История компьютера

Родом из Венгрии, сын преуспевающего будапештского банкира, фон Нейман был продуктом той интеллектуальной среды, из которой вышли такие выдающиеся физики, как Эдвард Теллер, Лео Сциллард, Деннис Габор и Юджин Вигнер. Джони (так звали фон Неймана его знакомые) выделялся среди них своими феноменальными способностями. В шесть лет он перебрасывался с отцом остротами на древнегреческом, а в восемь освоил основы высшей математики. В возрасте 20-30 лет, занимаясь преподавательской работой в Германии, он внес значительный вклад в развитие квантовой механики - краеугольного камня ядерной физики, и разработал теорию игр - метод анализа взаимоотношений между людьми, который нашел широкое применение в различных областях, от экономики до военной стратегии. На протяжении всей жизни он любил поражать друзей и учеников своей способностью производить в уме сложные вычисления. Он делал это быстрее всех, вооруженных бумагой, карандашом и справочниками. Когда же фон Нейману приходилось писать на доске, он заполнял ее формулами, а потом стирал их настолько быстро, что однажды кто-то из его коллег, понаблюдав за очередным объяснением, пошутил: «Понятно. Это доказательство методом стирания».

Ю. Вигнер, школьный товарищ фон Неймана, лауреат Нобелевской премии, говорил, что его ум - это «совершенный инструмент, шестеренки которого подогнаны друг к другу с точностью до тысячных долей сантиметра». Это интеллектуальное совершенство было сдобрено изрядной долей добродушной и весьма привлекательной эксцентричности. Обладая фотографической памятью, фон Нейман не мог, например, разыскать бокалы в доме, где прожил 17 лет. В поездках он порой так глубоко задумывался о математических проблемах, что забывал, куда и зачем должен ехать, и тогда приходилось звонить на работу за уточнениями.

Фон Нейман был не чужд тщеславия во всех его проявлениях. Одевался он, скорее, как банкир с Уолл-стрит, а не профессор, и всегда старался поддерживать знакомство с сильными мира сего. Он любил красивых женщин, вкусную, изысканную еду и очень увлекался всевозможными устройствами и механизмами, особенно автомобилями, которые разбивал примерно раз в год. Но больше всего - разумеется, помимо работы - он любил устраивать роскошные приемы у себя дома в Принстоне (шт. НьюДжерси), где работал в Институте перспективных исследований. На таких приемах он всегда старался быть в центре внимания, поражая гостей рассказами о европейских королевских фамилиях, цитатами из давно прочитанных книг или фривольными стишками из своей знаменитой «коллекции».

Фон Нейман настолько легко и непринужденно чувствовал себя в любой обстановке, как на работе, так и в обществе, без всяких усилий переключаясь от математических теорий к компонентам вычислительной техники, что некоторые коллеги считали его «ученым среди ученых», своего рода «новым человеком», что, собственно, и означала его фамилия в переводе с немецкого. Теллер как-то в шутку сказал, что он «один из немногих математиков, способных снизойти до уровня физика». Сам же фон Нейман не без юмора объяснял свою мобильность тем, что он родом из Будапешта: «Только человек, родившийся в Будапеште, может, войдя во вращающиеся двери после вас, выйти из них первым».

Интерес фон Неймана к компьютерам в какой-то степени связан с его участием в сверхсекретном Манхэттенском проекте по созданию атомной бомбы, который разрабатывался в Лос-Аламосе, шт. Нью-Мексико. Там фон Нейман математически доказал осуществимость взрывного способа детонации атомной бомбы. Теперь он размышлял о значительно более мощном оружии - водородной бомбе, создание которой требовало очень сложных расчетов.

Однако фон Нейман понимал, что компьютер - это нечто большее, чем простой калькулятор, что - по крайней мере потенциально - он представляет собой универсальный инструмент для научных исследований. В июне 1954 г., меньше чем через год после того, как он присоединился к группе Мочли и Экерта, фон Нейман подготовил отчет на 101 странице, в котором обобщил планы работы над машиной Эдвак. Этот отчет, озаглавленный «Предварительный доклад о машине Эдвак» представлял собой прекрасное описание не только самой машины, но и ее логических свойств. На Германа Голдстейна, военного представителя, предложившего фон Нейману принять участие в проекте, доклад произвел очень сильное впечатление; прежде всего это было связано с тем, что фон Нейман, отвлекшись от радиоламп и электрических схем, сумел обрисовать формальную, логическую организацию компьютера. Размножив доклад, Голдстейн разослал его ученым как США. так и Великобритании.

Благодаря этому «Предварительный доклад» фон Неймана стал первой работой по цифровым электронным компьютерам, с которой познакомились широкие круги научной общественности. Доклад передавали из рук в руки, из лаборатории в лабораторию, из университета в университет, из одной страны в другую. Эта работа обратила на себя особое внимание, поскольку фон Нейман пользовался широкой известностью в ученом мире. С того момента компьютер был признан объектом, представлявшим научный интерес. В самом деле, и по сей день ученые иногда называют компьютер «машина фон Неймана».

Читатели «Предварительного доклада» были склонны полагать, что все содержашиеся в нем идеи, в частности принципиально важное решение хранить программы в памяти компьютера, исходили от самого фон НеЙмана. Мало кто знал, что Мочли и Экерт говорили о программах, записанных в памяти, по крайней мере за полгода до появления фон Неймана в их рабочей группе; большинству неведомо было и то, что Алан Тьюринг, описывая свою гипотетическую универсальную машину еще в 1936 г., наделил ее внутренней памятью. (В действительности фон Нейман читал классическую работу Тьюринга и лично познакомился с ее автором, когда тот незадолго до войны посетил Принстон.)

Архитектура будущего компьютера

В своем историческом докладе, опубликованном в 1945 г., Джон фон Нейман выделил и детально описал пять ключевых компонентов того, что ныне называют «архитектурой фон Неймана» современного компьютера. Чтобы компьютер был и эффективным, и универсальным инструментом, он должен включать следующие структуры: центральное арифметико-логическое устройство (АЛУ), центральное устройство управления, «дирижирующее» операциями, запоминающее устройство, или память, а также устройство ввода-вывода информации. Фон Нейман отмечал, что эта система должна работать с двоичными числами, быть электронным, а не механическим устройством и выполнять операции последовательно, одну за другой.

Принципы, сформулированные фон Нейманом, стали общепринятыми только потому, что широко применялись все время; они были положены в основу как больших ЭВМ первых поколений, так и более поздних мини ЭВМ и микро ЭВМ.