John von Neumann

John von Neumann
Vrijwel iedere computer ter wereld is nog steeds gebaseerd op de 'Von Neumann-architectuur'. Een architectuur die vlak na de Tweede Wereldoorlog werd ontwikkeld. In dit stuk behandel ik de rol van John von Neumann bij deze ontwikkelingen. Janos Luis Neumann ('von' kwam pas later toen vader zich een adellijke titel aanmat) werd in 1903 in Boedapest geboren. Het werd snel duidelijk dat Jansci - dat was zijn koosnaam - een bijzondere jongen was. Op zesjarige leeftijd maakte hij grapjes met zijn vader in klassiek Grieks en vermaakte hij gasten door telefoonboeken uit zijn hoofd te leren. Hij was niet alleen gezegend met een fotografisch geheugen, maar ook met een uitmuntend verstand. Op jonge leeftijd was hij al zo griezelig goed in hoofdrekenen dat zijn vrienden hem 'niet menselijk' noemden. Hij sprak zes talen vloeiend voor zijn tiende. Janos' ouders koesterden zijn talent. Het wonderkind bezocht de beste scholen en kreeg daarnaast een persoonlijke begeleider. Gabor Szego kwam van zijn bijeenkomsten met Janos meestal thuis met tranen in zijn ogen, omdat de jongen zulke briljante oplossingen voor zijn opgaven verzon. Ook op de universiteit presteerde hij naar verwachting. Hij schreef zich in bij drie verschillende en bekwaamde zich tegelijkertijd in schei-, natuur- en wiskunde, zijn lievelingsvak. De lessen bezocht hij nimmer, toch haalde hij alleen tienen en studeerde 'summa cum laude' af. In 1926 kreeg Janos een aanstelling als Privatdozent (assistent professor) -de jongste die de functie ooit bekleedde- aan de universiteit van Berlijn. Vier jaar later nodigde Princeton hem uit naar de Verenigde Staten te komen. Hij ging op het aanbod in. Hij wordt gerekend tot één van de grootste wiskundigen van de 20ste eeuw. Hij heeft zowel op het gebied van de zuivere wiskunde als op dat van de toepassingen baanbrekend werk verricht. Van zijn werk op het gebied van de zuivere wiskunde zijn te noemen zijn bijdragen tot de logica en de verzamelingenleer, de maattheorie, de Liegroepen. Zijn belangrijkste bijdrage tot de zuivere wiskunde is zijn spectraaltheorie voor operatoren in de Hilbertruimten. In 1833 werd door Charles Babbage de 'analytical engine' gebouwd, deze bestond uit de drie hoofdbestanddelen opslaan, besturen en tellen. In 1886 ontwierp en bouwde de Amerikaan Herman Hollerith de eerste machines die mechanisch gegevens konden lezen uit geponste kaarten. Een volgende stap werd gezet in 1934 door de Duitser Konrad Zuse; hij integreerde vrij snel de elektromechanische schakeling voor het rekengedeelte van zijn machine en nam bovendien het tweetallig stelsel op. Zelfs ontwierp hij samen met Schreyer een elektronische rekenmachine, welk ontwerp echter als ‘niet-interessant’ werd afgewezen (1939–1940). Parallel aan deze Europese ontwikkeling ving Howard Aiken in 1937 in de Verenigde Staten de bouw van zijn Automatic Sequence Controlled Calculator (MARK 1) aan, een in 1944 voltooide elektromechanische computer (gewicht 35 ton) zonder een volledige programmabesturing. Dit laatste was wel het geval bij de sinds 1938 ontwikkelde Bell computers, welke daarenboven niet meer decimaal doch binair werkten. Geen van beide machines echter was opgebouwd uit elektronische componenten en de programmering was nog steeds extern. De eerste elektronische rekenmachine zijn van Eckerts en Mauchly's, de in 1943 ontworpen ENIAC. Dank zij de elektronische bouwstenen was de rekensnelheid van de in 1946 voltooide ENIAC ten opzichte van de Bell 1500 maal hoger. John von Neumann legde voor dit laatste element de theoretische grondslag. Dit werd in 1949 in de EDSAC gerealiseerd, deze is gebouwd in Engeland. Dit is de eerste intern geprogrammeerde elektronische rekenmachine ter wereld. Von Neumann zag al snel in dat een computer ideaal zou zijn voor de ingewikkelde berekeningen die nodig waren voor de ontwikkeling van zowel de atoom- als de neutronenbom. Zo kwam hij terecht bij de Moore School waar net de laatste hand gelegd werd aan de Eniac. Het 'stored program'-principe was één van de ideeën die al aan de school ontwikkeld waren. Von Neumann was dus niet de bedenker van het principe, maar kwam toch als zodanig bekend te staan. Hij schreef een document getiteld 'First Draft of a Report on the Electronic Discrete Variable Calculator (Edvac)'. Het was bedoeld als concept om de ideeën van het hele team te coördineren en te verhelderen en niet bestemd voor publicatie. 'First Draft' werd echter het formele document waarop iedere volgende computer gebaseerd werd. Het beschreef de basisopbouw van de elektronische, digitale computer: een geheugen dat programma's en gegevens, een processor en invoer/uitvoervoorzieningen bevat. Pas in de jaren tachtig heeft iemand de eerste serieuze poging gedaan om een computer met een 'niet-Von Neumann-architectuur' te ontwikkelen. Von Neumann werd ten onrechte en min of meer per ongeluk gezien als de enige bedenker van de architectuur. Zo dacht teamlid Goldstine erover. Mauchly en Eckert, twee andere groepsleden, meenden echter dat Von Neumann deze zet willens en wetens gedaan had en vertrokken. De zeer elegante manier waarop Von Neumann zich uitdrukte en de uitwerking die zijn charme had op journalisten hebben bij het toekennen van de eer ongetwijfeld ook een grote rol gespeeld. De programmering van buiten af werd van nu af vervangen door een programma dat tevoren in een deel van hetzelfde geheugen wordt opgeslagen als waarin zich later de ingangsgegevens, de tussenresultaten en de opgebouwde eindresultaten zullen bevinden. In 1951 kwam met de UNIVAC de eerste commercieel beschikbare computer in de Verenigde Staten op de markt. Sinds die tijd ging de ontwikkeling in een versneld tempo, hoewel het principe gelijk gebleven is. Von Neumann bouwde hierna zelf nog een computer voor wetenschappelijk onderzoek. Deze was sneller en krachtiger dan enige andere in die tijd en werd een prototype voor andere computers in de jaren vijftig. Verder werkte hij als adviseur voor onder meer IBM, Bell en Rand, waar de naar hem genoemde 'Johnniac' gebouwd is. Von Neumann heeft ook de grondslag voor de speltheorie gelegd. Samen met de econoom Oskar Morgenstern heeft hij deze theorie uitgewerkt tot een algemene theorie die op vele vraagstukken wordt toegepast. Dit werd gedaan in 1928. John von Neumann heeft dus veel betekend voor de ontwikkeling van computers en het oplossen van vraagstukken. Hij heeft theorieën bedacht en uitgewerkt die veel voor de ontwikkelingen van de mens hebben betekent. Vooral voor de ontwikkeling van de computer heeft von Neumann veel betekent door het ontwerpen van het missende element om computerprogramma's intern te laten functioneren. Deze ontwikkeling blijkt tot op de dag van vandaag nog goed te zijn geweest want aan het principe is niets veranderd. Kort gezegd: zonder John von Neumann hadden we geen kleine Pc's maar zaten we nog steeds met die vreselijke grote computers met externe besturingsprogramma's. Bronnen: Encarta Encyclopedie Winkler Prins Editie 99
Lesboek Informatica

Google zoekpagina