Kto je von Neumann? Široké masy populácie poznajú jeho meno, dokonca aj tí, ktorí nemajú radi vyššiu matematiku, poznajú vedca.
Ide o to, že vyvinul komplexnú logiku fungovania počítača. K dnešnému dňu bol implementovaný v miliónoch domácich a kancelárskych počítačov.
Najväčšie úspechy Neumanna
Nazývali ho človek-matematický stroj, muž s dokonalou logikou. Úprimne sa tešil, keď stál pred neľahkou koncepčnou úlohou, ktorá si vyžadovala nielen riešenie, ale aj predbežné vytvorenie tohto unikátneho súboru nástrojov. Samotný vedec so svojou obvyklou skromnosťou v posledných rokoch mimoriadne stručne – v troch bodoch – oznámil svoj príspevok k matematike:
- zdôvodnenie kvantovej mechaniky;
- vytvorenie teórie neobmedzených operátorov;
- ergodická teória.
Ani sa nezmienil o svojom príspevku k teórii hier, k formovaniu elektronických počítačov, k teórii automatov. A to je pochopiteľné, pretože hovoril o akademickej matematike, kde jeho úspechy vyzerajú ako pôsobivé vrcholy ľudskej inteligencie ako diela Henriho Poincarého, Davida Hilberta, Hermanna Weyla.
Spoločenský typ sangvinika
V rovnakom časevšetci jeho priatelia si spomínali, že spolu s neľudskou schopnosťou pracovať mal von Neumann úžasný zmysel pre humor, bol brilantným rozprávačom a jeho dom v Princetone (po presťahovaní do USA) bol považovaný za najpohostinnejší a najsrdečnejší. Priatelia duše ho zbožňovali a dokonca ho volali jeho krstným menom: Johnny.
Bol to veľmi atypický matematik. Maďar sa zaujímal o ľudí, neobyčajne ho bavili klebety. K ľudským slabostiam bol však viac než tolerantný. Jediná vec, v ktorej bol nekompromisný, bola vedecká nečestnosť.
Zdalo sa, že vedec zbieral ľudské slabosti a vtipy, aby zbieral štatistiky o systémových odchýlkach. Miloval históriu, literatúru, encyklopedicky si pamätal fakty a dátumy. Von Neumann okrem svojho rodného jazyka hovoril plynule anglicky, nemecky a francúzsky. Hovoril tiež, aj keď nie bezchybne, po španielsky. Čítajte v latinčine a gréčtine.
Ako vyzeral tento génius? Statný muž priemerného vzrastu v sivom obleku s pokojnou, no nerovnomernou, no akosi spontánne sa zrýchľujúcou a spomaľujúcou chôdzou. Pozorný pohľad. Dobrý konverzátor. O témach, ktoré ho zaujímali, dokázal rozprávať celé hodiny.
Detstvo a dospievanie
Von Neumannov životopis sa začína 23.12.1903. V ten deň sa v Budapešti narodil do rodiny bankára Maxa von Neumanna Janos, najstarší z troch synov. Práve on sa stane v budúcnosti za Atlantikom Johnom. Koľko znamená v živote človeka správna výchova, ktorá rozvíja prirodzené schopnosti! Jana ešte pred školou trénovali učitelia, ktorých najal jeho otec. Stredoškolské vzdelanie chlapec získal v relitné evanjelické gymnázium. Mimochodom, v rovnakom čase s ním študoval aj budúci nositeľ Nobelovej ceny E. Wigner.
Potom mladý muž promoval na univerzite v Budapešti. Našťastie preňho sa Jánoš ešte na univerzite stretol s učiteľom vyššej matematiky Laszlom Ratzom. Práve tento učiteľ s veľkým začiatočným písmenom dostal, aby v mladíkovi objavil budúceho matematického génia. Jánoša uviedol do okruhu maďarskej matematickej elity, v ktorej hral prvé husle Lipot Fejer.
Vďaka záštite M. Feketeho a I. Kurshaka si von Neumann získal vo vedeckých kruhoch povesť mladého talentu, kým získal imatrikulačný list. Jeho štart bol naozaj skoro. Janosz napísal svoju prvú vedeckú prácu „O umiestnení núl minimálnych polynómov“vo veku 17 rokov.
Romantické a klasické v jednom
Neumann vyniká medzi ctihodnými matematikmi svojou všestrannosťou. Možno s výnimkou iba teórie čísel boli všetky ostatné odvetvia matematiky do tej či onej miery ovplyvnené matematickými myšlienkami Maďarov. Vedci (podľa klasifikácie W. Oswalda) sú buď romantici (generátori myšlienok) alebo klasici (sú schopní z myšlienok vytiahnuť dôsledky a sformulovať ucelenú teóriu.) Dalo by sa ho priradiť k obom typom. Kvôli prehľadnosti uvádzame hlavné diela von Neumanna, pričom označujeme časti matematiky, ktorých sa týkajú.
1. Teória množín:
- „O axiomatike teórie množín“(1923).
- „O teóriiHilbertove dôkazy“(1927).
2. Teória hier:
- „O teórii strategických hier“(1928).
- Základné dielo „Ekonomické správanie a teória hier“(1944).
3. Kvantová mechanika:
- „O základoch kvantovej mechaniky“(1927).
- Monografia „Matematické základy kvantovej mechaniky“(1932).
4. Ergodická teória:
- „O algebre funkčných operátorov…“(1929).
- Séria diel „O operátorských kruhoch“(1936 – 1938).
5. Aplikované úlohy vytvorenia počítača:
- „Numerická inverzia matíc vysokého rádu“(1938).
- "Logická a všeobecná teória automatov" (1948).
- "Syntéza spoľahlivých systémov z nespoľahlivých prvkov" (1952).
John von Neumann pôvodne hodnotil schopnosť človeka venovať sa svojej obľúbenej vede. Podľa jeho názoru Božia pravica dáva ľuďom rozvíjať matematické schopnosti do 26 rokov. Práve skorý štart je podľa vedca zásadne dôležitý. Potom majú prívrženci „kráľovnej vied“obdobie profesionálnej vyspelosti.
Kvalifikácia, rastúca vďaka desaťročiam praxe, podľa Neumanna kompenzuje pokles prirodzených schopností. Avšak aj po mnohých rokoch sa samotný vedec vyznačoval talentom a úžasným výkonom, ktorý sa pri riešení dôležitých problémov stáva neobmedzeným. Napríklad matematické zdôvodnenie kvantovej teórie mu trvalo len dva roky. A pokiaľ ide o hĺbku štúdia, bolo to ekvivalentné desiatkam rokov práce celej vedeckej komunity.
Achvon Neumannove princípy
Ako zvyčajne začínal svoj výskum mladý Neumann, o ktorého práci ctihodní profesori povedali, že „leva spoznáš podľa pazúrov“? Keď začal problém riešiť, najprv sformuloval systém axióm.
Vezmite si špeciálny prípad. Aké sú von Neumannove princípy relevantné v jeho formulácii matematickej filozofie konštrukcie počítačov? V ich primárnej racionálnej axiomatike. Nie je pravda, že tieto správy sú presiaknuté brilantnou vedeckou intuíciou!
Sú pevné a objektívne, hoci ich napísal teoretik, keď ešte neexistoval počítač:
1. Výpočtové stroje musia pracovať s číslami reprezentovanými v binárnej forme. To druhé koreluje s vlastnosťami polovodičov.
2. Výpočtový proces vytvorený strojom je riadený riadiacim programom, čo je formalizovaná sekvencia spustiteľných príkazov.
3. Pamäť počítača plní dvojakú funkciu: ukladá dáta aj programy. Okrem toho sú tieto aj iné kódované v binárnej forme. Prístup k programom je podobný prístupu k údajom. Podľa typu údajov sú rovnaké, líšia sa však spôsobom spracovania a prístupu k pamäťovej bunke.
4. Pamäťové bunky počítača sú adresovateľné. Na určitej adrese sa môžete kedykoľvek dostať k údajom uloženým v bunke. Takto fungujú premenné pri programovaní.
5. Poskytovanie jedinečného poradia vykonávania príkazov pomocou podmienených príkazov. Zároveň sa nevykonajú v prirodzenom poradí ich nahrávania, ale podľa špecifikovanéhoprogramátor zacielenia na skok.
Zaujatí fyzici
Neumannov rozhľad mu umožnil nájsť matematické nápady v najširšom svete fyzikálnych javov. Princípy Johna von Neumanna sa sformovali v tvorivej spoločnej práci na vytvorení počítača EDVAK s fyzikmi.
Jeden z nich, menom S. Ulam, si spomenul, že John okamžite pochopil ich myšlienku a potom ju preložil do jazyka matematiky vo svojom mozgu. Po vyriešení výrazov a schém, ktoré sformuloval sám (vedec takmer okamžite urobil hrubé výpočty vo svojej mysli), pochopil samotnú podstatu problému.
A v záverečnej fáze vykonanej deduktívnej práce Maďar pretransformoval svoje závery späť do „jazyka fyziky“a dal tieto najaktuálnejšie informácie svojim nemým kolegom.
Takáto deduktivita urobila silný dojem na kolegov, ktorí sa podieľali na vývoji projektu.
Analytické zdôvodnenie činnosti počítača
Princípy fungovania von Neumannovho počítača predpokladali samostatné strojové a softvérové časti. Pri zmene programov je dosiahnutá neobmedzená funkčnosť systému. Vedcovi sa podarilo mimoriadne racionálne analyticky určiť hlavné funkčné prvky budúceho systému. Ako prvok kontroly v ňom predpokladal spätnú väzbu. Vedec dal meno aj funkčným jednotkám zariadenia, ktoré sa v budúcnosti stalo kľúčom k informačnej revolúcii. Takže von Neumannov imaginárny počítač pozostával z:
- pamäť stroja alebo úložné zariadenie (skrátene pamäť);
- logicko-aritmetická jednotka (ALU);
- riadiaca jednotka (CU);
- I/O zariadenia.
Aj v inom storočí môžeme brilantnú logiku, ktorú dosiahol, vnímať ako pochopenie, ako zjavenie. Bolo to však naozaj tak? Koniec koncov, celá vyššie uvedená štruktúra sa vo svojej podstate stala ovocím práce jedinečného logického stroja v ľudskej podobe, ktorý sa volá Neumann.
Matematika sa stala jeho hlavným nástrojom. Veľkolepo, žiaľ, o takomto fenoméne písal neskorý klasik Umberto Eco. „Génius hrá vždy na jeden prvok. Ale hrá sa tak skvele, že všetky ostatné prvky sú zahrnuté v tejto hre!“
Funkčný diagram počítača
Mimochodom, vedec načrtol svoje chápanie tejto vedy v článku „Matematik“. Pokrok akejkoľvek vedy v jej schopnostiach považoval za v rámci matematickej metódy. Práve jeho matematické modelovanie sa stalo podstatnou súčasťou vyššie uvedeného vynálezu. Vo všeobecnosti klasická von Neumannova architektúra vyzerala tak, ako je znázornená na diagrame.
Táto schéma funguje nasledovne: počiatočné dáta, ako aj programy, vstupujú do systému cez vstupné zariadenie. V budúcnosti budú spracované v aritmeticko-logickej jednotke (ALU). Vykonáva príkazy. Každá z nich obsahuje podrobnosti: z ktorých buniek by sa mali brať údaje, aké transakcie by sa na nich mali vykonať, kam uložiť výsledok (posledný je implementovaný vúložné zariadenie). Výstupné dáta môžu byť vyvedené aj priamo cez výstupné zariadenie. V tomto prípade (na rozdiel od uloženia do pamäte) sú prispôsobené ľudskému vnímaniu.
Celkovú správu a koordináciu vyššie uvedených konštrukčných blokov okruhu vykonáva riadiaca jednotka (CU). Kontrolnou funkciou je v ňom poverený počítadlo príkazov, ktoré prísne zaznamenáva poradie, v akom sa vykonávajú.
O historickej udalosti
V zásade je dôležité poznamenať, že práca na vytvorení počítačov bola stále kolektívna. Von Neumannove počítače boli vyvinuté na objednávku a na náklady amerického balistického laboratória ozbrojených síl.
Historický incident, v dôsledku ktorého bola všetka práca vykonaná skupinou vedcov pripísaná Johnovi Neumannovi, sa zrodil náhodou. Faktom je, že všeobecný popis architektúry (ktorý bol zaslaný vedeckej komunite na posúdenie) na prvej strane obsahoval jediný podpis. A bol to Neumannov podpis. Kvôli pravidlám pre oznamovanie výsledkov štúdie mali vedci dojem, že autorom celého tohto globálneho diela je slávny Maďar.
Namiesto záveru
Aby sme boli spravodliví, treba poznamenať, že aj dnes rozsah myšlienok veľkého matematika o vývoji počítačov presahuje civilizačné možnosti našej doby. Najmä práca von Neumanna navrhovala poskytnúť informačným systémom schopnosť reprodukovať sa. A jeho posledná, nedokončená práca sa nazývala super relevantná aj dnes:"Počítač a mozog".
