Համակարգիչների հայր
Սա հայտնի ճշմարտություն է, որը լրագրողները սիրում են չափազանցնել։ Չափազանցությունը, հատկապես վերնագրում, գրավում է ընթերցողների ուշադրությունը և խրախուսում նրանց մի քանի կոպեկ ծախսել հրատարակչի համար անգնահատելի թերթի վրա։ Ուրեմն ժամանակին լրագրողներն անվանել են առաջին համակարգիչները: փոխաբերական իմաստով, բայց բոլորովին անիմաստ. «էլեկտրոնային ուղեղներ»; նրանք նույնպես շատ պատրաստ էին տարբեր մարդկանց տալ «համակարգիչների հայր» կոչում։
Այսօր այդ մարդկանցից մեկի մասին է։ Ինչևէ, շատ արժանի և կարևոր համակարգչային գիտության պատմության համար։ ոչ միայն համակարգչային գիտության, այլեւ մաթեմատիկայի համար:
Բայց մինչ այդ մասին խոսելը: որոշ տեխնիկական մանրամասներ. Անշուշտ, գրեթե բոլորը գիտեն, թե ինչ տեսք ունի «ներքևում», «մշակման» ամենացածր մակարդակում: տեղեկատվությունը մշակվում է մաթեմատիկական մեքենայի միջոցով: Սրանք երկուական թվեր են, չէ՞: այսինքն՝ մարդկայնորեն մեկերի և զրոների հաջորդականություններ, բայց ֆիզիկապես։ Էլեկտրական իմպուլսների իմպուլսները և թերությունները, որոնք մեկնաբանվում են հենց որպես երկուական թվեր: Արդյո՞ք սրանք երկուական թվեր են: պարզ է բոլորի համար? սրանք «սովորական», հայտնի թվեր են, որոնք միայն փոքր-ինչ տարբերվում են մարդկային գրավոր սովորություններից։ Արդյո՞ք մեքենան պետք է աշխատի: ասա 6+3 գործողությունը, հետո տասնորդական թիվը 6-ը գրում է 110 (մեկը չորս և մեկ երկու), Թիվ 3. 11-ի նման (երկու և մեկ) գումարումը կատարում է երկուական տարբերակով՝ 110+11=1001 և արդյունքը հետ է վերադարձնում օգտվողին: որպես տասնորդական 9. Բոլորը հասկանում են, որ գումարելը երկուական տարբերակով ավելի հեշտ է, քան տասնորդական: քանի որ սա հավելումների աղյուսակն է: ավելի հեշտ է, բայց ֆիզիկական իրականացումը. այսինքն՝ հաղթահարել ազդակները և դրանց թերությունները։ Թեթեւ տար.
Եվ ինչպե՞ս է մեքենան հրամաններ գրում ինքն իրեն, ինչպես վերևում մի քանի տող օգտագործված ավելացնել հրամանը: Նույնը? ինչպես նաև զրոների և միավորների հաջորդականություն: Այսպիսով, ցանկացած երկու նման տող կարող է մեկնաբանվել և՛ որպես հրահանգ, և՛ որպես թիվ։ Ամեն ինչ կախված է մեր պայմանագրի՞ց: մեքենայով; կարելի է համաձայնել, օրինակ, որ զրոների և միավորների տրված հաջորդականության առաջին 6 երկուական նիշերը կասեն, թե ինչ անել (այսինքն՝ կոդավորել հրամանը), և հետևյալ նիշերը. կլինի այն թիվը, որին կվերաբերի այս հրամանը:
Հենց սկզբում, երբ հայտնագործվեցին համակարգիչները, այլ էր։ Արդյո՞ք պատվերներն էապես տարբերվել են տվյալներից, այդ թվում՝ տեխնիկական իրականացման եղանակով և դրանց պահպանման վայրով։ ինչը հանգեցրեց, օրինակ, այնպիսի խնդիրների, ինչպիսին է յուրաքանչյուր հաշվարկի ալգորիթմի համար առանձին կապեր ձեռքով սահմանելու անհրաժեշտությունը: Այդպես էր, օրինակ, հայտնի ENIAC-ի դեպքում։ Կարգավորում? ասա Հրետանային կրակոցների սեղանների հաշվարկման ալգորիթմը (այս մեքենան նախատեսված էր հիմնականում նման հաշվարկների համար) իսկական մղձավանջ էր, միգուցե գեղեցիկ երիտասարդ ծրագրավորողների համար, ովքեր պետք է զգուշորեն մտցնեին հարյուրավոր խրոցակներ ճիշտ կոնտակտների մեջ, հավանաբար գիշերը երազելով:
Մինչդեռ հրամանների և տվյալների նույնական գրանցումը թույլ է տալիս ոչ միայն ծրագրավորել «թղթի վրա», այլ նաև հավելյալ։ հավելյալ կոնվենցիաներ ընդունելու ժամանակ. հրամաններ կատարել գրառումների վրա: սովորական թվաբանական գործողություններ. Այսպիսով, ի՞նչ կարող է պատահել, որ գործողությունը [?Ավելացնել գրառումը? գումարած?բազմապատկման նշում?] կհանգեցնի?բաժանման? կամ «ցատկի հրաման»: Արդյո՞ք մեքենան, հաշվելով հրամանները որպես սովորական թվեր, ձեռք է բերում զարմանալի (ոչ մասնագետների համար) կարողություն ինքնաբերաբար փոփոխելու իր հրահանգների հավաքածուն ներսում: առանց մարդկային միջամտության, ո՞ւմ է պետք միայն կանխատեսել համապատասխան կարիքը։
Դա ինտելեկտուալ առաջընթաց էր հաշվողական գործընթացների մոտեցման մեջ: Դրա իրականացումը նշանակում էր ժամանակակից համակարգիչների իրական ծնունդ։
Հետաքրքիր է. այս գաղափարը հղած անձը նույնպես հորինել է այն սխեման, որով այսօր կառուցված է յուրաքանչյուր համակարգիչ։ Համաձայն այս սխեմայի, որն այսօր էլ գործում է, համակարգիչը. հինգ տեխնիկապես ճիշտ ներդրված համակարգեր՝ INPUT, OUTPUT, MEMORY, ARRYTHMOMETER և CONTROL: INPUT-ն օգտագործվում է տվյալների և ծրագրերի մուտքագրման համար (այսօր դա, օրինակ, ստեղնաշար է, տարբեր ընթերցողներ և սենսորներ, սկավառակի կրիչ, USB պորտ, որին մենք միացնում ենք «կոլբա», այսինքն և շատ այլ սարքեր: Հաշվարկի արդյունքները: , տվյալներն ու ծրագրերը պահվում են Հիշողության մեջ, գործողությունները կատարվում են ARRYTHMOMETER-ում, և այս ամենը վերահսկվում է CONTROL-ի կողմից։
Հինգ տարրերի այս դասավորությունը կոչվում է Նոյմանի ճարտարապետություն.
Ֆոն Նեյմանի ճարտարապետությո՞ւնը: համակարգչային ճարտարապետության առաջին տեսակը, որը մշակվել է Ջոն ֆոն Նեյմանի, Ջոն Վ. Մաուխլիի և Ջոն Պրեսպեր Էկերտի կողմից 1945 թվականին։ Այս ճարտարապետության բնորոշ առանձնահատկությունն այն է, որ տվյալները պահվում են հրահանգների հետ միասին, ինչը նրանց կոդավորում է նույն կերպ:
Այս ճարտարապետության մեջ համակարգիչը բաղկացած է չորս հիմնական բաղադրիչներից.
- համակարգչային հիշողություն, որը պահպանում է ծրագրի տվյալները և ծրագրի հրահանգները. յուրաքանչյուր հիշողության բջիջ ունի եզակի նույնացուցիչ, որը կոչվում է իր հասցե.
- կառավարման միավոր, որը պատասխանատու է հիշողությունից տվյալների և հրահանգների դուրսբերման և դրանց հաջորդական մշակման համար.
- թվաբանական-տրամաբանական միավոր, որը պատասխանատու է հիմնական թվաբանական գործողություններ կատարելու համար.
- մուտքային/ելքային սարքեր, որոնք օգտագործվում են օպերատորի հետ փոխազդելու համար:
Կառավարման միավորը և թվաբանական տրամաբանական միավորը կազմում են պրոցեսոր։ Ֆոն Նեյմանի ճարտարապետության վրա հիմնված համակարգչային համակարգը պետք է.
- ունենալ պատվերների վերջնական և ֆունկցիոնալ ամբողջական ցանկ.
- կարողանալ ծրագիր մուտքագրել համակարգչային համակարգ արտաքին սարքերի միջոցով և պահել այն հիշողության մեջ այնպես, ինչպես տվյալները.
- Նման համակարգում առկա տվյալները և հրահանգները պետք է հավասարապես հասանելի լինեն պրոցեսորին.
- այնտեղ տեղեկատվությունը մշակվում է համակարգչի հիշողությունից հաջորդաբար կարդալու հրահանգները և այդ հրահանգները պրոցեսորում կատարելով:
Այս պայմանները թույլ են տալիս համակարգչային համակարգին անցնել մի առաջադրանքից (ծրագրից) մյուսին առանց համակարգի կառուցվածքի ֆիզիկական միջամտության և դրանով իսկ երաշխավորել դրա ունիվերսալությունը:
Ֆոն Նեյմանի համակարգչային համակարգը չունի առանձին հիշողություն տվյալների և հրահանգների պահպանման համար: Ե՛վ հրահանգները, և՛ տվյալները կոդավորված են թվերով: Առանց ծրագրային վերլուծության, դժվար է որոշել, թե արդյոք հիշողության տվյալ տարածքը պարունակում է տվյալներ կամ հրահանգներ: Գործարկվող ծրագիրը կարող է ինքն իրեն փոփոխել՝ հրահանգների տարածքը դիտարկելով որպես տվյալ, բայց այս հրահանգները մշակելուց հետո: տվյալներ սկսեք դրանք պատրաստել:
Համակարգչային մոդելը, որն օգտագործում է von Neumann ճարտարապետությունը, հաճախ կոչվում է որպես տեղեկատու թվային մեքենա (PMC):
Եվ մենք արդեն գիտենք մեր հերոսի անունը՝ սա ամերիկացի փայլուն մաթեմատիկոս Ջոն ֆոն Նոյմանըն է։ ENIAC-ի կոնստրուկտորների անունները նույնպես կան Վիքիպեդիայում, սակայն կասկած չկա, որ հիմնական գաղափարը ծագել է ֆոն Նեյմանից։
Իրականում նա ամերիկացի չէ, ոչ Ջոնը, ոչ էլ նույնիսկ։ Ապագա, համակարգիչների հայր. Ծնվել է 28 թվականի դեկտեմբերի 1903-ին Բուդապեշտում որպես Նեյման Յանոշ Լայոսպո, հունգարական ազգանունն առաջին հերթին գրված է, Գերմանիայում իր հետագա գտնվելու ընթացքում նրան անվանել են Յոհան ֆոն Նոյման (գերմաներենից նշանակում է ազնվական ծագում ունեցող մականուն), նա դարձել է միայն Ջոն։ իր կյանքի վերջին տասնամյակներում։
Նա հունգարական հրեական բանկային ընտանիքից էր, հարուստ? բայց ոչ մի դեպքում վեհ. Նա աներևակայելի խելացի երեխա էր. Նրա կենսագիրները նշում են, օրինակ, որ երբ նա վեց տարեկան էր, նա կարող էր, օրինակ, մեծ արագությամբ կոտրել ութանիշ թվերը հիշողության մեջ։ Որպես կանոն, նման ունակություններով օժտված մարդիկ մաթեմատիկայի ոչ միայն հանճարներ չեն, այլեւ նույնիսկ մտավոր հետամնաց են համարվում։ Այդպես չէր փոքրիկ Յանոսի դեպքը։
Բացի այդ, տղան լուսանկարչական հիշողություն ուներ. բավական էր, որ նա մի հայացք գցեր գրքի էջին՝ դրա բովանդակությունը ճշգրիտ վերհիշելու համար: Նա Բուդապեշտի ավետարանական գիմնազիա է հաճախել Եվգեն Վիգների հետ, ով մեկ տարով մեծ էր (հայտնի է նաև ավելի ուշ)։ Յանոշն այստեղ բացառիկ շնորհալի ուսանող էր և շատ արագ ապացուցեց իր մաթեմատիկական մեծ տաղանդը: Իր առաջին գիտամաթեմատիկական հոդվածը նա հրապարակել է 17 տարեկանում։
Դպրոցն ավարտելուց հետո նա սովորել է եվրոպական մի քանի շատ լավ համալսարաններում։ 1925-ին ստացել է բակալավրի կոչում (բակալավրի աստիճանին համարժեք) ս. քիմիական ճարտարագիտություն. Մեկ տարի անց (!) նա մաթեմատիկայի դոկտորի կոչում ստացավ Բուդապեշտի համալսարանում։ 1926–1930 թվականներին եղել է Բեռլինի Հումբոլդտի համալսարանի ամենաերիտասարդ ասիստենտը։ Նրան հաջողվեց լիովին խուսափել նացիստական հետապնդումներից, ո՞րը։ իրենց հրեական ծագման պատճառով. նրանք դա հաստատ բաց չեն թողնի: 1929 թվականի աշնանը նրան հրավիրում են ԱՄՆ՝ հանրահայտ Փրինսթոն, ուր գնում է 1930 թվականին և սկսում հետազոտություններ կատարել տեղի համալսարանում։ 1932 թվականին ԱՄՆ-ում հրատարակել է գիրք ().
Երբ 1933 թվականին Գերմանիայում իշխանության եկան նացիստները, ֆոն Նոյմանը ստանձնեց նորաստեղծ համալսարանի մաթեմատիկայի պրոֆեսորի պաշտոնը: շատ էլիտար? Ընդլայնված հետազոտությունների ինստիտուտ, որն այսօր աշխարհի ամենահայտնի հետազոտական հաստատություններից մեկն է: Նա այստեղ ընկերացե՞լ է։ ուրիշների մեջ? Ինքը՝ Ալբերտ Էյնշտեյնը. 1937 թվականին ստացել է ամերիկյան քաղաքացիություն։
Ֆոն Նեյմանի կենսագրությունը հետաքրքիր լեհական առոգանություն ունի։ Դե, Գերմանիայում նացիզմի հաղթանակից հետո, հենց պատերազմից առաջ, նա այցելեց մեր երկիր և այստեղ հանդիպեց լեհ մեծագույն մաթեմատիկոս Ստեֆան Բանախի հետ։ Իրականում այս հանդիպումն էր գիտնականի Լեհաստանում գտնվելու հիմնական նպատակը, որովհետև. խիստ գաղտնի? նա Բանաչին առաջարկեց անմիջապես արտագաղթել Միացյալ Նահանգներ և Պրինսթոնում պրոֆեսորի պաշտոն ստանձնել: Մի անեկդոտ կա, որ Բանաչին որոշում կայացնելու համար փորձելով նրան հանձնել է կտրոն, որի վրա գրված է թիվ մեկ համարը՝ բառերով. Խնդրում եմ ավելացրեք այնքան զրո, որքան հարմար եք գտնում, նախապես ընդունվո՞ւմ է որևէ գումար։
Ակնհայտորեն աներևակայելի հպարտ և չափազանց փայլուն, բայց? Ես կարծում եմ ? Բանաչի ոչ այնքան իմաստուն պատասխանն էր՝ ներիր ինձ, բայց մի՞թե դա բավական չէ։
Ջոն ֆոն Նոյմանը ոչ միայն հորինել է վերը նկարագրված համակարգչային ճարտարապետությունը, որն անվանվել է իր անունով (նա նկարագրել է այն 1945 թվականի գրքում), և ոչ միայն հիանալի գաղափար է հղել համակարգչային հրամանների թվային մեկնաբանության հետ, այլև նշանակալի ներդրում է ունեցել սերիա? շատ երբեմն տեսական? ? մաթեմատիկայի ոլորտներ՝ տրամաբանություն, բազմությունների տեսություն, մաթեմատիկական վերլուծություն։ 1944 թվականին նա Օսկար Մորգենսթերնի հետ գրեց հայտնի աշխատություն՝ այդպիսով դառնալով նաև ժամանակակից խաղերի տեսության հիմնադիրը։
1943 թվականից ֆոն Նոյմանը մասնակցեց Մանհեթենի նախագծին, որի ընթացքում նա կառուցեց արդյունավետ գործող միջուկային ռեակտոր և ստեղծեց առաջին ատոմային ռումբը: Այդ ժամանակ նա, ի թիվս այլ բաների, հորինեց հիպերբոլիկ մասնակի դիֆերենցիալ հավասարումների գործնական լուծման առաջին մեթոդը։
1956 թվականին ֆոն Նոյմանը ստացավ ? Ամերիկյան օդերևութաբանական ընկերությանը՝ օդերևութաբանության և բարձր արագությամբ համակարգիչների մշակման մեջ ունեցած ներդրման համար (որոնք կարող են անմիջապես կիրառվել եղանակի կանխատեսման համար) և հետազոտական խմբի ստեղծման գործում առաջնորդության համար, որն արտադրել է առաջին մաթեմատիկորեն հուսալի եղանակի կանխատեսումը:
Նա նաև ֆոն Նոյմանը ակտիվ էր քաղաքականության մեջ։ Մինչ Ճապոնիայի ատոմային ռմբակոծումը նա եղել է Թիրախային կոմիտեի անդամ, որը համատեղ որոշումներ է կայացրել ռումբերի թիրախների ընտրության վերաբերյալ։ Ֆոն Նեյմանն առաջարկե՞լ է ռումբը գցել Կիոտոյի վրա: քաղաքը ճապոնացիների համար կարևոր կրոնական կենտրոն է։ Նա նաև մասնակցել է բալիստիկ հրթիռների նախագծերին և ջրածնային ռումբի նախագծին։
Անձնական կյանքում նա կատակասեր և վայրենի մարդ էր։ Ամուսնացած էր երկու անգամ (Մարիետա Կովեսի և Կլարա Դան) և ուներ դուստր (Մարինա): Նրա տանը Փրինսթոնում տեղի են ունեցել հայտնի երեկույթներ, որոնք լայնորեն հայտնի են ոչ միայն գիտության աշխարհում իրենց խմած ալկոհոլի քանակով:
Նա մահացավ 8 թվականի փետրվարի 1957-ին քաղցկեղից՝ տառապելով խրոնիկական և ցավոտ հիվանդությունից։
