Kdo je von Neumann? Njegovo ime poznajo široke množice prebivalstva, znanstvenika poznajo tudi tisti, ki ne marajo višje matematike.
Dej je v tem, da je razvil celovito logiko delovanja računalnika. Do danes je bil implementiran v milijone domačih in pisarniških računalnikov.
Neumannovi največji dosežki
Imenovali so ga človek-matematični stroj, človek brezhibne logike. Iskreno se je veselil, ko se je soočil s težko idejno nalogo, ki je zahtevala ne le rešitev, ampak tudi predhodno izdelavo tega edinstvenega orodja. Sam znanstvenik je s svojo običajno skromnostjo v zadnjih letih izjemno na kratko - v treh točkah - napovedal svoj prispevek k matematiki:
- utemeljitev kvantne mehanike;
- ustvarjanje teorije neomejenih operaterjev;
- ergodična teorija.
Svojega prispevka k teoriji iger, k nastanku elektronskih računalnikov, k teoriji avtomatov ni niti omenil. In to je razumljivo, saj je govoril o akademski matematiki, kjer so njegovi dosežki videti tako impresivni vrhovi človeške inteligence kot dela Henrija Poincaréja, Davida Hilberta, Hermanna Weyla.
družabni sangvinik
Ob istem časuvsi njegovi prijatelji so se spominjali, da je imel von Neumann poleg nečloveške delovne sposobnosti izjemen smisel za humor, bil sijajen pripovedovalec, njegova hiša v Princetonu (po selitvi v ZDA) pa je slovela za najbolj gostoljubno in prisrčno. Prijatelji duše so ga oboževali in ga celo klicali po imenu: Johnny.
Bil je zelo netipičen matematik. Madžara so zanimali ljudje, nenavadno so ga zabavali trači. Vendar je bil do človeških slabosti več kot strpen. Edina stvar, glede katere je bil brezkompromisen, je bila znanstvena nepoštenost.
Zdelo se je, da znanstvenik zbira človeške slabosti in nenavadnosti za zbiranje statističnih podatkov o sistemskih odstopanjih. Rad je imel zgodovino, literaturo, enciklopedično se je spominjal dejstev in datumov. Von Neumann je poleg svojega maternega jezika tekoče govoril angleško, nemško in francosko. Govoril je tudi v španščini, čeprav ne brez napak. Berite v latinščini in grščini.
Kako je izgledal ta genij? Debel moški povprečne višine v sivi obleki z lagodno, a neenakomerno, a nekako spontano pospešeno in upočasnjeno hojo. Pronicljiv pogled. Dober sogovornik. Lahko bi govoril ure in ure o temah, ki ga zanimajo.
Otroštvo in adolescenca
Von Neumannova biografija se začne 23.12.1903. Tega dne se je v Budimpešti v družini bankirja Maxa von Neumanna rodil Janos, najstarejši od treh sinov. Prav on bo v prihodnosti onstran Atlantika postal John. Koliko v človekovem življenju pomeni prava vzgoja, ki razvija naravne sposobnosti! Že pred šolo so Jana vzgajali učitelji, ki jih je zaposlil njegov oče. Fant je dobil srednjo izobrazbo velitna luteranska gimnazija. Mimogrede, E. Wigner, bodoči Nobelov nagrajenec, je hkrati študiral z njim.
Potem je mladenič diplomiral na univerzi v Budimpešti. Na njegovo srečo je Janos med študijem na univerzi spoznal učitelja višje matematike Laszla Ratza. Temu učitelju z veliko začetnico je bilo dano, da je v mladem človeku odkril bodočega matematičnega genija. Janosa je vpeljal v krog madžarske matematične elite, v kateri je Lipot Fejer igral prvo violino.
Zahvaljujoč pokroviteljstvu M. Feketeja in I. Kurshaka si je von Neumann do trenutka, ko je prejel maturo, pridobil sloves mladega talenta v znanstvenih krogih. Njegov začetek je bil res zgodaj. Janosz je svoje prvo znanstveno delo "O lokaciji ničel minimalnih polinomov" napisal pri 17 letih.
Romantično in klasično združeno v eno
Neumann med častitljivimi matematiki izstopa po svoji vsestranskosti. Z izjemo le teorije števil, so bile vse druge veje matematike tako ali drugače pod vplivom matematičnih idej Madžara. Znanstveniki (po klasifikaciji W. Oswalda) so bodisi romantiki (generatorji idej) bodisi klasiki (iz idej so sposobni izluščiti posledice in oblikovati popolno teorijo.) Lahko bi ga pripisali obema vrstama. Zaradi jasnosti predstavljamo glavna von Neumannova dela, hkrati pa označujemo odseke matematike, na katere se nanašajo.
1. Teorija nizov:
- "O aksiomatiki teorije množic" (1923).
- »V teorijiHilbertov dokaz (1927).
2. Teorija iger:
- "O teoriji strateških iger" (1928).
- Temeljno delo "Ekonomsko vedenje in teorija iger" (1944).
3. Kvantna mehanika:
- "O temeljih kvantne mehanike" (1927).
- Monografija "Matematične osnove kvantne mehanike" (1932).
4. Ergodična teorija:
- "O algebri funkcionalnih operatorjev.." (1929).
- Serija del "Na operaterskih obročkih" (1936 - 1938).
5. Uporabne naloge izdelave računalnika:
- "Numerična inverzija matrik visokega reda" (1938).
- "Logična in splošna teorija avtomatov" (1948).
- "Sinteza zanesljivih sistemov iz nezanesljivih elementov" (1952).
Prvotno je John von Neumann ocenil človekovo sposobnost, da se ukvarja z njegovo najljubšo znanostjo. Po njegovem mnenju je po božji desnici ljudem dano, da razvijejo matematične sposobnosti do 26 let. Zgodnji začetek je po mnenju znanstvenika bistveno pomemben. Potem imajo privrženci "kraljice znanosti" obdobje poklicne prefinjenosti.
Kvalifikacija, ki raste zaradi desetletja prakse, po Neumannu kompenzira zmanjšanje naravnih sposobnosti. Vendar pa je tudi po dolgih letih sam znanstvenik odlikoval tako talent kot neverjetna zmogljivost, ki pri reševanju pomembnih problemov postane neomejena. Na primer, matematična utemeljitev kvantne teorije mu je vzela le dve leti. In v smislu globine študija je bilo enakovredno več desetletnemu delu celotne znanstvene skupnosti.
Ohvon Neumannova načela
Kako je svoje raziskovanje običajno začel mladi Neumann, o čigar delu so častitljivi profesorji rekli, da »leva prepoznaš po krempljih«? Ko je začel reševati problem, je najprej oblikoval sistem aksiomov.
Vzemite poseben primer. Katera so von Neumannova načela, ki so pomembna pri njegovi formulaciji matematične filozofije računalniške konstrukcije? V njihovi primarni racionalni aksiomatiki. Ali ni res, da so ta sporočila prežeta z briljantno znanstveno intuicijo!
So trdni in objektivni, čeprav jih je napisal teoretik, ko še ni bilo računalnika:
1. Računalniški stroji morajo delati s številkami, predstavljenimi v binarni obliki. Slednje je v korelaciji z lastnostmi polprevodnikov.
2. Računski proces, ki ga proizvede stroj, nadzira kontrolni program, ki je formalizirano zaporedje izvedljivih ukazov.
3. Pomnilnik računalnika opravlja dvojno funkcijo: shranjevanje podatkov in programov. Poleg tega so tako ti kot drugi kodirani v binarni obliki. Dostop do programov je podoben dostopu do podatkov. Po vrsti podatkov so enaki, vendar se razlikujejo po načinu obdelave in dostopa do pomnilniške celice.
4. Računalniške pomnilniške celice so naslovljive. Na določenem naslovu lahko kadar koli dostopate do podatkov, shranjenih v celici. Takole delujejo spremenljivke pri programiranju.
5. Zagotavljanje edinstvenega vrstnega reda izvajanja ukazov z uporabo pogojnih stavkov. Hkrati se ne izvajajo v naravnem vrstnem redu njihovega snemanja, temveč po določenemprogramer za jump targeting.
Navdušeni fiziki
Neumannov pogled mu je omogočil, da je našel matematične ideje v najširšem svetu fizikalnih pojavov. Načela Johna von Neumanna so nastala v ustvarjalnem skupnem delu pri ustvarjanju računalnika EDVAK s fiziki.
Eden od njih, po imenu S. Ulam, se je spomnil, da je John takoj dojel njihovo misel in jo nato v svojih možganih prevedel v jezik matematike. Ko je razrešil izraze in sheme, ki jih je oblikoval sam (znanstvenik je v mislih skoraj v trenutku naredil grobe izračune), je tako razumel samo bistvo problema.
In na zadnji stopnji opravljenega deduktivnega dela je Madžar svoje zaključke preoblikoval nazaj v "jezik fizike" in dal te najnovejše informacije svojim osuplim kolegom.
Takšna odbitka je naredila močan vtis na sodelavce, ki so sodelovali pri razvoju projekta.
Analitična utemeljitev delovanja računalnika
Načela delovanja von Neumannovega računalnika so predpostavljala ločene strojne in programske dele. Pri menjavi programov se doseže neomejena funkcionalnost sistema. Znanstveniku je uspelo izjemno racionalno analitično določiti glavne funkcionalne elemente prihodnjega sistema. Kot element nadzora je v njem prevzel povratno informacijo. Znanstvenik je dal ime tudi funkcionalnim enotam naprave, ki so v prihodnosti postale ključ do informacijske revolucije. Torej je von Neumannov namišljeni računalnik sestavljen iz:
- strojni pomnilnik ali naprava za shranjevanje (skrajšano kot pomnilnik);
- logično-aritmetična enota (ALU);
- krmilna enota (CU);
- V/I naprave.
Tudi v drugem stoletju lahko dojemamo briljantno logiko, ki jo je dosegel, kot vpogled, kot razodetje. Vendar, ali je bilo res tako? Konec koncev je celotna zgoraj omenjena struktura v svojem bistvu postala plod delovanja edinstvenega logičnega stroja v človeški obliki, ki mu je ime Neumann.
Matematika je postala njegovo glavno orodje. Veličastno, žal, je o takšnem pojavu pisal pokojni klasik Umberto Eco. »Genij vedno igra na en element. Toda igra tako briljantno, da so v to igro vključeni vsi drugi elementi!«
Funkcionalni diagram računalnika
Mimogrede, je znanstvenik svoje razumevanje te znanosti predstavil v članku "Matematik". Menil je, da je napredek katere koli znanosti v njeni sposobnosti, da je v okviru matematične metode. Njegovo matematično modeliranje je postalo bistveni del zgornjega izuma. Na splošno je klasična von Neumannova arhitektura izgledala tako, kot je prikazana na diagramu.
Ta shema deluje na naslednji način: začetni podatki, pa tudi programi, vstopijo v sistem prek vhodne naprave. V prihodnosti se obdelujejo v aritmetično logični enoti (ALU). Izvaja ukaze. Vsak od njih vsebuje podrobnosti: iz katerih celic je treba vzeti podatke, katere transakcije je treba izvesti z njimi, kam shraniti rezultat (slednje je implementirano vshranjevalna naprava). Izhodne podatke je mogoče oddati tudi neposredno prek izhodne naprave. V tem primeru (v nasprotju s shranjevanjem v spomin) so prilagojeni človeški percepciji.
Splošno upravljanje in koordinacijo zgornjih strukturnih blokov vezja izvaja krmilna enota (CU). V njem je nadzorna funkcija zaupana ukaznemu števcu, ki vodi strogo evidenco o vrstnem redu, v katerem se izvajajo.
O zgodovinskem incidentu
Za temelj je treba omeniti, da je bilo delo pri ustvarjanju računalnikov še vedno kolektivno. Von Neumannovi računalniki so bili razviti po naročilu in na stroške balističnega laboratorija oboroženih sil ZDA.
Zgodovinski incident, zaradi katerega je bilo vse delo, ki ga je opravila skupina znanstvenikov, pripisano Johnu Neumannu, se je rodil po naključju. Dejstvo je, da je splošni opis arhitekture (ki je bil poslan znanstveni skupnosti v pregled) na prvi strani vseboval en sam podpis. In to je bil Neumannov podpis. Tako so imeli znanstveniki zaradi pravil poročanja o rezultatih študije vtis, da je slavni Madžar avtor vsega tega globalnega dela.
Namesto zaključka
Po pravici povedano je treba omeniti, da je še danes obseg idej velikega matematika o razvoju računalnikov presegel civilizacijske možnosti našega časa. Zlasti delo von Neumanna je predlagalo, da se informacijskim sistemom omogoči, da se sami reproducirajo. In njegovo zadnje, nedokončano delo so še danes imenovali super relevantno:"Računalnik in možgani".
