Джон фон нейман достижения. История информатики в лицах и датах: Джон фон Нейман

Венгерский еврей Джон фон Нейман был, пожалуй, последним представителем исчезающей ныне породы математиков, одинаково уютно чувствовавших себя в чистой и прикладной математике (как и в других областях науки и искусства). Ему приписывают обогащение или даже создание целых областей математических исследований, в том числе математической логики и теории множеств, теории мер, колец операторов (называемых ныне «алгеброй фон Неймана»), теории игр (в особенности его знаменитой теоремы о минимаксе) и концепций автоматов. Теория игр широко применялась в 1950-е при принятии экономических, военных и политических решений в США. Наибольшее же воздействие фон Нейман оказал на разработку новых методов программирования и механических устройств, служащих основой вычислительных машин. Фон Неймана с полным правом называли «отцом компьютера».

Отец фон Неймана был преуспевающим банкиром, который приобрел благородную приставку «фон» у венгерского правительства. Джон, урожденный Янош, старший из трех братьев, так необычно проявил в очень раннем возрасте удивительные способности к математике, чтоучителя начальной школы приглашали университетских профессоров давать ему уроки. Джон демонстрировал почти Моцартово умение синтезировать в корне отличные концепции с поразительной точностью и молниеносной быстротой. К девятнадцати годам он уже преподавал специальный курс математики в Берлине (где одновременно посещал лекции Альберта Эйнштейна). Джон также навестил в Геттингене великого математика Давида Гильберта, личность и творчество которого стали для фон Неймана, пожалуй, величайшим источником вдохновения.

После изучения машиностроения в Цюрихе и преподавания в Берлине и Гамбурге, в тридцатилетнем возрасте фон Нейман стал самым молодым исследователем Института специальных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси. Во время Второй мировой войны принимал участие в Лос-Аламосе в тайной разработке атомной бомбы. После войны служил в Комиссии атомной энергии. Умер он в 1957 г. от рака.

Разочарованный компьютерами, имевшимися в распоряжении разработчиков атомной бомбы по проекту «Манхэттен» в Лос-Аламосе, фон Нейман изучил работу машин и разработал новые методы вычисления. Он придумал особые коды, запускавшие систему соединений для получения ответов на множество вопросов. Это устройство и разработанное им программирование служат образцами, на которых основаны современные вычислительные машины.

В отличие от Силарда и Бора, искавших пути контроля над распространением ядерного оружия, ярый антикоммунист фон Нейман внес свой вклад в оправдание американской гонки вооружений во времена администрации Эйзенхауэра. Даже противясь наскокам сенатора Джозефа Маккарти (напоминавшим ему фашистские преследования) на Роберта Оппенгеймера и других ученых, фон Нейман в последние годы жизни усиленно помогал оборонному ведомству, применяя свою теорию игр и поразительные математические способности в разработке более смертоносных схем военной стратегии.

В середине 40-х годов имелось несколько возможных путей для создания электронных компьютеров. Нельзя сбрасывать со счетов гарвардскую архитектуру; она сложнее в реализации, чем фон-неймановская, но может обеспечить существенно более высокую производительность, поэтому она сохранилась во встраиваемых процессорах, где скорость обработки сигналов наиболее критична. Но судьба распорядилась так, что в широком масштабе была однозначно и безоговорочно принята архитектура фон Неймана. В ней постулировались три основных принципа.

• Программное управление. Программа состоит из последовательности машинных команд, выбираемых из памяти с помощью счетчика команд. Счетчик — это обычный регистр, он либо автоматически увеличивается на единицу по завершении текущей команды, либо его состояние меняется принудительно при выполнении команд условного или безусловного переходов.

• Однородность памяти. И программы, и данные хранятся в общей памяти; над кодами команд можно выполнять такие же действия, что и над кодами данных. Следовательно, программу можно модифицировать в процессе выполнения, например можно управлять выполнением циклов и подпрограмм; программа может быть результатом действия другой программы, на этом основаны методы компиляции.

• Адресация. Память состоит из перенумерованных ячеек, и процессору в любой момент времени доступна любая ячейка.

У этих положений есть чрезвычайно важное следствие: аппаратура является неизменной частью вычислительной машины, а программы — переменной.

Современные и программное, и аппаратное обеспечение за самым малым исключением являются производными от этого выбора. Но фон-неймановская архитектура, как и все в этом мире, не вечна; незаметно для большинства происходит ее моральное старение. Критику этой архитектуры и неизбежный со временем отказ от нее не следует рассматривать как критику в адрес самого фон Неймана — скорее, справедливая критика может быть направлена в адрес тех, кто десятилетиями догматизировал его взгляды.

Анекдоты и факты из биографии Джона фон Неймана.

• Нейман обладал почти абсолютной памятью, так что мог через много лет пересказывать страницы некогда прочитанных книг, тут же переводя текст на английский или немецкий языки, а с небольшими задержками и на французский или итальянский.

• Когда Нейман выступал у доски, то он очень быстро покрывал всю ее поверхность различными формулами, а затем очень быстро все стирал, так что не все успевали понять ход его рассуждений. Однажды один из его коллег, наблюдая за манипуляциями Неймана у доски, пошутил: "Все понятно, это доказательство методом стирания с доски".

• Еще в 1928 году Нейман написал статью "К теории стратегических игр". В ней он доказал знаменитую теорему о минимаксе, которая послужила одной из основ созданной позднее теории игр. Эта статья получилась в результате исследования игры в покер двух партнеров и обсуждения оптимальной стратегии для каждого из игроков. Однако эта работа мало помогла самому Нейману при игре в покер. Так в 1944 году в Лос-Аламосе он проиграл 10 долларов Н. Метрополису сразу же после того, как разъяснил ему эту теорию. Получив выигрыш, Метрополис купил за 5 долларов книгу Неймана и Моргенштерна "Теория игр и экономическое поведение", наклеил на нее другие 5 долларов и заставил автора расписаться об истории этого проигрыша на книге.

• В 1936 году С. Улам спросил у Неймана, как он смотрит на положение в Европе и оценивает роль Франции. Нейман пророчески ответил: "Что вы, Франция не будет иметь никакого значения!"

• Рассказывают, что во время работ над созданием водородной бомбы фон Нейман и С. Улам разработали метод независимых статистических испытаний, известный теперь, как метод Монте-Карло. Одной из главных сложностей при разработке этого метода было отсутствие в то время генераторов случайных чисел. Тогда Нейман предложил использовать для выработки последовательностей случайных чисел одну из рулеток в казино Монте-Карло, где были лучшие рулетки, а следовательно, и вырабатывались лучшие последовательности случайных чисел. Военное ведомство согласилось на аренду одного из таких устройств, Улам и Нейман вдоволь наигрались за государственный счет в рулетку, а свой метод в память об этом они назвали методом Монте-Карло.

• Когда Нейман предложил Уламу участвовать в атомном проекте, тот несколько засомневался и сказал, что он ничего не понимает в технике, что он даже не знает, как работает бачок унитаза, хотя и не сомневается, что там происходят какие-то гидродинамические процессы. Нейман рассмеялся и сказал, что он тоже этого не знает.

• Нейман не мог себе представить, что математика кому-то может казаться сложной: "Если люди не полагают, что математика проста, то только потому, что они не понимают, как на самом деле сложна жизнь".

• Обсуждая сложную проблему выработки случайных чисел, Нейман говорил: "Человек, рассматривающий арифметические методы создания случайных чисел, пребывает, конечно, в греховном состоянии".

• Про Неймана писали, что он мог лечь спать с нерешенной проблемой, а в три часа ночи проснуться с готовым ответом. После чего он шел к телефону и звонил своим сотрудникам. Поэтому одним из требований Неймана к своим сотрудникам была готовность быть разбуженным среди ночи.

• Нейман слыл непревзойденным знатоком и рассказчиком анекдотов и часто вставлял их даже в самые серьезные и ответственные выступления.

• Во время поездки в автомобиле Нейман мог за рулем так увлечься решением какой-нибудь проблемы, что терял ориентацию в пространстве и нуждался в уточнениях. Его жена рассказывала, что он мог позвонить и спросить, например, следующее: "Я доехал до Нью-Брансуика, видимо, еду в Нью-Йорк, но забыл, куда и зачем".

• В театры Нейман не ходил, а в кино с женой засыпал сразу же после киножурнала, с первыми кадрами фильма. Когда та с упреком будила его перед окончанием фильма, он в свое оправдание придумывал такие сюжеты картин, которые часто были увлекательнее увиденных, но не имели с ними ничего общего.

• Следует заметить, что Нейман с детства привык к обеспеченной жизни, и поэтому любил повторять слова одного из своих дядюшек: "Недостаточно быть богатым, надо еще иметь деньги в Швейцарии".

• Известно, что Нейман был трудоголиком, он начинал работать еще до завтрака. Часто во время званых вечеров он мог покинуть гостей на некоторое время, чтобы записать пришедшие в голову мысли.

• Теллер как-то в шутку сказал о Неймане, что тот является одним из немногих математиков, способных снизойти до уровня физика.

• Свою энергичность и работоспособность Нейман объяснял так: "Только человек, родившийся в Будапеште, может, войдя во вращающиеся двери после вас, выйти из них первым".

• Однажды во время работы над атомным проектом в Лос-Аламосе потребовалось произвести какой-то очень сложный расчет. За дело взялись Энрико Ферми, Ричард Фейнман и Джон фон Нейман. Ферми взял свою любимую логарифмическую линейку, карандаш и кучу листов бумаги. Фейнман обложился различными справочниками, включил электрический калькулятор (самый быстрый из существовавших в то время) и углубился в расчеты. Нейман считал в уме. Результаты, которые практически совпали, они получили одновременно.

• Знаменитый венгерский математик Л. Фейер (1880-1959) назвал Неймана "самым знаменитым Яношем за всю историю страны".

• Основоположником и отцом всех вирусов можно считать Джона Фон Неймана. Именно он придумал теорию самовоспроизводящихся механизмов и впервые описал метод создание такого механизма.

НЕОБЫЧНЫЕ СПОСОБНОСТИ

Как уже говорилось, Джон фон Нейман обладал неординарными способностями.Содержание прочитанных когда-то художественных или научно-популярных книг он помнил наизусть.процитировать любую страницу этого сборника. Благодаря абсолютной памяти ученый свободно говорил на немецком, английском, французском, итальянском, испанском языках. Владел греческим и латынью. Например, прочитав «Всемирную историю» в 44 томах, Джон фон Нейман через много лет мог

Его способности производить сложные математические вычисления в уме были поразительны. Однажды, в исследовательском центре по разработке ядерного оружия в Лос-Аламосе (США), у ученых возникла необходимость срочно рассчитать какой-то процесс. За эту работу взялись трое - Джон фон Нейман и не менее именитые физики Ричард Фейнман и Энрико Ферми. Ричард Фейнман использовал самым быстрый в то время электрический калькулятор, Энрико Ферми логарифмическую линейку, а Джон фон Нейман считал в уме. Все трое закончили вычисления одновременно!

Конечно, Джон фон Нейман не был единственным человеком в истории, обладающим такими феноменальными способностями. Время от времени появляются уникумы, удивляющие «простых смертных» своими возможностями. Однако многие из них не продвинулись дальше выступлений в цирке на потеху публике. Джон фон Нейман - редкое исключение. Его способности служили делу науки. Первая печатная работа ученого была написана совместно с сотрудником Будапештского университета Фекете, она называлась «О расположении нулей некоторых минимальных полиномов». Фон Нейману было тогда всего 18 лет. Еще одной из необыкновенных способностей выдающегося ученого был также дар находить практическое применение абстрактным математическим теориям. Если бы не этот дар человечество значительно позже стало бы использовать компьютеры, управлять экономикой, а США обладать ядерным оружием.

Биография

Джон фон Нейман - венгеро-американский математик еврейского происхождения, сделавший важный вклад в квантовую физику, квантовую логику, функциональный анализ, теорию множеств, информатику, экономику и другие отрасли науки.

Наиболее известен как человек, с именем которого связывают архитектуру большинства современных компьютеров (так называемая архитектура фон Неймана), применение теории операторов к квантовой механике (алгебра фон Неймана), а также как участник Манхэттенского проекта и как создатель теории игр и концепции клеточных автоматов.

Янош Лайош Нейман родился старшим из трёх сыновей в состоятельной еврейской семье в Будапеште, бывшем в те времена второй столицей Австро-Венгерской империи. Его отец, Макс Нейман (венг. Neumann Miksa, 1870-1929), переселился в Будапешт из провинциального городка Печ в конце 1880-х годов, получил степень доктора от юриспруденции и работал адвокатом в банке; вся его семья происходила из Серенча. Мать, Маргарет Канн (венг. Kann Margit, 1880-1956), была домохозяйкой и старшей дочерью (во втором браке) преуспевающего коммерсанта Якоба Канна - партнёра в фирме «Kann-Heller», специализирующейся на торговле мельничными жерновами и другим сельскохозяйственным оборудованием. Её мать, Каталина Майзельс (бабушка учёного), происходила из Мункача.

Янош, или просто Янчи, был необыкновенно одарённым ребёнком. Уже в 6 лет он мог разделить в уме два восьмизначных числа и беседовать с отцом на древнегреческом. Янош всегда интересовался математикой, природой чисел и логикой окружающего мира. В восемь лет он уже хорошо разбирался в математическом анализе. В 1911 году он поступил в лютеранскую гимназию. В 1913 году его отец получил дворянский титул, и Янош вместе с австрийским и венгерским символами знатности - приставкой фон (von) к австрийской фамилии и титулом Маргиттаи (Margittai) в венгерском именовании - стал называться Янош фон Нейман или Нейман Маргиттаи Янош Лайош. Во время преподавания в Берлине и Гамбурге его называли Иоганн фон Нейман. Позже, после переселения в 1930-х годах в США, его имя на английский манер изменилось на Джон. Любопытно, что его братья после переезда в США получили совсем другие фамилии: Vonneumann и Newman. Первая, как можно заметить, является «сплавом» фамилии и приставки «фон», вторая же - дословным переводом фамилии с немецкого на английский.

Фон Нейман получил степень доктора философии по математике (с элементами экспериментальной физики и химии) в университете Будапешта в 23 года. Одновременно он изучал химические технологии в швейцарском Цюрихе (Макс фон Нейман полагал профессию математика недостаточной для того, чтобы обеспечить надёжное будущее сына). С 1926 по 1930 год Джон фон Нейман был приват-доцентом в Берлине.

В 1930 году фон Нейман был приглашён на преподавательскую должность в американский Принстонский университет. Был одним из первых приглашённых на работу в основанный в 1930 году научно-исследовательский Институт перспективных исследований, также расположенный в Принстоне, где с 1933 года и до самой смерти занимал профессорскую должность.

В 1936-1938 годах Алан Тьюринг защищал в институте под руководством Алонзо Чёрча докторскую диссертацию. Это случилось вскоре после публикации в 1936 году статьи Тьюринга «О вычислимых числах в применении к проблеме разрешимости» (англ. On Computable Numbers with an Application to the Entscheidungs problem), которая включала в себя концепции логического проектирования и универсальной машины. Фон Нейман, несомненно, был знаком с идеями Тьюринга, однако неизвестно, применял ли он их в проектировании IAS-машины десять лет спустя.

В 1937 году фон Нейман стал гражданином США. В 1938 он был награждён премией имени М. Бохера за свои работы в области анализа.

Первый успешный численный прогноз погоды был произведен в 1950 году с использованием компьютера ENIAC командой американских метеорологов совместно с Джоном фон Нейманом.

В октябре 1954 года фон Нейман был назначен членом Комиссии по атомной энергии, которая ставила своей главной заботой накопление и развитие ядерного оружия. Он был утвержден Сенатом Соединенных Штатов 15 марта 1955 года. В мае он и его жена переехали в Вашингтон, пригород Джорджтаун. В течение последних лет жизни фон Нейман был главным советником по атомной энергии, атомному оружию и межконтинентальному баллистическому оружию. Возможно, вследствие своего происхождения или раннего опыта в Венгрии, фон Нейман решительно придерживался правого крыла политических взглядов. В статье журнала «Жизнь», опубликованной 25 февраля 1957 года, вскоре после его смерти, он представлен приверженцем предупредительной войны с Советским Союзом.

Летом 1954 года фон Нейман ушиб левое плечо при падении. Боль не проходила, и хирурги поставили диагноз: костная форма рака. Предполагалось, что рак фон Неймана мог быть вызван радиоактивным облучением при испытании атомной бомбы в Тихом океане или, может быть, при последующей работе в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико (его коллега, пионер ядерных исследований Энрико Ферми, умер от рака желудка на 54 году жизни). Болезнь прогрессировала, и посещение три раза в неделю совещаний КАЭ (Комиссии по атомной энергии) требовало огромных усилий. Через несколько месяцев после постановки диагноза фон Нейман умер в тяжёлых мучениях. Когда он лежал при смерти в госпитале Вальтера Рида, он попросил встречи с католическим священником. Ряд знакомых учёного полагают, что, поскольку он был агностиком большую часть сознательной жизни, это желание не отражало его реальные взгляды, а было вызвано страданиями от болезни и страхом смерти.

Основания математики

В конце девятнадцатого века аксиоматизация математики по примеру Начал Евклида достигла нового уровня точности и широты. Особенно сильно это было заметно в арифметике (благодаря аксиоматике Ричарда Дедекинда и Чарльза Сандерса Пирса), а также в геометрии (благодаря Давиду Гильберту). К началу двадцатого века было предпринято несколько попыток формализовать теорию множеств, однако в 1901 Бертраном Расселом была показана противоречивость наивного подхода, использовавшегося ранее (парадокс Рассела). Этот парадокс вновь подвесил в воздухе вопрос о формализации теории множеств. Проблема была решена двадцать лет спустя Эрнстом Цермело и Абрахамом Френкелем. Аксиоматика Цермело - Френкеля позволила конструировать множества обычно используемые в математике, однако они не смогли явно исключить из рассмотрения парадокс Рассела.

В докторской диссертации в 1925 году фон Нейман продемонстрировал два способа, позволяющие исключить из рассмотрения множества из парадокса Рассела: аксиома основания и понятие класса. Аксиома основания требовала, чтобы каждое множество можно было сконструировать снизу-вверх в порядке возрастания шага по принципу Цермело и Френкеля таким образом, что если одно множество принадлежит другому, то необходимо, чтобы первое стояло прежде второго, тем самым исключая возможность множеству принадлежать самому себе. Для того чтобы показать то, что новая аксиома не противоречит другим аксиомам, фон Нейман предложил метод демонстрации (впоследствии названный методом внутренней модели), который стал важным инструментом в теории множеств.

Второй подход к проблеме выражался в том, чтобы взять за основу понятие класса и определить множество как класс, который принадлежит некоторому другому классу, и одновременно с этим ввести понятие собственного класса (класса, который не принадлежит другим классам). В предположениях Цермело-Френкеля аксиомы препятствуют конструированию множества всех множеств, которые не принадлежат самим себе. В предположениях фон Неймана класс всех множеств, не принадлежащих самим себе, может быть построен, но это собственный класс, то есть он не является множеством.

С помощью этой конструкции фон Неймана аксиоматическая система Цермело - Френкеля смогла исключить парадокс Рассела как невозможный. Следующей проблемой стал вопрос о том, можно ли определить эти конструкции, или этот объект не подлежит улучшению. Строго отрицательный ответ был получен в сентябре 1930 года на математическом конгрессе в Кенингсберге, на котором Курт Гёдель представил свою теорему о неполноте.

Математические основы квантовой механики

Фон Нейман был одним из создателей математически строгого аппарата квантовой механики. Свой подход к аксиоматизации квантовой механики он изложил в работе «Математические основы квантовой механики» (нем. Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik) в 1932 году.

После завершения аксиоматизации теории множеств фон Нейман занялся аксиоматизацией квантовой механики. Он сразу понял, что состояния квантовых систем могут быть рассмотрены как точки в гильбертовом пространстве, подобно тому как в классической механике состояниям сопоставляются точки 6N-мерного фазового пространства. В таком случае обычные для физики величины (такие как позиция и импульсы) могут быть представлены как линейные операторы над гильбертовым пространством. Таким образом изучение квантовой механики было редуцировано к изучению алгебр линейных эрмитовых операторов над гильбертовым пространством.

Надо заметить, что в этом подходе принцип неопределенности, согласно которому точное определение местоположения и импульса частицы одновременно невозможны, выражается в некоммутативности соответствующих этим величинам операторов. Эта новая математическая формулировка включила в себя формулировки Гейзенберга и Шрёдингера как частные случаи.

Теория операторов

Главными работами фон Неймана по теории колец операторов стали работы, связанные с алгебрами фон Неймана. Алгебра фон Неймана - это *-алгебра ограниченных операторов на гильбертовом пространстве, которая замкнута в слабой операторной топологии и содержит единичный оператор.

Теорема фон Неймана о бикоммутанте доказывает, что аналитическое определение алгебры фон Неймана эквивалентно алгебраическому определению как *-алгебры ограниченных операторов на гильбертовом пространстве, совпадающей со своим вторым коммутантом.

В 1949 Джон фон Нейман ввел понятие прямого интеграла. Одной из заслуг фон Неймана считается редукция классификации алгебр фон Неймана на сепарабельных гильбертовых пространствах к классификации факторов.

Клеточные автоматы и живая клетка

Концепция создания клеточных автоматов являлась порождением антивиталистической идеологии (индоктринации), возможности создания жизни из мертвой материи. Аргументация виталистов в XIX веке не учитывала, что в мертвой материи возможно хранение информации - программы, которая может изменить мир (например, станок Жакара - см. Ганс Дриш). Нельзя сказать, что идея клеточных автоматов перевернула мир, но она нашла применение почти во всех областях современной науки.

Нейман ясно видел предел своих интеллектуальных возможностей и чувствовал, что не может воспринять некоторые высшие математические и философские идеи.

Фон Нейман был блестящим, изобретательным, действенным математиком, с потрясающей широты кругом научных интересов, которые простирались и за пределы математики. Он знал о своём техническом таланте. Его виртуозность в понимании сложнейших рассуждений и интуиция были развиты в высшей степени; и тем не менее, ему было далеко до абсолютной самоуверенности. Возможно, ему казалось, что он не обладает способностью интуитивно предугадывать новые истины на самых высших уровнях или даром к мниморациональному пониманию доказательств и формулировок новых теорем. Мне трудно это понять. Может быть, это объяснялось тем, что пару раз его опередил или даже превзошёл кто-то другой. К примеру, его разочаровало то, что он не первым решил теоремы Гёделя о полноте. Ему это было больше чем под силу, и наедине с самим собой он допускал возможность того, что Гильберт избрал ошибочный ход решения. Другой пример - доказательство Дж. Д. Биркгофом эргодической теоремы. Его доказательство было более убедительным, более интересным и более независимым по сравнению с доказательством Джонни.

Данная проблематика личного отношения к математике была очень близка Уламу, см., например:

Помню, как в четыре года я резвился на восточном ковре, разглядывая дивную вязь его узора. Помню высокую фигуру отца, стоящего рядом, и его улыбку. Помню, что подумал: «Он улыбается, потому как думает, что я ещё совсем ребёнок, но я-то знаю, как удивительны эти узоры!». Я не утверждаю, что тогда мне пришли в голову в точности эти слова, но я уверен, что эта мысль возникла у меня в тот момент, а не позднее. Я определённо чувствовал: «Я знаю что-то, чего не знает мой папа. Возможно, я знаю больше чем он».

Участие в Манхэттенском проекте и вклад в информатику

Будучи экспертом в математике ударных волн и взрывов во время Второй мировой войны фон Нейман работал консультантом Лаборатории баллистических исследований (Army Ballistics Research Laboratory) Управления боеприпасов Армии США. По приглашению Оппенгеймера Фон Нейман был привлечен к работе в Лос-Аламосе над Манхеттэнским проектом начиная с осени 1943 года, где он работал над расчетами сжатия плутониевого заряда до критической массы путем имплозии.

Расчеты по этой задаче требовали больших вычислений, которые поначалу осуществлялись в Лос-Аламосе ручных калькуляторах, потом на механических табуляторах IBM 601, где использовались перфокарты. Фон Нейман, свободно разъезжая по стране, собирал информацию из разных источников о текущих проектах по созданию электронно-механических (Bell Telephone Relay-Computer, компьютер Mark I Говарда Айкена в Гарвардском университете использовался Манхеттенским проектом для расчетов весной 1944 г.) и полностью электронных компьютеров (ENIAC использовался в декабре 1945 года для расчетов по проблеме термоядерной бомбы).

Фон Нейман помогал в разработке компьютеров ENIAC и EDVAC, внес вклад в развитие науки о компьютерах в своей работе "Первый проект отчёта о EDVAC", где представил научному миру идею компьютера с программой хранимой в памяти. Эта архитектура до сих пор носит название архитектуры фон Неймана, и долгие годы реализовывалась во всех компьютерах и микропроцессорах.

После окончания войны фон Нейман продолжил работу в этой области, разрабатывая высокоскоростной исследовательский компьютер IAS-машину в Принстонском университете, который предполагалось использовать для ускорения расчетов по термоядерному оружию.

В честь Фон Неймана был назван компьютер JOHNNIAC, созданный в 1953 году в Корпорации RAND.

Личная жизнь

Фон Нейман был женат дважды. В первый раз он женился на Мариэтте Кёвеши (Mariette Kövesi) в 1930 году. Брак распался в 1937 году, а уже в 1938 он женился на Кларе Дэн (Klara Dan). От первой жены у фон Неймана родилась дочь Марина - в последующем известный экономист.

Память

В 1970 г. Международный астрономический союз присвоил имя Джона фон Неймана кратеру на обратной стороне Луны. В его память учреждены награды:

Медаль Джона фон Неймана,
Теоретическая премия фон Неймана,
Лекция Джона фон Неймана.

Джон фон Нейман краткая биография венгеро-американского математика, сделавшего вклад в функциональный анализ, квантовую логику, квантовую физику, теорию множеств, экономику и информатику.

Джон фон Нейман биография кратко

Годы жизни Джона фон Неймана 1903 – 1957

Будущий ученый появился на свет в столице Венгрии Будапеште. Еще с юного возраста мальчик интересовался природой математической логики и чисел. Кроме этого Нейман любил историю и прочитал 40 томов всемирной истории. В 10 лет его отдали в лучшую лютеранскую гимназию Будапешта. А в 1922 году он уже публиковался в журнале математического сообщества Германии.

По настоянию отца Джон фон Нейман сначала добывал высшее образование в будапештском Католическом университете Петера Пазманя, параллельно заканчивая базовый курс по химическому машиностроению в технической школе Цюриха в Швейцарии. Католический университет юноша закончил с докторской степенью по математике в 22 года, точно также, как и школу Цюриха.

Получив две научные степени, Нейман в 1926 посещал немецкий Геттингенский университет, где изучал квантовую механику и задался целью улучшить и упорядочить ее теории. Ученый искал общие черты матричной и волновой механик, изучал правила абстрактного пространства Гильберта.

Личная жизнь Неймана

В период 1927 – 1929 годов, когда он представил свою теорию квантовой механики, то стал посещать коллоквиумы и конференции. На его счету уже было 32 хорошо структурированные работы. Нейман стал настоящей звездой в кругах академиков, так его подходы к инновационным теориям были свежи и творческие. В 1929 году его взяли на должность преподавателя Принстонского университета. Тогда же он женится на Мариэтте Кевеши, которая в 1935 году родила ему дочь Марину. Но их брак не был долговечным – они расстались в 1936 году. Нейман отправляется в путешествие по Европе. Возвратившись в Америку, ученый знакомится с некой Кларой Дэн, впоследствии ставшей его женой в 1938 году.

Но самым его главным вкладом в науку является то, что он брал участие в создании ЭВМ, а также он был первым человеком, который создал принципы, по которым работает компьютер. Основные принципы Джона фон Неймана актуальны и сегодня: все современные электронно-вычислительные машины работают на этих принципах:

• Принцип двоичной системы вычисления команд и данных.
• Принцип программного управления. Программа являет собой набор команд, выполняемых процессором в определенной последовательности.
• Принцип однородности памяти. Все данные хранятся и кодируются в одной памяти.
• Принцип адресуемости памяти. Память состоит из нумерованных ячеек, и процессор имеет произвольный доступ к любой из них.
• Принцип последовательного программного управления. Команды, хранящиеся в памяти, выполняются поочередно после того, как завершилась предыдущая команда.
• Принцип условного перехода. Он был сформулирован Чарльзом Бэббиджем и Адой Лавлейс. Фон Нейман добавил его в свою общую архитектуру.

Причина смерти Джона фон Неймана

Известному ученому врачи поставили неутешительный диагноз – рак. Но, несмотря на то, что Джон сидел в каталке, математик вел активную жизнь. Умер великий ученый 8 февраля 1957 года.

Кто такой фон Нейман? С его именем знакомы широкие массы населения, ученого знают даже не увлекающиеся высшей математикой.

Все дело в том, что он разработал исчерпывающую логику функционирования вычислительной машины. На сегодняшний день она реализована в миллионах домашних и служебных компьютеров.

Величайшие достижения Неймана

Его называли человеком-математической машиной, человеком безупречной логики. Он искренно радовался, когда ему встречалась трудная концептуальная задача, требующая не просто разрешения, но и предварительного создания для этого уникального инструментария. Сам ученый с присущей ему скромностью в последние годы предельно кратко - в три пункта - огласил свой вклад в математику:

Обоснование квантовой механики;

Создание теории операторов неограниченных;

Теорию эргодическую.

Он даже не упомянул свой вклад в теорию игр, в становление электронных вычислительных машин, в теорию автоматов. И это понятно, ведь рассуждал он об академической математике, где его достижения выглядят такими же впечатляющими вершинами человеческого интеллекта, как и работы Анри Пуанкаре, Давида Гильберта, Германа Вейля.

Общительный сангвинистический типаж

При том при всем его друзья вспоминали, что наряду с нечеловеческой трудоспособность фон Нейман обладал потрясающим чувством юмора, был блестящим рассказчиком, а его дом в Принстоне (после переезда в США) слыл самым гостеприимным и радушным. Друзья души в нем не чаяли и даже за глаза называли просто по имени: Джонни.

Он был в высшей степени нетипичным математиком. Венгр интересовался людьми, его необычайно забавляли сплетни. Однако он более чем терпимо относился к человеческим слабостям. Единственное, в чем он был непримирим, - в научной нечестности.

Ученый словно коллекционировал людские слабости и причуды для набора статистики отклонений систем. Он любил историю, литературу, энциклопедически запоминая факты и даты. Фон Нейман кроме родного языка бегло разговаривал на английском, немецком, французском. Он также общался, правда, не без огрехов, на испанском. Читал на латыни и на греческом.

Как выглядел этот гений? Полный человек среднего роста в сером костюме с неторопливой, но неравномерной, а как-то спонтанно ускоряемой и замедляемой походкой. Проницательный взгляд. Хороший собеседник. На интересующие его темы мог беседовать часами.

Детство и юношество

Биография фон Неймана начинается с 23.12.1903 года. В тот день в Будапеште в семье банкира Макса фон Неймана родился Янош, старший из троих сыновей. Это ему в будущем за Атлантикой предстоит стать Джоном. Как много значит в жизни человека правильное воспитание, развивающее природные способности! Еще до школы Яна готовили нанятые отцом педагоги. Среднее образование мальчик получил в элитной лютеранской гимназии. Кстати, с ним одновременно учился Е. Вигнер, будущий лауреат Нобелевской премии.

Затем молодой человек получил высшее образование в Будапештском университете. К его счастью, еще в вузовское время Яношу встретился преподаватель высшей математики Ласло Рац. Именно этому учителю с большой буквы было дано открыть в юноше будущего математического гения. Он ввел Яноша в круг венгерской математической элиты, в которой первую скрипку играл Липот Фейер.

Благодаря шефству М. Фекете и И. Кюршака фон Нейман уже к моменту получения аттестата зрелости заслужил в научных кругах репутацию молодого дарования. Его старт действительно был ранним. Свою первую научную работу «О расположении нулей минимальных полиномов» Янош написал еще в возрасте 17 лет.

Романтик и классик в одном лице

Нейман выделяется в среде маститых математиков своей универсальностью. За исключением, пожалуй, лишь теории чисел, все другие разделы математики в той или иной степени были подвержены влиянию математических идей венгра. Ученые (по классификации В. Освальда) бывают либо романтиками (генераторами идей), либо классиками (умеют извлекать следствия из идей и формулировать законченную теорию.) Его можно было отнести к обоим типам. Представим для наглядности основные работы фона Неймана, при этом обозначив разделы математики, к которым они относятся.

- «Об аксиоматике теории множеств» (1923).

- «К теории доказательств Гильберта» (1927).

2. Теория игр:

- «К теории стратегических игр» (1928).

Фундаментальный труд «Экономическое поведение и теория игр» (1944).

3. Квантовая механика:

- «Об основаниях квантовой механики» (1927).

Монография «Математические основы квантовой механики» (1932).

4. Эргодическая теория:

- «Об алгебре функциональных операторов..» (1929).

Серия работ «О кольцах операторов» (1936 - 1938).

5. Прикладные задачи создания ЭВМ:

- «Численное обращение матриц высокого порядка» (1938).

- «Логическая и общая теория автоматов» (1948).

- «Синтез надежных систем из ненадежных элементов» (1952).

Оригинально Джон фон Нейман оценивал способности человека к занятиям своей любимой наукой. По его мнению, людям дано развивать математические способности до 26 лет. Именно ранний старт, по мнению ученого, принципиально важен. Затем у адептов «царицы наук» наступает период профессиональной изощренности.

Растущая благодаря десятилетиям занятий квалификация, по мнению Неймана, компенсирует убывание природных способностей. Однако даже спустя много лет самого ученого отличали и одаренность, и потрясающая работоспособность, становящаяся беспредельной при разрешении важных задач. Например, математическое обоснование квантовой теории заняло у него одного лишь два года. А по глубине проработки оно было эквивалентно десяткам лет работы всего научного сообщества.

О принципах фон Неймана

С чего обычно начинал свои исследования молодой Нейман, о работах которого маститые профессора говорили, что «по когтям узнают льва»? Он, приступая к разрешению проблемы, сперва формулировал систему аксиом.

Возьмем частный случай. В чем заключаются принципы фон Неймана, актуальные при формулировке им математической философии строительства ЭВМ? В их первичной рациональной аксиоматике. Не правда ли, блестящей научной интуицией проникнуты эти посылы!

Они цельные и предметные, хотя и написаны теоретиком, когда ЭВМ еще не было и в помине:

1. должны работать с числами, представленными в двоичной форме. Последняя коррелирует со свойствами полупроводников.

2. Вычислительный процесс, производимый машиной, контролируется при помощи управляющей программы, представляющей собой формализованную последовательность исполняемых команд.

3. Память вычислительной машины выполняет двоякую функцию: хранение и данных, и программ. Причем и те, и другие закодированы в двоичном виде. Доступ к программам аналогичен доступу к данным. По типу данных они одинаковы, однако их различают способы обработки и обращения к ячейке памяти.

4. Ячейки памяти ЭВМ адресны. По определенному адресу можно в любой момент обратиться к данным, хранимым в ячейке. Таким образом функционируют в программировании переменные.

5. Предусмотрение уникального порядка выполнение команд путем применения При этом они будут выполняться не в естественном порядке своей записи, а следуя указанной программистом адресности перехода.

Впечатливший физиков

Кругозор Неймана позволял находить математические идеи в широчайшем мире физических явлений. Принципы Джона фон Неймана формировались в творческой совместной работе по созданию ЭВМ ЭДВАК с учеными-физиками.

Один из них, по имени С. Улам, вспоминал, что Джон мгновенно схватывал их мысль, затем уже в своем мозгу переводил ее на язык математики. Разрешив же сформулированные собой выражения и схемы (прикидочные вычисления ученый практически мгновенно производил в уме), он таким образом разбирался в самой сущности задачи.

И на заключительном этапе проделанной дедуктивной работы венгр обратно трансформировал свои выводы на «язык физики» и выдавал эту актуальнейшую информацию оторопевшим коллегам.

Подобная дедуктивность производила сильное впечатление на коллег, участвовавших в разработке проекта.

Аналитическое обоснование работы ЭВМ

Принципы функционирования компьютера фон Неймана предполагали раздельную машинную и программную части. При смене программ достигается безграничная функциональность системы. Ученому удалось предельно рационально аналитически определить основные функциональные элементы будущей системы. Как элемент контроля он предполагал в ней обратную связь. Ученый же и дал название функциональным узлам устройства, ставшего в будущем ключом к информационной революции. Итак, воображаемая ЭВМ фон Неймана состояла из:

Машинной памяти, или запоминающего устройства (сокращенно - ЗУ);

Логико-арифметического устройства (АЛУ);

Управляющего устройства (УУ);

Устройств ввода-вывода.

Даже пребывая в другом столетии, мы можем воспринять достигнутую им блестящую логику как прозрение, как откровение. Однако так ли на самом деле это было? Ведь вся вышеупомянутая структура, по своей сути, стала плодом работы уникальной логической машины в человеческом обличье, имя которой - Нейман.

Математика стала его главным инструментом. Великолепно о подобном феномене написал, к сожалению, уже покойный классик Умберто Эко. «Гений всегда играет на одном элементе. Но играет настолько гениально, что в эту игру включаются все остальные элементы!»

Функциональная схема вычислительной машины

Кстати, свое понимание этой науки ученый изложил в статье «Математик». Прогресс любой науки он рассматривал в ее способности находиться в сфере действия математического метода. Именно проведенное им математическое моделирование стало существенной частью вышеупомянутого изобретения. В целом же классическая выглядела таким образом, как это изображено на схеме.

Эта схема работает следующим образом: исходные данные, а также программы поступают в систему через устройство ввода. В дальнейшем они проходят обработку в В нем выполняются команды. Любая из них содержит реквизиты: из каких ячеек следует брать данные, какие трансакции над ними выполнять, куда сохранять результат (последнее реализуется в запоминающем устройстве - ЗУ). Выходные данные могут также быть выведены непосредственно через устройство вывода. В этом случае (в отличие от хранения в ЗУ) они адаптированы к восприятию человеком.

Общее администрирование и координацию работы вышеупомянутых структурных блоков схемы выполняет устройство управления (УУ). В нем функция контроля возложена на счетчик команд, ведущий строгий учет порядка их выполнения.

Об историческом казусе

Если быть принципиальным, то важно заметить, что труд над созданием ЭВМ все-таки был коллективным. Компьютеры фон Неймана разрабатывались по заказу и за деньги Баллистической лаборатории вооруженных сил США.

Исторический казус, вследствие которого всю проведенную групой ученых работу приписали Джону Нейману, родился случайно. Дело в том, что общее описание архитектуры (которое рассылалось научному сообществу для ознакомления) на первой странице содержало единственную подпись. И это была подпись Неймана. Таким образом, из-за правил оформления результатов исследования у ученых сложилось впечатление, что автором всей этой глобальной работы был знаменитый венгр.

Вместо заключения

Справедливости ради следует отметить, что даже на сегодняшний день масштаб идей великого математика по развитию ЭВМ превысил цивилизационные возможности современности. В частности, работы фон Неймана предполагали придание информационным системам возможности к самовоспроизведению. А последний, незавершенный его труд назывался сверхактуально даже на сегодняшний день: «Вычислительная машина и мозг».

Джон фон Не́йман (John von Neumann, 28 декабря 1903, Будапешт — 8 февраля 1957, Вашингтон) — венгеро-американский математик еврейского происхождения, сделавший важный вклад в квантовую физику, квантовую логику, функциональный анализ, теорию множеств, информатику, экономику и другие отрасли науки.

Наиболее известен как человек, с именем которого связывают архитектуру большинства современных компьютеров (так называемая архитектура фон Неймана), применение теории операторов к квантовой механике (алгебра фон Неймана), а также как участник Манхэттенского проекта и как создатель теории игр и концепции клеточных автоматов.

Янош Лайош Нейман родился старшим из трёх сыновей в состоятельной еврейской семье в Будапеште, бывшем в те времена второй столицей Австро-Венгерской империи.

Янош, или просто Янчи, был необыкновенно одарённым ребёнком. Уже в 6 лет он мог разделить в уме два восьмизначных числа и беседовать с отцом на древнегреческом. Янош всегда интересовался математикой, природой чисел и логикой окружающего мира. В восемь лет он уже хорошо разбирался в математическом анализе.

Фон Нейман получил степень доктора философии по математике (с элементами экспериментальной физики и химии) в университете Будапешта в 23 года. Одновременно он изучал химические технологии в швейцарском Цюрихе (Макс фон Нейман полагал профессию математика недостаточной для того, чтобы обеспечить надёжное будущее сына). С 1926 по 1930 год Джон фон Нейман был приват-доцентом в Берлине.

В 1930 году фон Нейман был приглашён на преподавательскую должность в американский Принстонский университет. Был одним из первых приглашённых на работу в основанный в 1930 году научно-исследовательский Институт перспективных исследований, также расположенный в Принстоне, где с 1933 года и до самой смерти занимал профессорскую должность.

В 1937 году фон Нейман стал гражданином США. В 1938 он был награждён премией имени М. Бохера за свои работы в области анализа.

В октябре 1954 года фон Нейман был назначен членом Комиссии по атомной энергии, которая ставила своей главной заботой накопление и развитие ядерного оружия. Он был утвержден Сенатом Соединенных Штатов 15 марта 1955 года. В мае он и его жена переехали в Вашингтон, пригород Джорджтаун. В течение последних лет жизни фон Нейман был главным советником по атомной энергии, атомному оружию и межконтинентальному баллистическому оружию. Возможно, вследствие своего происхождения или раннего опыта в Венгрии, фон Нейман решительно придерживался правого крыла политических взглядов. В статье журнала «Жизнь», опубликованной 25 февраля 1957 года, вскоре после его смерти, он представлен приверженцем предупредительной войны с Советским Союзом.