Arvutite isa
See on üldtuntud tõde, millega ajakirjanikele meeldib liialdada. Liialdus, eriti pealkirjas, köidab lugeja tähelepanu ja julgustab kulutama paar kopikat ajalehe eksemplari, mis on väljaandjale hindamatu. Nii et omal ajal kutsusid ajakirjanikud esimesi arvuteid? piltlikult, aga täiesti mõttetu? "elektroonilised ajud"; nad olid ka väga nõus andma erinevatele inimestele "arvutite isa" tiitlit.
Tänane päev räägib ühest neist inimestest. Igatahes väga vääriline ja arvutiteaduse ajaloo jaoks oluline? mitte ainult arvutiteaduse, vaid ka matemaatika jaoks.
Aga enne kui me sellest räägime? mõned tehnilised üksikasjad. Kindlasti teavad peaaegu kõik, kuidas see "allpool" välja näeb, "töötlemise" madalaimal tasemel. infot töötleb matemaatiline masin. Need on kahendarvud, eks? ehk siis inimlikult ühtede ja nullide jadad, aga füüsiliselt? impulsid ja elektriimpulsside puudused, tõlgendatuna täpselt kahendnumbritena. Kas need on kahendarvud? kas see on kõigile selge? need on "tavalised", üldtuntud numbrid, mis ainult veidi erinevad kirja pandud inimharjumustest. Kas masin peaks toimima? ütle tehe 6+3, siis ta kirjutab kümnendarvuks 6 110 (üks neli ja üks kaks), arvu 3? nagu 11 (kaks ja üks) teeb liitmise binaarselt: 110+11=1001 ja tõlgib tulemuse kasutajale tagasi? kümnendkohana 9. Kõik saavad aru, et kahendsüsteemis on liitmine lihtsam kui kümnendsüsteemis? sest see on liitmistabel? lihtsam, aga füüsiline teostus? ehk impulsside ja nende puudustega toimetulekuks? Võta rahulikult.
Ja kuidas masin kirjutab endale käske, nagu lisamiskäsk, mida kasutati paar rida eespool? Sama ? samuti nullide ja ühtede jada. Seega saab mis tahes kahte sellist stringi tõlgendada nii käsu kui ka arvuna. Kõik oleneb meie lepingust? autoga; on võimalik näiteks kokku leppida, et antud nullide ja ühtede jada esimesed 6 kahendmärki ütlevad, mida teha (st käsk kodeerida), ja järgmised märgid? on number, millele see käsk viitab.
Päris alguses, kui arvutid leiutati, oli asi teisiti. Kas tellimused erinesid oluliselt andmetest, sh tehnilise teostuse viisi ja hoiukoha poolest? mis tõi kaasa näiteks sellised hädad nagu vajadus iga arvutusalgoritmi jaoks käsitsi ühendused eraldi seadistada. Nii oli see näiteks kuulsa ENIACi puhul. Seadistamine? öelda? suurtükiväe lasketabelite arvutamise algoritm (see masin oli mõeldud peamiselt sellisteks arvutusteks) oli tõeline õudusunenägu, võib-olla ilusatele noortele programmeerijatele, kes pidid hoolikalt sisestama sadu pistikuid õigetesse kontaktidesse, võib-olla nägid öösel und?
Vahepeal võimaldab käskude ja andmete identne salvestamine mitte ainult programmeerida "paberil", vaid ka lisaks? lisakonventsioonide vastuvõtmisel? kirjetel käskude täitmine? tavalised aritmeetilised tehted. Mis siis juhtuda võib, on see, et operatsioon [?Lisa kanne? pluss?korrutamise tähistus?] toob kaasa?jagamise? või "hüppamiskäsk". Kas masin, mis arvestab käskudele kui tavalistele numbritele, omandab üllatava (mittespetsialisti jaoks) võime oma käsukomplekte sisemiselt automaatselt muuta? ilma inimese sekkumiseta, kellel on vaja ainult vastavat vajadust ette näha?
See oli intellektuaalne läbimurre lähenemises arvutusprotsessidele. Selle rakendamine tähendas kaasaegsete arvutite tõelist sündi.
huvitav? selle idee tegija mõtles välja ka skeemi, mille järgi on tänapäeval ehitatud iga arvuti. Selle tänaseni kehtiva skeemi järgi arvuti? viis tehniliselt korrektselt rakendatud süsteemi nimega SISEND, VÄLJUND, MÄLU, ARÜTMOMEETRI ja JUHTIMINE. SISEND kasutatakse andmete ja programmide sisestamiseks (tänapäeval on selleks näiteks klaviatuur, erinevad lugejad ja andurid, kettaseade, USB port, kuhu ühendame "kolbi", s.t., ja palju muid seadmeid. Arvutustulemused , andmed ja programmid salvestatakse MÄLU, toimingud tehakse ARÜTMOMEETRIS ja seda kõike juhib CONTROL.
Seda viie elemendi paigutust nimetatakse Neumanni arhitektuur.
Von Neumanni arhitektuur? esimene arvutiarhitektuuri tüüp, mille töötasid välja John von Neumann, John W. Mauchly ja John Presper Eckert 1945. aastal. Selle arhitektuuri iseloomulik tunnus on see, et andmed salvestatakse koos juhistega, mis muudab need kodeeritud samal viisil.
Selles arhitektuuris koosneb arvuti neljast põhikomponendist:
- arvutimälu, mis salvestab programmiandmeid ja programmijuhiseid; igal mäluelemendil on kordumatu identifikaator, mida nimetatakse selle aadressiks;
- juhtseade, mis vastutab andmete ja juhiste mälust toomise ning nende järjestikuse töötlemise eest;
- aritmeetika-loogiline üksus, mis vastutab aritmeetiliste põhitoimingute sooritamise eest;
- sisend-/väljundseadmed, mida kasutatakse operaatoriga suhtlemiseks.
Juhtplokk ja aritmeetiline loogikaseade moodustavad protsessori. Von Neumanni arhitektuuril põhinev arvutisüsteem peab:
- omama lõplikku ja funktsionaalselt täielikku tellimuste nimekirja;
- oskama välisseadmete kaudu sisestada programmi arvutisüsteemi ja salvestada seda mällu sarnaselt andmetega;
- andmed ja juhised sellises süsteemis peavad olema töötlejale võrdselt kättesaadavad;
- seal toimub info töötlemine, lugedes järjestikku arvuti mälust käske ja täites neid käske protsessoris.
Need tingimused võimaldavad arvutisüsteemil lülituda ühelt ülesandelt (programmilt) teisele ilma füüsilise sekkumiseta süsteemi struktuuri ja seega garanteerida selle universaalsuse.
Von Neumanni arvutisüsteemil ei ole andmete ja juhiste salvestamiseks eraldi mälu. Nii juhised kui ka andmed on kodeeritud numbritega. Ilma programmilise analüüsita on raske kindlaks teha, kas antud mälupiirkond sisaldab andmeid või juhiseid. Käivitatav programm saab ennast muuta, käsitledes käsuala andmetena, kuid pärast nende käskude töötlemist? andmed? hakka neid tegema.
Von Neumanni arhitektuuri kasutavat arvutimudelit nimetatakse sageli võrdlusdigitaalmasinaks (PMC).
Ja me juba teame oma kangelase nime: see on geniaalne Ameerika matemaatik John von Neumann. Vikipeedias on ka ENIAC-i konstruktorite nimed, kuid pole kahtlustki, et põhiidee pärines von Neumannilt.
Tegelikult pole ta ameeriklane ega John ega isegi mitte. Tulevik? Arvutite isa? sündinud 28. detsembril 1903 Budapestis nimega Neumann Janos Lajospo, ungari perekonnanimi kirjutatakse esikohal, hilisema Saksamaal viibimise ajal kutsuti teda Johann von Neumanniks (? on hüüdnimi, mis tähendab saksa keeles aadli päritolu), temast sai ainult Johannes. oma elu viimastel aastakümnetel.
Ta oli pärit Ungari juudi panganduse perekonnast, rikas? kuid mitte mingil juhul üllas. Ta oli uskumatult tark laps; Tema biograafid märgivad näiteks, et kuueaastasena suutis ta näiteks mälus suure kiirusega kaheksakohalisi arve katki teha. Reeglina pole selliste võimetega inimesed mitte ainult matemaatika geeniused, vaid neid peetakse isegi vaimselt alaarenenud inimesteks. Väikese Janose puhul see nii ei olnud.
Lisaks oli poisil fotograafiline mälu: piisas, kui heitis pilgu raamatu leheküljele, et selle sisu täpselt meelde tuletada. Ta käis Budapestis evangeelses gümnaasiumis koos aasta vanema Eugen Wigneriga (tuntud ka hiljem). Janos oli siin erakordselt andekas õpilane ja tõestas väga kiiresti oma suurt matemaatikaannet? Oma esimese teadusliku matemaatilise artikli avaldas ta 17-aastaselt.
Pärast keskkooli lõpetamist õppis ta mitmes väga heas Euroopa ülikoolis. 1925. aastal sai ta bakalaureusekraadi (vastab bakalaureusekraadile) alates? keemiatehnoloogia. Aasta hiljem (!) sai ta Budapesti ülikoolist doktorikraadi matemaatikas. Aastatel 1926–1930 oli ta Berliini Humboldti ülikooli noorim dotsent. Tal õnnestus natside tagakiusamist täielikult vältida, milline? nende juudi päritolu tõttu? nad kindlasti ei jätaks seda. 1929. aasta sügisel kutsuti ta USA-sse, kuulsasse Princetoni, kuhu ta 1930. aastal läks ja asus kohalikus ülikoolis teadustööd tegema. 1932. aastal avaldas ta USA-s raamatu ().
Kui natsid 1933. aastal Saksamaal võimule tulid, asus von Neumann äsja asutatud ülikooli matemaatikaprofessori kohale. väga elitaarne? Instituut Advanced Study, tänapäeval üks kuulsamaid uurimisasutusi maailmas. Kas temast on siin sõber saanud? teiste hulgas? Albert Einstein ise. 1937. aastal sai ta Ameerika kodakondsuse.
Von Neumanni eluloos on huvitav poola aktsent. Noh, pärast natsismi võitu Saksamaal, vahetult enne sõda, külastas ta meie riiki ja kohtus siin Poola suurima matemaatiku Stefan Banachiga. Tegelikult oli see kohtumine teadlase Poolas viibimise peamine eesmärk, sest? rangelt konfidentsiaalne? ta tegi Banachile pakkumise emigreeruda viivitamatult USA-sse ja asuda Princetoni professori kohale. On üks anekdoot, et püüdes Banachi otsust langetada, ulatas ta talle tšeki, millele oli kirjutatud number üks, sõnadega? Palun lisage nii palju nulle, kui õigeks peate, kas mõni summa võetakse ette?
Ilmselt uskumatult uhke ja ülimalt geniaalne, aga? ma arvan? Banachi mitte eriti tark vastus oli: andke andeks, aga kas sellest ei piisa?
John von Neumann mitte ainult ei leiutanud ülalkirjeldatud, tema järgi nime saanud arvutiarhitektuuri (ta kirjeldas seda 1945. aasta raamatus) ja mitte ainult ei tulnud geniaalsele ideele arvutikäskude arvulise tõlgendamise osas, vaid andis ka olulise panuse sari? väga mõnikord?teoreetiline? ? matemaatika valdkonnad: loogika, hulgateooria, matemaatiline analüüs. 1944. aastal kirjutas ta kuulsa referaadi koos Oscar Morgensterniga, saades seeläbi ka kaasaegse mänguteooria algatajaks.
Alates 1943. aastast osales von Neumann Manhattani projektis, mille käigus ta ehitas tõhusalt toimiva tuumareaktori ja lõi esimese aatomipommi. Sel ajal leiutas ta muu hulgas esimese meetodi hüperboolsete osadiferentsiaalvõrrandite praktiliseks lahendamiseks.
1956. aastal sai von Neumann ? Ameerika Meteoroloogiaühingule panuse eest meteoroloogiasse ja kiirete arvutite väljatöötamisse (mida saaks kohe ilmaennustuses rakendada) ning eestvedamise eest esimese matemaatiliselt usaldusväärse ilmaennustuse koostanud uurimisrühma loomisel.
Ta oli ka von Neumann aktiivne poliitikas. Enne Jaapani aatomipommitamist kuulus ta sihtkomiteesse, mis tegi ühiselt otsuseid pommi sihtmärkide valikul. Von Neumann pakkus, et viskab Kyotole pommi? linn on jaapanlaste jaoks oluline religioosne keskus. Ta osales ka ballistiliste rakettide projektides ja vesinikupommi projektis.
Isiklikus elus oli ta joviaalne ja metsikult lahkuv mees. Ta oli kaks korda abielus (Marietta Kovesi ja Clara Dan) ja tal oli tütar (Marina). Tema maja Princetonis korraldas kuulsaid pidusid, mis on laialdaselt tuntud mitte ainult teadusmaailmas, kui palju nad jõid?
Ta suri 8. veebruaril 1957 pärast kroonilist ja valulikku haigust vähki.
