John von Neumann: la storia di un genio “del male” 

Avete mai sentito parlare di architettura di von Neumann? Questa tipologia di architettura hardware, ovvero l‘insieme dei criteri di base e le componenti fisiche con cui è costruito un computer, è la base della tecnologia dei computer digitali programmabili. Questo sistema prende il nome del suo inventore: il matematico, fisico e informatico John von Neumann, figura a tratti controversa tanto che è conosciuto anche con il soprannome “il genio del male”

Scopriamo insieme la sua storia!

Biografia: una vita per la matematica

John von Neumann nacque a Budapest nel 1903 da una famiglia di banchieri. Si dice che già all’età di sei anni avesse una memoria fuori dal comune, infatti sapeva già parlare sei lingue diverse ed era anche in grado di ripetere intere pagine degli elenchi telefonici appena lette!

Nel 1911 entrò nel Ginnasio Luterano, in classe con Eugene Wigner,vincitore del premio Nobel per la fisica del 1963 insieme a Maria Goeppert-Mayer. A soli 18 anni, fu nominato come migliore studente di matematica dell’intera Ungheria. Il padre aveva altri progetti, desiderava che si formasse per una carriera più convenzionale rispetto alla matematica pura e raggiunsero un compromesso: a 22 anni si laureò in ingegneria chimica dove seguì addirittura dei corsi tenuti da Albert Einstein e, in più, riuscì comunque ad ottenere un’altra laurea in matematica.

Ormai adulto, trasferitosi a Gottinga, intraprende gli studi dei fondamenti della matematica e meccanica quantistica. Sotto la guida dei matematici più illustri dell’epoca, von Neumann voleva dimostrare la tesi della teoria della metamatematica per dimostrare la coerenza di qualsiasi sistema formale. Ma John capì subito l’indimostrabilità della teoria e spostò il proprio interesse verso la fisica sub-nucleare, sviluppando la teoria dei giochi, pubblicando il risultato dei suoi studi noto come teorema Minimax sulla rivista accademica “Sulla teoria dei giochi di società” nel 1928. Con l’avvento del nazzismo, date le sue origini ebraiche, si trasferì negli Stati Uniti dove non solo divenne professore a Princeton ma anche collaboratore delle forze armate in favore degli Alleati. Nel 1944  pubblicò “Theory of Games and Economic Behavior” in cui espose la teoria dei giochi: anni dopo Claude Shannon, uno dei padri fondatori della teoria dell’informazione, prese spunto da quest’opera.

Nello stesso periodo aderì al famoso Progetto Manhattan e, colpito dai tentativi di costruire una macchina capace di ben trecento operazioni al secondo, iniziò la sua collaborazione con l’IBM studiando la macchina Harvard Mark I di Howard Aiken e poi la famosissima macchina ENIAC, il primo vero computer della storia, costruita da Prosper Eckert e John Mauchly. ENIAC era capace di fare calcoli balistici, meteorologici e per le reazioni nucleari ma era anche limitato perché non possedeva né memoria, né elasticità di calcolo. Per migliorarla bisognava utilizzare la grande intuizione di Alan Turing sui numeri computabili: era necessario che le parti costituenti del computer, cioè l’hardware, potessero eseguire istruzioni codificate in un programma, ovvero il software, da modificare all’esterno

 

 

 

 

 

EDVAC: il primo computer digitale basato sull’architettura di von Neumann 

La macchina EDVAC (abbreviazione di Electronic Discrete Variable Automatic Calculator)  è stato il primo rudimentale computer digitale a programma memorizzato grazie ad un software e basato sull’architettura di von Neumann. Come accennavamo prima, questo tipo di architettura è stata di certo la grande scoperta di von Neumann ma è stata realizzata solo grazie alla macchina universale del 1936 di Alan Turing, programmabile come i moderni computer. EDVAC fu realizzato dalla collaborazione di Eckert e Mauchly e divenne operativo nel 1949. Viene considerato il successore dell’ENIAC ma ci sono due importanti differenze tra i due computer: 

 

  • ENIAC nasce come computer a programma cablato mentre EDVAC nasce come computer a programma memorizzato: la differenza sta nell’alimentazione del motore elettrico che fa muovere un importante componente, detto processore. 
  • ENIAC è basato sul sistema di numerazione decimale, EDVAC sul sistema di numerazione binario. 


L’architettura di von Neumann

E’ un’architettura hardware: oltre ad essere pensata esclusivamente per computer digitali a programma memorizzato, è in grado di condividere i dati del programma e le istruzioni del programma nello stesso spazio di memoria.

Lo schema si basa su cinque componenti fondamentali:

 

  • CPU (Unità centrale di elaborazione o processore centrale), che si divide in unità aritmetica e logica (ALU) e unità di controllo
  • Unità di memoria, cioè la memoria principale. Si utilizza spesso l’acronimo RAM, Random Access Memory
  • Unità di input, che permette il processo dell’inserimento dei dati nel calcolatore per essere in seguito elaborati
  • Unità di output, componente che assicura la restituzione dei dati all’operatore 
  • Bus, un canale che collega tutti i componenti fra loro

Questo schema modella le operazioni di tutti i computer con questo ciclo di processi:

 

  • Prelievo di una istruzione dalla memoria
  • Prelievo dei dati richiesti dalla memoria
  • Esecuzione dell’istruzione
  • Memorizzazione dei dati in memoria
  • Inizio del nuovo ciclo

 


La macchina di von Neumann è dotata di linguaggi di programmazione: funzionano con statement (frasi) in grado di esprimere algoritmi e, utilizzando delle regole di composizione del linguaggio, si otterranno dei simboli base. La programmabilità è quindi il processo di comunicazione, al fine di elaborare il programma, tra utente e computer, mediato dal compilatore la possibilità di comunicare all’elaboratore il programma scritto alla macchina. Essendo simile alla macchina di Turing è anche universale e può calcolare qualsiasi funzione computabile e simulare qualsiasi sistema fisico ma esegue una sola operazione alla volta: è detta architettura sequenziale. 

 

Se vuoi approfondire l’argomento, clicca sul link: troverai tutti i passaggi dell’architettura di von Neumann con tanti immagini che facilitano il concetto!

http://www.pmar.it/pmag/iarch/iarch-4.htm

 

 

Il genio del male
von Neumann faceva parte del “clan degli ungheresi” e del Progetto Manhattan: fu ingaggiato per la costruzione della bomba atomica. Dato il suo odio per i nazisti e le sue origini ebree, fu lui a suggerire come lanciare la bomba al plutonio realizzando l’explosive lens: un tipo di carica esplosiva utilizzata per le armi nucleari. Inoltre, propose di bombardare l’Unione Sovietica per fermare le influenze comuniste. La sua teoria dei giochi fu utilizzata per studiare possibili battaglie in seguito a determinati avvenimenti e decisioni. Seguì di persona alcuni test su ordigni nucleari che raggiunsero l’apice con la famosa bomba H o a idrogeno, lanciata sulle Isole Marshall nel 1952. Nello stesso anno fu nominato membro del Comitato Generale della Commissione per l’energia atomica degli Stati Uniti d’America e addirittura consigliere della CIA. Durante la guerra fredda si impegnò per la costruzione del missile Atlas che successivamente servì per le missioni spaziali, portando John Glenn nello spazio nel 1962.

Per il suo impegno nelle vicende belliche e nel nucleare, l’opinione pubblica ha iniziato a chiamare questo studioso “genio del male”. Probabilmente, furono le radiazioni dei test nucleari a causare la sua malattia: morì a Washington nel 1957.

 

John von Neumann fu sicuramente una delle menti più brillanti del secolo scorso e uno dei padri fondatori dell’informatica: utilizzò la sua genialità non solo per scopi bellici ma anche per contribuire all’inarrestabile progresso tecnologico.