Читать книгу Информационный Завет. Основы. Футурологическое исследование - Роман Александрович Бабкин, Роман Александрович Дорошенко, Роман Александрович Брунер - Страница 15

Джон фон Нейман (John von Neumann) – один из крупнейших математиков XX века. К его достижениям, например, принадлежит строгая математическая формулировка принципа неопределённости – базового тезиса квантовой теории. Формулировки Вернера Гейзенберга (Werner Heisenberg) и Эрвина Шрёдингера (Erwin Schrödinger) – гуру квантовой механики – стали частными случаями интерпретации фон Неймана²⁴.

Если Тьюринг подробно описал, что такое компьютер, то фон Нейман придумал, как именно он должен работать. Он предложил законы, по которым должно существовать современное вычислительное устройство.

В 1946 году в небольшой брошюре «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства» (Preliminary Discussion of the Logical Design of an Electronic Computing Instrument), написанной совместно Артуром Бёрксом (Arthur Burks), Германом Голдстайном (Herman Goldstine) и Джоном фон Нейманом, были изложены принципы компьютерной архитектуры (или, как говорили тогда, машинной организации) ¹⁵:

1. «Языком» компьютера является двоичная система счисления (0 и 1).

2. Компьютер работает по программе – алгоритму указаний или команд.

3. И команды, и данные хранятся на одних и тех же элементах машины – т.е. информация, записанная в двоичном коде, может использоваться и в качестве указаний, и в качестве памяти для компьютера.

4. Наличие «внутренней классификации» – информация (команды и данные) разбита на единицы, каждая из которых пронумерована и доступна для извлечения в любой момент времени.

5. Команды исполняются строго последовательно – нельзя перейти к следующей команде, пока не выполнена предыдущая.

6. Алгоритм необязательно должен быть линейным – в зависимости от входных данных последовательность выполнения команд может меняться.

Фактически первый электронный цифровой компьютер был сконструирован за несколько месяцев до выхода упомянутой брошюры – в конце 1945 года. Его назвали «ENIAC» (Electronic Numerical Integrator and Computer).

В 1950 году при непосредственном участии фон Неймана группа метеорологов произвела на ENIAC первый успешный численный прогноз погоды. Всего на сутки, и вычисления заняли почти 24 часа, так что практическая польза от такого прогноза оказалась невелика¹⁶. Но лиха беда начало.

Летом 1951 году было презентовано новое устройство – IAS-машина или «машина фон Неймана» (учёный возглавлял проект). Размер памяти этого компьютера вмещал 1024 слова. Однако, «машина фон Неймана» работала в 240 раз быстрее, чем ENIAC. Эволюция современных компьютеров началась.

Архитектуру фон Неймана ещё называют «принстонской», поскольку над IAS-машиной учёный и его коллеги трудились в Институте перспективных исследований, расположенном в Принстоне.

Другая группа исследователей и конструкторов под руководством инженера Говарда Эйкена (Howard Aiken) работала в Гарвардском университете. Принципы организации вычислительных устройств, предложенные Эйкеном, называют «гарвардской архитектурой».

Гарвардская архитектура отличается от архитектуры фон Неймана тем, что данные и команды хранятся на разных элементах компьютера. С одной стороны, это увеличивает скорость обработки информации. С другой стороны, требуется больше деталей – резко увеличивается себестоимость устройства.

Поэтому в последующие годы возобладала более простая принстонская архитектура. Большинство современных компьютеров – потомки ENIAC, сконструированного по заветам Джона фон Неймана.

С использованием транзисторов в качестве переключателей вместо электронных ламп и электромеханических реле производство компьютеров значительно удешевилось. Начиная с 1960х гг. электронные вычислительные устройства удостоились наивысшей оценки, какую только способны дать люди вещам. Они стали массовым товаром.