von Neumann là ai? Phần lớn dân chúng quen thuộc với tên của ông, ngay cả những người không thích toán cao hơn cũng biết nhà khoa học.
Vấn đề là anh ấy đã phát triển một logic toàn diện về hoạt động của máy tính. Cho đến nay, nó đã được triển khai trên hàng triệu máy tính gia đình và văn phòng.
Thành tựu vĩ đại nhất của Neumann
Anh ấy được gọi là một cỗ máy toán học nhân văn, một người có logic hoàn hảo. Anh ấy chân thành vui mừng khi anh ấy phải đối mặt với một nhiệm vụ khái niệm khó khăn không chỉ đòi hỏi một giải pháp mà còn cả việc tạo ra sơ bộ bộ công cụ độc đáo này. Bản thân nhà khoa học, với sự khiêm tốn thường thấy, trong những năm gần đây, cực kỳ ngắn gọn - trong ba điểm - đã công bố đóng góp của mình cho toán học:
- biện minh của cơ học lượng tử;
- tạo ra lý thuyết về các toán tử không giới hạn;
- lý thuyết ergodic.
Ông ấy thậm chí còn không đề cập đến đóng góp của mình cho lý thuyết trò chơi, cho sự hình thành máy tính điện tử, cho lý thuyết tự động hóa. Và điều này có thể hiểu được, bởi vì ông ấy đã nói về toán học hàn lâm, nơi mà những thành tựu của ông ấy được coi là những đỉnh cao ấn tượng của trí thông minh con người như các công trình của Henri Poincaré, David Hilbert, Hermann Weyl.
Kiểu sang trọng hòa đồng
Đồng thờiTất cả bạn bè của ông đều kể lại rằng, cùng với khả năng làm việc phi phàm, von Neumann còn có khiếu hài hước đáng kinh ngạc, là một người kể chuyện xuất sắc, và ngôi nhà của ông ở Princeton (sau khi chuyển đến Mỹ) nổi tiếng là hiếu khách và thân thiện nhất. Những người bạn của tâm hồn gắn bó với anh ấy và thậm chí còn gọi anh ấy bằng tên đầu tiên: Johnny.
Ông ấy là một nhà toán học không điển hình. Người Hungary quan tâm đến mọi người, anh ta thích thú một cách lạ thường với những câu chuyện phiếm. Tuy nhiên, anh ấy còn hơn cả sự khoan dung với những điểm yếu của con người. Điều duy nhất anh ta không khoan nhượng là sự thiếu trung thực trong khoa học.
Nhà khoa học dường như đang thu thập những điểm yếu và những điều kỳ quặc của con người để thu thập số liệu thống kê về sự sai lệch của hệ thống. Ông yêu thích lịch sử, văn học, ghi nhớ các sự kiện và ngày tháng một cách bách khoa. Ngoài tiếng mẹ đẻ, Von Neumann còn thông thạo tiếng Anh, Đức và Pháp. Anh ấy cũng nói, mặc dù không thiếu sót, bằng tiếng Tây Ban Nha. Đọc bằng tiếng Latinh và tiếng Hy Lạp.
Thiên tài này trông như thế nào? Một người đàn ông mập mạp có chiều cao trung bình trong bộ vest xám với dáng đi thong thả, tuy không bằng phẳng nhưng bằng cách nào đó có thể tăng và giảm tốc một cách tự nhiên. Cái nhìn sâu sắc. Một người giỏi trò chuyện. Anh ấy có thể nói hàng giờ về những chủ đề mà anh ấy quan tâm.
Tuổi thơ và thời niên thiếu
Tiểu sử củaVon Neumann bắt đầu từ ngày 1903-12-23. Vào ngày đó ở Budapest, Janos, con cả trong gia đình có ba người con trai, được sinh ra trong gia đình chủ ngân hàng Max von Neumann. Chính anh ta sẽ trở thành John trong tương lai xuyên Đại Tây Dương. Sự giáo dục đúng đắn, phát triển những khả năng tự nhiên có ý nghĩa biết bao trong cuộc đời của một người! Ngay cả trước khi đến trường, Jan đã được huấn luyện bởi các giáo viên do cha anh thuê. Cậu bé đã nhận được giáo dục trung học của mình ởphòng tập thể dục Lutheran ưu tú. Nhân tiện, E. Wigner, người đoạt giải Nobel trong tương lai, đã học cùng lúc với anh ấy.
Sau đó, chàng trai trẻ đã tốt nghiệp Đại học Budapest. May mắn thay cho anh ta, khi vẫn còn học đại học, Janos đã gặp một giáo viên toán cao hơn, Laszlo Ratz. Chính người thầy với chữ viết hoa này đã được ban tặng để khám phá ra trong cậu bé thiên tài toán học tương lai. Ông giới thiệu Janos với giới tinh hoa toán học Hungary, trong đó Lipot Fejer chơi cây vĩ cầm đầu tiên.
Nhờ sự bảo trợ của M. Fekete và I. Kurshak, von Neumann đã nổi tiếng là một tài năng trẻ trong giới khoa học vào thời điểm anh nhận được giấy chứng nhận trúng tuyển. Khởi đầu của anh ấy thực sự sớm. Janosz đã viết công trình khoa học đầu tiên của mình "Về vị trí của Zeros của các đa thức tối thiểu" ở tuổi 17.
Lãng mạn và cổ điển được kết hợp thành một
Neumann nổi bật trong số các nhà toán học đáng kính vì tính linh hoạt của mình. Ngoại trừ duy nhất lý thuyết số, tất cả các nhánh khác của toán học đều bị ảnh hưởng ở mức độ này hay cách khác bởi những ý tưởng toán học của người Hungary. Các nhà khoa học (theo phân loại của W. Oswald) hoặc lãng mạn (người tạo ra ý tưởng) hoặc kinh điển (họ có thể rút ra hệ quả từ các ý tưởng và hình thành một lý thuyết hoàn chỉnh.) Ông có thể được quy cho cả hai loại. Để rõ ràng hơn, chúng tôi trình bày các công trình chính của von Neumann, đồng thời biểu thị các phần toán học liên quan đến chúng.
1. Lý thuyết đặt:
- "Về tiên đề của lý thuyết tập hợp" (1923).
- “Về lý thuyếtBằng chứng của Hilbert (1927).
2. Lý thuyết trò chơi:
- "Về lý thuyết trò chơi chiến lược" (1928).
- Tác phẩm cơ bản "Hành vi kinh tế và lý thuyết trò chơi" (1944).
3. Cơ học lượng tử:
- "Về Cơ sở của Cơ học Lượng tử" (1927).
- Chuyên khảo "Cơ sở Toán học của Cơ học Lượng tử" (1932).
4. Lý thuyết Ergodic:
- "Về đại số các toán tử hàm.." (1929).
- Loạt tác phẩm "Trên chuông nhà điều hành" (1936 - 1938).
5. Các tác vụ áp dụng khi tạo máy tính:
- "Đảo ngược số của Ma trận có thứ tự cao" (1938).
- "Lý thuyết logic và tổng quát về tự động hóa" (1948).
- "Tổng hợp các hệ thống đáng tin cậy từ các yếu tố không đáng tin cậy" (1952).
Ban đầu, John von Neumann đánh giá khả năng tham gia vào ngành khoa học yêu thích của một người. Theo ý kiến của ông, bởi bàn tay phải của Chúa, nó được ban cho con người để phát triển khả năng toán học lên đến 26 năm. Theo nhà khoa học, khởi đầu sớm là điều cơ bản quan trọng. Sau đó, các tín đồ của "nữ hoàng khoa học" có một thời kỳ tinh vi trong nghề nghiệp.
Theo Neumann,Trình độ tăng lên nhờ hàng chục năm luyện tập, bù đắp cho sự suy giảm khả năng tự nhiên. Tuy nhiên, thậm chí sau nhiều năm, bản thân nhà khoa học này đã được nổi tiếng bởi cả tài năng và hiệu suất đáng kinh ngạc, điều này trở nên vô hạn khi giải quyết các vấn đề quan trọng. Ví dụ, ông chỉ mất hai năm để biện minh toán học cho lý thuyết lượng tử. Và xét về độ sâu của nghiên cứu, nó tương đương với hàng chục năm làm việc của toàn bộ cộng đồng khoa học.
Ồnguyên tắc von Neumann
Làm thế nào mà Neumann trẻ tuổi thường bắt đầu nghiên cứu của mình, về việc mà các giáo sư đáng kính đã nói rằng "bạn nhận ra một con sư tử bằng móng vuốt của nó"? Anh ấy, bắt đầu giải quyết vấn đề, lần đầu tiên xây dựng một hệ thống tiên đề.
Chụp trường hợp đặc biệt. Những nguyên tắc của von Neumann có liên quan gì đến việc xây dựng triết lý toán học về cấu tạo máy tính của ông? Trong tiên đề hợp lý sơ cấp của họ. Có đúng không khi những thông điệp này được thấm nhuần bởi trực giác khoa học tuyệt vời!
Chúng chắc chắn và khách quan, mặc dù chúng được viết bởi một nhà lý thuyết khi chưa có máy tính:
1. Máy tính phải làm việc với các số được biểu diễn dưới dạng nhị phân. Cái sau tương quan với các đặc tính của chất bán dẫn.
2. Quá trình tính toán do máy tạo ra được điều khiển bởi một chương trình điều khiển, là một chuỗi các lệnh thực thi được chính thức hóa.
3. Bộ nhớ của máy tính thực hiện một chức năng kép: lưu trữ cả dữ liệu và chương trình. Hơn nữa, cả những cái đó và những cái khác đều được mã hóa ở dạng nhị phân. Quyền truy cập vào các chương trình tương tự như quyền truy cập vào dữ liệu. Theo kiểu dữ liệu, chúng giống nhau, nhưng chúng khác nhau về cách chúng được xử lý và truy cập vào ô nhớ.
4. Ô bộ nhớ máy tính có thể định địa chỉ được. Tại một địa chỉ nhất định, bạn có thể truy cập dữ liệu được lưu trữ trong ô bất kỳ lúc nào. Đây là cách các biến hoạt động trong lập trình.
5. Cung cấp một thứ tự thực hiện các lệnh duy nhất bằng cách sử dụng các câu lệnh điều kiện. Đồng thời, chúng sẽ được thực hiện không theo thứ tự tự nhiên của bản ghi của chúng, mà theolập trình nhắm mục tiêu nhảy.
Các nhà vật lý ấn tượng
Triển vọng củaNeumann cho phép anh ấy tìm thấy những ý tưởng toán học trong thế giới rộng lớn nhất của các hiện tượng vật lý. Các nguyên tắc của John von Neumann được hình thành trong quá trình hợp tác sáng tạo về việc tạo ra máy tính EDVAK với các nhà vật lý.
Một trong số họ, tên là S. Ulam, kể lại rằng John ngay lập tức nắm bắt được suy nghĩ của họ, sau đó dịch nó sang ngôn ngữ toán học trong não của anh ấy. Sau khi giải quyết các biểu thức và phương án do chính anh ấy lập ra (nhà khoa học gần như ngay lập tức thực hiện các phép tính sơ bộ trong đầu), do đó anh ấy hiểu được bản chất của vấn đề.
Và ở giai đoạn cuối cùng của công việc suy luận được thực hiện, người Hungary đã chuyển các kết luận của mình trở lại thành "ngôn ngữ vật lý" và cung cấp thông tin cập nhật nhất này cho các đồng nghiệp đang sững sờ của mình.
Suy luận như vậy đã tạo ấn tượng mạnh mẽ đối với các đồng nghiệp tham gia phát triển dự án.
Chứng minh phân tích của hoạt động máy tính
Nguyên tắc hoạt động của máy tính von Neumann giả định các bộ phận máy và phần mềm riêng biệt. Khi thay đổi chương trình, chức năng không giới hạn của hệ thống đạt được. Nhà khoa học đã quản lý để xác định một cách cực kỳ hợp lý các yếu tố chức năng chính của hệ thống tương lai. Là một yếu tố của kiểm soát, anh ta giả định phản hồi trong đó. Nhà khoa học cũng đặt tên cho các đơn vị chức năng của thiết bị mà trong tương lai, chúng trở thành chìa khóa của cuộc cách mạng thông tin. Vì vậy, máy tính tưởng tượng của von Neumann bao gồm:
- bộ nhớ máy hoặc thiết bị lưu trữ (viết tắt là bộ nhớ);
- đơn vị logic-số học (ALU);
- đơn vị điều khiển (CU);
- Thiết bị I / O.
Ngay cả trong một thế kỷ nữa, chúng ta có thể cảm nhận logic tuyệt vời mà ông ấy đạt được như một sự thấu hiểu, như một sự mặc khải. Tuy nhiên, nó có thực sự như vậy không? Rốt cuộc, toàn bộ cấu trúc nói trên, về bản chất, đã trở thành thành quả của công việc của một cỗ máy logic duy nhất trong hình dạng con người, có tên là Neumann.
Toán học đã trở thành công cụ chính của anh ấy. Thật tuyệt vời, thật đáng tiếc, Umberto Eco cổ điển quá cố đã viết về một hiện tượng như vậy. “Thiên tài luôn chơi trên một yếu tố. Nhưng anh ấy chơi xuất sắc đến nỗi tất cả các yếu tố khác đều được đưa vào trò chơi này!”
Sơ đồ chức năng của máy tính
Nhân tiện, nhà khoa học đã trình bày những hiểu biết của mình về khoa học này trong bài báo "Nhà toán học". Ông coi sự tiến bộ của bất kỳ khoa học nào trong khả năng của nó là thuộc phạm vi của phương pháp toán học. Đó là mô hình toán học của ông đã trở thành một phần thiết yếu của phát minh trên. Nhìn chung, kiến trúc von Neumann cổ điển trông giống như được thể hiện trong sơ đồ.
Lược đồ này hoạt động như sau: dữ liệu ban đầu, cũng như các chương trình, đi vào hệ thống thông qua thiết bị đầu vào. Trong tương lai, chúng được xử lý trong đơn vị logic số học (ALU). Nó thực hiện các lệnh. Mỗi ô chứa thông tin chi tiết: dữ liệu ô nào sẽ được lấy, giao dịch nào nên được thực hiện trên chúng, nơi lưu kết quả (phần sau được thực hiện trongthiết bị lưu trữ). Dữ liệu đầu ra cũng có thể được xuất trực tiếp thông qua một thiết bị đầu ra. Trong trường hợp này (trái ngược với lưu trữ trong bộ nhớ), chúng được điều chỉnh để phù hợp với nhận thức của con người.
Việc quản lý và điều phối chung các khối cấu trúc trên của mạch do khối điều khiển (CU) thực hiện. Trong đó, chức năng điều khiển được giao cho bộ đếm lệnh, bộ đếm này lưu giữ một bản ghi chặt chẽ về thứ tự mà chúng được thực hiện.
Về một sự cố lịch sử
Về cơ bản, điều quan trọng cần lưu ý là công việc tạo ra máy tính vẫn mang tính tập thể. Máy tính Von Neumann được phát triển theo đơn đặt hàng và với chi phí của Phòng thí nghiệm đạn đạo của Lực lượng vũ trang Hoa Kỳ.
Sự cố lịch sử, kết quả của tất cả các công việc do một nhóm nhà khoa học thực hiện đều do John Neumann, được sinh ra một cách tình cờ. Thực tế là bản mô tả chung về kiến trúc (đã được gửi đến cộng đồng khoa học để xem xét) trên trang đầu tiên có một chữ ký duy nhất. Và đó là chữ ký của Neumann. Vì vậy, do các quy tắc báo cáo kết quả nghiên cứu, các nhà khoa học có ấn tượng rằng người Hungary nổi tiếng là tác giả của tất cả các công trình toàn cầu này.
Thay cho lời kết
Công bằng mà nói, cần lưu ý rằng ngay cả ngày nay quy mô các ý tưởng của nhà toán học vĩ đại về sự phát triển của máy tính đã vượt quá khả năng văn minh của thời đại chúng ta. Đặc biệt, công trình của von Neumann đã gợi ý cho các hệ thống thông tin khả năng tự tái tạo. Và công việc chưa hoàn thành cuối cùng của anh ấy được gọi là siêu thích hợp cho đến tận ngày nay:"Máy tính và bộ não".
