Kdo je von Neumann? Jeho jméno znají široké masy populace, vědce znají i ti, kteří nemají rádi vyšší matematiku.
Jde o to, že vyvinul komplexní logiku fungování počítače. K dnešnímu dni byl implementován v milionech domácích a kancelářských počítačů.
Neumannovy největší úspěchy
Říkali se mu člověk-matematický stroj, muž s bezvadnou logikou. Upřímně se radoval, když stál před nelehkým koncepčním úkolem, který vyžadoval nejen řešení, ale i předběžnou tvorbu této unikátní sady nástrojů. Sám vědec se svou obvyklou skromností v posledních letech extrémně stručně – ve třech bodech – oznámil svůj příspěvek k matematice:
- ospravedlnění kvantové mechaniky;
- vytvoření teorie neomezených operátorů;
- ergodická teorie.
Nezmínil se ani o svém příspěvku k teorii her, ke vzniku elektronických počítačů, k teorii automatů. A to je pochopitelné, protože mluvil o akademické matematice, kde jeho úspěchy vypadají stejně působivé vrcholy lidské inteligence jako díla Henriho Poincarého, Davida Hilberta, Hermanna Weyla.
Typ společenského sangvinika
Současněvšichni jeho přátelé vzpomínali, že spolu s nelidskou schopností pracovat měl von Neumann úžasný smysl pro humor, byl skvělým vypravěčem a jeho dům v Princetonu (po přestěhování do USA) byl považován za nejpohostinnější a nejsrdečnější. Přátelé duše ho zbožňovali a dokonce mu říkali jeho křestním jménem: Johnny.
Byl to vysoce atypický matematik. Maďar se zajímal o lidi, nezvykle ho bavily drby. K lidským slabostem však byl více než tolerantní. Jediné, v čem byl nekompromisní, byla vědecká nepoctivost.
Zdálo se, že vědec sbíral lidské slabosti a vtípky, aby shromáždil statistiky o odchylkách systému. Miloval historii, literaturu, encyklopedicky si pamatoval fakta a data. Von Neumann kromě svého rodného jazyka mluvil plynně anglicky, německy a francouzsky. Mluvil také, i když ne bezchybně, španělsky. Číst v latině a řečtině.
Jak tento génius vypadal? Statný muž průměrného vzrůstu v šedém obleku s uvolněnou, ale nerovnou, ale jaksi samovolně zrychlující a zpomalující chůzí. Pronikavý pohled. Dobrý konverzátor. Dokázal by hodiny mluvit o tématech, která ho zajímají.
Dětství a dospívání
Von Neumannův životopis začíná 23. 12. 1903. Toho dne se v Budapešti narodil do rodiny bankéře Maxe von Neumanna Janos, nejstarší ze tří synů. Právě on se v budoucnu stane Johnem přes Atlantik. Jak moc znamená v životě člověka správná výchova, která rozvíjí přirozené schopnosti! Ještě před školou Jana připravovali učitelé najatí jeho otcem. Chlapec získal středoškolské vzdělání v relitní luteránské gymnázium. Mimochodem, ve stejnou dobu s ním studoval E. Wigner, budoucí nositel Nobelovy ceny.
Pak mladý muž vystudoval budapešťskou univerzitu. Naštěstí pro něj se Janos ještě na univerzitě setkal s učitelem vyšší matematiky Laszlo Ratzem. Právě tomuto učiteli s velkým písmenem bylo dáno, aby v mladíkovi objevil budoucího matematického génia. Uvedl Janose do okruhu maďarské matematické elity, ve které hrál první housle Lipot Fejer.
Díky záštitě M. Feketeho a I. Kurshaka si von Neumann v době, kdy obdržel imatrikulační list, vydobyl ve vědeckých kruzích pověst mladého talentu. Jeho start byl opravdu brzy. Janosz napsal svou první vědeckou práci „O umístění nul minimálních polynomů“ve věku 17 let.
Romantické a klasické sloučené do jednoho
Neumann vyniká mezi ctihodnými matematiky svou všestranností. S možnou výjimkou pouze teorie čísel byla všechna ostatní odvětví matematiky do té či oné míry ovlivněna matematickými představami Maďarů. Vědci (podle klasifikace W. Oswalda) jsou buď romantici (generátoři myšlenek) nebo klasici (jsou schopni z myšlenek vytěžit důsledky a formulovat ucelenou teorii.) Dal by se přiřadit k oběma typům. Pro přehlednost uvádíme hlavní díla von Neumanna a zároveň označujeme části matematiky, kterých se týkají.
1. Teorie množin:
- „O axiomatice teorie množin“(1923).
- „O teoriiHilbertův důkaz“(1927).
2. Teorie her:
- „O teorii strategických her“(1928).
- Základní dílo „Ekonomické chování a teorie her“(1944).
3. Kvantová mechanika:
- „O základech kvantové mechaniky“(1927).
- Monografie "Matematické základy kvantové mechaniky" (1932).
4. Ergodická teorie:
- "O algebře funkčních operátorů.." (1929).
- Série děl "O operátorských prstenech" (1936 - 1938).
5. Použité úkoly vytvoření počítače:
- „Numerická inverze matic vysokého řádu“(1938).
- "Logická a obecná teorie automatů" (1948).
- "Syntéza spolehlivých systémů z nespolehlivých prvků" (1952).
John von Neumann původně hodnotil schopnost člověka zapojit se do jeho oblíbené vědy. Podle jeho názoru je Boží pravicí dáno lidem rozvíjet matematické schopnosti až do 26 let. Právě brzký start je podle vědce zásadně důležitý. Pak mají přívrženci "královny věd" období profesionální vyspělosti.
Kvalifikace, rostoucí díky desetiletím praxe, podle Neumanna kompenzuje pokles přirozených schopností. I po mnoha letech se však samotný vědec vyznačoval talentem a úžasným výkonem, který se při řešení důležitých problémů stává neomezeným. Například matematické zdůvodnění kvantové teorie mu trvalo jen dva roky. A pokud jde o hloubku studia, odpovídalo to desítkám let práce celé vědecké komunity.
Achvon Neumannovy principy
Jak obvykle začínal svůj výzkum mladý Neumann, o jehož práci ctihodní profesoři říkali, že „lva poznáte podle drápů“? Když začal problém řešit, nejprve zformuloval systém axiomů.
Vezměte si speciální případ. Jaké principy von Neumanna jsou relevantní v jeho formulaci matematické filozofie konstrukce počítačů? V jejich primární racionální axiomatice. Není pravda, že tato sdělení jsou prodchnuta brilantní vědeckou intuicí!
Jsou solidní a objektivní, i když je napsal teoretik, když ještě neexistoval počítač:
1. Výpočetní stroje musí pracovat s čísly reprezentovanými v binární podobě. To druhé koreluje s vlastnostmi polovodičů.
2. Výpočetní proces vytvářený strojem je řízen řídicím programem, což je formalizovaná sekvence spustitelných příkazů.
3. Paměť počítače plní dvojí funkci: uchovává data i programy. Navíc jsou oba tyto a další kódovány v binární formě. Přístup k programům je podobný přístupu k datům. Podle typu dat jsou stejné, ale liší se způsobem zpracování a přístupu k paměťové buňce.
4. Paměťové buňky počítače jsou adresovatelné. Na určité adrese můžete kdykoli přistupovat k datům uloženým v buňce. Takto fungují proměnné v programování.
5. Poskytování jedinečného pořadí provádění příkazů pomocí podmíněných příkazů. Zároveň nebudou provedeny v přirozeném pořadí jejich záznamu, ale podle zadanéhoprogramátor cílení skoků.
Zaujatí fyzici
Neumannův rozhled mu umožnil nacházet matematické myšlenky v nejširším světě fyzikálních jevů. Principy Johna von Neumanna se zformovaly ve společné tvůrčí práci na vytvoření počítače EDVAK s fyziky.
Jeden z nich, jménem S. Ulam, si vzpomněl, že John okamžitě pochopil jejich myšlenku a pak ji přeložil do jazyka matematiky ve svém mozku. Po vyřešení výrazů a schémat, které sám formuloval (vědec téměř okamžitě provedl hrubé výpočty ve své mysli), pochopil samotnou podstatu problému.
A v konečné fázi provedené deduktivní práce převedl Maďar své závěry zpět do „jazyka fyziky“a poskytl tyto nejaktuálnější informace svým ohromeným kolegům.
Taková deduktivita udělala silný dojem na kolegy, kteří se podíleli na vývoji projektu.
Analytické zdůvodnění provozu počítače
Principy fungování von Neumannova počítače předpokládají samostatné strojní a softwarové části. Při změně programů je dosaženo neomezené funkčnosti systému. Vědci se podařilo extrémně racionálně analyticky určit hlavní funkční prvky budoucího systému. Jako prvek kontroly v něm předpokládal zpětnou vazbu. Vědec také dal jméno funkčním jednotkám zařízení, které se v budoucnu stalo klíčem k informační revoluci. Takže von Neumannův imaginární počítač sestával z:
- paměť stroje nebo paměťové zařízení (zkráceně paměť);
- logicko-aritmetická jednotka (ALU);
- řídicí jednotka (CU);
- I/O zařízení.
I v jiném století můžeme jeho brilantní logiku vnímat jako vhled, jako zjevení. Bylo to však skutečně tak? Ostatně celá výše zmíněná struktura se ve své podstatě stala plodem práce unikátního logického stroje v lidské podobě, jehož jméno je Neumann.
Matematika se stala jeho hlavním nástrojem. Velkolepě o takovém fenoménu bohužel psal pozdní klasik Umberto Eco. „Genius vždy hraje na jeden prvek. Ale hraje tak skvěle, že všechny ostatní prvky jsou součástí této hry!“
Funkční schéma počítače
Mimochodem, vědec nastínil své chápání této vědy v článku „Matematik“. Považoval pokrok jakékoli vědy v její schopnosti být v rámci matematické metody. Právě jeho matematické modelování se stalo nezbytnou součástí výše uvedeného vynálezu. Obecně platí, že klasická von Neumannova architektura vypadala tak, jak je znázorněna na obrázku.
Toto schéma funguje následovně: počáteční data, stejně jako programy, vstupují do systému přes vstupní zařízení. V budoucnu jsou zpracovávány v aritmeticky logické jednotce (ALU). Provádí příkazy. Každá z nich obsahuje podrobnosti: ze kterých buněk se mají data převzít, jaké transakce s nimi mají být provedeny, kam uložit výsledek (druhé je implementováno vúložné zařízení). Výstupní data mohou být také vysílána přímo přes výstupní zařízení. V tomto případě (na rozdíl od ukládání do paměti) jsou přizpůsobeny lidskému vnímání.
Obecnou správu a koordinaci výše uvedených konstrukčních bloků okruhu provádí řídicí jednotka (ŘJ). V něm je kontrolní funkce svěřena počítadlu příkazů, který vede přísnou evidenci pořadí, v jakém jsou vykonávány.
O historickém incidentu
Abychom byli základní, je důležité poznamenat, že práce na vytvoření počítačů byla stále kolektivní. Von Neumannovy počítače byly vyvinuty na objednávku a na náklady US Armed Forces Ballistics Laboratory.
Historický incident, v jehož důsledku byla veškerá práce provedená skupinou vědců připsána Johnu Neumannovi, se zrodila náhodou. Faktem je, že obecný popis architektury (který byl zaslán vědecké komunitě k posouzení) na první stránce obsahoval jediný podpis. A byl to Neumannův podpis. Díky pravidlům pro podávání zpráv o výsledcích studie tak měli vědci dojem, že autorem celé této celosvětové práce je slavný Maďar.
Místo závěru
Abychom byli spravedliví, je třeba poznamenat, že i dnes rozsah myšlenek velkého matematika o vývoji počítačů přesáhl civilizační možnosti naší doby. Zejména práce von Neumanna navrhla dát informačním systémům schopnost samy se reprodukovat. A jeho poslední, nedokončené dílo bylo označeno za super relevantní i dnes:"Počítač a mozek".
