Vem är von Neumann? De breda massorna av befolkningen är bekanta med hans namn, även de som inte är förtjusta i högre matematik känner vetenskapsmannen.
Saken är att han utvecklade en heltäckande logik för datorns funktion. Hittills har det implementerats i miljontals hem- och kontorsdatorer.
Neumanns största prestationer
Han kallades en man-matematisk maskin, en man med oklanderlig logik. Han gladde sig uppriktigt när han stod inför en svår konceptuell uppgift som inte bara krävde en lösning utan också det preliminära skapandet av denna unika verktygslåda. Vetenskapsmannen själv, med sin vanliga blygsamhet, under de senaste åren, ytterst kort - i tre punkter - meddelade sitt bidrag till matematiken:
- motivering av kvantmekanik;
- skapande av teorin om obegränsade operatorer;
- ergodisk teori.
Han nämnde inte ens sitt bidrag till spelteorin, till bildandet av elektroniska datorer, till teorin om automater. Och detta är förståeligt, eftersom han talade om akademisk matematik, där hans prestationer ser lika imponerande toppar av mänsklig intelligens ut som verken av Henri Poincaré, David Hilbert, Hermann Weyl..
Sällskaplig sangvinisk typ
Samtidigtalla hans vänner mindes att von Neumann, tillsammans med omänsklig arbetsförmåga, hade ett fantastiskt sinne för humor, var en lysande berättare och hans hus i Princeton (efter att ha flyttat till USA) var känt för att vara det mest gästvänliga och hjärtliga. Själens vänner älskade honom och kallade honom till och med vid hans förnamn: Johnny.
Han var en mycket atypisk matematiker. Ungraren var intresserad av människor, han var ovanligt road av skvaller. Men han var mer än tolerant mot mänskliga svagheter. Det enda han var kompromisslös om var vetenskaplig oärlighet.
Forskaren verkade samla in mänskliga svagheter och egenheter för att samla in statistik om systemavvikelser. Han älskade historia, litteratur, att minnas fakta och datum encyklopediskt. Von Neumann var, förutom sitt modersmål, flytande engelska, tyska och franska. Han talade också, men inte utan brister, på spanska. Läs på latin och grekiska.
Hur såg det här geniet ut? En kraftig man av medellängd i grå kostym med en lugn men ojämn, men på något sätt spontant accelererande och inbromsande gång. Insiktsfull blick. En bra samtalspartner. Han kunde prata i timmar om ämnen av intresse för honom.
Barndom och tonåren
Von Neumanns biografi börjar 1903-12-23. Den dagen i Budapest föddes Janos, den äldste av tre söner, i bankiren Max von Neumanns familj. Det är han som kommer att bli John i framtiden över Atlanten. Hur mycket betyder i en människas liv rätt uppfostran, som utvecklar naturliga förmågor! Redan innan skolan utbildades Jan av lärare som anställts av sin far. Pojken fick sin gymnasieutbildning ielit lutherska gymnasium. Förresten, E. Wigner, den blivande Nobelpristagaren, studerade med honom samtidigt.
Sedan tog den unge mannen examen från universitetet i Budapest. Lyckligtvis för honom, medan han fortfarande var på universitetet, träffade Janos en lärare i högre matematik, Laszlo Ratz. Det var denna lärare med stor bokstav som fick för att i den unge mannen upptäcka det framtida matematiska geniet. Han introducerade Janos för den ungerska matematiska elitens krets, där Lipot Fejer spelade första fiolen.
Tack vare M. Feketes och I. Kurshaks beskydd, hade von Neumann förtjänat ett rykte som en ung talang i vetenskapliga kretsar när han fick sitt studentexamen. Hans start var riktigt tidig. Janosz skrev sitt första vetenskapliga arbete "On the Location of Zeros of Minimal Polynomials" vid 17 års ålder.
Romantiskt och klassiskt i ett
Neumann sticker ut bland ärevördiga matematiker för sin mångsidighet. Med möjliga undantag för enbart t alteorin, påverkades alla andra grenar av matematiken i en eller annan grad av ungerskans matematiska idéer. Forskare (enligt klassificeringen av W. Oswald) är antingen romantiker (idégeneratorer) eller klassiker (de kan utvinna konsekvenser ur idéer och formulera en komplett teori.) Han skulle kunna tillskrivas båda typerna. För tydlighetens skull presenterar vi von Neumanns huvudverk, samtidigt som vi betecknar de delar av matematiken som de hänför sig till.
1. Uppsättningsteori:
- "Om mängdlärans axiomatik" (1923).
-”Om teorinHilberts bevis (1927).
2. Spelteori:
- "Om teorin om strategiska spel" (1928).
- Grundläggande arbete "Economic Behavior and Game Theory" (1944).
3. Kvantmekanik:
- "On the Foundations of Quantum Mechanics" (1927).
- Monografi "Mathematical Foundations of Quantum Mechanics" (1932).
4. Ergodisk teori:
- "Om funktionella operatorers algebra…" (1929).
- Serie av verk "On operator rings" (1936 - 1938).
5. Tillämpade uppgifter för att skapa en dator:
- "Numerisk inversion av matriser av hög ordning" (1938).
- "The logical and general theory of automata" (1948).
- "Syntes av tillförlitliga system från opålitliga element" (1952).
Ursprungligen bedömde John von Neumann en persons förmåga att engagera sig i sin favoritvetenskap. Enligt hans åsikt, av Guds högra hand ges det till människor att utveckla matematiska förmågor upp till 26 år. Det är den tidiga starten, enligt forskaren, som är fundament alt viktig. Sedan har anhängarna av "vetenskapernas drottning" en period av professionell sofistikering.
Kvalifikation, som växer tack vare årtionden av träning, enligt Neumann, kompenserar för minskningen av naturliga förmågor. Men även efter många år kännetecknades vetenskapsmannen själv av både talang och fantastisk prestation, som blir obegränsad när man löser viktiga problem. Till exempel tog den matematiska motiveringen av kvantteorin honom bara två år. Och när det gäller djupstudier motsvarade det dussintals års arbete av hela vetenskapssamfundet.
Åhvon Neumanns principer
Hur började den unge Neumann vanligtvis sin forskning, om vars arbete ärevördiga professorer sa att "man känner igen ett lejon på klorna"? Han började lösa problemet och formulerade först ett system av axiom.
Ta ett specialfall. Vilka är von Neumanns principer som är relevanta i hans formulering av datorkonstruktionens matematiska filosofi? I deras primära rationella axiomatik. Är det inte sant att dessa meddelanden är genomsyrade av briljant vetenskaplig intuition!
De är solida och objektiva, även om de skrevs av en teoretiker när det inte fanns någon dator ännu:
1. Datormaskiner måste arbeta med tal representerade i binär form. Det senare korrelerar med egenskaperna hos halvledare.
2. Beräkningsprocessen som produceras av maskinen styrs av ett kontrollprogram, som är en formaliserad sekvens av körbara kommandon.
3. Minnet i en dator har en dubbel funktion: lagra både data och program. Dessutom är både dessa och andra kodade i binär form. Tillgång till program liknar tillgång till data. Efter datatyp är de samma, men de skiljer sig åt i hur de behandlas och nås till minnescellen.
4. Datorminnesceller är adresserbara. På en viss adress kan du när som helst komma åt data som lagras i cellen. Så här fungerar variabler i programmering.
5. Tillhandahåller en unik ordning för exekvering av kommandon genom att använda villkorliga uttalanden. Samtidigt kommer de att exekveras inte i den naturliga ordningen för inspelningen, utan enligt angivethoppinriktningsprogrammerare.
Imponerade fysiker
Neumanns synsätt gjorde det möjligt för honom att hitta matematiska idéer i den vidaste världen av fysiska fenomen. Principerna för John von Neumann bildades i det kreativa gemensamma arbetet med skapandet av EDVAK-datorn med fysiker.
En av dem, som heter S. Ulam, kom ihåg att John omedelbart fattade deras tanke och sedan översatte den till matematikens språk i sin hjärna. Efter att ha löst de uttryck och scheman som han själv formulerade (vetenskapsmannen gjorde nästan omedelbart grova beräkningar i sitt sinne), förstod han alltså själva kärnan av problemet.
Och i slutskedet av det deduktiva arbetet som gjorts omvandlade ungraren sina slutsatser tillbaka till "fysikens språk" och gav denna mest aktuella information till sina förstummade kollegor.
En sådan deduktivitet gjorde ett starkt intryck på de kollegor som var involverade i utvecklingen av projektet.
Analytisk underbyggnad av datordriften
Principerna för von Neumann-datorns funktion antog separata maskin- och mjukvarudelar. När man byter program uppnås systemets obegränsade funktionalitet. Forskaren lyckades extremt rationellt analytiskt bestämma de viktigaste funktionella delarna av det framtida systemet. Som ett kontrollelement antog han feedback i den. Forskaren gav också namnet till enhetens funktionella enheter, som i framtiden blev nyckeln till informationsrevolutionen. Så, von Neumanns imaginära dator bestod av:
- maskinminne eller lagringsenhet (förkortat minne);
- logisk-aritmetisk enhet (ALU);
- styrenhet (CU);
- I/O-enheter.
Även om ytterligare ett århundrade kan vi uppfatta den briljanta logik han uppnådde som en insikt, som en uppenbarelse. Men var det verkligen så? När allt kommer omkring blev hela den ovan nämnda strukturen i sin essens frukten av arbetet med en unik logisk maskin i mänsklig form, vars namn är Neumann.
Matematik har blivit hans främsta verktyg. Magnifikt, tyvärr, skrev senklassikern Umberto Eco om ett sådant fenomen. Geni spelar alltid på ett element. Men han spelar så briljant att alla andra element ingår i det här spelet!”
Funktionsdiagram över en dator
Förresten, vetenskapsmannen beskrev sin förståelse av denna vetenskap i artikeln "Mathematician". Han ansåg att framstegen för någon vetenskap i dess förmåga att vara inom ramen för den matematiska metoden. Det var hans matematiska modellering som blev en väsentlig del av ovanstående uppfinning. I allmänhet såg den klassiska von Neumann-arkitekturen ut som den visas i diagrammet.
Det här schemat fungerar enligt följande: initiala data, såväl som program, kommer in i systemet via en inmatningsenhet. I framtiden bearbetas de i den aritmetiska logiska enheten (ALU). Den kör kommandon. Var och en av dem innehåller detaljer: från vilka celler data ska tas, vilka transaktioner som ska utföras på dem, var man ska spara resultatet (det senare implementeras ilagringsenhet). Utdata kan också matas ut direkt via en utmatningsenhet. I det här fallet (i motsats till lagring i minnet) är de anpassade till människans uppfattning.
Allmän administration och koordinering av ovanstående strukturella block av kretsen utförs av styrenheten (CU). I den är kontrollfunktionen anförtrodd åt kommandoräknaren, som håller ett strikt register över i vilken ordning de utförs.
Om en historisk incident
För att vara grundläggande är det viktigt att notera att arbetet med att skapa datorer fortfarande var kollektivt. Von Neumanns datorer utvecklades på beställning och på bekostnad av US Armed Forces Ballistics Laboratory.
Den historiska incidenten, som ett resultat av vilken allt arbete som utförts av en grupp forskare tillskrevs John Neumann, föddes av en slump. Faktum är att den allmänna beskrivningen av arkitekturen (som skickades till vetenskapssamfundet för granskning) på första sidan innehöll en enda signatur. Och det var Neumanns signatur. På grund av reglerna för att rapportera resultaten av studien fick forskare alltså intrycket att den berömda ungraren var författaren till allt detta globala arbete.
Istället för en slutsats
För att vara rättvis bör det noteras att även i dag har omfattningen av den store matematikerns idéer om utvecklingen av datorer överskridit vår tids civilisationsmöjligheter. I synnerhet föreslog von Neumanns arbete att informationssystem skulle kunna reproducera sig själva. Och hans sista, oavslutade verk kallades superrelevant än idag:"Dator och hjärna".
