ОТ ЭНИАКа ДО ДЖОНИАКа

Работа над ЭНИАКом проходила в обстановке чрез­вычайной секретности. Не удивительно поэтому, что вы­дающийся американский математик Джон фон Нейман узнал о ней совершенно случайно. Будучи консультан­том крупнейшей в США Абердинской баллистической ла­боратории, он летом 1944 года встретил на железно­дорожной станции Абердина своего старого знакомого Германа Гольдстайна. В разговоре тот упомянул о ра­ботах Моучли — Эккерта. «Когда Джонни увидел, к че­му мы пришли, он двумя ногами .прыгнул в электрон­ные вычислительные машины»,— вспоминал впоследст­вии Гольдстайн.

Джон фон Нейман родился 28 декабря 1903 года в

Будапеште.

Получив диплом химика в Высшей технической шко­ле Цюриха и степень доктора математики ,в Буда­пештском университете, Джон занимает в 1927 году должность приват-доцента Берлинского, а затем Гам­бургского университетов. В 1930 году, когда полити­ческая обстановка в Европе становится все напряжен­ней, он вместе с матерью и братьями переезжает в США, в Принстон, где в 1931 году назначается профессором местного университета. С 1933 года Джон фон Нейман работает научным сотрудником знаменитого Института перспективных исследований в Принстоне.

Круг научных интересов фон Неймана был необы­чайно широк. Один из его коллег так шутливо объяс­нял причину необычайной одаренности ученого: «Види­те ли, Джонни вовсе и не человек. Но он так долго жил среди людей, что научился прекрасно их имити'

ровать».

. К сожалению, «среди людей» Джон фон Нейман жил не так уж долго—он умер от рака 8 февраля 1957 года.

Вскоре после его смерти американский математик польского происхождения Станислав Улам, в течение четверти века сотрудничавший с фон Нейманом, опуб­ликовал воспоминания о нем. Вот некоторые открывки

из них:

«Друзья Джонни вспоминают его в характерных для него положениях — стоящим около доски или обсуж­дающим научные проблемы в домашней обстановке. Его жесты, улыбка и выражение глаз всегда каким-то обра-

зом отражали его мысль или характер обсуждаемой проблемы. Он был среднего роста, худощавый в моло­дости, а затем быстро располневший, двигавшийся ма­ленькими шажками, небыстро, но иногда со значитель­ным и каким-то беспорядочным ускорением. Улыбка вспыхивала на его лице, как только в задаче проявля­лись черты логического или математического парадок­са...

...Его разговоры по научным вопросам с друзьями могли длиться часами. Здесь никогда не было нехватки в темах, даже если кто-то отклонялся от математи­ческих, проблем. У Джонни был живой интерес к людям, он наслаждался болтовней. Часто казалось, что он со­бирал в своей памяти коллекцию человеческих характе­ров, как будто намеревался провести статистическое ис­следование... Будучи в среде ученых-коллег, он делал блистательные, часто иронические замечания по поводу исторических и социальных явлений, облекал их в ма­тематическую формулировку...

...Я бы сказал, что после науки его больше всего интересовало изучение истории. Его знание древней ис­тории было неправдоподобно детальным...

...Кроме всего прочего, Джонни. был превосходным знатоком языков. Он замечательно помнил школьную латынь и греческий. Кроме английского, он бегло гово­рил по-немецки и французски... немного хуже знал ис­панский...»

Джон фон Нейман часто бывал в Лос-Аламосе, где создавалась атомная бомба, непосредственно участвовал во многих расчетах и давал большое число консульта­ций, сотрудничая с Э. Ферми и многими другими физи­ками-экспериментаторами. Вот что пишет об этом уче­ник и сотрудник Ферми Эмилио Сегре в книге «Энрико Ферми — физик»:

«Ферми был чем-то вроде оракула, к которому лю­бой физик мог обратиться за помощью... Мне помнится, как с фон Нейманом они обсуждали гидродинамические задачи. (Это было чем-то вроде соревнования у доски в кабинете Ферми — кто первый решит поставленную задачу; первым обычно оказывался фон Нейман, кото­рый умел фантастически быстро считать...)

Другим оракулом лаборатории был фон Нейман. Од­нажды один известный физик-экспериментатор и я це­лый день безуспешно ломали голову над задачей, для

решения которой нужно было взять некий интеграл. По­ставивший нас в тупик интеграл был написан на доске, когда через приоткрытую дверь нашей комнаты мы уви­дели идущего по' коридору фон Неймана. «Не може­те ли вы помочь нам с этим интегралом?»—спросили мы у него. Фон Нейман подошел к двери, глянул на доску и продиктовал ответ. Мы совершенно остолбенели, не понимая, как это ему удалось сделать...

Оба оракула относились друг к другу с дружбой и восхищением, и общий интерес к компьютерам укреп­лял эту дружбу».

Естественно, что фон Нейман легко мог оценить ог­ромное практическое значение быстродействующих вы­числительных машин и включился в работу над ними.

Он присоединился к группе Моучли — Эккерта тог­да, когда конструкция ЭНИАКа была выбрана. Однако, как у Бэббиджа в процессе работы над разностной ма­шиной возникла идея аналитической, так и в муровской группе до завершения ЭНИАКа родилась идея принци­пиально новой ЭВМ!

Трудно назвать автора этой идеи. По-видимому, она возникла в результате дискуссий трех главных идеоло­гов нового направления —Д. фон Неймана, Г. Гольдстай-на к А. Беркса — впоследствии декана факультета вы­числительной техники Мичиганского университета. Эти ученые изложили основные принципы построения вы­числительных машин нового типа в ставшей теперь классической статье: «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства» (1946). Главные положения этой статьи— обоснование использования двоичной системы для пред­ставления чисел и принцип «хранимой программы».

Двоичную систему использовали и создатели релей­ных машин, но это была не «чистая» двоичная систе­ма, а двоично-десятичная или двоично-пятеричная; вы­полнение же арифметических операций происходило, по существу, в традиционной десятичной системе.

Авторы «Предварительного рассмотрения...» сумели отказаться от традиции — они убедительно продемон­стрировали преимущества чисто двоичной системы при выполнении машиной арифметических и логических

операций.

Один из наиболее ощутимых недостатков релейных

машин и ЭНИАКа заключался в способах программного 190

управления ходом вычислений. ЭНИАК, например, не­сколько дней готовили к работе, осуществляя необходи­мые соединения на коммутационной доске, а собствен­но решение задачи длилось всего несколько минут.

Для устранения этого недостатка фон Нейман и его коллеги предложили «принцип хронимой программы», в соответствии с которым программа, как и исходные числовые данные, вводилась и хранилась в памяти ма­шины. Из памяти отдельные команды извлекались в устройство управления, где их содержание декодирова­лось (расшифровывалось) и использовалось для пере­дачи чисел из памяти в арифметическое устройство, выполнения операций над ними и отсылки результата обратно в память. Команды предварительно вводились в последовательные регистры памяти и выполнялись в порядке очередности до тех пор, пока не встречалась команда перехода (условного или безусловного), на­правлявшая ход вычислительного процесса по одному из нескольких возможных путей. Такой подход позво­лял интерпретировать команды как числа и, следова­тельно, давал возможность осуществлять арифметичес­кие и логические операции над ними, автоматически (без вмешательства программиста) изменять и модифи­цировать их в процессе решения задачи.

Наряду с обоснованием использования двоичной си­стемы и «принципа хранимой программы» статья содер­жала ряд важных рекомендаций по конструированию машин и методике программирования.

Основываясь на «Предварительном рассмотрении...», муровская группа начала в 1945 году работу над «Электронной вычислительной машиной с дискретными переменными», сокращенно ЭДВАК. Однако вскоре группа распалась: фон Нейман и Гольдстайн уехали в Принстон, Беркс — в Мичиган, а Моучли и Эккерт ор­ганизовали собственную компанию по производству ЭВМ. Поэтому ЭДВАК был закончен лишь в 1950 го­ду — на год позже, чем английская машина ЭДСАК, ко­торая оказалась, таким образом, первой в мире вычи­слительной машиной с хранимой программой. Эта ма­шина была построена под руководством профессора М. Уилкса в Кембриджском университете — Alma mater Чарлза Бэббиджа! Она имела запоминающее устрой­ство на ртутных линиях задержки емкостью в 512 чисел по 34 двоичных разряда в каждом. Числа представля-

г91

лись в памяти последовательностью непрерывно циркули­рующих импульсов, что обусловливало последовательный характер выполнения машинных операций. Сложение занимало у ЭДСАКа 0,07 миллисекунды, умножение — 8,5 миллисекунды (1 миллисекунда = Ю-³ секунды), ввод данных в машину производился с помощью пер­фоленты, вывод — с помощью пищущей машинки.

Вслед за ЭДСАК и ЭДВАК в первой половине 50-х годов появляется множество других ламповых машин,

«хороших и разных».

В США Гарвардская вычислительная лаборатория в марте 1950 года закончила работу над ЭВМ «Марк III». Главной особенностью машины было наличие магнит­ных барабанов и лент в качестве памяти и устройство ввода *. В «Марк III» использовался принцип «храни­мой программы». -

Новоявленная фирма «Эккерт—Моучли компьютер

корпорейшн», которая, впрочем, была вскоре проглоче­на другой, более мощной, начала свою деятельность с создания БИНАКа. Это машина наряду с ЭДВАКом была одной из первых американских машин, работав­ших в двоичной системе счисления. Затем была построе­на ЮНИВАК (1951)—машина последовательного дей­ствия, с «хранимой программой», с магнитной лентой в качестве устройства ввода и ртутными линиями задерж­ки в качестве памяти. ЮНИВАК был первой машиной, способной обрабатывать как чисто числовую, так и ал­фавитную информацию. Кроме того, это была первая ЭВМ, созданная не по специальному заказу, а для сво­бодной продажи.

В начале 50-х годов к работам над вычислительны­ми машинами приступило Национальное бюро стандар­тов США. Результатом этих работ явились машины СЕАК, ДИСЕАК, а затем СВАК. Особенность их за­ключалась в том, что они имели динамические переклю­чательные элементы.

Пожалуй, наибольшее влияние на развитие вычисли­тельной техники 50-х годов оказала деятельность прин-стонской группы. Перейдя в Институт перспективных ис­следований, Джон фон "Нейман не утратил интереса к

* Впрочем, здесь Г. Айкен должен, вероятно, уступить пальму первенства англичанам Кэт и Эндрю Бут, использовавшим магнит­ный барабан в небольшой электронной машине Лондонского уни­верситета (1947).

ЭВМ. Под его руководством фирма «Рэнд корпорейшн» построила машину ИАС, в которой в качестве .памяти использовалась электронно-лучевая трубка (трубка Вильямса), допускавшая очень быструю запись и счи­тывание двоичной информации. Это, в свою очередь, позволило применить в машине параллельное арифмети­ческое устройство; фон Нейман и Гольдстайн разработа­ли целесообразные приемы программирования для ИАС, в частности предложили использовать блок-схемы про­грамм. Вслед за ИАСом появились другие машины «принстонского типа», в частности ДЖОНИАК, назван­ная в честь фон Неймана, и, наконец, «Вихрь» — наибо­лее быстродействующая ЭВМ середины 50-х годов. Эта машина выполняла в секунду около 330 тысяч сложений и 60 тысяч умножений. «Вихрь» замечателен еще и тем, что в нем, по предложению Дж. Форрестера, было впервые успешно, опробовано (1952) магнитное запоми­нающее устройство на ферритовых сердечниках, кото­рое получило впоследствии повсеместное применение в качестве быстродействующего оперативного запоминаю­щего устройства.