От абака к цифровой революции

Джон фон Нейман вошел в историю информатики в неспокойный период, во время Второй мировой войны, когда он работал над атомной бомбой в рамках «Проекта Манхэттен». Для проекта требовались новые вычислительные машины, которые в то время становились все более мощными и продвинутыми. Фон Нейман начал поиски ведущих исследователей в области вычислений по всей стране. Он обратился к Джону Пресперу Эккерту (1919–1995) и Джону Уильяму Мокли (1907–1980) из Пенсильванского университета, которые сконструировали компьютер ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer — электронный числовой интегратор и вычислитель), американский ответ британскому «Колоссу». Они хотели разработать новую, улучшенную машину под названием EDYAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer — электронный автоматический вычислитель с дискретными переменными). В марте 1945 года фон Нейман изложил свои идеи в ставшем знаменитым документе «Первый черновик отчета об EDYAC», автором которого значился он один, что стало причиной разногласий Неймана с Эккертом и Мокли.

В «Первом черновике» была представлена архитектура фон Неймана, описывавшая наиболее эффективное устройство компьютера. В архитектуре фон Неймана программы хранятся во внутренней памяти компьютера, а устройства обработки и хранения данных разделены. Кроме этого, фон Нейман предложил хранить программы и данные в одной и той же памяти в целях экономии. Работа компьютера в архитектуре фон Неймана в общем виде состоит из трех этапов.

1. Извлечение инструкции из памяти.

2. Декодирование.

3. Исполнение.

* * *

ENIAC

ENIAC был завершен и представлен прессе в 1945 году, проработав десять лет до окончательной остановки в 1955 году. Учеными, внесшими основной вклад в его создание, были Герман Хайн Голдстайн, Джон Пресперт Эккерт и Джон Уильям Мокли. Этот огромный компьютер занимал площадь в 63 м², весил 30 тонн и имел 2,6 метра в высоту, 0,9 — в ширину и 26 — в длину. В нем использовалось 18000 электронных ламп, 72000 диодов, 70000 резисторов и 1500 реле. Чтобы построить ENIAC, потребовалось выполнить примерно 5 миллионов соединений ручной пайки. Его стоимость составила почти полмиллиона долларов. В нем отсутствовала память, однако в его 20 накопителях могло сохраняться 20 десятизначных чисел. Переключатели также позволяли сохранять значения функций (104 двенадцатизначных числа). Сложение выполнялось за 0,2 миллисекунды, умножение — за 2,8 миллисекунды. При работе ENIAC температура в машинном зале поднималась до 50 °C. Ходили слухи, что во время его работы в Филадельфии, где располагался компьютер, случались кратковременные отключения электричества, так как он потреблял 160 кВт электроэнергии.

* * *

Таким образом обрабатывались все инструкции, последовательно записанные в памяти компьютера, если только среди инструкций не встречалась инструкция условного перехода. Эта архитектура не слишком отличалась от той, что использовали Чарльз Бэббидж и Конрад Цузе. Эта же архитектура используется в современных компьютерах.

После публикации «Первого черновика» фон Нейман занялся поисками финансирования для постройки более мощной вычислительной машины. Этой машиной стал ADIVAC, разработанный в IAS (Institute for Advanced Study — Институт перспективных исследований) в Принстоне в 1953 году.

* * *