Кто создал первый компьютер, основанный на принципах фон Неймана

Обновлено: 02.07.2024

Большинство современных компьютеров представляют собой цифровые компьютеры, основанные на принципе фон Неймана: (1) единый центральный процессор; (2) единый путь между центральным процессором и памятью; (3) программа хранится в памяти; и (4) центральный процессор последовательно извлекает, декодирует и выполняет сохраненные инструкции программы. Почти все персональные компьютеры, рабочие станции, миникомпьютеры и мейнфреймы в настоящее время являются компьютерами дизайна фон Неймана. Чтобы понять, как работает такой компьютер, рассмотрим следующий схематический рисунок:

а. ЦП: центральный процессор — это мозг компьютера, схемы для декодирования и выполнения инструкций. Из-за закона Мура количество интегральных схем, необходимых для создания ЦП, соответственно уменьшалось, пока в 1975 году ЦП для персонального компьютера не удалось спроектировать на одной интегральной схеме, называемой микропроцессором. С тех пор каждое поколение микропроцессоров мощнее предыдущего. Два типа микропроцессоров - CISC и RISC. Проще говоря, инструкции для первого типа намного сложнее, чем для второго. Примерами CISC являются микропроцессоры Intel серий 80x86 и Motorola 860x0. Таким образом, большинство персональных компьютеров используют CISC. RISC более мощны и используются в рабочих станциях, таких как SUN. Однако Intel включает большинство функций RISC-чипов в следующие поколения своих CISC-чипов. Помимо одного ЦП, конструкция фон Неймана может иметь несколько сопроцессоров, то есть подчиненных процессоров для арифметических операций и быстрого отображения видео.

б. Пирамида памяти Поскольку ЦП стал быстрее и мощнее, основным узким местом в конструкции компьютера является поток информации туда и обратно из памяти в ЦП. В настоящее время существует множество типов запоминающих устройств с различной стоимостью, временем доступа и объемом памяти. Как правило, чем быстрее время доступа, тем дороже память. Следовательно, хороший дизайн основан на пирамиде памяти, обеспечивающей увеличение количества менее дорогой и медленной памяти.

(1) Кэш-память: обычно это память, размещенная в ЦП или подключенная к специальной быстрой шине. Это самый быстрый и самый дорогой, поэтому используется мало.

(2). ОЗУ (DRAM и SRAM) и ПЗУ: это различные типы микросхем памяти, напрямую доступные компьютеру. Двумя наиболее важными типами оперативной памяти RAM являются динамическая (DRAM) и статическая (SRAM). Преимущество последнего в том, что память сохраняется при выключении компьютера. ПЗУ только для чтения — это особый тип памяти для чтения, но не для записи. Этот тип памяти удобен для хранения часто используемого программного обеспечения, для которого пользователю требуется быстрый доступ, но нет необходимости изменять его. Чипы памяти дороже и быстрее, чем различные типы памяти на магнитных и лазерных дисках.

Поскольку стоимость одного бита памяти для интегральных схем ежегодно снижается примерно на 30–35 %, неудивительно, что каждое новое поколение компьютеров имеет гораздо больший объем оперативной памяти, чем предыдущее поколение. Например; у APPLE II было 48 КБ с возможностью расширения до 64 КБ; MAC начинался с 128 КБ, и теперь его редко покупают с оперативной памятью менее 4 МБ. (K означает одну тысячу, а M – один миллион.)

(3). Магнитный диск: это магнитные диски различных типов, такие как дискеты (5 1/4 и 3 1/2) и жесткий диск. Эти устройства дешевле и могут хранить гораздо большие объемы данных, чем ОЗУ, но имеют более медленное время доступа, то есть количество времени, которое требуется компьютеру для считывания информации с магнитного диска в ОЗУ. Как правило, компьютер имеет гораздо больший объем памяти на жестком диске, чем память на интегральных схемах.

(4). Пузырьковая память: это дорогое магнитное запоминающее устройство, потенциал которого в настоящее время не реализован. Пузырьковая память может хранить информацию, содержащуюся в Библиотеке Конгресса, на устройстве размером с куб размером 1/4 дюйма. Память этого типа используется в портативных компьютерах.

(5). Лазерный диск. Новый тип запоминающего устройства — лазерный диск, на котором можно хранить очень большие объемы данных. Этот тип запоминающих устройств начинает использоваться в библиотечных приложениях. Дешевле, но намного медленнее, чем жесткие диски. CD-ROM относится к лазерным дискам только для чтения.

(6). Голографическая память: это новый тип памяти, основанный на голографических узорах, который только сейчас выходит на рынок. Коммерческий потенциал этого типа запоминающих устройств очень велик, потому что они быстрые и могут хранить огромное количество информации. Таким образом, этот тип памяти будет очень полезен в мультимедийных компьютерах, поскольку вычислительная мощность микропроцессоров развивалась намного быстрее, чем способность перемещать большие объемы данных, необходимые для динамических изображений, из памяти в ЦП.

<р>в. Устройства ввода/вывода

Клавиатура, мышь и видеоэкран

Принтеры: матричные, струйные, лазерные,

В настоящее время ведутся большие исследования и разработки устройств перьевого ввода, которые могут читать рукописный текст. Это проблема распознавания образов. Кроме того, устройства голосового ввода теперь становятся частью ПК. Опять же, это серьезная проблема с распознаванием образов.

д. Шина: шина — это электрическая цепь, соединяющая компоненты компьютера вместе. Чем мощнее компьютер, тем больше шина, где размер шины означает количество битов, которые могут быть переданы за один раз. Тенденция к персональным компьютерам сместилась с 8 к 16 к 32 и движется к 64 битам, передаваемым одновременно. По мере того, как мы движемся к мультимедиа, возрастает потребность в очень быстром перемещении больших блоков данных.

<р>т.е. Часы: часы синхронизируют компоненты компьютера для совместной работы. Более быстрые часы позволяют компьютеру выполнять больше инструкций в секунду. С 1970-х годов тактовая частота на персональных компьютерах увеличилась с 1 до более чем 100 миллионов циклов в секунду.

В Соединенных Штатах государственное финансирование было выделено на проект под руководством Джона Мочли, Дж. Преспера Эккерта-младшего и их коллег из Школы электротехники Мура Пенсильванского университета. их целью был полностью электронный компьютер. По контракту с армией и под руководством Германа Голдстайна в начале 1943 года началась работа над электронным числовым интегратором и компьютером (ENIAC). В следующем году математик Джон фон Нейман, уже находящийся в постоянном отпуске из Института перспективных исследований (IAS) в Принстоне, штат Нью-Джерси, для различных правительственных исследовательских проектов (включая Манхэттенский проект), начал частые консультации с группой. /p>

ENIAC был чем-то меньшим, чем мечта об универсальном компьютере. Разработанный для конкретной цели вычисления значений для таблиц дальности стрельбы, ему не хватало некоторых функций, которые сделали бы его более полезной машиной. Как и Colossus, но в отличие от машины Говарда Эйкена (описанной в разделе «Ранние эксперименты»), он использовал коммутационные панели для передачи инструкций машине; это имело то преимущество, что после того, как инструкции были таким образом «запрограммированы», машина работала с электронной скоростью. Инструкции, считанные с устройства чтения карт или другого медленного механического устройства, не смогли бы угнаться за полностью электронным ENIAC. Недостатком было то, что на переналадку машины для каждой новой проблемы уходили дни. Это была такая ответственность, что только с некоторой долей великодушия ее можно было назвать программируемой.

Тем не менее, ENIAC был самым мощным вычислительным устройством, созданным на сегодняшний день. Подобно аналитической машине Чарльза Бэббиджа и «Колоссу», но в отличие от Mark I Айкена, Z4 Конрада Цузе и телефонной машины Джорджа Стибица, она имела условное ветвление, то есть могла выполнять различные инструкции или изменять порядок выполнение инструкций на основе значения некоторых данных. (Например, ЕСЛИ X > 5, ТО ПЕРЕХОДИТЕ К СТРОКЕ 23.) Это дало ENIAC большую гибкость и означало, что, хотя он был создан для определенной цели, его можно было использовать для решения более широкого круга задач.

ENIAC был огромным. Он занимал подвал школы Мура размером 50 на 30 футов (15 на 9 метров), где его 40 панелей были расположены U-образно вдоль трех стен. Каждая из единиц была около 2 футов в ширину, 2 фута в глубину и 8 футов в высоту (0,6 на 0,6 на 2,4 метра). Приблизительно с 18 000 электронных ламп, 70 000 резисторов, 10 000 конденсаторов, 6 000 переключателей и 1 500 реле это была самая сложная электронная система, созданная на тот момент. ENIAC работал непрерывно (отчасти для продления срока службы ламп), вырабатывая 150 киловатт тепла, и мог выполнять до 5000 сложений в секунду, что на несколько порядков быстрее, чем его электромеханические предшественники. Colossus, ENAIC и последующие компьютеры, использующие электронные лампы, известны как компьютеры первого поколения. (С 1500 механическими реле ENIAC все еще был переходным этапом к более поздним, полностью электронным компьютерам.)

Завершенный к февралю 1946 года ENIAC обошелся правительству в 400 000 долларов, и война, для победы в которой он был разработан, закончилась. Его первой задачей были расчеты конструкции водородной бомбы. Часть машины выставлена в Смитсоновском институте в Вашингтоне, округ Колумбия.

На пути к классическому компьютеру

Больше мозгов

Компьютеры, созданные во время войны, создавались с необычными ограничениями. Британская работа была в основном сосредоточена на взломе кодов, американская — на вычислении траекторий снарядов и расчетах атомной бомбы. Компьютеры были построены как устройства специального назначения, хотя они часто воплощали в себе более общие вычислительные возможности, чем того требовали их спецификации. Вакуумные лампы в этих машинах были не совсем надежными, но без движущихся частей они были более надежными, чем электромеханические переключатели, которые они заменили, и они были намного быстрее.Надежность была проблемой, поскольку Colossus использовал около 1500 ламп, а ENIAC - порядка 18000. Но ENIAC, благодаря своей электронной реализации, был в 1000 раз быстрее, чем Harvard Mark I. Такая скорость означала, что машина могла выполнять вычисления, которые до этого были недоступны человеческим способностям. Хотя трубы были большим шагом вперед по сравнению с электромеханической реализацией Айкена или паромеханической моделью Бэббиджа, базовая архитектура машин (то есть функции, которые они могли выполнять) была ненамного выше разностной машины Бэббиджа и Аналитическая машина. На самом деле, первоначальное название ENIAC было Electronic Difference Analyzer, и он был создан, чтобы работать так же, как разностная машина Бэббиджа.

После войны усилия были сосредоточены на реализации идеи универсального вычислительного устройства. В 1945 году, еще до того, как ENIAC был закончен, в школе Мура началось планирование преемника ENIAC, электронного автоматического компьютера с дискретными переменными, или EDVAC. (Планирование EDVAC также подготовило почву для последующей патентной борьбы; см. BTW: Компьютерные патентные войны.) ENIAC, как и все предыдущие электронные компьютеры, мешала необходимость использовать одну вакуумную лампу хранить каждый бит или двоичную цифру. Возможное количество электронных ламп в компьютере также наложило практический предел на объем памяти — после определенного момента электронные лампы неизбежно перегорают, как только их можно заменить. Для EDVAC у Эккерта появилась новая идея для хранения данных.

В 1880 году французские физики Пьер и Жак Кюри обнаружили, что подача электрического тока на кристалл кварца вызывает характерную вибрацию, и наоборот. В 1930-х годах в Bell Laboratories Уильям Шокли, позже один из изобретателей транзистора, продемонстрировал устройство — трубку, называемую линией задержки, содержащую воду и этиленгликоль, — для создания предсказуемой задержки в передаче информации. Эккерт уже в 1943 г. построил и провел эксперименты с такой линией задержки (используя ртуть) в связи с исследованиями в области радиолокации, и где-то в 1944 г. ему пришла в голову новая идея поместить кварцевый кристалл на каждом конце ртутной линии задержки, чтобы поддерживать и изменить полученный шаблон. По сути, он изобрел новое запоминающее устройство. В то время как ENIAC требовал одну лампу на бит, EDVAC мог использовать линию задержки и 10 электронных ламп для хранения 1000 битов. До изобретения памяти на магнитном сердечнике и транзистора, которые полностью устранили необходимость в электронных лампах, ртутная линия задержки играла важную роль в увеличении памяти и надежности компьютера.

Предварительное обсуждение фон Неймана

Но конструкция современного, или классического, компьютера не была полностью сформирована до публикации в 1946 году статьи Артура Бёркса, Германа Голдстайна и Джона фон Неймана под названием "Предварительное обсуждение логической конструкции электронного вычислительного инструмента". . Хотя статья представляла собой, по сути, синтез идей, которые в настоящее время «витают в воздухе», ее часто называют свидетельством рождения информатики.

Среди принципов, провозглашенных в документе, было то, что данные и инструкции должны храниться в одном хранилище и что инструкции должны быть закодированы таким образом, чтобы их можно было изменить другими инструкциями. Это было крайне важное решение, потому что оно означало, что одна программа могла обрабатываться другой программой как данные. Цузе считал и отвергал эту возможность как слишком опасную. Но его включение группой фон Неймана сделало возможными языки программирования высокого уровня и большинство достижений в области программного обеспечения за следующие 50 лет. Впоследствии компьютеры с сохраненными программами стали называть машинами фон Неймана.

Одной из проблем, которую решила идея с хранимой программой, была потребность в быстром доступе к инструкциям. Colossus и ENIAC использовали коммутационные панели, преимущество которых заключалось в том, что инструкции можно было считывать в электронном виде, а не с помощью гораздо более медленных механических считывателей карт, но у него также был недостаток, заключающийся в том, что эти машины первого поколения было очень сложно программировать. Но если бы инструкции можно было хранить в той же электронной памяти, что и данные, к ним можно было бы получить доступ так быстро, как это необходимо. Сразу очевидным последствием стало то, что EDVAC потребуется намного больше памяти, чем ENIAC.

Первые машины с хранимой программой

Государственная тайна мешала британским усилиям по использованию компьютерных достижений военного времени, но инженеры в Британии по-прежнему превзошли американцев в создании первого цифрового компьютера с хранимой в памяти программой. В Манчестерском университете Фредерик С. Уильямс и Том Килберн в 1948 году построили простой компьютер с хранимой в памяти программой, известный как Baby. прямой доступ (в отличие от последовательного доступа ртутной линии задержки) к хранимой информации. Хотя он быстрее, чем метод хранения Эккерта, он оказался несколько ненадежным.Тем не менее, он стал предпочтительным методом хранения для большинства первых компьютеров по всему миру, которые еще не были привязаны к ртутным линиям задержки.

К 1949 году Уильямс и Килберн расширили Baby до полноразмерного компьютера Manchester Mark I. Он имел две основные новые функции, которые должны были стать компьютерными стандартами: двухуровневое хранилище и регистры модификации инструкций (которые вскоре развились). в индексные регистры). Был добавлен магнитный барабан, чтобы обеспечить дополнительное запоминающее устройство с произвольным доступом. До тех пор, пока машины не были снабжены индексными регистрами, перед каждой инструкцией, относящейся к адресу, меняющемуся в процессе работы программы, например к элементу массива, должны были предшествовать инструкции по изменению его адреса на текущее требуемое значение. Через четыре месяца после того, как Baby впервые заработал, британское правительство заключило контракт с электронной фирмой Ferranti на создание серийного компьютера на основе предполагаемого Mark I. Он стал Ferranti Mark I — первым коммерческим компьютером, девять из которых были проданы.

Килберн, Уильямс и их коллеги из Манчестера также совершили прорыв, который произвел революцию в том, как компьютер выполняет инструкции: они сделали возможным изменение адресной части инструкции во время работы программы. До этого инструкция указывала, что конкретное действие — скажем, добавление — должно быть выполнено с данными в одном или нескольких определенных местах. Их нововведение позволило изменить местоположение как часть операции выполнения инструкции. Это упростило последовательную адресацию элементов массива.

Тем временем в Кембриджском университете Морис Уилкс и другие построили то, что признано первым полноразмерным, полностью электронным компьютером с хранимой программой, чтобы предоставлять формальные вычислительные услуги для пользователей. Автоматический калькулятор электронного хранения с задержкой (EDSAC) был построен на наборе принципов, синтезированных фон Нейманом, и, как и Manchester Mark I, начал функционировать в 1949 году. Уилкс построил машину главным образом для изучения вопросов программирования, которые, как он понимал, станут столь же важными. как детали оборудования.

Вихрь

Однако новое оборудование продолжало изобретаться. В Соединенных Штатах Джей Форрестер из Массачусетского технологического института (MIT) и Ян Александр Райхман из Radio Corporation of America придумали новый тип памяти на основе магнитных сердечников, который был достаточно быстрым, чтобы позволить MIT создать первую настоящую память. компьютер времени, Вихрь. Компьютер реального времени — это компьютер, который может мгновенно реагировать на основные инструкции, что позволяет оператору взаимодействовать с «работающим» компьютером.

Джон фон Нейман родился в Венгрии, на окраине Астро-Венгерской империи. Семья стала частью дворянства, и, будучи юным вундеркиндом в Будапеште, он выучил языки и к 8 годам занимался математическим расчетом. К 17 годам он уже писал статьи о многочленах. Он написал свою диссертацию в 1925 году. Он добавил к теории множеств аксиому основания и понятие класса или свойств, общих для членов множества. В 1928 году он работал над теоремой о минимаксе, доказательство которой установило игры с нулевой суммой и положило начало другой дисциплине в математике — теории игр. К 1929 году он опубликовал систему аксиом, которая привела к теории множеств фон Неймана-Бернейса-Гёделя.

К 1932 году он разработал фундаментальную работу по эргодической теории, которая впоследствии превратилась в раздел математики, изучающий состояния динамических систем, где функции могут описывать точечную временную зависимость в пространстве. Поэтому в том же году он, конечно же, написал книгу по квантовой механике.

Мы упоминали, что он был умен, и, учитывая то, как работал его мозг, было понятно, что в конечном итоге он увлечется компьютерами. Он ходил в лучшие школы вместе с другими блестящими учеными, которых впоследствии назовут марсианами. Все они исследовали новые области, требующие все большего и большего объема вычислений, которые тогда все еще выполнялись вручную или комбинацией ручных и механических калькуляторов.

В число марсиан входил Де Хевеши, лауреат Нобелевской премии по химии. Фон Карман получил Национальную медаль науки и премию Франклина. Поланил разработал теорию познания и философию науки. Пол Эрдёш был блестящим математиком, опубликовавшим более 1500 статей. Эдвард Теллер известен как отец водородной бомбы, всю свою жизнь работавший над ядерной энергией и лоббирующий Стратегическую оборонную инициативу, или «Звездные войны».

Деннис Габор написал книгу «Изобретая будущее» и получил Нобелевскую премию по физике.Юджин Вигнер также получил Нобелевскую премию по физике и Национальную медаль науки. Лео Сцилард получил награду Альберта Эйнштейна за свою работу в области цепных ядерных реакций и присоединился к Манхэттенскому проекту в качестве владельца патента на ядерный реактор. Физики и блестящие ученые. И вот ключевой компонент взрыва в науке после Второй мировой войны: многие из них бежали в Соединенные Штаты и другие западные державы, потому что они были евреями, чтобы сбежать от нацистов или избежать коммунистов, контролирующих науку.

А еще были Harsanyl, Halmos, Goldmark, Franz Alexander, Orowan и John Kemeny, которые дали нам BASIC. Все они внесли свой вклад в мир, в котором мы живем сегодня, но фон Нейман иногда скрывал, насколько он умен, предпочитая не показывать, сколько арифметических вычислений он выполнял в своей голове.

Он был дважды женат, любил быстрые машины, вкусную еду, плохие шутки и был привлекательной и загадочной фигурой. Он изучал теорию меры и разбил теорию размерности на алгебраические операторы. Он изучал топологические группы, операторную алгебру, спектральную теорию, функциональный анализ и абстрактное гильбертово пространство. Геометрия и теория решеток. Как и в случае с другими великими мыслителями, некоторые из его работ выдержали испытание временем, а в некоторых были пробелы, заполненные другими теориями. А потом появился Манхэттенский проект. Здесь он помогал разрабатывать взрывные линзы — ключевой компонент ядерной бомбы.

Попутно он занимался экономикой и гидромеханикой. И, конечно же, он теоретизировал и разработал инженерные принципы для действительно больших взрывов. Он был комиссаром Комиссии по атомной энергии и в разгар холодной войны после разработки теории игр разработал концепцию гарантированного взаимного уничтожения - предоставив миру водородные бомбы и межконтинентальные баллистические ракеты и сократив ракетный разрыв. Трудно представить, но в то время Советы действительно имели техническое преимущество над США, что подтвердилось, когда они запустили спутник. Как и другие марсиане, он боролся с коммунизмом и фашизмом до самой смерти, за что получил медаль свободы от тогдашнего президента Эйзенхауэра.

Его друг Станислав Улам разработал современный метод Монте-Карло для цепей Маркова, и фон Нейман занялся вычислительной техникой, чтобы выполнить эти расчеты. Это в сочетании с тем, где лежали его исследования, сделали его одним из первых опытных пользователей ENIAC. Он действительно услышал о машине на станции, ожидая поезда. Он только что вернулся домой из Англии, и хотя мы никогда не узнаем, знал ли он о работе Тьюринга над Колоссом в Блетчли-парке, мы знаем, что он предложил Тьюрингу работу в Институте перспективных исследований, которым он руководил в Принстоне. до Второй мировой войны и читал статьи Тьюринга, в том числе «О вычисляемых числах», и понимал основные концепции хранимых программ — и разбивал логику на нули и единицы.

Он рассказал об использовании ENIAC для выполнения более 333 вычислений в секунду. Он многое мог сделать в уме, но не был так хорош в компьютере. Его вклад был принят во внимание, и когда Эккерт и Мочли перешли от ENIAC к EDVAC, или электронному калькулятору дискретных переменных, результаты были опубликованы в статье под названием «Первый проект отчета о EDVAC» — фундаментальной статье в области вычислительной техники для ряда причины.

Во-первых, Мочли и Эккерт обладали предпринимательским духом и считали, что их имена не только должны быть на бумаге, но и, вероятно, это было преждевременно, поэтому в 1945 году они быстро подали заявку на патент, хотя кое-что из того, что они ему сказали, что вошло в бумагу, помогло аннулировать патент позже. Они считали эти коммерческие секреты и не разделяли идею фон Неймана о том, что информация должна быть обнародована.

В статье содержится важный вклад, фон Нейман разобрал части современного компьютера. Он установил информацию о том, как они будут работать бесплатно. Он разложил логические блоки того, как работает компьютер, в современную эпоху. Как только мы избавимся от электромеханических компьютеров, заработает полностью цифровая машина. Входные данные поступают в центральный процессор, в котором есть регистр инструкций, часы для синхронизации операций и потока данных, а также счетчик, выполняющий математические операции. Затем он использует оперативную память, которую мы сегодня называем оперативной памятью, или ОЗУ, чтобы ускорить обработку данных. И он будет использовать долговременную память для операций, которые не должны быть столь же высокодоступными для ЦП. На данный момент это должно звучать как довольно знакомый способ проектирования устройств.

Результат будет отправлен на устройство вывода. Подумайте о современном приложении Swift для iPhone: все, что делал компьютер, можно было перенести на одну пластину, как только человечество поняло, как сначала работали транзисторы, а затем несколько транзисторов на одном чипе.

Еще одним итогом статьи стало то, что Тьюринг и другие ученые вдохновились на работу с компьютерами после войны. Тьюринг назвал свой ACE или автоматическую вычислительную машину из уважения к Чарльзу Бэббиджу.Это привело к добавлению памяти к компьютерам. В конце концов, во время войны для Колосса использовалась перфолента, а перфокарты и скотч существовали некоторое время. По иронии судьбы мы думаем о памяти как о временном хранилище данных, а о хранилище — как о более долгосрочном хранилище. Но это, вероятно, больше связано с порядком публикации этих научных статей, чем с чем-либо еще, и с уважением к влиянию каждой из них.

Он написал книги «Компьютер и мозг», «Математические основы квантовой механики», «Теория игр и экономическое поведение», «Непрерывная геометрия» и другие книги. Он также изучал ДНК, когнитивные и погодные системы, делая вывод, что мы можем предсказать результаты изменения климата и, возможно, даже повернуть вспять глобальное потепление, что к 1950 году, когда он работал над этим, уже было признано учеными. Как и многие из первых исследователей ядерной физики, он умер от рака, приняв пари Паскаля на смертном одре. Он умер в 1957 году — всего на несколько лет раньше срока, чтобы получить Нобелевскую премию в любой области.

Одним из моих любимых качеств фон Неймана было то, что он всю жизнь любил историю. Он был хакером - метался между предметами. И он верил в человеческую свободу. Настолько, что этот богатый и харизматичный псевдоаристократ посвятил свою жизнь изучению знаний и государственной службе. Так что спасибо вам за архитектуру фон Неймана и разделение вычислений на способы, которые нельзя было запатентовать слишком рано, чтобы получить широкое распространение. И спасибо вам за помощь в предотвращении взаимно гарантированного уничтожения и за то, что вдохновляете поколения ученых во многих областях. Я в восторге от того, что жив, а не куча ядерной пыли. И быть прибыльно занятым в вычислительной технике. Он оказал значительное влияние в обоих случаях.

Хей Т. и Пристли М., 2019 г., фон Нейман считал универсальную машину Тьюринга «простой и аккуратной», Communications of the ACM , 63 : 1 , (26–32), дата публикации в Интернете: 20 декабря 2019 г. .< /p>

Corry L 2017, Довоенные аналоговые компьютеры Тьюринга, Communications of the ACM, 60:8, (50–58), дата публикации в Интернете: 24 июля 2017 г.

Haigh T 2014, Слезы Дональда Кнута, Коммуникации ACM, 58:1, (40–44), Дата онлайн-публикации: 1 января 2015 г.

Линь И, Ван Ф, Чжэн С, Гао Х и Чжан Л. 2013, Моделирование методом Монте-Карло модели Изинга на ПЛИС, Журнал вычислительной физики, 237, (224-234), Дата онлайн-публикации: 1 марта- 2013 г.

Haigh T 2011, The History of Information Technology, Annual Review of Information Science and Technology, 45:1, (431–487), дата публикации в Интернете: 1 января 2011 г.

Eisenberg M 2003, Создание канона компьютерных наук, Бюллетень ACM SIGCSE, 35:1, (336-340), Дата публикации в Интернете: 11 января 2003 г.

Айзенберг М. Создание канона компьютерных наук Материалы 34-го технического симпозиума SIGCSE по компьютерному образованию, (336-340)

Piccinini G 2003, Book Review, Minds and Machines, 13:2, (327-332), дата онлайн-публикации: 1 мая 2003 г.

Йоханссон М. 1999, Big Blue Gets Beaten, IEEE Annals of the History of Computing, 21:2, (14-30), дата онлайн-публикации: 1 апреля 1999 г.

Ceruzzi P 1997, Crossing the Divide, IEEE Annals of the History of Computing, 19:1, (5–12), дата онлайн-публикации: 1 января 1997 г.

Гриер Д. 1996, ENIAC, Глагол «программировать» и появление цифровых компьютеров, IEEE Annals of the History of Computing, 18:1, (51-55), Дата онлайн-публикации: 1 марта 1996 г. .

Eckstein P 1996, J. Presper Eckert, IEEE Annals of the History of Computing, 18:1, (25–44), дата публикации в Интернете: 1 марта 1996 г.

Сохранить в подшивку

Соавторы

Уильям Ф. Эспрей

Годы публикации: 1985–2020 годы.
Количество публикаций – 62.
Количество цитирований – 295.
Доступно для скачивания 9
Загрузок (всего) 11 116
Загрузки (12 месяцев): 484
Загрузки (6 недель) – 43
Среднее число загрузок одной статьи – 1235.
Среднее цитирование статьи 5

Условия индексации

Джон фон Нейман и истоки современных вычислений

Отзывы

Рецензент: Джеймс Сесил Хаммертон

Работа Аспрая является дополнением к тем книгам, которые пытаются обрисовать для нас истоки вычислительной техники. Это научная работа, специально посвященная вкладу Джона фон Неймана. Текст занимает 249 страниц от общего числа страниц книги и поддерживается 83 страницами примечаний, 19 страницами общей библиографии, 11 страницами со списком произведений фон Неймана и скромным 9-страничным указателем. В тексте рассказывается о влиянии компьютеров на Джона фон Неймана и его влиянии на них. Глава 1 «Карьера математического исследователя» описывает его ранние годы с 1903 года, года его рождения, до того, как он стал гражданином США в 1937 году.«К тому времени, когда фон Нейман прибыл в Соединенные Штаты, он уже приобрел международную репутацию благодаря своему вкладу в теорию операторов, логику и математические основы квантовой механики» (стр. 13). Он также был хорошо известен своими опубликованными работами в области математической экономики и теории игр. Он продолжил свой вклад в эти области, несколько прерванный Второй мировой войной, и в 1944 году стал соавтором книги с Оскаром Моргенштерном [1]. Однако фон Нейман не был одномерным человеком. «К концу 1930-х годов фон Нейман зарекомендовал себя как один из ведущих международных математиков и математических физиков. Он еще не имел сколько-нибудь значительного контакта с вычислительной техникой, хотя хорошо разбирался в численных методах…» (стр. 16). Глава 2, «Обучение вычислительной технике», описывает военную работу фон Неймана и его последующий повышенный интерес к высокоскоростным вычислениям. Благодаря своей работе в Лаборатории исследований баллистики он контактировал с инженерами-конструкторами ENIAC в Инженерной школе Мура Пенсильванского университета. Эта работа привела к его участию в разработке преемника ENIAC, электронного арифметического компьютера с дискретными переменными (EDVAC). Весной 1945 года он написал свой «Первый черновик отчета о EDVAC». В этом отчете, который стал центром споров о том, кто что изобрел и когда, «представлено первое письменное описание концепции хранимой программы и объяснено, как компьютер с хранимой программой обрабатывает информацию» (стр. 39). Отчет официально не публиковался. Он был распространен среди сотрудников школы Мура в конце июня 1945 года. Автор отмечает, что «всего 100 страниц мимеографированного текста дают основы работы компьютера с хранимой в памяти программой» (стр. 41). (Возможно, отсутствием публикации объясняются расхождения между цитатами автора и версией отчета, представленной на страницах 355–364 книги под редакцией Брайана Рэнделла [2]. Эта версия, озаглавленная «Первый черновик отчета о EDVAC, » разделен на разделы «Определения», «Основные подразделения системы», «Процедура обсуждения», «Элементы, аналогия нейронов синхронизма» и «Принципы, регулирующие арифметические операции». ORD-4926, в соответствии с которым работа была выполнена в школе Мура, и датирован 30 июня 1945 года.) В отчете определяется то, что с тех пор стало известно как архитектура фон Неймана, которая была основой для всех компьютерных проектов с хранимой программой. Споры вращаются вокруг того, в какой степени фон Нейман может претендовать на звание изобретателя архитектуры и, в частности, идеи хранения программы в компьютере, а также значений переменных, с которыми работает программа. Трудно восстановить контекст тех времен, когда ряды механических настольных калькуляторов с операторами-людьми были стандартным способом выполнения математических вычислений; когда эти компоненты были заменены калькуляторами с перфокартами; когда программирование выполнялось с помощью коммутационной платы, которую нужно было настраивать для каждого вычисления. ENIAC принял этот метод программирования. Фон Нейман заметил, что для выхода за пределы этого примитивного и трудоемкого способа программирования необходимо предусмотреть некоторые средства для хранения программы в компьютере. Сложность, конечно, заключалась в ограниченном объеме компьютерной памяти. Компьютерные воспоминания тех лет расцвели в самых разных формах: механические переключатели, электронно-лучевые трубки, ртутные линии задержки и, в конечном счете, память ядра. Концепция хранимой программы была заложницей устоявшейся технологии. Полемика также осложнялась требованиями безопасности военного времени. Инженеры, ученые и математики в начале 1940-х годов не торопились печатать со своим обычным энтузиазмом, потому что их работа была засекречена. Один очевидный претендент на первую машину с хранимой программой не был рассекречен до 1975 года. КОЛОСС был электронной вычислительной машиной, использовавшейся в Блетчли-Парке в Англии для криптографических работ. В своей статье [3] Брайан Рэнделл писал: «Кажется справедливым классифицировать КОЛОСС как специализированный программно-управляемый электронный цифровой компьютер». С другой стороны, продолжил он, «он был запрограммирован извне, и нет никаких сомнений в том, что это был компьютер с хранимой в памяти программой». В попытке разрешить разногласия в сентябрьском выпуске Computing Reviews за 1990 г. была опубликована первая — приглашенная статья [4] Сола Розена из Университета Пердью на тему «Истоки современных вычислений». Документ сопровождался комментариями большинства лиц, указанных Розеном, а затем окончательным ответом Розена. Джон Атанасов, чье имя связано с компьютером Атанасова-Берри (ABC), не дал комментариев, но его заменил его сын. Неизвестно, способствовала ли эта попытка решению вопроса о том, кто изобрел первый электронный цифровой компьютер. Книга Эспрея также не решает проблему.Может быть, не так важно, чтобы она была решена. Насколько я знаю, мы не собираемся ставить памятник изобретателю идеи хранимой программы. В главе 3 «Планирование компьютера для научных исследований» рассказывается об усилиях фон Неймана по обеспечению финансирования компьютера для научных исследований с его должности в Институте перспективных исследований. В главе 4 «Создание компьютера» обсуждается результат его усилий — прародитель нескольких копий машины, построенной и используемой по всему миру. В главе 5 «Трансформация численного анализа» рассказывается об интересе фон Неймана к численному анализу. «К 1930-м годам численный анализ был в состоянии упадка. Это считалось немодным предметом в математическом сообществе и не привлекало больших математических талантов. Появление компьютера изменило эту ситуацию» (стр. 117). Глава 6 «Истоки численной метеорологии» и глава 7 «Компьютер как научный инструмент» продолжают рассказ о видении фон Нейманом высокоскоростных вычислений как практического и незаменимого средства решения проблем. Глава 8, «Теория обработки информации», документирует его вклад в обработку информации, биомедицинские вычисления, теорию автоматов, практическую задачу создания автоматов и связь между компьютером и мозгом, что привело к его вкладу в кибернетику. После войны фон Нейман был востребован правительствами и промышленностью. Он консультировал, в частности, IBM, Национальный исследовательский совет, Лос-Аламосскую национальную лабораторию и Окриджскую национальную лабораторию. В 1957 г., все еще планируя дальнейшие исследования «быстродействующих вычислительных машин и особенно их применения к задачам геофизики и метеорологии» (стр. 251), фон Нейман был госпитализирован в Калифорнию и умер от рака 8 февраля. 1957 г., 54 года. Эта книга представляет собой ценный вклад в изучение истоков вычислительной техники. Это не для тех, кто предпочитает скользить по поверхности. Согласно этому рассказу, фон Нейман обладал блестящим, дисциплинированным интеллектом. Каким бы ни был его вклад в изобретение компьютера с хранимой в памяти программой, он оставил свой след во многих проблемных областях, связанных с высокоскоростными вычислениями с хранимой программой.

Читайте также: