Hvem er von Neumann? De brede masser af befolkningen er bekendt med hans navn, selv de, der ikke er glade for højere matematik, kender videnskabsmanden.
Sagen er, at han udviklede en omfattende logik for computerens funktion. Til dato er det blevet implementeret i millioner af hjemme- og kontorcomputere.
Neumanns største præstationer
Han blev kaldt en menneske-matematisk maskine, en mand med upåklagelig logik. Han glædede sig oprigtigt, da han stod over for en vanskelig konceptuel opgave, der ikke kun krævede en løsning, men også den foreløbige skabelse af dette unikke værktøjssæt. Videnskabsmanden selv med sin sædvanlige beskedenhed i de senere år bekendtgjorde ekstremt kort - i tre punkter - sit bidrag til matematikken:
- begrundelse for kvantemekanik;
- skabelse af teorien om ubegrænsede operatorer;
- ergodisk teori.
Han nævnte ikke engang sit bidrag til spilteori, til dannelsen af elektroniske computere, til teorien om automater. Og det er forståeligt, for han t alte om akademisk matematik, hvor hans præstationer ser ud til at være lige så imponerende tinder af menneskelig intelligens som Henri Poincarés, David Hilberts, Hermann Weyls værker..
Omgængelig sangvinsk type
På samme tidalle hans venner huskede, at von Neumann sammen med umenneskelig arbejdsevne havde en fantastisk sans for humor, var en strålende historiefortæller, og hans hus i Princeton (efter at have flyttet til USA) var kendt for at være det mest gæstfrie og hjertelige. Sjælens venner elskede ham og kaldte ham endda ved hans fornavn: Johnny.
Han var en meget atypisk matematiker. Ungareren var interesseret i mennesker, han var usædvanligt underholdt af sladder. Han var dog mere end tolerant over for menneskelige svagheder. Det eneste, han var kompromisløs med, var videnskabelig uærlighed.
Forskeren så ud til at indsamle menneskelige svagheder og særheder for at indsamle statistik om systemafvigelser. Han elskede historie, litteratur, at huske fakta og datoer encyklopædisk. Von Neumann var udover sit modersmål flydende engelsk, tysk og fransk. Han t alte også, dog ikke uden fejl, på spansk. Læst på latin og græsk.
Hvordan så dette geni ud? En kraftig mand af gennemsnitlig højde i et gråt jakkesæt med en afslappet, men ujævn, men på en eller anden måde spontant accelererende og decelererende gang. Indsigtsfuldt udseende. En god samtalepartner. Han kunne tale i timevis om emner af interesse for ham.
Barndom og ungdom
Von Neumanns biografi begynder den 1903-12-23. Den dag i Budapest blev Janos, den ældste af tre sønner, født i bankmanden Max von Neumanns familie. Det er ham, der bliver John i fremtiden over Atlanten. Hvor meget betyder i et menneskes liv den rette opdragelse, som udvikler naturlige evner! Allerede før skolen blev Jan uddannet af lærere ansat af sin far. Drengen fik sin ungdomsuddannelse ielite luthersk gymnasium. I øvrigt studerede E. Wigner, den kommende nobelprisvinder, hos ham på samme tid.
Så dimitterede den unge mand fra universitetet i Budapest. Heldigvis for ham mødte Janos, mens han stadig var på universitetet, en lærer i højere matematik, Laszlo Ratz. Det var denne lærer med stort bogstav, der blev givet for i den unge mand at opdage det fremtidige matematiske geni. Han introducerede Janos til kredsen af den ungarske matematiske elite, hvor Lipot Fejer spillede første violin.
Takket være protektion af M. Fekete og I. Kurshak havde von Neumann opnået et ry som et ungt talent i videnskabelige kredse, da han modtog sit studentereksamen. Hans start var virkelig tidligt. Janosz skrev sit første videnskabelige arbejde "On the Location of Zeros of Minimal Polynomials" i en alder af 17.
Romantisk og klassisk samlet i én
Neumann skiller sig ud blandt ærværdige matematikere for sin alsidighed. Med mulig undtagelse af kun t alteori var alle andre grene af matematikken i en eller anden grad påvirket af ungarerens matematiske ideer. Videnskabsmænd (ifølge klassifikationen af W. Oswald) er enten romantikere (idegeneratorer) eller klassikere (de er i stand til at uddrage konsekvenser af ideer og formulere en komplet teori.) Han kunne tilskrives begge typer. For klarhedens skyld præsenterer vi von Neumanns hovedværker, mens vi angiver de dele af matematikken, som de vedrører.
1. Sætteori:
- "Om mængdelærens aksiomatik" (1923).
- "Om teorienHilberts bevis" (1927).
2. Spilteori:
- "Om teorien om strategiske spil" (1928).
- Grundlæggende arbejde "Økonomisk adfærd og spilteori" (1944).
3. Kvantemekanik:
- "On the Foundations of Quantum Mechanics" (1927).
- Monografi "Mathematical Foundations of Quantum Mechanics" (1932).
4. Ergodisk teori:
- "Om funktionelle operatorers algebra.." (1929).
- Serie af værker "On operator rings" (1936 - 1938).
5. Anvendte opgaver til at oprette en computer:
- "Numerisk inversion af matricer af høj orden" (1938).
- "The logical and general theory of automata" (1948).
- "Syntese af pålidelige systemer fra upålidelige elementer" (1952).
Oprindeligt vurderede John von Neumann en persons evne til at engagere sig i sin yndlingsvidenskab. Efter hans mening er det givet ved Guds højre hånd til mennesker at udvikle matematiske evner op til 26 år. Det er den tidlige start, ifølge videnskabsmanden, der er grundlæggende vigtig. Så har tilhængerne af "videnskabernes dronning" en periode med professionel sofistikering.
Kvalifikation, der vokser takket være årtiers praksis, kompenserer ifølge Neumann for faldet i naturlige evner. Men selv efter mange år blev videnskabsmanden selv kendetegnet ved både talent og fantastisk præstation, som bliver ubegrænset, når man løser vigtige problemer. For eksempel tog den matematiske begrundelse af kvanteteorien ham kun to år. Og med hensyn til undersøgelsesdybde svarede det til snesevis af års arbejde fra hele det videnskabelige samfund.
Åhvon Neumann principper
Hvordan startede den unge Neumann norm alt sin forskning, om hvis arbejde ærværdige professorer sagde, at "man genkender en løve på dens kløer"? Han begyndte at løse problemet og formulerede først et system af aksiomer.
Tag en speciel sag. Hvad er von Neumanns principper, der er relevante i hans formulering af computerkonstruktionens matematiske filosofi? I deres primære rationelle aksiomatik. Er det ikke rigtigt, at disse budskaber er gennemsyret af strålende videnskabelig intuition!
De er solide og objektive, selvom de blev skrevet af en teoretiker, da der endnu ikke var nogen computer:
1. Computere skal arbejde med tal repræsenteret i binær form. Sidstnævnte korrelerer med egenskaberne for halvledere.
2. Den beregningsproces, der produceres af maskinen, styres af et kontrolprogram, som er en formaliseret sekvens af eksekverbare kommandoer.
3. En computers hukommelse udfører en dobbelt funktion: lagring af både data og programmer. Desuden er både disse og andre kodet i binær form. Adgang til programmer svarer til adgang til data. Efter datatype er de de samme, men de adskiller sig i den måde, de behandles og tilgås til hukommelsescellen.
4. Computerhukommelsesceller er adresserbare. På en bestemt adresse kan du til enhver tid tilgå de data, der er gemt i cellen. Sådan fungerer variabler i programmering.
5. Giver en unik rækkefølge for udførelse af kommandoer ved at bruge betingede sætninger. Samtidig vil de blive udført ikke i den naturlige rækkefølge af deres optagelse, men efter den specificeredejump targeting programmør.
Imponerede fysikere
Neumanns livssyn tillod ham at finde matematiske ideer i den bredeste verden af fysiske fænomener. Principperne for John von Neumann blev dannet i det kreative fælles arbejde med skabelsen af EDVAK-computeren med fysikere.
En af dem, ved navn S. Ulam, huskede, at John øjeblikkeligt fattede deres tanke og derefter oversatte den til matematiksproget i sin hjerne. Efter at have løst de udtryk og skemaer, som han selv havde formuleret (videnskabsmanden lavede næsten øjeblikkeligt grove beregninger i sit sind), forstod han således selve essensen af problemet.
Og på den sidste fase af det udførte deduktive arbejde transformerede ungareren sine konklusioner tilbage til "fysikkens sprog" og gav denne mest ajourførte information til sine forbløffede kolleger.
En sådan deduktivitet gjorde et stærkt indtryk på de kolleger, der var involveret i udviklingen af projektet.
Analytisk underbyggelse af computerdriften
Principper for von Neumann-computerens funktion antog separate maskin- og softwaredele. Ved programskift opnås systemets ubegrænsede funktionalitet. Videnskabsmanden formåede ekstremt rationelt analytisk at bestemme de vigtigste funktionelle elementer i det fremtidige system. Som et element af kontrol antog han feedback i det. Forskeren gav også navnet til enhedens funktionelle enheder, som i fremtiden blev nøglen til informationsrevolutionen. Så von Neumanns imaginære computer bestod af:
- maskinhukommelse eller lagerenhed (forkortet hukommelse);
- logisk-aritmetisk enhed (ALU);
- kontrolenhed (CU);
- I/O-enheder.
Selv i endnu et århundrede kan vi opfatte den geniale logik, han opnåede, som en indsigt, som en åbenbaring. Men var det virkelig sådan? Når alt kommer til alt, blev hele den ovennævnte struktur i sin essens frugten af arbejdet med en unik logisk maskine i menneskelig form, hvis navn er Neumann.
Matematik er blevet hans vigtigste værktøj. Storslået, desværre skrev den sene klassiker Umberto Eco om et sådant fænomen. “Genius spiller altid på ét element. Men han spiller så geni alt, at alle andre elementer er inkluderet i dette spil!"
Funktionelt diagram over en computer
Forresten skitserede videnskabsmanden sin forståelse af denne videnskab i artiklen "Mathematician". Han betragtede enhver videnskabs fremskridt i dens evne til at være inden for rammerne af den matematiske metode. Det var hans matematiske modellering, der blev en væsentlig del af ovenstående opfindelse. Generelt så den klassiske von Neumann-arkitektur ud, som den er vist i diagrammet.
Denne ordning fungerer som følger: indledende data, såvel som programmer, kommer ind i systemet via en inputenhed. I fremtiden behandles de i den aritmetiske logiske enhed (ALU). Den udfører kommandoer. Hver af dem indeholder detaljer: fra hvilke celler data skal tages, hvilke transaktioner der skal udføres på dem, hvor man kan gemme resultatet (sidstnævnte er implementeret ilagerenhed). Outputdata kan også udlæses direkte gennem en outputenhed. I dette tilfælde (i modsætning til lagring i hukommelsen), er de tilpasset menneskelig opfattelse.
Generel administration og koordinering af de ovennævnte strukturelle blokke af kredsløbet udføres af kontrolenheden (CU). I den er kontrolfunktionen betroet til kommandotælleren, som holder nøje oversigt over den rækkefølge, de udføres i.
Om en historisk hændelse
For at være grundlæggende er det vigtigt at bemærke, at arbejdet med at skabe computere stadig var kollektivt. Von Neumann-computere blev udviklet efter ordre og på bekostning af US Armed Forces Ballistics Laboratory.
Den historiske hændelse, som et resultat af, at alt arbejdet udført af en gruppe videnskabsmænd blev tilskrevet John Neumann, blev født ved et uheld. Faktum er, at den generelle beskrivelse af arkitekturen (som blev sendt til det videnskabelige samfund til gennemgang) på første side indeholdt en enkelt signatur. Og det var Neumanns signatur. På grund af reglerne for rapportering af resultaterne af undersøgelsen havde forskere således indtryk af, at den berømte ungarer var forfatteren til alt dette globale arbejde.
I stedet for en konklusion
For at være retfærdig skal det bemærkes, at selv i dag har omfanget af den store matematikers ideer om udviklingen af computere overskredet vor tids civilisationsmuligheder. Især foreslog von Neumanns arbejde at give informationssystemer mulighed for at reproducere sig selv. Og hans sidste, ufærdige værk blev kaldt superrelevant selv i dag:"Computer og hjerne".
