Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

месте и запускает его, обеспечивает ввод данных и управление с помощью мыши и следит за отключением питания. А приложение в современном компьютере — это произвольная машина Тьюринга A. И для каждого алгоритма или систематического процесса есть такая А. Эта идея лежит в основе компьютерного мира.

Сколько программ может выполнить компьютер? Сколько приложений он может запускать? Их настолько много, что вы их даже не сосчитаете. Это все равно что спросить, сколько музыкальных произведений может сыграть рояль. Компьютер — самый гибкий инструмент, когда-либо созданный человечеством. Это чудо Гибкости. Цифровой Свет — лишь один из миров, записанный на его бесконечной ленте.

Джонни фон Нейман

Принститут — сленговое название Института перспективных исследований в городе Принстон — притягивал гениев, особенно тех, кто бежал из нацистской Европы. Когда Тьюринг и Ньюман приехали туда в конце 1930-х (первый — для учебы в аспирантуре, второй — в творческий отпуск), там уже сияло небольшое, но впечатляющее созвездие ученых. Например, в Принституте тогда работал Альберт Эйнштейн. Но для нашей истории важнее, что там оказался Джон фон Нейман.

Янош Лайош Нейман родился 28 декабря 1903 года в Будапеште. Его отец, банкир Макс Нейман, в 1913 году получил от правительства Австро-Венгрии дворянский титул (предположительно, за финансовую помощь), что позволило ему добавить приставку «фон» к австрийской фамилии. Так что его сын стал известен в Америке как Джон фон Нейман. Он переехал туда навсегда в 1933 году и стал одним из первых преподавателей Принститута.

В Будапеште семья Неймана принадлежала к финансовой элите, поэтому и в новой стране он продолжал вести аристократический образ жизни. Он ездил исключительно на машинах марки «Кадиллак», но часто попадал в аварии, после которых приобретал новый автомобиль. Такое поведение немало говорит о его личности. Еще одной подсказкой может быть то, что он отзывался на имя Джонни. На этой знаменитой фотографии (рис. 3.6) Джонни вверху слева в деловом костюме и галстуке — его посведневный наряд — верхом на муле, который смотрит в противоположную сторону (можно сказать, задом наперед), замыкает кавалькаду, направляющуюся в Большой каньон. Он был жизнерадостным повесой и гостеприимным хозяином. Он обожал мартини, нелепые шляпы для вечеринок и непристойные лимерики.

Фон Нейман повлиял на развитие столь разных областей, как квантовая физика и теория игр, а еще участвовал в секретном Манхэттенском проекте по разработке ядерного оружия и впоследствии входил в состав Комиссии по атомной энергии. Но также он прославился своим вкладом в разработку первых компьютеров, и в первую очередь — концепцией общей организации подсистем, которую теперь называют архитектурой фон Неймана.

Рис. 3.6

Он был гением среди гениев, «самым умным человеком» с «самым быстрым умом». Он, несомненно, был американским гением компьютерной гонки, заокеанской версией британского гения Алана Тьюринга. Взглянув на их достижения в исторической перспективе, можно прийти к выводу, что интеллектуальными предками Цифрового Света стали концепция вычислительного устройства с хранимой программой, появившаяся благодаря Тьюрингу, и реализующая эту концепцию архитектура, созданная фон Нейманом.

Фон Нейман не обделил вниманием и одну из знаменитых 23 проблем Гильберта, связанных с основами математики. Он попытался решить Вторую проблему Гильберта за несколько лет до того, как Тьюринг взялся за е-Проблему.

Во Второй проблеме Гильберта ставится вопрос, не противоречивы ли аксиомы арифметики — ее фундаментальные, даже очевидные истины. Гильберт считал важным показать, что по крайней мере простая арифметика поддерживается системой логики, которая не приводит к противоречиям. Это кажется разумным, но в 1931 году Курт Гёдель в Вене доказал, что система логики не может быть полной, если она достаточно надежна, чтобы поддерживать арифметику и при этом быть свободной от противоречий. Столь поразительный результат, известный как теорема Гёделя о неполноте, означает, что в логической системе существуют истины, которые в рамках этой системы не могут быть доказаны. Скажем иначе: цена последовательности требует, чтобы вы довольствовались тем, что не сможете систематически все доказать. Теорема Гёделя утверждает, что не может быть универсальной математической машины для получения любой математической истины. Тьюринг позднее, в 1936-м, пришел к обратному результату: универсальный компьютер для всего, что поддается вычислению, существует.

Теорема Гёделя имеет косвенное отношение к истории Цифрового Света, поскольку подтверждает дарование фон Неймана. В 1930 году он посетил лекцию, где Гёдель представлял революционные результаты своих изысканий еще до того, как опубликовал их. В способностях фон Неймана легко убедиться, узнав, что он почти сразу ухватил суть и лично предложил Гёделю более яркую формулировку. Предполагаю, что он здорово расстроился, узнав, что у Гёделя уже есть более сильное доказательство. Еще ярче особенности характера фон Неймана раскрывает тот факт, что после этого он бросил свои исследования, касавшиеся формальной логики. Похоже, если он понимал, что не будет лучшим в какой-то области — если не получится «перегёделить» Гёделя, так сказать, — он переключался на другую сферу деятельности, чтобы стать лидером в ней.

Фон Нейман подходил к вычислительным машинам иначе, чем Тьюринг, хотя разобрался в идее последнего сразу же после ее обнародования. Неймана больше интересовало их реальное воплощение с инженерной точки зрения. Участвуя в разработке термоядерной (ее еще называют водородной) бомбы, он познакомился со всеми американскими проектами по созданию в послевоенные 1940-е годы машин для больших объемов математических вычислений — непосредственных предшественников компьютеров. Он искал наилучший вариант машины для быстрого проведения сложных расчетов термоядерных реакций. В частности, в Филадельфии он обнаружил машину под названием ЭНИАК (ENIAC, Electronic Numerical Integrator and Computer, электронный числовой интегратор и вычислитель). Она работала на радиолампах и занимала целый зал. Изначально она задумывалась, чтобы заменить женщин-«вычислителей» с механическими арифмометрами для расчетов артиллерийских таблиц стрельбы во время войны, но оказалась готова к работе только в 1946 году. Она уже напоминала привычные нам компьютеры. ЭНИАК действительно использовали для расчетов в проекте разработки водородной бомбы. Однако недостатки этого «почти-компьютера» вдохновили фон Неймана и его коллег на разработку архитектуры более универсальной вычислительной машины — с хранимой в памяти программой, — которая в дальнейшем сильно повлияла на компьютеры, ныне используемые для Цифрового Света. Если Тьюринг придумал свою машину ради решения теоретических проблем в башне из слоновой кости, то фон Неймана к открытию привела упорная работа в вонючей лаборатории.

Как и Тьюринг, фон Нейман прожил блестящую, но короткую жизнь. Он умер от рака в возрасте 53 лет, в 1957 году, всего через три года после Тьюринга, поэтому он тоже не увидел Великую цифровую конвергенцию нового тысячелетия. Однако, в отличие