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John von Neumann, el matemático que diseñó los ordenadores modernos | Café y teoremas | Ciencia

El ampliación de la informática, tal y como la entendemos hoy en día, ha sido posible gracias a las aportaciones de algunos de los matemáticos más importantes del siglo XX, entre los que sobresalen Alan Turing y John Von Neumann. Este postrero propuso una forma de construir ordenadores capaces de realizar diversos tipos de funciones; como los nuestros, en los que solo tenemos que instalar un software diferente para que realicen nuevas tareas.

Von Neumann nació en Budapest en el año 1903 y destacó desde su nubilidad por sus capacidades matemáticas y por su trascendente memoria fotográfica: era capaz de entonar libros que había letrado abriles antiguamente. Se doctoró en matemáticas con tan solo 23 abriles y fue uno de los primeros profesores del prestigioso Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, en Estados Unidos. Es conocido por sus avances en muchos campos de la ciencia, como la computación, la física cuántica, el descomposición o la teoría de juegos. Durante la Segunda Conflagración Mundial, colaboró en el plan Manhattan.

Su contribución a la computación se zócalo en las ideas de Alan Turing. En 1936, Turing había ideado un objeto matemático, conocido como máquina de Turing, que formalizaba el concepto de operación o, dicho de otra forma, de software informático. Turing introdujo el concepto de máquina de Turing universal, capaz de reproducir cualquier operación, siempre que se introdujeran las instrucciones de modo adecuada. Su construcción existente se denominó ordenador de “propósito universal”. Este concepto hace relato a lo que hoy en día entendemos como un ordenador programable.

El primer ordenador de propósito universal —ENIAC (Computador e Integrador Algorítmico Electrónico)— fue construido por los ingenieros John Prepert Eckert y John William Mauchly en 1945. Este ordenador podía, en la destreza, reproducir cualquier operación siempre que se configuraran las instrucciones reconectando cables de forma adecuada. Este era un proceso generoso y tedioso, muy pequeño por el número de cables y, luego, del tamaño del propio ordenador.

El matemático estadounidense de origen húngaro John von Neumann (1903-1957) testificando ante la Comisión de Energía Atómica del Congreso de EEUU en 1955
El matemático estadounidense de origen húngaro John von Neumann (1903-1957) testificando frente a la Comisión de Energía Atómica del Congreso de EEUU en 1955Stock Montage (Getty Images)

Von Neumann fue quien consiguió diseñar un ordenador al que se le podían introducir instrucciones de modo electrónica. En su prototipo era suficiente con insertar las instrucciones mediante un lector-grabador de cinta magnética. La obra del ordenador propuesto se conoce hoy en día como obra Von Neumann. En 1945 Von Neumann hizo circular un esbozo donde detallaba cómo construir ordenadores usando esta obra, que recibieron el nombre de ordenadores de propósito universal con “capacidad para juntar programas”. Hoy en día, todos los computadores modernos son de este tipo.

La esencia de la obra Von Neumann estaba inspirada por la máquina universal de Turing: juntar instrucciones en la propia memoria del ordenador. Von Neumann diseñó su ordenador con una estructura dividida en tres grandes partes, la CPU (mecanismo central de procesamiento), la memoria, y los dispositivos de entrada y salida (cómo un teclado y una pantalla).

La CPU se encargaba de adivinar y modificar el contenido de la memoria electrónica y lo hacía siguiendo las instrucciones contenidas en parte de la memoria del ordenador. Adicionalmente, era posible modificar la memoria, por ejemplo, introduciendo datos mediante el teclado, y así modificar las instrucciones de funcionamiento de la CPU y, luego, la función que ejecutaba el ordenador. Von Neumann, yuxtapuesto con Prepert Eckert y Mauchly, construyó el primer ordenador de propósito universal capaz de juntar programas —EDVAC (iniciales de Calculador Discreto Electrónico Obligatorio Variable)— en la Universidad de Pensilvania (EE UU).

Un todoterreno de la ciencia, la patrimonio y la psicología

Las aportaciones de Von Neumann a la computación no acabaron aquí. Incluso inventó un objeto matemático llamado autómata celular. Estos sistemas dinámicos igualmente tenían cierto parecido con las máquinas de Turing, y resultaban muy adecuados para modelar sistemas naturales donde muchos objetos interactúan entre sí. Von Neumann no solo los introdujo, sino que igualmente diseñó los primeros ejemplos de autómatas autorreplicantes, capaces de duplicar un objeto auténtico de modo indefinida siguiendo unas reglas sencillas de cambio. Estas ideas fueron desarrolladas luego por el matemático John Conway, e inspiraron el distinguido surtido de la vida, un ejemplo de autómata celular.

Von Neumann igualmente es uno de los fundadores del campo conocido como teoría de juegos, que estudia de modo matemática el comportamiento racional de individuos frente a un conflicto con diversas estrategias posibles. Esta teoría tiene aplicaciones en muchos otros campos del conocimiento, notablemente en patrimonio y psicología. Por desgracia, este ingenio de las matemáticas murió de modo prematura a los 53 abriles, diagnosticado de cáncer, probablemente oportuno a la radiación recibida durante los ensayos nucleares en el plan Manhattan.

Robert Cardona es investigador posdoctoral en el ICMAT y en la Universitat Politècnica de Catalunya.

Café y Teoremas es una sección dedicada a las matemáticas y al entorno en el que se crean, coordinado por el Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT), en la que los investigadores y miembros del centro describen los últimos avances de esta disciplina, comparten puntos de audiencia entre las matemáticas y otras expresiones sociales y culturales y recuerdan a quienes marcaron su ampliación y supieron transfigurar café en teoremas. El nombre evoca la definición del matemático húngaro Alfred Rényi: “Un matemático es una máquina que transforma café en teoremas”.

Impresión y coordinación: Ágata A. Timón G Longoria (ICMAT).

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Creditos a Robert Cardona

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