Джон фон Нейман / John von Neumann (биография)
Биография
Джон фон Нейман (1903–1957), американский математик, родился 3 декабря 1903 в Будапеште. Своими необычайными способностями этот человек стал выделяться очень рано: в шесть лет он разговаривал на древнегреческом языке, а в восемь освоил основы высшей математики. Янош фон Нейман был старшим из трех сыновей преуспевающего будапештского банкира Макса фон Неймана. Позже, в Цюрихе, Гамбурге и Берлине, Яноша называли Иоганном, а после переезда в США – Джоном.
В юные годы Янош занимался дома со специально приглашенными педагогам, а в возрасте 10 лет поступил в одно из лучших учебных заведений того времени – лютеранскую гимназию. Еще в школе фон Нейман заинтересовался математикой. Гения в фон Неймане распознал преподаватель математики Ласло Ратц. Он и помог ему развить его дарование.
В 1926 окончил Будапештский университет, получил степень доктора философии. Продолжил математические исследования в Гёттингене, Берлине и Гамбурге. В 1931-1933 работал в Принстонском университете – вначале в качестве лектора, а затем профессора математической физики. В 1933 перешел в Институт перспективных исследований в Принстоне; оставался профессором этого института до конца жизни. Во время Второй мировой войны Нейман принимал участие в различных оборонных проектах, в т.ч. в создании атомной бомбы.
Нейман внес значительный вклад в развитие многих областей математики. Нейману принадлежит строгая математическая формулировка принципов квантовой механики, в частности ее вероятностная интерпретация; его труд "Математические основы квантовой механики" считается классическим. В 1932 Нейман доказал эквивалентность волновой и матричной механики. Исследование оснований квантовой механики побудило его к более глубокому изучению теории операторов и созданию теории неограниченных операторов.
Фон Нейман является одним из создателей метода Монте-Карло (называемого еще "методом статистических испытаний" ) – численного метода решения математических задач, основанного на моделировании случайных величин. Название Монте-Карло происходит от города Монте-Карло в княжестве Монако, знаменитого своими игорными домами. Дело в том, что одним из простейших устройств для получения случайных величин является рулетка.
Труды Неймана оказали влияние на экономическую науку. Ученый стал одним из создателей теории игр – области математики, которая занимается изучением ситуаций, связанных с принятием оптимальных решений. Приложение теории игр к решению экономических задач оказалось не менее значимым, чем сама теория. Результаты этих исследований были опубликованы в работе "Теория игр и экономическое поведение", совместно с экономистом О. Моргенштерном, 1944). Третья область науки, на которую оказало влияние творчество Неймана, стала теория вычислительных машин и аксиоматическая теория автоматов. Настоящим памятником его достижениям являются сами компьютеры, принципы действия которых были разработаны именно Нейманом (отчасти в совместно с Г. Голдстайном).
Из 150 трудов Неймана лишь 20 касаются проблем физики, остальные же равным образом распределены между чистой математикой и ее практическими приложениями, в том числе теорией игр. Нейману принадлежат новаторские работы по компьютерной теории, связанные с логической организацией компьютеров, проблемами функционирования машинной памяти, имитацией случайности, проблемами самовоспроизводящихся систем.
В 1944 Нейман присоединился к группе Мокли и Эккерта, занятой созданием машины ENIAC, в качестве консультанта по математическим вопросам. Тем временем в группе началась разработка новой модели, EDVAC, которая, в отличие от предыдущей, могла бы хранить программы в своей внутренней памяти.
В 1945 году был опубликован доклад фон Неймана, в котором он наметил основные принципы построения и компоненты современного компьютера. Идеи, отраженные в докладе, развивались, и примерно через год появилась статья "Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства". Здесь важно, что авторы, отвлекшись от электронных ламп и электрических схем, сумели обрисовать, так сказать, формальную организацию компьютера.
"Универсальная вычислительная машина должна содержать несколько основных устройств: арифметики, памяти, управления и связи с оператором. Мы хотим, чтобы после начала вычислений работа машины не зависела от оператора". "Необходимо, чтобы машина могла запоминать некоторым образом не только цифровую информацию, требуемую для данного вычисления, но также и команды, управляющие программой, с помощью которой должны производиться эти вычисления".
"Если приказы (команды) машине представить с помощью числового кода и если машина сможет каким-то образом отличать число от приказа (команды), то память можно использовать для хранения как чисел, так и приказов (команд)" (принцип хранимой программы).
"Помимо памяти для приказов (команд), должно существовать еще устройство, способное автоматически выполнять приказы (команды), хранящиеся в памяти. Будем называть это устройство управляющим".
"Поскольку наша машина является вычислительной, в ней должен быть арифметический орган... устройство, способное складывать, вычитать, умножать и делить". "Наконец, должно существовать устройство ввода и вывода, с помощью которого осуществляется связь между оператором и машиной". Отмечалось также, что машина должна работать с двоичными числами, быть электронной, а не механической и выполнять операции последовательно, одну за другой.
Таким образом, фактически "по фон Нейману" главное место среди функций, выполняемых компьютером, занимают арифметические и логические операции. Для них предусмотрено арифметико-логическое устройство. Управление его работой – и вообще всей машины – осуществляется с помощью устройства управления. (Как правило, в компьютерах устройство управления и арифметико-логическое устройство объединены в единый блок – центральный процессор.) Роль хранилища информации выполняет оперативная память. Здесь хранится информация как для арифметико-логического устройства (данные), так и для устройства управления (команды).
После выхода этих работ компьютер был признан объектом, представляющим научный интерес, причем вскоре компьютеры, построенные в соответствии с приведенными положениями, стали называть "машинами фон Неймана" .
Архитектурные принципы организации ЭВМ, указанные Джоном фон Нейманом, долгое время оставались почти неизменными, и лишь в конце 1970-х годов в архитектуре супер-ЭВМ и матричных процессоров появились отклонения от этих принципов.
Умер Нейман в Вашингтоне 8 февраля 1957. Джон фон Нейман был удостоен высших академических почестей. Он был избран членом Академии точных наук (Лима, Перу), Американской академии искусств и наук, Американского философского общества, Ломбардского института наук и литературы, Нидерландской королевской академии наук и искусств, Национальной академии США, почетным доктором многих университетов США и других стран.