Kuka on von Neumann? Laajat väestöjoukot tuntevat hänen nimensä, jopa ne, jotka eivät pidä korkeammasta matematiikasta, tuntevat tiedemiehen.
Asia on, että hän kehitti kattavan logiikan tietokoneen toiminnalle. Tähän mennessä se on otettu käyttöön miljoonissa kodin ja toimiston tietokoneissa.
Neumannin suurimmat saavutukset
Häntä kutsuttiin mies-matemaattiseksi koneeksi, moitteettoman logiikan mieheksi. Hän iloitsi vilpittömästi, kun hänen edessään oli vaikea käsitteellinen tehtävä, joka vaati paitsi ratkaisun, myös tämän ainutlaatuisen työkalupakin alustavan luomisen. Tiedemies itse, tavanomaisella vaatimattomuudellaan, viime vuosina, erittäin lyhyesti - kolmessa kohdassa - ilmoitti panoksestaan matematiikassa:
- kvanttimekaniikan perustelut;
- rajoittamattomien operaattoreiden teorian luominen;
- ergodinen teoria.
Hän ei edes maininnut panostaan peliteoriaan, elektronisten tietokoneiden muodostumiseen, automaattien teoriaan. Ja tämä on ymmärrettävää, sillä hän puhui akateemisesta matematiikasta, jossa hänen saavutuksensa näyttävät yhtä vaikuttavilta ihmisälyn huipuilta kuin Henri Poincarén, David Hilbertin, Hermann Weylin teokset.
Seuraava sangviinityyppi
Samaan aikaankaikki hänen ystävänsä muistelivat, että von Neumannilla oli epäinhimillisen työkyvyn ohella hämmästyttävä huumorintaju, nerokas tarinankertoja ja hänen talonsa Princetonissa (Yhdysv altoihin muuton jälkeen) oli maineikkain vieraanvaraisin ja sydämellisin. Sielun ystävät rakastivat häntä ja jopa kutsuivat häntä hänen etunimellään: Johnny.
Hän oli erittäin epätyypillinen matemaatikko. Unkarilainen oli kiinnostunut ihmisistä, juorut huvittivat häntä epätavallisen. Hän oli kuitenkin enemmän kuin suvaitsevainen inhimillisiä heikkouksia kohtaan. Ainoa asia, josta hän oli tinkimätön, oli tieteellinen epärehellisyys.
Tutkija näytti keräävän inhimillisiä heikkouksia ja omituisuuksia kerätäkseen tilastoja järjestelmän poikkeamista. Hän rakasti historiaa, kirjallisuutta, muistaen tosiasiat ja päivämäärät tietosanakirjassa. Von Neumann puhui äidinkielensä lisäksi sujuvasti englantia, saksaa ja ranskaa. Hän puhui myös espanjaa, joskaan ei virheettömästi. Lue latinaksi ja kreikaksi.
Miltä tämä nero näytti? Keskipituinen jämäkkä mies harmaassa puvussa, jolla on rauhallinen, mutta epätasainen, mutta jotenkin spontaanisti kiihtyvä ja hidastuva kävely. Oiv altava ilme. Hyvä keskustelija. Hän pystyi puhumaan tuntikausia häntä kiinnostavista aiheista.
Lapsuus ja murrosikä
Von Neumannin elämäkerta alkaa 23.12.1903. Sinä päivänä Budapestissa syntyi kolmesta pojasta vanhin Janos pankkiiri Max von Neumannin perheeseen. Hänestä tulee John tulevaisuudessa Atlantin toisella puolella. Kuinka paljon ihmisen elämässä merkitsee oikea kasvatus, joka kehittää luontaisia kykyjä! Jo ennen koulua Jan sai isänsä palkkaamien opettajien kouluttaman. Poika sai toisen asteen koulutuksen vuonnaeliittiluterilainen lukio. Muuten, E. Wigner, tuleva Nobel-palkinnon voittaja, opiskeli hänen kanssaan samaan aikaan.
Sitten nuori mies valmistui Budapestin yliopistosta. Onneksi Janos tapasi vielä yliopistossa korkeamman matematiikan opettajan Laszlo Ratzin. Tämä isolla kirjaimella kirjoitettu opettaja sai löytää nuoresta miehestä tulevaisuuden matemaattinen nero. Hän tutustutti Janosin Unkarin matemaattisen eliitin piiriin, jossa Lipot Fejer soitti ensimmäistä viulua.
M. Feketen ja I. Kurshakin holhouksen ansiosta von Neumann oli ansainnut nuoren lahjakkuuden maineen tieteellisissä piireissä, kun hän sai ylioppilastutkinnon. Hänen aloituksensa oli todella varhainen. Janosz kirjoitti ensimmäisen tieteellisen työnsä "Minimaalisten polynomien nollien sijainnista" 17-vuotiaana.
Romanttinen ja klassikko yhdistettynä yhteen
Neumann erottuu arvostettujen matemaatikoiden joukosta monipuolisuudellaan. Lukuun ottamatta mahdollista vain lukuteoriaa, unkarilaisten matemaattiset ideat vaikuttivat tavalla tai toisella kaikkiin muihin matematiikan aloihin. Tiedemiehet (W. Oswaldin luokituksen mukaan) ovat joko romantikkoja (ideoiden luojia) tai klassikoita (he osaavat poimia ideoista seurauksia ja muodostaa täydellisen teorian.) Hänet voidaan katsoa molemmille tyypeille. Selvyyden vuoksi esittelemme von Neumannin tärkeimmät teokset ja merkitsemme ne matematiikan osa-alueet, joihin ne liittyvät.
1. Joukkoteoria:
- "Joukkoteorian aksiomatiikasta" (1923).
- "TeoriastaHilbertin todisteet" (1927).
2. Peliteoria:
- "Strategisten pelien teoriasta" (1928).
- Perusteos "Economic Behavior and Game Theory" (1944).
3. Kvanttimekaniikka:
- "Kvanttimekaniikan perusteista" (1927).
- Monografia "Kvanttimekaniikan matemaattiset perusteet" (1932).
4. Ergodinen teoria:
- "Funktionaalisten operaattoreiden algebrasta.." (1929).
- Teossarja "Operaattorirenkaissa" (1936 - 1938).
5. Sovellettavat tehtävät tietokoneen luomiseen:
- "Korkean järjestyksen matriisien numeerinen inversio" (1938).
- "Automaattien looginen ja yleinen teoria" (1948).
- "Luotettavien järjestelmien synteesi epäluotettavista elementeistä" (1952).
Alunperin John von Neumann arvioi ihmisen kykyä harjoittaa suosikkitieteitään. Hänen mielestään Jumalan oikealla kädellä ihmisille on annettu kehittää matemaattisia kykyjä 26 vuoteen asti. Varhainen aloitus on tutkijan mukaan perustavanlaatuinen. Sitten "tieteiden kuningattaren" kannattajilla on ammatillisen hienostuneisuuden aika.
Pätevyys, joka kasvaa vuosikymmenien harjoittelun ansiosta, Neumannin mukaan kompensoi luonnollisten kykyjen heikkenemistä. Kuitenkin jopa monien vuosien jälkeen tiedemies itse erottui sekä lahjakkuudesta että hämmästyttävästä suorituskyvystä, joka muuttuu rajattomaksi tärkeiden ongelmien ratkaisemisessa. Esimerkiksi kvanttiteorian matemaattinen perustelu vei häneltä vain kaksi vuotta. Ja tutkimuksen syvyyden kann alta se vastasi kymmenien vuosien työtä koko tiedeyhteisössä.
Voivon Neumannin periaatteet
Kuinka nuori Neumann yleensä aloitti tutkimuksensa, jonka työstä arvoisat professorit sanoivat, että "leijonan tunnistat kynsistä"? Hän ryhtyi ratkaisemaan ongelmaa ja muotoili ensin aksioomijärjestelmän.
Ota erikoistapaus. Mitkä ovat von Neumannin periaatteet, jotka ovat merkityksellisiä hänen muotoillessaan tietokoneen rakentamisen matemaattista filosofiaa? Ensisijaisessa rationaalisessa aksiomatiikassaan. Eikö olekin totta, että nämä viestit ovat täynnä loistavaa tieteellistä intuitiota!
Ne ovat kiinteitä ja objektiivisia, vaikka ne on kirjoittanut teoreetikko, kun tietokonetta ei vielä ollut:
1. Tietokoneiden on toimittava binäärimuodossa esitettyjen numeroiden kanssa. Jälkimmäinen korreloi puolijohteiden ominaisuuksien kanssa.
2. Koneen tuottamaa laskentaprosessia ohjataan ohjausohjelmalla, joka on suoritettavien komentojen formalisoitu sarja.
3. Tietokoneen muistilla on kaksi tehtävää: se tallentaa sekä tietoja että ohjelmia. Lisäksi sekä nämä että muut on koodattu binäärimuodossa. Pääsy ohjelmiin on samanlainen kuin pääsy tietoihin. Tietotyypin mukaan ne ovat samoja, mutta ne eroavat tavasta, jolla niitä käsitellään ja päästään muistisoluun.
4. Tietokoneen muistisolut ovat osoitettavissa. Tietyssä osoitteessa pääset käsiksi soluun tallennettuihin tietoihin milloin tahansa. Näin muuttujat toimivat ohjelmoinnissa.
5. Tarjoaa yksilöllisen komentojen suoritusjärjestyksen käyttämällä ehdollisia lauseita. Samanaikaisesti niitä ei suoriteta niiden tallennuksen luonnollisessa järjestyksessä, vaan määritetyn mukaisestihyppy kohdistusohjelmoija.
Vaikutut fyysikot
Neumannin näkemys antoi hänelle mahdollisuuden löytää matemaattisia ideoita fysikaalisten ilmiöiden laajimmasta maailmasta. John von Neumannin periaatteet syntyivät fyysikkojen kanssa luovassa yhteisessä työssä EDVAK-tietokoneen luomiseksi.
Yksi heistä, nimeltä S. Ulam, muisteli, että John ymmärsi heti heidän ajatuksensa ja käänsi sen sitten aivoissaan matematiikan kielelle. Ratkaistuaan itsensä muotoilemat ilmaukset ja kaaviot (tieteilijä teki melkein välittömästi karkeita laskelmia mielessään) hän ymmärsi ongelman ytimen.
Ja tehdyn deduktiivisen työn viimeisessä vaiheessa unkarilainen muutti johtopäätöksensä takaisin "fysiikan kieleksi" ja antoi tämän ajantasaisimman tiedon mykistyneille kollegoilleen.
Tällainen deduktiivisuus teki vahvan vaikutuksen projektin kehittämiseen osallistuneisiin kollegoihin.
Tietokoneen toiminnan analyyttinen perustelu
Von Neumannin tietokoneen toimintaperiaatteet edellyttävät erilliset kone- ja ohjelmistoosat. Ohjelmia vaihdettaessa saavutetaan järjestelmän rajoittamaton toiminnallisuus. Tiedemies onnistui määrittämään erittäin rationaalisesti analyyttisesti tulevan järjestelmän tärkeimmät toiminnalliset elementit. Ohjauksen elementtinä hän otti siihen palautetta. Tiedemies antoi myös nimen laitteen toiminnallisille yksiköille, joista tuli tulevaisuudessa avain tietovallankumoukseen. Joten von Neumannin kuvitteellinen tietokone koostui:
- koneen muisti tai tallennuslaite (lyhennetty muistiksi);
- logiikka-aritmeettinen yksikkö (ALU);
- ohjausyksikkö (CU);
- I/O-laitteet.
Jopa toisella vuosisadalla voimme nähdä hänen saavuttamansa loistavan logiikan oivalluksena, paljastuksena. Kuitenkin, oliko se todella niin? Loppujen lopuksi koko edellä mainitusta rakenteesta tuli pohjimmiltaan ainutlaatuisen ihmismuodossa olevan loogisen koneen työn hedelmä, jonka nimi on Neumann.
Matematiikasta on tullut hänen päätyökalunsa. Ikävä kyllä myöhään klassikko Umberto Eco kirjoitti tällaisesta ilmiöstä.”Nero pelaa aina yhdellä elementillä. Mutta hän pelaa niin loistavasti, että kaikki muut elementit ovat mukana tässä pelissä!”
Tietokoneen toimintakaavio
Muuten, tiedemies hahmotteli ymmärrystään tästä tieteestä artikkelissa "Mathematician". Hän katsoi, että minkä tahansa tieteen edistyminen sen kykyjen os alta kuului matemaattisen menetelmän piiriin. Hänen matemaattisesta mallintamisestaan tuli olennainen osa yllä olevaa keksintöä. Yleisesti ottaen klassinen von Neumann -arkkitehtuuri näytti siltä, kuin se näkyy kaaviossa.
Tämä järjestelmä toimii seuraavasti: alkutiedot sekä ohjelmat tulevat järjestelmään syöttölaitteen kautta. Jatkossa ne käsitellään aritmeettisessa logiikkayksikössä (ALU). Se suorittaa komentoja. Jokainen niistä sisältää yksityiskohdat: mistä soluista tiedot tulee ottaa, mitä tapahtumia niille tulee suorittaa, mihin tulos tallennetaan (jälkimmäinen on toteutettutallennuslaite). Lähtötiedot voidaan tulostaa myös suoraan tulostuslaitteen kautta. Tässä tapauksessa (toisin kuin muistiin tallentamisesta) ne on mukautettu ihmisen havainnointiin.
Yleisen hallinnon ja piirin rakennelohkojen koordinoinnin suorittaa ohjausyksikkö (CU). Siinä ohjaustoiminto on uskottu komentolaskuriin, joka pitää tiukasti kirjaa niiden suoritusjärjestyksestä.
Tietoja historiallisesta tapahtumasta
Perusperiaatteen vuoksi on tärkeää huomata, että työ tietokoneiden luomiseksi oli edelleen kollektiivista. Von Neumann-tietokoneet kehitettiin Yhdysv altain armeijan ballistiikan laboratorion tilauksesta ja kustannuksella.
Historiallinen tapaus, jonka seurauksena kaikki tiederyhmän tekemä työ katsottiin John Neumannin ansioksi, syntyi sattum alta. Tosiasia on, että arkkitehtuurin yleinen kuvaus (joka lähetettiin tiedeyhteisölle tarkistettavaksi) ensimmäisellä sivulla sisälsi yhden allekirjoituksen. Ja se oli Neumannin allekirjoitus. Siten tutkimuksen tulosten ilmoittamista koskevien sääntöjen vuoksi tiedemiehillä oli sellainen vaikutelma, että kuuluisa unkarilainen oli kaiken tämän maailmanlaajuisen työn kirjoittaja.
Päätelmän sijaan
Ollakseni rehellinen, on huomattava, että suuren matemaatikon tietokoneiden kehittämistä koskevien ideoiden mittakaava on tänäkin päivänä ylittänyt aikamme sivilisaatiomahdollisuudet. Erityisesti von Neumannin työ ehdotti tietojärjestelmille kykyä toistaa itseään. Ja hänen viimeistä, keskeneräistä työtään kutsuttiin erittäin relevantiksi vielä tänäkin päivänä:"Tietokone ja aivot".
