11.9. Эниак

Десятилетний период преимущественного применения электровакуумных приборов в универсальных ЦВМ (50-е годы) характеризуется развертыванием серийного производства ЦВМ с хранимой программой, выделением электронной вычислительной техники в самостоятельную область техники, оказывающую влияние на развитие других областей научно-технического прогресса, и созданием электронной вычислительной промышленности в ряде экономически развитых стран.

Первая электронная вычислительная машина ЭНИАК была построена в США (1946), хотя технические предпосылки для создания электронно-вычислительных машин имелись по многих странах с высокоразвитой промышленностью, в том числе и в СССР. Но в результате военных действий второй мировой войны промышленность почти всех высокоразвитых государств сильно пострадала. Ущерб, нанесенный фашистскими захватчиками нашей стране, был колоссальным. Для США же годы второй мировой войны были годами бурного экономического развития. Обладая мощной промышленной базой, США имели возможность проводить разносторонние научные и технические исследования. Хотя большинство этих исследований было прямо пли косвенно связано с военными нуждами, однако диапазон и размах научно-исследовательской работы были значительно шире, чем в других странах. Наиболее ярким примером может служить огромный объем работ по проекту «Манхеттен» (создание атомной бомбы). Постройка первой электронной ЦВМ также целиком финансировалась за счет военных ассигнований. Разумеется, это нисколько не умаляет выдающегося вклада конструкторов ЭНИАК в развитие вычислительной техники, хотя и показывает, что в США в тот период времени имелись наиболее благоприятные условия для реализации подобных проектов.

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.

НЕЙМАН (Нойман) (Neumann) Джон (Янош) фон (3 декабря 1903, Будапешт — 8 февраля 1957, Вашингтон), американский математик и физик. Труды по функциональному анализу, квантовой механике, логике, метеорологии. Внес большой вклад в создание первых ЭВМ и разработку методов их применения. Его теория игр сыграла важную роль в экономике.

МОКЛИ (Mauchly) Джон Уильям (30 августа 1907, Цинциннатти, шт. Огайо — 8 января 1980, Эмблер, шт. Пенсильвания), американский физик и инженер, изобретатель в1946 совместно с П. Эккертом первого универсального компьютера «Эниак» (ENIAC Electronic Numerical Integrator and Computer).

ЭККЕРТ (Eckert) Джон Преспер-младший (9 апреля 1919, Филадельфия, шт. Пенсильвания — 3 июня 1995, Брин Мор, там же), американский инженер. В 1946, совместно с Дж. Мокли, изобрел первый универсальный компьютер, ставший прототипом большинства современных компьютеров.

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 (Рисунок 11 .83 и Рисунок 11 .84). 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. Гольдстайна и 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». 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 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 хранимой 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.

Секретом успеха Неймана иногда считают его «аксиоматический метод». Он рассматривал предмет, сконцентрировавшись на его основных свойствах (аксиомах), из которых вытекает все остальное.

Рисунок 11.83 - Джон фон Нейман и его «детище»

Рисунок 11.84 - ЭНИАК