Кой е фон Нойман? Широките маси от населението са запознати с името му, дори тези, които не са любители на висшата математика, познават учения.
Въпросът е, че той разработи цялостна логика на функционирането на компютъра. Към днешна дата той е внедрен в милиони домашни и офис компютри.
Най-големите постижения на Нойман
Наричаха го човек-математическа машина, човек с безупречна логика. Той искрено се радваше, когато се изправи пред трудна концептуална задача, изискваща не само решение, но и предварително създаване на този уникален инструментариум. Самият учен, с обичайната си скромност през последните години, изключително кратко - в три точки - обяви приноса си към математиката:
- обосновка на квантовата механика;
- създаване на теорията на неограничените оператори;
- ергодична теория.
Той дори не спомена приноса си към теорията на игрите, към формирането на електронните компютри, към теорията на автоматите. И това е разбираемо, защото той говореше за академичната математика, където постиженията му изглеждат толкова впечатляващи върхове на човешката интелигентност, колкото произведенията на Анри Поанкаре, Давид Хилберт, Херман Вейл.
Общителен сангвиничен тип
В същото времевсички негови приятели си спомнят, че наред с нечовешката работоспособност, фон Нойман е имал невероятно чувство за хумор, е бил брилянтен разказвач, а къщата му в Принстън (след като се е преместила в САЩ) е била известна като най-гостоприемната и сърдечна. Приятели на душата го обичаха и дори го наричаха с първото му име: Джони.
Той беше много нетипичен математик. Унгарецът се интересуваше от хората, необикновено се забавляваше от клюките. Той обаче беше повече от толерантен към човешките слабости. Единственото нещо, към което той беше безкомпромисен, беше научната нечестност.
Изглежда ученият събираше човешките слабости и странности, за да събира статистически данни за системните отклонения. Обичаше историята, литературата, енциклопедично си спомняше факти и дати. Фон Нойман, освен родния си език, владееше свободно английски, немски и френски. Той също говореше, макар и не без недостатъци, на испански. Четете на латински и гръцки.
Как изглеждаше този гений? Здрав мъж със среден ръст в сив костюм с спокойна, но неравна, но някак спонтанно ускоряваща и забавяща се походка. Проницателен поглед. Добър събеседник. Можеше да говори с часове по теми, които го интересуват.
Детство и юношество
Биографията на фон Нойман започва на 23.12.1903 г. На този ден в Будапеща в семейството на банкера Макс фон Нойман се ражда Янош, най-големият от трима сина. Именно той ще стане Джон в бъдеще отвъд Атлантика. Колко значи в живота на човека правилното възпитание, което развива природни способности! Още преди училище Ян е обучаван от учители, наети от баща му. Момчето получава средното си образование велитна лутеранска гимназия. Между другото, Е. Вигнер, бъдещият носител на Нобелова награда, учи с него по същото време.
След това младежът завършва университета в Будапеща. За негово щастие, докато е още в университета, Янош се запознава с учителя по висша математика Ласло Рац. Именно този учител с главна буква беше даден да открие в младия мъж бъдещия математически гений. Той въведе Янош в кръга на унгарския математически елит, в който Липот Фейер свири първата цигулка.
Благодарение на покровителството на М. Фекете и И. Куршак, фон Нойман си е спечелил репутацията на млад талант в научните среди по времето, когато е получил свидетелството си за зрелост. Началото му беше наистина рано. Янош написва първата си научна работа "За разположението на нулите на минимални полиноми" на 17-годишна възраст.
Романтично и класическо, събрани в едно
Нойман се откроява сред почтените математици със своята гъвкавост. С възможно изключение само на теорията на числата, всички останали клонове на математиката са били повлияни в една или друга степен от математическите идеи на унгарците. Учените (според класификацията на У. Осуалд) са или романтици (генератори на идеи), или класици (те са в състояние да извличат последствия от идеите и да формулират цялостна теория.) Той може да бъде приписан и към двата типа. За по-голяма яснота представяме основните трудове на фон Нойман, като същевременно обозначаваме разделите от математиката, към които се отнасят.
1. Теория на наборите:
- "За аксиоматиката на теорията на множествата" (1923).
- „На теорияДоказателство на Хилберт (1927).
2. Теория на игрите:
- "За теорията на стратегическите игри" (1928).
- Фундаментална работа "Икономическо поведение и теория на игрите" (1944).
3. Квантова механика:
- "Върху основите на квантовата механика" (1927).
- Монография "Математически основи на квантовата механика" (1932).
4. Ергодична теория:
- "За алгебрата на функционалните оператори.." (1929).
- Поредица от произведения "На операторските пръстени" (1936 - 1938).
5. Приложни задачи за създаване на компютър:
- "Числена инверсия на матрици от висок ред" (1938).
- "Логическата и обща теория на автоматите" (1948).
- "Синтез на надеждни системи от ненадеждни елементи" (1952).
Първоначално Джон фон Нойман оценява способността на човек да се занимава с любимата си наука. Според него от дясната ръка на Бог е дадено на хората да развиват математически способности до 26 години. Именно ранното начало, според учения, е от основно значение. Тогава привържениците на "кралицата на науките" имат период на професионална изтънченост.
Квалификацията, нарастваща благодарение на десетилетия практика, според Нойман, компенсира намаляването на естествените способности. Въпреки това, дори след много години, самият учен се отличава както с талант, така и с невероятно представяне, което става неограничено при решаване на важни проблеми. Например математическата обосновка на квантовата теория му отне само две години. И по отношение на дълбочината на изследване, това беше еквивалентно на десетки години работа на цялата научна общност.
Опринципи на фон Нойман
Как обикновено младият Нойман започва изследването си, за чиято работа почтени професори казват, че „разпознавате лъва по ноктите”? Той, започвайки да решава проблема, първо формулира система от аксиоми.
Вземете специален случай. Кои са принципите на фон Нойман, които са уместни при формулирането му на математическата философия на компютърната конструкция? В тяхната първична рационална аксиоматика. Не е ли вярно, че тези послания са пропити с брилянтна научна интуиция!
Те са солидни и обективни, въпреки че са написани от теоретик, когато все още нямаше компютър:
1. Изчислителните машини трябва да работят с числа, представени в двоична форма. Последното корелира със свойствата на полупроводниците.
2. Изчислителният процес, произведен от машината, се управлява от управляваща програма, която е формализирана последователност от изпълними команди.
3. Паметта на компютъра изпълнява двойна функция: съхранява както данни, така и програми. Освен това и тези, и другите са кодирани в двоична форма. Достъпът до програми е подобен на достъпа до данни. По тип данни те са еднакви, но се различават по начина, по който се обработват и достъпват до клетката на паметта.
4. Клетките на компютърната памет са адресируеми. На определен адрес имате достъп до данните, съхранявани в клетката по всяко време. Ето как функционират променливите в програмирането.
5. Предоставяне на уникален ред на изпълнение на команди чрез използване на условни изрази. В същото време те ще бъдат изпълнени не по естествения ред на тяхното записване, а по посоченияПрограмист за насочване на скок.
Впечатлени физици
Възгледите на Нойман му позволяват да намери математически идеи в най-широкия свят на физическите явления. Принципите на Джон фон Нойман са формирани в творческата съвместна работа по създаването на компютъра EDVAK с физици.
Един от тях, на име С. Улам, припомни, че Джон моментално схвана мисълта им, след което я преведе на езика на математиката в мозъка си. След като разреши формулираните от него изрази и схеми (ученият почти моментално направи груби изчисления в ума си), той разбра самата същност на проблема.
И на последния етап от извършената дедуктивна работа, унгарецът трансформира заключенията си обратно на „езика на физиката“и даде тази най-актуална информация на своите онемяли колеги.
Такава дедуктивност направи силно впечатление на колегите, участващи в разработването на проекта.
Аналитично обосноваване на работата на компютъра
Принципите на функциониране на компютъра на фон Нойман предполагат отделни машинни и софтуерни части. При смяна на програми се постига неограничената функционалност на системата. Ученият успя изключително рационално аналитично да определи основните функционални елементи на бъдещата система. Като елемент на контрол той приема обратна връзка в него. Ученият даде името и на функционалните единици на устройството, което в бъдеще се превърна в ключ към информационната революция. И така, въображаемият компютър на фон Нойман се състоеше от:
- машинна памет или устройство за съхранение (съкратено като памет);
- логико-аритметична единица (ALU);
- контролен блок (CU);
- I/O устройства.
Дори през друг век можем да възприемем брилянтната логика, която той постигна като прозрение, като откровение. Дали обаче наистина беше така? В крайна сметка цялата гореспомената структура по своята същност се превърна в плод на работата на уникална логическа машина в човешка форма, чието име е Нойман.
Математиката се превърна в негов основен инструмент. Великолепно, за съжаление, покойният класик Умберто Еко пише за подобно явление. „Геният винаги играе на един елемент. Но той играе толкова блестящо, че всички други елементи са включени в тази игра!“
Функционална диаграма на компютър
Между другото ученият очерта разбирането си за тази наука в статията "Математик". Той смяташе прогреса на всяка наука в способността й да бъде в обхвата на математическия метод. Именно неговото математическо моделиране стана съществена част от горното изобретение. Като цяло, класическата архитектура на фон Нойман изглеждаше така, както е показана на диаграмата.
Тази схема работи по следния начин: първоначалните данни, както и програмите, влизат в системата чрез входно устройство. В бъдеще те се обработват в аритметично-логическата единица (ALU). Изпълнява команди. Всеки от тях съдържа подробности: от кои клетки трябва да бъдат взети данни, какви транзакции трябва да се извършат върху тях, къде да се запише резултатът (последното се реализира вустройство за съхранение). Изходните данни могат да се извеждат и директно през изходно устройство. В този случай (за разлика от съхранението в паметта) те са адаптирани към човешкото възприятие.
Общото администриране и координация на горните структурни блокове на веригата се извършва от блока за управление (CU). В него функцията за управление е поверена на брояча на командите, който води стриктно записване на реда, в който се изпълняват.
За исторически инцидент
За да бъдем фундаментални, важно е да се отбележи, че работата по създаването на компютрите все още е била колективна. Компютрите на фон Нойман са разработени по поръчка и за сметка на Балистичната лаборатория на въоръжените сили на САЩ.
Историческият инцидент, в резултат на който цялата работа, извършена от група учени, беше приписана на Джон Нойман, се роди случайно. Факт е, че общото описание на архитектурата (което беше изпратено на научната общност за преглед) на първата страница съдържаше единичен подпис. И това беше подписът на Нойман. Така, поради правилата за отчитане на резултатите от изследването, учените останаха с впечатлението, че известният унгарец е автор на цялата тази световна работа.
Вместо заключение
За да бъдем честни, трябва да се отбележи, че дори днес мащабът на идеите на великия математик за развитието на компютрите надхвърля цивилизационните възможности на нашето време. По-специално, работата на фон Нойман предлага да се даде възможност на информационните системи да се възпроизвеждат. А последната му, незавършена работа беше наречена супер актуална дори днес:"Компютър и мозък".
