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.