Cine este von Neumann? Masele largi ale populației sunt familiarizate cu numele lui, chiar și cei care nu sunt pasionați de matematică superioară îl cunosc pe om de știință.
Chestia este că a dezvoltat o logică cuprinzătoare a funcționării computerului. Până în prezent, a fost implementat în milioane de computere de acasă și de birou.
Cele mai mari realizări ale lui Neumann
A fost numit un om-mașinărie matematică, un om cu o logică impecabilă. S-a bucurat sincer când s-a confruntat cu o sarcină conceptuală dificilă care a necesitat nu doar o soluție, ci și crearea preliminară a acestui set de instrumente unic. Omul de știință însuși, cu modestia lui obișnuită, în ultimii ani, extrem de pe scurt - în trei puncte - și-a anunțat contribuția la matematică:
- justificarea mecanicii cuantice;
- crearea teoriei operatorilor nemărginiți;
- teoria ergodică.
Nici măcar nu a menționat contribuția sa la teoria jocurilor, la formarea computerelor electronice, la teoria automatelor. Și acest lucru este de înțeles, pentru că a vorbit despre matematica academică, unde realizările sale arată la fel de impresionante vârfuri ale inteligenței umane precum lucrările lui Henri Poincaré, David Hilbert, Hermann Weyl.
Tip sanguin sociabil
În același timptoți prietenii săi și-au amintit că, alături de capacitatea inumană de muncă, von Neumann avea un uimitor simț al umorului, era un povestitor genial, iar casa lui din Princeton (după mutarea în SUA) era reputată a fi cea mai ospitalieră și cordială. Prietenii sufletului îl îndrăgeau și chiar îl numeau pe prenumele lui: Johnny.
Era un matematician extrem de atipic. Ungurul era interesat de oameni, era neobișnuit de amuzat de bârfe. Cu toate acestea, a fost mai mult decât tolerant cu slăbiciunile umane. Singurul lucru în privința căruia a fost intransigent a fost necinstea științifică.
Omul de știință părea să colecteze slăbiciunile și ciudateniile umane pentru a colecta statistici despre abaterile sistemului. Iubea istoria, literatura, amintindu-și fapte și date în mod enciclopedic. Von Neumann, pe lângă limba sa maternă, vorbea fluent engleza, germană și franceză. A vorbit, deși nu fără defecte, și în spaniolă. Citiți în latină și greacă.
Cum arăta acest geniu? Un bărbat robust, de înălțime medie, într-un costum gri, cu un mers lejer, dar neuniform, dar cumva care accelerează și decelerează spontan. Privire perspicace. Un bun conversator. Ar putea vorbi ore întregi pe subiecte care îl interesează.
Copilărie și adolescență
Biografia lui Von Neumann începe pe 1903-12-23. În acea zi, la Budapesta, Janos, cel mai mare dintre trei fii, s-a născut în familia bancherului Max von Neumann. El este cel care va deveni John în viitor peste Atlantic. Cât de mult înseamnă în viața unei persoane creșterea corectă, care dezvoltă abilități naturale! Chiar înainte de școală, Jan a fost instruit de profesori angajați de tatăl său. Băiatul și-a făcut studiile medii îngimnaziul luteran de elită. Apropo, E. Wigner, viitorul laureat al Premiului Nobel, a studiat cu el în același timp.
Apoi tânărul a absolvit Universitatea din Budapesta. Din fericire pentru el, pe când era încă la universitate, Janos l-a întâlnit pe un profesor de matematică superioară, Laszlo Ratz. Acest profesor cu majusculă a fost căruia i s-a dat să descopere în tânăr viitorul geniu matematic. L-a introdus pe Janos în cercul elitei matematice maghiare, în care Lipot Fejer cânta la prima vioară.
Datorită patronajului lui M. Fekete și I. Kurshak, von Neumann și-a câștigat o reputație de tânăr talent în cercurile științifice în momentul în care și-a primit certificatul de înmatriculare. Începutul lui a fost foarte devreme. Janosz a scris prima sa lucrare științifică „Despre locația zerourilor polinomelor minime” la vârsta de 17 ani.
Romantic și clasic într-unul singur
Neumann se remarcă printre venerabilii matematicieni pentru versatilitatea sa. Cu posibila excepție numai a teoriei numerelor, toate celel alte ramuri ale matematicii au fost influențate într-o măsură sau alta de ideile matematice ale maghiarului. Oamenii de știință (conform clasificării lui W. Oswald) sunt fie romantici (generatori de idei), fie clasici (sunt capabili să extragă consecințe din idei și să formuleze o teorie completă.) El ar putea fi atribuit ambelor tipuri. Pentru claritate, prezentăm principalele lucrări ale lui von Neumann, notând în același timp secțiunile de matematică la care se referă.
1. Teoria seturilor:
- „Despre axiomatica teoriei mulțimilor” (1923).
- „În teorieDovezile lui Hilbert” (1927).
2. Teoria jocurilor:
- „Despre teoria jocurilor strategice” (1928).
- Lucrare fundamentală „Comportamentul economic și teoria jocurilor” (1944).
3. Mecanica cuantică:
- „Despre bazele mecanicii cuantice” (1927).
- Monografia „Fundamentele matematice ale mecanicii cuantice” (1932).
4. Teoria ergonomică:
- „Despre algebra operatorilor funcționali..” (1929).
- Seria de lucrări „Pe inelele operatorului” (1936 - 1938).
5. Sarcini aplicate pentru crearea unui computer:
- „Inversia numerică a matricilor de ordin în alt” (1938).
- „Teoria logică și generală a automatelor” (1948).
- „Sinteza sistemelor fiabile din elemente nesigure” (1952).
Inițial, John von Neumann a evaluat capacitatea unei persoane de a se angaja în știința sa preferată. În opinia sa, de mâna dreaptă a lui Dumnezeu le este dat oamenilor să dezvolte abilități matematice până la 26 de ani. Începutul timpuriu, conform omului de știință, este cel mai important. Atunci adepții „reginei științelor” au o perioadă de sofisticare profesională.
Calificarea, în creștere datorită deceniilor de practică, conform lui Neumann, compensează scăderea abilităților naturale. Cu toate acestea, chiar și după mulți ani, omul de știință însuși s-a remarcat atât prin talent, cât și prin performanță uimitoare, care devine nelimitată atunci când rezolvă probleme importante. De exemplu, justificarea matematică a teoriei cuantice i-a luat doar doi ani. Și în ceea ce privește profunzimea studiului, a fost echivalent cu zeci de ani de muncă a întregii comunități științifice.
Ohprincipiile von Neumann
Cum își începea de obicei cercetările tânărul Neumann, despre a cărui lucrare venerabili profesori spuneau că „recunoști un leu după gheare”? El, începând să rezolve problema, a formulat mai întâi un sistem de axiome.
Ia un caz special. Care sunt principiile lui von Neumann care sunt relevante în formularea sa a filozofiei matematice a construcției computerelor? În axiomatica lor raţională primară. Nu este adevărat că aceste mesaje sunt impregnate de o intuiție științifică strălucitoare!
Sunt solide și obiective, deși au fost scrise de un teoretician când încă nu exista computer:
1. Mașinile de calcul trebuie să funcționeze cu numere reprezentate în formă binară. Acesta din urmă se corelează cu proprietățile semiconductorilor.
2. Procesul de calcul produs de mașină este controlat de un program de control, care este o secvență formalizată de comenzi executabile.
3. Memoria unui computer îndeplinește o dublă funcție: stocarea atât a datelor, cât și a programelor. Mai mult, atât acestea, cât și altele sunt codificate în formă binară. Accesul la programe este similar cu accesul la date. După tipul de date, acestea sunt aceleași, dar diferă prin modul în care sunt procesate și accesate la celula de memorie.
4. Celulele de memorie ale computerului sunt adresabile. La o anumită adresă, puteți accesa oricând datele stocate în celulă. Acesta este modul în care variabilele funcționează în programare.
5. Furnizarea unei ordini unice de execuție a comenzilor prin utilizarea instrucțiunilor condiționate. Totodată, acestea vor fi executate nu în ordinea firească a înregistrării lor, ci urmând cele specificateprogramator de direcționare sărită.
Fizicieni impresionați
Perspectiva lui Neumann i-a permis să găsească idei matematice în cea mai largă lume a fenomenelor fizice. Principiile lui John von Neumann s-au format în munca comună creativă privind crearea computerului EDVAK cu fizicienii.
Unul dintre ei, pe nume S. Ulam, și-a amintit că John le-a înțeles instantaneu gândul, apoi l-a tradus în limbajul matematicii din creierul său. După ce a rezolvat expresiile și schemele formulate de el însuși (omul de știință a făcut aproape instantaneu calcule brute în mintea lui), el a înțeles astfel însăși esența problemei.
Și în etapa finală a lucrării deductive efectuate, ungurul și-a transformat concluziile înapoi în „limbajul fizicii” și le-a oferit aceste informații cele mai actuale colegilor săi uluiți.
O astfel de deductivitate a făcut o impresie puternică asupra colegilor implicați în dezvoltarea proiectului.
Fundarea analitică a funcționării computerului
Principiile de funcționare ale computerului von Neumann au presupus piese separate de mașină și software. La schimbarea programelor, se realizează funcționalitatea nelimitată a sistemului. Omul de știință a reușit să determine extrem de rațional analitic principalele elemente funcționale ale viitorului sistem. Ca element de control, el și-a asumat feedback în el. Omul de știință a dat și numele unităților funcționale ale dispozitivului, care în viitor au devenit cheia revoluției informaționale. Deci, computerul imaginar al lui von Neumann a constat din:
- memoria aparatului sau dispozitiv de stocare (abreviat ca memorie);
- unitate logico-aritmetică (ALU);
- unitate de control (CU);
- dispozitive I/O.
Chiar și într-un alt secol, putem percepe logica strălucită pe care a realizat-o ca pe o perspectivă, ca pe o revelație. Totuși, chiar așa a fost? La urma urmei, întreaga structură menționată mai sus, în esența sa, a devenit rodul muncii unei mașini logice unice în formă umană, al cărei nume este Neumann.
Matematica a devenit principalul său instrument. Magnific, din păcate, regretatul clasic Umberto Eco a scris despre un astfel de fenomen. „Geniul joacă întotdeauna pe un element. Dar joacă atât de strălucit încât toate celel alte elemente sunt incluse în acest joc!”
Diagrama funcțională a unui computer
Apropo, omul de știință și-a subliniat înțelegerea acestei științe în articolul „Matematician”. El a considerat progresul oricărei științe în capacitatea sa de a fi în sfera metodei matematice. Modelarea sa matematică a devenit o parte esențială a invenției de mai sus. În general, arhitectura clasică von Neumann arăta așa cum este prezentată în diagramă.
Această schemă funcționează după cum urmează: datele inițiale, precum și programele, intră în sistem printr-un dispozitiv de intrare. În viitor, acestea sunt procesate în unitatea logică aritmetică (ALU). Execută comenzi. Fiecare dintre ele conține detalii: din ce celule trebuie luate datele, ce tranzacții trebuie efectuate cu ele, unde să salvezi rezultatul (cel din urmă este implementat îndispozitiv de stocare). Datele de ieșire pot fi, de asemenea, transmise direct printr-un dispozitiv de ieșire. În acest caz (spre deosebire de stocarea în memorie), acestea sunt adaptate percepției umane.
Administrarea generală și coordonarea blocurilor structurale de mai sus ale circuitului este realizată de unitatea de control (CU). În ea, funcția de control este încredințată contorului de comenzi, care ține o evidență strictă a ordinii în care sunt executate.
Despre un incident istoric
Pentru a fi fundamental, este important de remarcat că munca la crearea computerelor a fost încă colectivă. Calculatoarele Von Neumann au fost dezvoltate la comandă și pe cheltuiala Laboratorului de Balistică al Forțelor Armate ale SUA.
Incidentul istoric, în urma căruia toată munca desfășurată de un grup de oameni de știință i-a fost atribuită lui John Neumann, s-a născut întâmplător. Cert este că descrierea generală a arhitecturii (care a fost trimisă comunității științifice pentru revizuire) de pe prima pagină conținea o singură semnătură. Și era semnătura lui Neumann. Astfel, datorită regulilor de raportare a rezultatelor studiului, oamenii de știință au avut impresia că celebrul ungur este autorul tuturor acestor lucrări globale.
În loc de o concluzie
Pentru a fi corect, trebuie remarcat că și astăzi amploarea ideilor marelui matematician asupra dezvoltării computerelor a depășit posibilitățile civilizaționale ale timpului nostru. În special, munca lui von Neumann a sugerat să ofere sistemelor informaționale capacitatea de a se reproduce. Și ultima sa lucrare, neterminată, a fost numită super relevantă și astăzi:„Computer și creier”.
