Фон Нейман деген кім? Оның есімімен қалың бұқараға таныс, тіпті жоғары математиканы ұнатпайтындар да ғалымды біледі.
Ең бастысы, ол компьютер жұмысының жан-жақты логикасын жасаған. Бүгінгі күні ол миллиондаған үй және кеңсе компьютерлеріне енгізілді.
Нейманның ең үлкен жетістіктері
Оны адам-математикалық машина, мінсіз логикасы бар адам деп атаған. Шешімі ғана емес, осы бірегей құралдың алдын ала жасалуын талап ететін күрделі тұжырымдамалық тапсырмаға тап болғанда, ол шын жүректен қуанды. Ғалымның өзі әдеттегі қарапайымдылығымен соңғы жылдары өте қысқаша – үш тармақта – математикаға қосқан үлесін жариялады:
- кванттық механиканы негіздеу;
- шектелмеген операторлар теориясын құру;
- эргодикалық теория.
Ол ойын теориясына, электронды есептеуіш машиналардың қалыптасуына, автоматтар теориясына қосқан үлесін айтпады. Және бұл түсінікті, өйткені ол академиялық математика туралы айтты, мұнда оның жетістіктері Анри Пуанкаре, Дэвид Гильберт, Герман Вейлдің еңбектері сияқты адам интеллектінің әсерлі шыңдары болып көрінеді.
Көпшіл сангвиник түрі
Бір уақыттаоның барлық достары фон Нейманның жұмыс істеу қабілетімен қатар керемет әзіл-оспақ, тамаша әңгімеші болғанын және оның Принстондағы (АҚШ-қа көшкеннен кейін) үйі ең қонақжай және мейірімді болғанын еске алды. Жан достары оны жақсы көретін, тіпті оны Джонни деп атайтын.
Ол өте типтік математик болған. Венгр адамдарға қызығатын, ол өсек-аяңға ерекше көңіл бөлетін. Алайда ол адамның әлсіздігіне шыдамдылық танытты. Ол ымыраға келмейтін жалғыз нәрсе - ғылыми адалдық.
Ғалым жүйенің ауытқулары туралы статистиканы жинау үшін адамның әлсіз жақтары мен сырларын жинап жатқан сияқты. Ол тарихты, әдебиетті жақсы көретін, фактілер мен даталарды энциклопедиялық түрде есте сақтайтын. Фон Нейман ана тілінен басқа ағылшын, неміс және француз тілдерін жетік меңгерген. Ол кемшіліксіз болмаса да, испан тілінде сөйледі. Латын және грек тілдерінде оқыңыз.
Бұл данышпан қандай болды? Бойы орташа, сұр костюм киген, жайбарақат, бірақ біркелкі емес, бірақ әйтеуір стихиялы түрде жылдамдайтын және баяу жүретін ер адам. Түсінікті көзқарас. Жақсы сұхбаттасушы. Ол өзін қызықтыратын тақырыптарда сағаттап сөйлесе алатын.
Балалық және жастық шақ
Фон Нейманның өмірбаяны 23.12.1903 жылы басталады. Сол күні Будапештте банкир Макс фон Нейманның отбасында үш ұлдың үлкені Янош дүниеге келді. Ол болашақта Атлант мұхиты арқылы Джон болады. Адамның өмірінде табиғи қабілеттерін дамытатын дұрыс тәрбиенің мәні қаншама! Мектепке дейін Янды әкесі жалдаған мұғалімдер оқытты. Бала орта білім алдыэлиталық лютерандық гимназия. Айтпақшы, болашақ Нобель сыйлығының иегері Э. Вигнер онымен бір уақытта бірге оқыған.
Сосын жас жігіт Будапешт университетін бітірді. Бақытымызға орай, Янош университетте оқып жүргенде жоғары математика мұғалімі Ласло Рацпен танысады. Дәл осы бас әріппен жазылған мұғалім жас жігіттің болашақ математикалық данышпанын ашуға берілген. Ол Яношты Липот Фейер бірінші скрипкада ойнаған венгр математикалық элитасының шеңберімен таныстырды.
М. Фекете мен И. Куршактың қамқорлығының арқасында фон Нейман оқуға түсу куәлігін алған кезде ғылыми ортада жас талант ретінде беделге ие болды. Оның бастамасы шынымен ерте болды. Янош 17 жасында «Кіші көпмүшелердің нөлдерінің орналасуы туралы» атты алғашқы ғылыми еңбегін жазды.
Романтикалық және классикалық бір нәрсеге айналды
Нейман құрметті математиктер арасында өзінің жан-жақтылығымен ерекшеленеді. Тек сандар теориясын қоспағанда, математиканың барлық басқа салаларына венгрлердің математикалық идеялары белгілі бір дәрежеде әсер етті. Ғалымдар (В. Освальдтың классификациясы бойынша) не романтиктер (идеяларды тудырушы), не классиктер (олар идеялардан нәтиже шығарып, толық теорияны құрастыра алады.) Оны екі түрге де жатқызуға болады. Түсінікті болу үшін біз фон Нейманның негізгі еңбектерін, олар қатысты болатын математика бөлімдерін белгілей отырып ұсынамыз.
1. Жиын теориясы:
- «Жиындар теориясы аксиоматикасы туралы» (1923).
- «Теория бойыншаГильберттің дәлелдері» (1927).
2. Ойын теориясы:
- «Стратегиялық ойындар теориясы туралы» (1928).
- «Экономикалық мінез-құлық және ойын теориясы» іргелі жұмысы (1944).
3. Кванттық механика:
- «Кванттық механиканың негіздері туралы» (1927).
- «Кванттық механиканың математикалық негіздері» монографиясы (1932).
4. Эргодикалық теория:
- «Функционалдық операторлар алгебрасында..» (1929).
- «Оператор сақиналарында» шығармалар сериясы (1936 - 1938).
5. Компьютерді жасаудың қолданбалы тапсырмалары:
- "Жоғары ретті матрицалардың сандық инверсиясы" (1938).
- «Автоматтардың логикалық және жалпы теориясы» (1948).
- "Сенімсіз элементтерден сенімді жүйелердің синтезі" (1952).
Алғашында Джон фон Нейман адамның өзінің сүйікті ғылымымен айналысу қабілетін бағалаған. Оның ойынша, Құдайдың оң қолымен адамдарға математикалық қабілеттерін 26 жасқа дейін дамыту берілген. Ғалымның пікірінше, бұл өте маңызды. Сонда «ғылым патшайымы» ұстанушыларының кәсіби шыңдалу кезеңі болады.
Онжылдық тәжірибенің арқасында өсіп келе жатқан біліктілік, Нейманның айтуынша, табиғи қабілеттердің төмендеуінің орнын толтырады. Дегенмен, көптеген жылдар өтсе де, ғалымның өзі талантымен де, маңызды мәселелерді шешуде шексіз болатын таңғажайып өнімділігімен де ерекшеленді. Мысалы, кванттық теорияны математикалық негіздеу оған екі жыл ғана уақытын алды. Ал зерттеу тереңдігі бойынша бұл бүкіл ғылыми қауымдастықтың ондаған жылдық еңбегіне тең болды.
Ойфон Нейман принциптері
Құрметті профессорлар «арыстанды тырнағынан танисың» деген еңбегі туралы жас Нейман әдетте зерттеуін қалай бастады? Ол мәселені шешуге кірісіп, алдымен аксиомалар жүйесін тұжырымдады.
Ерекше жағдайды алайық. Фон Нейманның компьютерлік құрылыстың математикалық философиясын тұжырымдауында өзекті болып табылатын принциптері қандай? Олардың алғашқы рационал аксиоматикасында. Бұл хабарлардың тамаша ғылыми интуицияға толы екені рас емес пе!
Олар сенімді және объективті, бірақ оларды әлі компьютер болмаған кезде теоретик жазған:
1. Есептеу машиналары екілік түрде берілген сандармен жұмыс істеуі керек. Соңғысы жартылай өткізгіштердің қасиеттерімен сәйкес келеді.
2. Құрылғы шығаратын есептеу процесі орындалатын пәрмендердің формальды тізбегі болып табылатын басқару бағдарламасы арқылы басқарылады.
3. Компьютердің жады екі функцияны орындайды: деректерді де, бағдарламаларды да сақтау. Сонымен қатар, олар да, басқалары да екілік пішінде кодталған. Бағдарламаларға қол жеткізу деректерге қол жеткізуге ұқсас. Деректер түрі бойынша олар бірдей, бірақ олар өңдеу және жад ұяшығына кіру тәсілімен ерекшеленеді.
4. Компьютердің жад ұяшықтары адрестеледі. Белгілі бір мекенжайда ұяшықта сақталған деректерге кез келген уақытта қол жеткізуге болады. Бағдарламалауда айнымалылар осылай жұмыс істейді.
5. Шартты операторларды қолдану арқылы командаларды орындаудың бірегей ретін қамтамасыз ету. Бұл ретте олар жазудың табиғи тәртібімен емес, көрсетілгенге сәйкес орындаладысекіру мақсатты бағдарламашы.
Таңдандырған физиктер
Нейманның көзқарасы оған физикалық құбылыстардың кең әлемінде математикалық идеяларды табуға мүмкіндік берді. Джон фон Нейманның қағидалары EDVAK компьютерін жасау бойынша физиктермен бірлескен шығармашылық жұмысында қалыптасты.
Олардың бірі С. Улам есімді Джонның олардың ойларын әп-сәтте қабылдап, сосын оны миында математика тіліне аударғанын есіне алды. Өздігінен тұжырымдалған өрнектер мен схемаларды шешкеннен кейін (ғалым бірден дөрекі есептеулерді санасында жасады), осылайша ол мәселенің мәнін түсінді.
Ал жасалған дедуктивті жұмыстың соңғы кезеңінде венгр өз тұжырымдарын қайтадан «физика тіліне» айналдырып, абдырап қалған әріптестеріне осы ең өзекті ақпаратты берді.
Мұндай дедукция жобаны әзірлеуге қатысқан әріптестерге қатты әсер етті.
Компьютер жұмысының аналитикалық негіздемесі
Фон Нейман компьютерінің жұмыс істеу принциптері жеке машина және бағдарламалық қамтамасыз ету бөліктерін қабылдады. Бағдарламаларды өзгерту кезінде жүйенің шексіз функционалдығына қол жеткізіледі. Ғалым болашақ жүйенің негізгі функционалдық элементтерін өте ұтымды аналитикалық анықтай алды. Бақылау элементі ретінде ол оған кері байланысты қабылдады. Ғалым болашақта ақпараттық революцияның кілтіне айналған құрылғының функционалдық бірліктеріне де атау берді. Сонымен, фон Нейманның ойдан шығарылған компьютері мыналардан тұрды:
- машина жады немесе сақтау құрылғысы (жад ретінде қысқартылған);
- логикалық-арифметикалық бірлік (ALU);
- басқару блогы (CU);
- енгізу/шығару құрылғылары.
Тіпті басқа ғасырда біз оның қол жеткізген тамаша логикасын түсінік, аян ретінде қабылдай аламыз. Дегенмен, шынымен солай болды ма? Өйткені, бүкіл жоғарыда аталған құрылым өз мәні бойынша адам кейпіндегі бірегей логикалық машина жұмысының жемісі болды, оның аты Нейман.
Математика оның негізгі құралына айналды. Керемет, өкінішке орай, марқұм классик Умберто Эко мұндай құбылыс туралы жазды. «Данышпан әрқашан бір элементте ойнайды. Бірақ оның керемет ойнағаны сонша, басқа элементтердің барлығы осы ойынға енгізілген!»
Компьютердің функционалды диаграммасы
Айтпақшы, ғалым бұл ғылым туралы түсінігін «Математик» мақаласында баяндаған. Ол кез келген ғылымның дамуын оның математикалық әдістің ауқымында болуымен қарастырды. Жоғарыда аталған өнертабыстың маңызды бөлігіне айналған оның математикалық модельдеуі болды. Жалпы, фон Нейманның классикалық архитектурасы диаграммада көрсетілгендей болды.
Бұл схема келесідей жұмыс істейді: бастапқы деректер, сондай-ақ бағдарламалар енгізу құрылғысы арқылы жүйеге кіреді. Болашақта олар арифметикалық логикалық блокта (ALU) өңделеді. Ол командаларды орындайды. Олардың әрқайсысында мәліметтер бар: деректерді қай ұяшықтардан алу керек, олар бойынша қандай транзакцияларды орындау керек, нәтижені қайда сақтау керек (соңғысысақтау құрылғысы). Шығару деректерін шығару құрылғысы арқылы тікелей шығаруға болады. Бұл жағдайда (жадта сақтаудан айырмашылығы) олар адамның қабылдауына бейімделген.
Тізбектің жоғарыда аталған құрылымдық блоктарын жалпы басқаруды және үйлестіруді басқару блогы (БҚ) орындайды. Онда басқару функциясы олардың орындалу ретінің қатаң есебін жүргізетін командалық есептегішке жүктелген.
Тарихи оқиға туралы
Негізгі болу үшін компьютерлерді жасау бойынша жұмыс әлі де ұжымдық болғанын атап өткен жөн. Фон Нейман компьютерлері АҚШ Қарулы Күштерінің баллистикалық зертханасының тапсырысы бойынша және оның есебінен жасалған.
Нәтижесінде бір топ ғалымдар жүргізген барлық жұмыс Джон Нейманға жатқызылған тарихи оқиға кездейсоқ дүниеге келген. Өйткені, архитектураның жалпы сипаттамасы (ол ғылыми қоғамдастыққа қарауға жіберілген) бірінші бетте бір ғана қолтаңбадан тұрады. Бұл Нейманның қолтаңбасы болды. Осылайша, зерттеу нәтижелерін хабарлау ережелеріне байланысты ғалымдар атақты венгриялық осы барлық жаһандық жұмыстың авторы деген әсерге ие болды.
Қорытындының орнына
Әділ болу үшін айта кететін жайт, бүгінгі күннің өзінде ұлы математиктің компьютерді дамыту жөніндегі идеяларының ауқымы біздің заманымыздың өркениеттік мүмкіндіктерінен асып түсті. Атап айтқанда, фон Нейманның жұмысы ақпараттық жүйелерге өзін-өзі көбейту мүмкіндігін беруді ұсынды. Оның соңғы, аяқталмаған жұмысы бүгінгі күні де өте өзекті деп аталды:"Компьютер және ми".
