakotojas, o jo namai Prinstone (persikėlus į JAV) buvo žinomi kaip svetingiausi ir nuoširdžiausi. Sielos draugai jį mylėjo ir netgi vadino vardu: Džonis.
Jis buvo labai netipiškas matematikas. Vengras domėjosi žmonėmis, jį neįprastai linksmino apkalbos. Tačiau jis buvo daugiau nei tolerantiškas žmogiškoms silpnybėms. Vienintelis dalykas, dėl kurio jis nesileido į kompromisus, buvo mokslinis nesąžiningumas.
Atrodė, kad mokslininkas rinko žmogiškąsias silpnybes ir keistenybes, kad rinktų statistiką apie sistemos nukrypimus. Mėgo istoriją, literatūrą, enciklopediškai prisiminė faktus ir datas. Von Neumannas, be savo gimtosios kalbos, laisvai kalbėjo anglų, vokiečių ir prancūzų kalbomis. Jis taip pat kalbėjo ispaniškai, nors ir ne be trūkumų. Skaitykite lotynų ir graikų kalbomis.
Kaip atrodė šis genijus? Stambus vidutinio ūgio vyras pilku kostiumu, neskubi, bet netolygi, bet kažkaip spontaniškai greitėjančia ir lėtėjančia eisena. Įžvalgus žvilgsnis. Geras pašnekovas. Jis galėjo valandų valandas kalbėti jį dominančiomis temomis.
Vaikystė ir paauglystė
Von Neumanno biografija prasideda 1903-12-23. Tą dieną Budapešte bankininko Maxo von Neumanno šeimoje gimė Janosas, vyriausias iš trijų sūnų. Būtent jis ateityje taps Jonu už Atlanto. Kiek daug žmogaus gyvenime reiškia teisingas auklėjimas, ugdantis prigimtinius gebėjimus! Dar prieš mokyklą Janą ruošė tėvo pasamdyti mokytojai. Vidurinį išsilavinimą berniukas įgijo melitinė liuteronų gimnazija. Beje, kartu su juo mokėsi ir būsimasis Nobelio premijos laureatas E. Wigner.
Tada jaunuolis baigė Budapešto universitetą. Jo laimei, dar būdamas universitete, Janosas susipažino su aukštosios matematikos mokytoju Laszlo Ratzu. Būtent šiam mokytojui didžiąja raide buvo duota atrasti jauname žmoguje būsimą matematikos genijų. Jis supažindino Janosą su Vengrijos matematikos elito ratu, kuriame Lipotas Fejeris grojo pirmuoju smuiku.
Dėka M. Fekete ir I. Kurshak globos, von Neumannas mokslo sluoksniuose užsitarnavo jauno talento reputaciją, kol gavo brandos atestatą. Jo pradžia buvo tikrai ankstyva. Pirmąjį mokslinį darbą Janoszas „Apie minimalių polinomų nulių vietą“parašė būdamas 17 metų.
Romantika ir klasika sujungta į vieną
Neumannas iš garbingų matematikų išsiskiria savo universalumu. Išskyrus galbūt tik skaičių teoriją, visos kitos matematikos šakos buvo vienokios ar kitokios įtakos vengrų matematinių idėjų. Mokslininkai (pagal W. Oswaldo klasifikaciją) yra arba romantikai (idėjų generatoriai), arba klasikai (jie sugeba iš idėjų išgauti pasekmes ir suformuluoti pilną teoriją.) Jį būtų galima priskirti abiem tipams. Aiškumo dėlei pateikiame pagrindinius von Neumanno darbus, kartu pažymėdami matematikos skyrius, su kuriais jie susiję.
1. Aibės teorija:
- „Apie aibių teorijos aksiomatiką“(1923).
- „Apie teorijąHilberto įrodymai“(1927).
2. Žaidimo teorija:
- „Apie strateginių žaidimų teoriją“(1928).
- Fundamentalus darbas „Ekonominė elgsena ir žaidimų teorija“(1944).
3. Kvantinė mechanika:
- „Apie kvantinės mechanikos pagrindus“(1927).
– Monografija „Kvantinės mechanikos matematiniai pagrindai“(1932).
4. Ergodinė teorija:
- "Apie funkcinių operatorių algebrą.." (1929).
- Kūrinių serija „Ant operatorių žiedų“(1936–1938).
5. Taikomos užduotys kuriant kompiuterį:
– „Aukščiausios eilės matricų skaitmeninė inversija“(1938).
- „Loginė ir bendroji automatų teorija“(1948).
- „Patikimų sistemų sintezė iš nepatikimų elementų“(1952).
Iš pradžių Johnas von Neumannas įvertino žmogaus gebėjimą užsiimti mėgstamu mokslu. Jo nuomone, Dievo dešine duodama žmonėms lavinti matematinius gebėjimus iki 26 metų. Būtent ankstyva pradžia, pasak mokslininko, yra iš esmės svarbi. Tada „mokslų karalienės“šalininkai turi profesinio tobulėjimo laikotarpį.
Kvalifikacija, auganti dėl dešimtmečių praktikos, pasak Neumanno, kompensuoja natūralių gebėjimų sumažėjimą. Tačiau ir po daugelio metų pats mokslininkas pasižymėjo ir talentu, ir nuostabiu pasirodymu, kuris sprendžiant svarbias problemas tampa beribis. Pavyzdžiui, matematinis kvantinės teorijos pagrindimas jam užtruko tik dvejus metus. O studijų gylio požiūriu tai prilygo dešimčių metų visos mokslo bendruomenės darbui.
Ofon Neumanno principai
Kaip paprastai savo tyrimus pradėjo jaunasis Neumannas, apie kurio darbą garbūs profesoriai sakė, kad „liūtą atpažįstate iš nagų“? Jis, pradėdamas spręsti problemą, pirmiausia suformulavo aksiomų sistemą.
Paimkite specialų atvejį. Kokie yra fon Neumanno principai, kurie yra svarbūs jo formuluojant matematinę kompiuterių konstravimo filosofiją? Savo pirminėje racionaliojoje aksiomatikoje. Ar ne tiesa, kad šios žinutės persmelktos puikios mokslinės intuicijos!
Jos tvirtos ir objektyvios, nors jas parašė teoretikas, kai dar nebuvo kompiuterio:
1. Skaičiavimo mašinos turi dirbti su skaičiais, pavaizduotais dvejetaine forma. Pastaroji koreliuoja su puslaidininkių savybėmis.
2. Mašinos sukurtas skaičiavimo procesas yra valdomas valdymo programa, kuri yra formalizuota vykdomų komandų seka.
3. Kompiuterio atmintis atlieka dvejopą funkciją: saugo ir duomenis, ir programas. Be to, tiek tie, tiek kiti yra užkoduoti dvejetaine forma. Prieiga prie programų yra panaši į prieigą prie duomenų. Pagal duomenų tipą jie yra vienodi, tačiau skiriasi tuo, kaip jie apdorojami ir pasiekiami atminties langelyje.
4. Kompiuterio atminties ląstelės yra adresuojamos. Tam tikru adresu galite bet kada pasiekti langelyje saugomus duomenis. Taip kintamieji veikia programuojant.
5. Unikalios komandų vykdymo tvarkos suteikimas naudojant sąlyginius sakinius. Tuo pačiu metu jie bus vykdomi ne natūralia jų įrašymo tvarka, o pagal nurodytąšuolio taikymo programuotojas.
Sužavėti fizikai
Neumanno požiūris leido jam rasti matematinių idėjų plačiausiame fizinių reiškinių pasaulyje. Jono fon Neumanno principai susiformavo kartu su fizikais kuriant kompiuterį EDVAK.
Vienas iš jų, vardu S. Ulamas, prisiminė, kad Jonas akimirksniu suvokė jų mintį, tada savo smegenyse išvertė ją į matematikos kalbą. Išsprendęs savo paties suformuluotas išraiškas ir schemas (mokslininkas beveik akimirksniu mintyse atliko grubus skaičiavimus), taip suprato pačią problemos esmę.
Ir baigiamajame dedukcinio darbo etape vengras savo išvadas vėl pavertė „fizikos kalba“ir šią naujausią informaciją perdavė suklususiems kolegoms.
Toks deduktyvumas padarė didelį įspūdį kolegoms, dalyvaujantiems kuriant projektą.
Analitinis kompiuterio veikimo pagrindimas
Von Neumann kompiuterio veikimo principai numatė atskiras mašinos ir programinės įrangos dalis. Keičiant programas pasiekiamas neribotas sistemos funkcionalumas. Mokslininkui pavyko itin racionaliai analitiškai nustatyti pagrindinius būsimos sistemos funkcinius elementus. Kaip kontrolės elementą jis prisiėmė grįžtamąjį ryšį. Mokslininkas taip pat pavadino funkcinius įrenginio blokus, kurie ateityje tapo informacinės revoliucijos raktu. Taigi įsivaizduojamas von Neumann kompiuteris susideda iš:
– įrenginio atmintis arba saugojimo įrenginys (sutrumpintai kaip atmintis);
- loginis-aritmetinis vienetas (ALU);
- valdymo blokas (CU);
- I/O įrenginiai.
Net ir kitame amžiuje jo pasiektą puikią logiką galime suvokti kaip įžvalgą, kaip apreiškimą. Tačiau ar tikrai taip buvo? Juk visa minėta struktūra savo esme tapo unikalios žmogaus pavidalo loginės mašinos, kurios vardas Neumannas, darbo vaisiumi.
Matematika tapo pagrindine jo priemone. Didingai, deja, apie tokį reiškinį parašė velionis klasikas Umberto Eco. „Genijus visada žaidžia vienu elementu. Bet jis žaidžia taip puikiai, kad visi kiti elementai yra įtraukti į šį žaidimą!“
Kompiuterio funkcinė schema
Beje, savo supratimą apie šį mokslą mokslininkas išdėstė straipsnyje „Matematikas“. Jis manė, kad bet kurio mokslo pažanga pagal savo galimybes patenka į matematinio metodo taikymo sritį. Būtent jo matematinis modeliavimas tapo esmine minėto išradimo dalimi. Apskritai klasikinė von Neumann architektūra atrodė taip, kaip parodyta diagramoje.
Ši schema veikia taip: pradiniai duomenys, taip pat programos, patenka į sistemą per įvesties įrenginį. Ateityje jie bus apdorojami aritmetiniame loginiame vienete (ALU). Jis vykdo komandas. Kiekviename iš jų yra detalės: iš kurių langelių reikia paimti duomenis, kokias operacijas su jais atlikti, kur išsaugoti rezultatą (pastarasis įdiegtassaugojimo įrenginys). Išvesties duomenis taip pat galima išvesti tiesiogiai per išvesties įrenginį. Šiuo atveju (priešingai saugojimui atmintyje) jie yra pritaikyti žmogaus suvokimui.
Bendrą administravimą ir aukščiau nurodytų grandinės struktūrinių blokų koordinavimą atlieka valdymo blokas (CU). Jame valdymo funkcija patikėta komandų skaitikliui, kuris griežtai fiksuoja jų vykdymo tvarką.
Apie istorinį įvykį
Kad būtų svarbiausia, svarbu pažymėti, kad kompiuterių kūrimo darbas vis dar buvo kolektyvinis. Von Neumann kompiuteriai buvo sukurti JAV ginkluotųjų pajėgų balistikos laboratorijos užsakymu ir lėšomis.
Istorinis incidentas, dėl kurio visas mokslininkų grupės atliktas darbas buvo priskirtas Johnui Neumannui, gimė atsitiktinai. Faktas yra tas, kad bendrame architektūros aprašyme (kuris buvo išsiųstas mokslo bendruomenei peržiūrėti) pirmame puslapyje buvo vienas parašas. Ir tai buvo Neumanno parašas. Taigi dėl tyrimo rezultatų pranešimo taisyklių mokslininkams susidarė įspūdis, kad garsusis vengras buvo viso šio pasaulinio darbo autorius.
Vietoj išvados
Teisybės dėlei reikia pažymėti, kad net ir šiandien didžiojo matematiko idėjų apie kompiuterių kūrimą mastas viršijo mūsų laikų civilizacines galimybes. Visų pirma, von Neumann darbas siūlė suteikti informacinėms sistemoms galimybę atgaminti pačias. Ir paskutinis, nebaigtas jo darbas buvo vadinamas itin aktualiu ir šiandien:„Kompiuteris ir smegenys“.
