Баща на компютрите
Това е всеизвестна истина, която журналистите обичат да преувеличават. Преувеличението, особено в заглавието, грабва вниманието на читателя и го насърчава да похарчи няколко копейки за екземпляр от вестника, безценен за издателя. Така че по едно време журналистите нарекоха първите компютри? образно, но напълно безсмислено? „електронни мозъци“; те също бяха много склонни да дават на различни хора титлата "баща на компютрите".
Днес е за един от тези хора. Както и да е, много заслужено и важно за историята на компютърните науки? не само за компютърни науки, но и за математика.
Но преди да говорим за това? някои технически подробности. Със сигурност почти всеки знае как изглежда "отдолу", на най-ниското ниво на "обработка". информацията се обработва от математическа машина. Това са двоични числа, нали? тоест човешки поредици от единици и нули, но физически? импулси и дефицити на електрически импулси, интерпретирани точно като двоични цифри. Това двоични числа ли са? ясно ли е на всички? това са "обикновени", добре познати числа, само малко по-различни от написаните човешки навици. Трябва ли машината да работи? да кажем операцията 6+3, тогава той записва десетичното число 6 като 110 (едно четири и едно две), числото 3? като 11 (две и едно) добавянето в двоично: 110+11=1001 и превежда резултата обратно на потребителя? като десетичен 9. Всеки разбира, че събирането е по-лесно в двоичен, отколкото в десетичен? защото това е таблицата за добавяне? по-лесно, но физическото изпълнение? тоест да се справят с импулсите и техните недостатъци? Спокойно.
И как машината записва команди за себе си, като командата add, използвана няколко реда по-горе? Един и същ ? както и поредица от нули и единици. По този начин всеки два такива низа могат да се интерпретират и като инструкция, и като число. Всичко зависи от нашия договор? с кола; възможно е да се съгласим, например, че първите 6 двоични знака от дадена последователност от нули и единици ще кажат какво да се прави (т.е. да се кодира командата), а следващите символи? ще бъде числото, към което ще се отнася тази команда.
В самото начало, когато бяха изобретени компютрите, беше различно. Различавали ли се принципно поръчките от данните, включително по отношение на начина на техническо изпълнение и мястото на тяхното съхранение? което доведе например до такива проблеми като необходимостта ръчно да се задават връзки за всеки алгоритъм за изчисление поотделно. Така беше например в случая с известния ENIAC. Настройка? казвам? алгоритъмът за изчисляване на таблици за артилерийска стрелба (тази машина беше предназначена главно за такива изчисления) беше истински кошмар, може би за красиви млади програмисти, които трябваше внимателно да вмъкнат стотици щепсели в правилните контакти, може би сънувайки през нощта?
Междувременно, идентичното записване на команди и данни позволява не само програмиране "на хартия", но и в допълнение? при приемане на допълнителни конвенции? изпълнение на команди върху записи? обикновени аритметични операции. И така, какво може да се случи е, че операцията [?Добавяне на запис? плюс?нотация за умножение?] ще доведе до?деление? или "команда за скок". Дали машината, разчитаща на инструкциите като обикновени числа, придобива изненадваща (за неспециалист) способност автоматично да променя своите набори от инструкции вътрешно? без човешка намеса, кой трябва само да предвиди съответната нужда?
Това беше интелектуален пробив в подхода към изчислителните процеси. Внедряването му означаваше истинското раждане на съвременните компютри.
Интересно ? човекът, на когото хрумна тази идея, измисли и схемата, по която се изгражда всеки компютър днес. Според тази схема, която е валидна и днес, компютърът? пет технически правилно внедрени системи, наречени ВХОД, ИЗХОД, ПАМЕТ, АРИТМОМЕТЪР и КОНТРОЛ. INPUT се използва за въвеждане на данни и програми (днес това е например клавиатура, различни четци и сензори, дисково устройство, USB порт, към който свързваме "колба", т.е. и много други устройства. Резултати от изчисленията , данните и програмите се съхраняват в ПАМЕТ, операциите се извършват в АРИТМОМЕТЪРА и всичко това се управлява от КОНТРОЛ.
Това подреждане на петте елемента се нарича Архитектура на Нойман.
Архитектура на фон Нойман? първият тип компютърна архитектура, разработена от Джон фон Нойман, Джон У. Мочли и Джон Преспер Екерт през 1945г. Характерна особеност на тази архитектура е, че данните се съхраняват заедно с инструкциите, което ги прави кодирани по същия начин.
В тази архитектура компютърът се състои от четири основни компонента:
- компютърна памет, която съхранява програмни данни и програмни инструкции; всяка клетка от паметта има уникален идентификатор, наречен неин адрес;
- контролен блок, отговорен за извличане на данни и инструкции от паметта и тяхната последователна обработка;
- аритметично-логическа единица, отговорна за извършване на основни аритметични операции;
- входно/изходни устройства, използвани за взаимодействие с оператора.
Блокът за управление и аритметично-логическото устройство образуват процесор. Компютърна система, базирана на архитектурата на фон Нойман, трябва:
- имат окончателен и функционално пълен списък с поръчки;
- да може да въвежда програма в компютърна система чрез външни устройства и да я съхранява в паметта по същия начин като данните;
- данните и инструкциите в такава система трябва да са еднакво достъпни за процесора;
- там информацията се обработва чрез последователно четене на инструкции от паметта на компютъра и изпълнение на тези инструкции в процесора.
Тези условия позволяват на компютърната система да преминава от една задача (програма) към друга без физическа намеса в структурата на системата и по този начин гарантира нейната универсалност.
Компютърната система на фон Нойман няма отделна памет за съхранение на данни и инструкции. И инструкциите, и данните са кодирани с числа. Без програмен анализ е трудно да се определи дали дадена област от паметта съдържа данни или инструкции. Една изпълнима програма може да се модифицира, като третира областта с инструкции като данни, но след обработка на тези инструкции? данни? започнете да ги правите.
Компютърен модел, използващ архитектурата на фон Нойман, често се нарича референтна цифрова машина (PMC).
И вече знаем името на нашия герой: това е брилянтният американски математик Джон фон Нойман. Имената на конструкторите на ENIAC също са в Wikipedia, но няма съмнение, че основната идея идва от фон Нойман.
Всъщност той не е американец, не е Джон и дори не е. Бъдеще? Баща на компютрите? роден на 28 декември 1903 г. в Будапеща като Нойман Янош Лайоспо, унгарското фамилно име се изписва на първо място, по време на по-късния си престой в Германия той се казва Йохан фон Нойман (? е прякор, означаващ благороден произход на немски), той става само Джон през последните десетилетия от живота си.
Произхожда от унгарско еврейско банково семейство, богат? но в никакъв случай не благороден. Той беше невероятно умно дете; Неговите биографи отбелязват например, че когато е бил на шест години, е можел например да разбива осемцифрени числа в паметта с голяма скорост. Като правило хората, надарени с такива способности, не само не са гении в математиката, но дори се считат за умствено изостанали. Не беше така с малкия Янош.
Освен това момчето имаше фотографска памет: достатъчно му беше да погледне страницата на книга, за да си спомни точно съдържанието й. Той посещава евангелска гимназия в Будапеща с Ойген Вигнер, който е една година по-голям (известен също по-късно). Янош беше изключително надарен ученик тук и много бързо доказа големия си математически талант? Публикува първата си научна математическа статия на 17-годишна възраст.
След като завършва гимназия, той учи в няколко много добри европейски университета. През 1925 г. той получава бакалавърска степен (еквивалентна на бакалавърска степен) от? инженерна химия. Година по-късно (!) той получава докторска степен по математика от Будапещенския университет. От 1926–1930 г. е най-младият асистент в университета Хумболт в Берлин. Той успя напълно да избегне нацисткото преследване, което? заради еврейския им произход? определено няма да го пропуснат. През есента на 1929 г. е поканен в САЩ, в известния Принстън, където заминава през 1930 г. и започва изследвания в местен университет. През 1932 г. издава книга () в САЩ.
Когато нацистите дойдоха на власт в Германия през 1933 г., фон Нойман пое поста професор по математика в новосъздадения? много елитарно? Институт за напреднали изследвания, днес една от най-известните изследователски институции в света. Станал ли е приятел тук? между другите? Самият Алберт Айнщайн. През 1937 г. получава американско гражданство.
Биографията на фон Нойман има интересен полски акцент. Е, след победата на нацизма в Германия, точно преди войната, той посети страната ни и се срещна тук с най-великия полски математик Стефан Банах. Всъщност тази среща беше основната цел на престоя на учения в Полша, защото? строго поверително? той донесе на Банах предложение незабавно да емигрира в Съединените щати и да поеме професорска позиция в Принстън. Има един анекдот, че в опит да накара Банах да вземе решение, той му подаде чек с изписано номер едно, с думите? Моля, добавете толкова нули, колкото сметнете за добре, приема ли се някаква сума предварително?
Очевидно невероятно горд и изключително брилянтен, но? Мисля, че ? Не много мъдрият отговор на Банах беше: прости ми, но това не е ли достатъчно?
Джон фон Нойман не само изобретява описаната по-горе компютърна архитектура, наречена на негово име (той я описва в книга от 1945 г.), и не само идва с брилянтна идея с цифровата интерпретация на компютърните команди, но също така има значителен принос за сериал? много понякога?теоретичен? ? области на математиката: логика, теория на множествата, математически анализ. През 1944 г. той написва известна статия с Оскар Моргенщерн, като по този начин става и създателят на съвременната теория на игрите.
От 1943 г. фон Нойман участва в проекта Манхатън, в който построява ефективно функциониращ ядрен реактор и създава първата атомна бомба. По това време той изобретява, наред с други неща, първия метод за практическо решение на хиперболични частни диференциални уравнения.
През 1956 г. фон Нойман получава ? На Американското метеорологично дружество за приноса им към метеорологията и разработването на високоскоростни компютри (които могат незабавно да бъдат приложени за прогнозиране на времето) и за тяхното лидерство при основаването на изследователската група, която изготви първата математически надеждна прогноза за времето.
Той също така е бил активен в политиката на фон Нойман. Преди атомната бомбардировка на Япония той беше член на целевия комитет, който съвместно вземаше решения за избора на бомбени цели. Фон Нойман предложи да хвърли бомбата над Киото? градът е важен религиозен център за японците. Той също така участва в проекти за балистични ракети и в проекта за водородна бомба.
В личния си живот той беше весел и изключително общителен човек. Женен е два пъти (Мариета Ковеши и Клара Дан) и има дъщеря (Марина). Къщата му в Принстън е домакин на известни партита, широко известни не само в света на науката с количеството алкохол, което пият?
Умира от рак на 8 февруари 1957 г. след хронично и болезнено заболяване.
