Siapa von Neumann? Sebilangan besar penduduk biasa dengan namanya, malah mereka yang tidak gemar matematik yang lebih tinggi mengenali saintis itu.
Perkaranya ialah dia membangunkan logik yang komprehensif tentang fungsi komputer. Sehingga kini, ia telah dilaksanakan dalam berjuta-juta komputer rumah dan pejabat.
Pencapaian Terhebat Neumann
Dia digelar mesin manusia-matematik, seorang lelaki yang mempunyai logik yang sempurna. Dia benar-benar bergembira apabila dia menghadapi tugas konseptual yang sukar yang memerlukan bukan sahaja penyelesaian, tetapi juga penciptaan awal kit alat unik ini. Saintis itu sendiri, dengan kesopanannya yang biasa, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, sangat ringkas - dalam tiga perkara - mengumumkan sumbangannya kepada matematik:
- justifikasi mekanik kuantum;
- penciptaan teori pengendali tanpa had;
- teori ergodik.
Dia langsung tidak menyebut sumbangannya kepada teori permainan, kepada pembentukan komputer elektronik, kepada teori automata. Dan ini boleh difahami, kerana dia bercakap tentang matematik akademik, di mana pencapaiannya kelihatan sebagai puncak kecerdasan manusia yang mengagumkan seperti karya Henri Poincaré, David Hilbert, Hermann Weyl.
Jenis optimistik bergaul
Pada masa yang samasemua rakannya ingat bahawa, bersama-sama dengan kapasiti kerja yang tidak berperikemanusiaan, von Neumann mempunyai rasa humor yang luar biasa, adalah seorang pencerita yang cemerlang, dan rumahnya di Princeton (selepas berpindah ke Amerika Syarikat) terkenal sebagai yang paling peramah dan mesra. Rakan-rakan jiwa menyayanginya dan bahkan memanggilnya dengan nama pertamanya: Johnny.
Beliau seorang ahli matematik yang sangat tidak tipikal. Orang Hungary itu berminat dengan orang, dia sangat terhibur dengan gosip. Namun, dia lebih bertolak ansur dengan kelemahan manusia. Satu-satunya perkara yang dia tidak berkompromi ialah ketidakjujuran saintifik.
Saintis itu nampaknya sedang mengumpul kelemahan dan keanehan manusia untuk mengumpul statistik tentang penyelewengan sistem. Dia suka sejarah, sastera, mengingat fakta dan tarikh secara ensiklopedia. Von Neumann, sebagai tambahan kepada bahasa ibundanya, fasih berbahasa Inggeris, Jerman dan Perancis. Dia juga bercakap, walaupun bukan tanpa cacat, dalam bahasa Sepanyol. Baca dalam bahasa Latin dan Yunani.
Apakah rupa genius ini? Seorang lelaki gempal dengan ketinggian sederhana dalam sut kelabu dengan gaya berjalan yang santai, tetapi tidak sekata, tetapi entah bagaimana secara spontan memecut dan memperlahankan langkah. Pandangan yang berwawasan. Seorang ahli perbualan yang baik. Dia boleh bercakap selama berjam-jam mengenai topik yang menarik minatnya.
Zaman kanak-kanak dan remaja
Biografi Von Neumann bermula pada 1903-12-23. Pada hari itu di Budapest, Janos, anak sulung daripada tiga anak lelaki, dilahirkan dalam keluarga jurubank Max von Neumann. Dialah yang akan menjadi John pada masa hadapan merentasi Atlantik. Betapa bermakna dalam kehidupan seseorang didikan yang betul, yang mengembangkan kebolehan semula jadi! Malah sebelum sekolah, Jan telah dilatih oleh guru yang diupah oleh bapanya. Budak itu mendapat pendidikan menengah digimnasium Lutheran elit. By the way, E. Wigner, bakal pemenang Hadiah Nobel, belajar dengannya pada masa yang sama.
Kemudian lelaki muda itu lulus dari Universiti Budapest. Nasib baik baginya, semasa masih di universiti, Janos bertemu dengan seorang guru matematik tinggi, Laszlo Ratz. Guru dengan huruf besar inilah yang diberikan untuk menemui lelaki muda itu genius matematik masa depan. Dia memperkenalkan Janos kepada kalangan elit matematik Hungary, di mana Lipot Fejer memainkan biola pertama.
Terima kasih kepada naungan M. Fekete dan I. Kurshak, von Neumann telah memperoleh reputasi sebagai bakat muda dalam kalangan saintifik semasa dia menerima sijil matrikulasinya. Permulaannya sangat awal. Janosz menulis karya saintifik pertamanya "On the Location of Zeros of Minimal Polynomials" pada usia 17 tahun.
Romantik dan klasik digabungkan menjadi satu
Neumann menonjol dalam kalangan ahli matematik yang dihormati kerana serba boleh. Dengan kemungkinan pengecualian hanya teori nombor, semua cabang matematik yang lain dipengaruhi oleh satu darjah atau yang lain oleh idea matematik orang Hungary. Para saintis (mengikut klasifikasi W. Oswald) sama ada romantik (penjana idea) atau klasik (mereka dapat mengekstrak akibat daripada idea dan merumuskan teori yang lengkap.) Dia boleh dikaitkan dengan kedua-dua jenis. Untuk kejelasan, kami membentangkan karya utama von Neumann, sambil menandakan bahagian matematik yang berkaitan dengannya.
1. Teori Set:
- "Mengenai aksiomatik teori set" (1923).
- “Mengenai teoribukti Hilbert (1927).
2. Teori permainan:
- "Mengenai teori permainan strategik" (1928).
- Kerja asas "Tingkah Laku Ekonomi dan Teori Permainan" (1944).
3. Mekanik Kuantum:
- "Mengenai Asas Mekanik Kuantum" (1927).
- Monograf "Asas Matematik Mekanik Kuantum" (1932).
4. Teori ergodik:
- "Pada algebra pengendali berfungsi.." (1929).
- Siri karya "On operator rings" (1936 - 1938).
5. Tugas yang digunakan untuk mencipta komputer:
- "Penyongsangan Berangka bagi Matriks Tertib Tinggi" (1938).
- "Teori logik dan umum automata" (1948).
- "Sintesis sistem yang boleh dipercayai daripada unsur yang tidak boleh dipercayai" (1952).
Pada asalnya, John von Neumann menilai keupayaan seseorang untuk melibatkan diri dalam sains kegemarannya. Pada pendapatnya, dengan tangan kanan Tuhan ia diberikan kepada manusia untuk mengembangkan kebolehan matematik sehingga 26 tahun. Ia adalah permulaan awal, menurut saintis, yang pada asasnya penting. Kemudian penganut "ratu sains" mempunyai tempoh kecanggihan profesional.
Kelayakan, berkembang berkat latihan selama beberapa dekad, menurut Neumann, mengimbangi penurunan kebolehan semula jadi. Walau bagaimanapun, walaupun selepas bertahun-tahun, saintis itu sendiri dibezakan oleh kedua-dua bakat dan prestasi yang luar biasa, yang menjadi tidak terhad apabila menyelesaikan masalah penting. Sebagai contoh, justifikasi matematik teori kuantum mengambil masa dua tahun sahaja. Dan dari segi kedalaman kajian, ia bersamaan dengan berpuluh-puluh tahun kerja oleh seluruh komuniti saintifik.
Ohprinsip von Neumann
Bagaimanakah Neumann muda biasanya memulakan penyelidikannya, tentang kerjanya profesor yang dihormati mengatakan bahawa "anda mengenali singa dengan cakarnya"? Dia, mula menyelesaikan masalah, mula-mula merumuskan sistem aksiom.
Ambil kes khas. Apakah prinsip von Neumann yang relevan dalam perumusannya tentang falsafah matematik pembinaan komputer? Dalam aksiomatik rasional utama mereka. Bukankah benar bahawa mesej ini dipenuhi dengan gerak hati saintifik yang cemerlang!
Ia adalah pepejal dan objektif, walaupun ia ditulis oleh ahli teori semasa belum ada komputer:
1. Mesin pengkomputeran mesti berfungsi dengan nombor yang diwakili dalam bentuk binari. Yang terakhir berkorelasi dengan sifat semikonduktor.
2. Proses pengiraan yang dihasilkan oleh mesin dikawal oleh atur cara kawalan, yang merupakan urutan rasmi perintah boleh laku.
3. Memori komputer menjalankan fungsi dwi: menyimpan kedua-dua data dan program. Lebih-lebih lagi, kedua-duanya dan yang lain dikodkan dalam bentuk binari. Akses kepada program adalah serupa dengan akses kepada data. Mengikut jenis data ia adalah sama, tetapi ia berbeza dalam cara ia diproses dan diakses ke sel memori.
4. Sel memori komputer boleh dialamatkan. Pada alamat tertentu, anda boleh mengakses data yang disimpan dalam sel pada bila-bila masa. Beginilah cara pembolehubah berfungsi dalam pengaturcaraan.
5. Menyediakan susunan pelaksanaan perintah yang unik dengan menggunakan pernyataan bersyarat. Pada masa yang sama, mereka akan dilaksanakan bukan mengikut susunan semula jadi rakaman mereka, tetapi mengikut yang ditentukanpengaturcara penyasaran lompat.
Ahli fizik yang kagum
Pandangan Neumann membolehkannya mencari idea matematik dalam dunia fenomena fizikal yang paling luas. Prinsip John von Neumann telah dibentuk dalam kerja bersama kreatif pada penciptaan komputer EDVAK dengan ahli fizik.
Salah seorang daripada mereka, bernama S. Ulam, teringat bahawa John serta-merta memahami pemikiran mereka, kemudian menterjemahkannya ke dalam bahasa matematik dalam otaknya. Setelah menyelesaikan ungkapan dan skema yang dirumuskan sendiri (ahli sains hampir serta-merta membuat pengiraan kasar dalam fikirannya), dia dengan itu memahami intipati masalah itu.
Dan pada peringkat akhir kerja deduktif yang dilakukan, warga Hungary itu mengubah kesimpulannya kembali kepada "bahasa fizik" dan memberikan maklumat terkini ini kepada rakan sekerjanya yang terpinga-pinga.
Deduktiviti sedemikian memberi kesan yang kuat kepada rakan sekerja yang terlibat dalam pembangunan projek.
Penentuan analisis operasi komputer
Prinsip fungsi komputer von Neumann mengandaikan bahagian mesin dan perisian yang berasingan. Apabila menukar program, kefungsian sistem tanpa had dicapai. Para saintis berjaya secara sangat rasional secara analitikal menentukan elemen fungsi utama sistem masa depan. Sebagai elemen kawalan, dia mengambil maklum balas di dalamnya. Saintis itu juga memberi nama kepada unit berfungsi peranti itu, yang pada masa akan datang menjadi kunci kepada revolusi maklumat. Jadi, komputer khayalan von Neumann terdiri daripada:
- memori mesin atau peranti storan (disingkatkan memori);
- unit logik-aritmetik (ALU);
- unit kawalan (CU);
- Peranti I/O.
Walaupun dalam abad yang lain, kita dapat melihat logik cemerlang yang beliau capai sebagai pandangan, sebagai wahyu. Namun, adakah ia benar-benar begitu? Lagipun, keseluruhan struktur yang disebutkan di atas, pada dasarnya, menjadi hasil kerja mesin logik unik dalam bentuk manusia, yang namanya Neumann.
Matematik telah menjadi alat utamanya. Secara megah, malangnya, mendiang klasik Umberto Eco menulis tentang fenomena sedemikian. “Genius sentiasa memainkan satu elemen. Tetapi dia bermain dengan sangat cemerlang sehinggakan semua elemen lain disertakan dalam permainan ini!”
Rajah fungsi komputer
By the way, saintis itu menggariskan pemahamannya tentang sains ini dalam artikel "Ahli Matematik". Beliau menganggap kemajuan mana-mana sains dalam keupayaannya berada dalam skop kaedah matematik. Ia adalah pemodelan matematiknya yang menjadi bahagian penting dalam ciptaan di atas. Secara umum, seni bina von Neumann klasik kelihatan seperti ditunjukkan dalam rajah.
Skim ini berfungsi seperti berikut: data awal, serta program, memasuki sistem melalui peranti input. Pada masa hadapan, ia diproses dalam unit logik aritmetik (ALU). Ia melaksanakan arahan. Setiap daripada mereka mengandungi butiran: dari mana data sel harus diambil, transaksi apa yang harus dilakukan pada mereka, di mana untuk menyimpan hasilnya (yang terakhir dilaksanakan dalamperanti storan). Data output juga boleh dikeluarkan secara terus melalui peranti output. Dalam kes ini (berbanding dengan penyimpanan dalam ingatan), ia disesuaikan dengan persepsi manusia.
Pentadbiran am dan penyelarasan blok struktur litar di atas dilakukan oleh unit kawalan (CU). Di dalamnya, fungsi kawalan diamanahkan kepada kaunter arahan, yang menyimpan rekod ketat tentang perintah itu dilaksanakan.
Mengenai insiden bersejarah
Untuk menjadi asas, adalah penting untuk ambil perhatian bahawa kerja penciptaan komputer masih bersifat kolektif. Komputer Von Neumann telah dibangunkan mengikut pesanan dan dengan mengorbankan Makmal Balistik Angkatan Tentera AS.
Insiden bersejarah, akibatnya semua kerja yang dijalankan oleh sekumpulan saintis dikaitkan dengan John Neumann, dilahirkan secara tidak sengaja. Hakikatnya ialah penerangan umum seni bina (yang dihantar kepada komuniti saintifik untuk semakan) pada halaman pertama mengandungi satu tandatangan. Dan ia adalah tandatangan Neumann. Oleh itu, disebabkan peraturan untuk melaporkan hasil kajian, saintis mempunyai tanggapan bahawa warga Hungary yang terkenal itu adalah pengarang semua karya global ini.
Bukan kesimpulan
Untuk bersikap adil, perlu diingatkan bahawa walaupun pada hari ini skala idea ahli matematik yang hebat mengenai pembangunan komputer telah melebihi kemungkinan tamadun pada zaman kita. Khususnya, karya von Neumann mencadangkan memberi sistem maklumat keupayaan untuk menghasilkan semula diri mereka sendiri. Dan kerja terakhirnya yang belum selesai dipanggil sangat relevan sehingga hari ini:"Komputer dan otak".
