Neumann János (1903-1957)

Joggal vagyunk büszkék Neumann Jánosra (1903-1957), századunk egyik legnagyobb matematikusára, aki a matematikai gondolkodás számos területén alkotott rendkívülit.

1903. december 28-án született Budapesten. Már egész kisgyermekként rendkívüli nyelvtehetségnek számított és kivételesen jó emlékezőtehetségű volt. Hat éves korában már folyékonyan tudott ógörögül, apjával e nyelven viccelődött. Tudott latinul is, anyanyelvi szinten beszélt németül. 1911-től a budapesti Evangélikus Gimnázium tanulója volt egészen 1921-ig, amikor is leérettségizett. Ez az iskola volt ez időben az ország egyik legjobb középiskolája. 1917-18-as tanévben elnyerte az V. osztály legjobb matematikusa címet, 1920-ban pedig az ország legjobb matematikus-diákja kitüntetést. 1921. szeptemberétől beiratkozott a Budapesti Tudományegyetem bölcsész karára, ahol a fő tárgya a matematika volt, melléktárgyai a fizika és a kémia. 1926. március 12-én - 22 éves korában - a Budapesti Tudományegyetemen doktorált matematikából. Hiába ajánlották azonban jelentős tudósok, pályázatát a szegedi és a budapesti egyetemen is elutasították. Így külföldön alkotott. Göttingenben, majd Berlinben és Hamburgban dolgozott. 1933-ban, Hitler hatalomra kerülése után az Egyesült Államokba költözött.

Neumann János figyelemre méltó képessége volt, hogy nagyon bonyolult számításokat volt képes meglepően gyorsan fejben elvégezni. Emiatt igen tisztelték és csodálták. Remek előadó volt, tisztán és világosan adott elő. Ez főleg annak volt köszönhető, hogy nem csak a bizonyításokat mondta el, hanem a bizonyításhoz vezető útról is beszámolt, a kitérőket is megemlítette.

A második világháború elejére a lökés- és robbanási hullámok vezető szakértője lett. 1943 végén csatlakozott az atombomba előállításán dolgozó csoport munkájába.

1945-től a princetoni Elektronikus Számítógép projekt igazgatója lett. Neumann az elektronikus számológépek tervezése terén fontos újítást vezetett be. Olyan jelöléseket vezetett be, amely alkalmas volt arra, hogy konkrét műszaki megoldástól függetlenül a számítógép logikai felépítését teljes részletességgel ábrázolja (Neumann-féle vázlat). Gondolatai alapvetően hozzájárultak a modern digitális számítógép kialakulásához. 1945-ben megjelent írásában foglalta össze az előző leckében megismert Neumann-elveket.

1955-ben bal vállában súlyos fájdalmak léptek fel, csontrákot állapítottak meg nála. A betegség kialakulását nagy valószínűséggel az atombomba előállításakor szerzett sugárfertőzése okozhatta. 1957. február 8-án halt meg.

Neumann munkásságából nem a számítástechnikára vonatkozó rész a leggyümölcsözőbb, hanem közgazdasági vonatkozású játékelmélete és a matematikai gondolkodás egyik legabsztrak­tabb vidékén mozgó operátorelmélete.

Neumann-elvek

A mai értelemben vett számítógépek működési elveit a haditechnikában megszerzett tapasztalatok felhasználásával Neumann János (1903-1957), magyar származású tudós dolgozta ki. 1945. június 24-re készült el az a kivonat - First Draft of a Report on the EDVAC (Az EDVAC-jelentés első vázlata) címmel -, amely teljes elemzését adta az EDVAC tervezett szerkezetének. Tartalmazta a számítógép javasolt felépítését, a részegységek megépítéséhez szükséges logikai áramköröket és a gép kódját. A legtöbb számítógépet napjainkban is a jelentésben megfogalmazott elvek alapján készítik el. Fő tételeit ma Neumann-elvekként ismerjük.

Alapelvek

A számítógép olyan matematikai problémák megoldására szolgál, amelyekre az ember önállóan is képes lenne. A cél a műveletek végrehajtási idejének meggyorsítása. Ennek érdekében minden feladatot összeadások sorozatára kell egyszerűsíteni, ezután következhet a számolás mechanizálása.

Soros működésű, teljesen elektronikus, automatikus gép

Neumann János rámutatott a mechanikus eszközök lassúságára és megbízhatatlanságára, helyettük kizárólag elektronikus megoldások használatát javasolta.

A gép a műveleteket nagy sebességgel, egyenként hajtja végre, melynek során a numerikusan megadott adatokból - az utasításoknak megfelelően - emberi beavatkozás nélkül kell működnie, és az eredményt rögzítenie.

Kettes számrendszer használata

A kettes számrendszer használatának alapja az a tapasztalat, hogy az elektronikus működést könnyebb hatékony, kétállapotú eszközökkel megvalósítani. Ehhez elegendő egy olyan rendszer használata, mely két értékkel (igen/nem) dolgozik.

A tízes számrendszert a kettessel felváltva az aritmetikai műveletek egyszerűsödnek, nő a sebesség, csökken a tárolási igény, így az alkatrészek száma is, megoldandó feladat marad viszont a folyamatos átváltás.

Megfeleljen az univerzális Turing-gépnek

Az univerzális gép elvi alapja A. M. Turing (1912-1954) elméleti munkásságának eredménye, aki bebizonyította, hogyha egy gép el tud végezni néhány alapműveletet, akkor bármilyen számításra képes. Ez az aritmetikai egység beiktatásával érhető el, amelynek az összes számítási és logikai művelet végrehajtása a feladata.

A műveleti sebesség fokozása érdekében került alkalmazásra a központi vezérlőegység, amely meghatározza a program soron következő utasítását, szabályozza a műveletek sorrendjét, és ennek megfelelően vezérli a többi egység működését. Turing kutatása megteremtette a programozható számítógép matematikai modelljét és a digitális számítások elméleti alapját.

Belső program- és adattárolás, a tárolt program elve

A legfontosabb újítás a belső program- és adattárolás elve, melynek segítségével a műveletek automatikusan következnek egymás után, lassú emberi beavatkozás nélkül. A külső tárolás és szakaszos betöltés helyett az adatok és a programok egy helyen, a belső memóriában kerülnek tárolásra. Innen veszi a központi egység a végrehajtandó utasításokat és az azokhoz szükséges adatokat, valamint ide helyezi vissza az eredményt is, így a műveletvégzés sebessége nagyságrendekkel nőhet.

Külső rögzítőközeg alkalmazása

A számítógépnek a bemeneti (input) és kimeneti (output) egységeken keresztül befelé és kifelé irányuló kapcsolatot kell fenntartani a - lehetőleg - elektronikus vagy mágneses tárolóeszközökkel. A bemenő egység a külső tárolóeszközről beolvassa a memóriába a szükséges adatokat, majd a műveletvégzések után a kimenő egység átviszi az eredményeket egy leolvasható tárolóközegre.

Neumann idejében a programtárolás és végrehajtás mechanikus úton - például lyukkártyák vagy tárcsák segítségével - történt. Az elektronikus programtárolás és végrehajtás, valamint a kettes számrendszer használatának bevezetése áttörést jelentett mind a sebesség, mind pedig a felhasználási lehetőségek tekintetében.