Джон фон Нейман

Джон фон Нейман

В этот момент в истории компьютеров снова появляется один из самых интересных персонажей. Джон фон Нейман — математик, родившийся в Венгрии, — был руководителем Тьюринга в Принстоне и предлагал ему остаться там работать в качестве ассистента. Восторженный эрудит и изысканный интеллектуал, он внес значительный вклад и в математическую статистику, и в теорию множеств, и в геометрию, и в квантовую механику, и в конструкцию ядерной бомбы, и в динамику жидкостей, и в теорию игр, и, конечно, в компьютерную архитектуру. В конечном итоге он значительно усовершенствует архитектуру компьютера, обеспечивающую сохранение программ, которую начали разрабатывать Эккерт и Мокли и их коллеги, и она станет называться его именем, и большая часть заслуг достанется именно ему⁴⁰.

Фон Нейман родился в зажиточной еврейской семье в Будапеште в 1903 году в благополучное время, когда в Австро-Венгерской империи были отменены законы, ограничивающие права евреев. Император Франц Иосиф в 1913 году наградил банкира Макса Неймана наследуемым дворянским титулом за “заслуги в финансовой сфере”, таким образом семья стала назваться маргиттаи Нейманами, а по-немецки — фон Нейманами. Янош (в детстве его называли Янчи, а затем — в Америке — Джоном или Джонни) был старшим из трех братьев, и они все после смерти отца перешли в католичество (как один из них признался — “для удобства”)⁴¹.

Фон Нейман был еще одним первооткрывателем, чьи интересы лежали на пересечении гуманитарных и естественных наук.

“Наш отец писал любительские стихи и считал, что поэзия может передать не только эмоции, но и выразить философские идеи, — вспоминал брат Джона Николас. — Он считал поэзию языком в языке, и в этом, возможно, берут начало будущие рассуждения Джона о языках компьютера и мозге”. О матери он написал: “Она считала, что музыка, искусство и прочие эстетические удовольствия должны занимать важное место в нашей жизни и что утонченность — весьма уважаемое качество”⁴².

Существует огромное количество историй о многочисленных талантах молодого фон Неймана, и некоторые из них, вероятно, правдивы. В возрасте шести лет, как позже рассказывали, он перебрасывался с отцом шутками на древнегреческом и мог в уме разделить два восьмизначных числа. На вечеринках он проделывал фокус — запоминал страницу из телефонной книги и называл в обратном порядке имена и номера. Он мог воспроизвести дословно прочитанные страницы из романов или статей на любом из пяти языков. “Если раса людей со сверхчеловеческими мыслительными способностями когда-либо возникнет, — сказал как-то разработчик водородной бомбы Эдвард Теллер, — принадлежащие ей особи будут напоминать Джонни фон Неймана”⁴³.

Кроме школы, он занимался с репетиторами математикой и языками и в пятнадцать лет полностью овладел высшей математикой. Когда Коммунистическая партия во главе с Белой Куном в 1919 году на короткое время взяла власть в Венгрии, занятия фон Неймана были перенесены в Вену и на курорт на Адриатическом море, а в нем выработалось стойкое отвращение к коммунизму. Он изучал химию в Швейцарском федеральном технологическом институте (Политехникуме) в Цюрихе (откуда уже ушел Эйнштейн), а математику — и в Берлине, и в Будапеште, и в 1926 году получил докторскую степень. В 1930 году он отправился в Принстонский университет изучать квантовую физику и остался там после того, как был назначен (наряду с Эйнштейном и Гёделем) одним из первых шести профессоров только что образованного Института перспективных исследований⁴⁴.

Фон Нейман и Тьюринг, которые встретились в Принстоне, считаются парой великих теоретиков, разработавших концепцию компьютера общего назначения, но в личном плане и по темпераменту они были полными противоположностями. Тьюринг вел спартанский образ жизни, жил в пансионах и дешевых гостиницах и был погружен в себя. Фон Нейман же был элегантным бонвиваном, и они с женой один-два раза в неделю устраивали блестящие приемы в своем огромном доме в Принстоне. Тьюринг любил бегать на длинные дистанции, а про фон Неймана шутили, что на свете очень мало мыслей, никогда не приходивших ему в голову, но идея бега на длинные расстояния (впрочем, и на короткие тоже) была среди них. Мать Тьюринга как-то сказала о своем сыне: “В одежде и привычках он обычно был неряшлив”. Фон Нейман, наоборот, почти всегда носил костюм-тройку, в том числе в поездке на осле на дно Большого каньона. Даже будучи студентом, он так хорошо одевался, что, как рассказывали, при первой встрече с ним математик Давид Гильберт задал только один вопрос: “Кто его портной?”⁴⁵

Фон Нейман любил на своих приемах рассказывать анекдоты и читать шуточные стихи на разных языках, а ел так много, что его жена однажды сказала, что он может сосчитать все, кроме съеденных калорий. Он безрассудно водил машину, иногда попадал в аварии и любил покупать шикарные новые “кадиллаки”. Историк науки Джордж Дайсон писал: “По крайней мере раз в год он приобретал новый автомобиль, независимо от того, пострадал ли в аварии предыдущий”⁴⁶.

В конце 1930-х годов, работая в Институте, фон Нейман заинтересовался способами математического моделирования взрывных ударных волн. Это привело к тому, что в 1943 году он стал участником Манхэттенского проекта, и ему пришлось совершать частые поездки на секретные объекты Лос-Аламоса и Нью-Мексико, где разрабатывалось атомное оружие. Поскольку количества урана-235 было недостаточно, чтобы построить больше одной бомбы, ученые в Лос-Аламосе попытались создать бомбу, в которой бы использовался плутоний-239. Фон Нейман сосредоточился на способах построения взрывных линз, которые бы сжимали плутониевое ядро бомбы для достижения критической массы[20].

Для расчета параметров этого взрыва требуется решение множества уравнений для вычисления скорости волны сжатия воздуха или других веществ, образовавшейся после взрыва. Поэтому фон Нейману захотелось изучить возможности высокоскоростных компьютеров.

Летом 1944 года эта проблема привела его в Bell Labs, и он стал изучать обновленную версию калькулятора комплексных чисел Джорджа Стибица. В последней версии имелось нововведение, которое произвело на него особенное впечатление его: на той же перфорированной ленте, где были набиты закодированные инструкции для каждой задачи, рядом с ними помещались и исходные данные. Фон Нейман провел какое-то время и в Гарварде, пытаясь выяснить, можно ли использовать компьютер Mark I Говарда Айкена для расчетов бомбы. Все лето и осень того года он перемещался на поезде между Гарвардом, Принстоном, Bell Labs и Абердином, исполняя роль пчелки, прямо и перекрестно опыляющей различные команды идеями, которые возникали в его голове. Так же как Джон Мокли ездил повсюду, подбирая идеи, которые в результате привели к созданию первого работающего электронного компьютера, фон Нейман курсировал между лабораториями, собирая воедино элементы и понятия, которые стали потом частью архитектуры компьютера с сохраняемыми программами.

В Гарварде, в конференц-зале, расположенном рядом с компьютером Mark I, Грейс Хоппер и ее партнер, программист Ричард Блох, обустроили рабочее место для фон Неймана. Он и Блох должны были писать уравнения на доске и вводить их в машину, а Хоппер должна была считывать готовые промежуточные результаты. Пока машина “переваривала числа”, рассказывала Хоппер, фон Нейман часто выбегал из конференц-зала и подбегал к ней, чтобы предсказать, какими будут результаты. “Я просто никогда не забуду, как они прибегали из задней комнаты, а затем снова убегали обратно и исписывали этим [числами] всю доску, и фон Нейман предсказывал, какие результаты должны были получиться, и в девяносто девяти процентах случаев он угадывал результат с фантастической точностью, — восклицала Хоппер в восторге. — Казалось, он просто знал или чувствовал, как происходят вычисления» ⁴⁷.

Для команды Гарварда стиль работы фон Неймана в коллективе был непривычным. Он впитывал их идеи, выдвижение некоторых из них считал своей заслугой, но в то же время ясно давал понять, что никто не должен считать какую-либо концепцию своей. Когда пришло время писать отчет о том, что они делают, фон Нейман настаивал, чтобы имя Блоха стояло первым. Блох рассказывал: “На самом деле я не считал, что заслуживал этого, но так вышло, и я дорожу этим”⁴⁸. Айкен тоже считал, что нужно открыто обмениваться идеями. “Не бойтесь, что кто-то украдет у вас идею, — сказал он однажды студенту. — Если она оригинальная, им придется ее принять”. Тем не менее даже он был поражен и немного смущен достаточно бесцеремонной позицией фон Неймана в отношении того, кому принадлежит заслуга выдвижения данной идеи. “Он говорил о концепциях, не ссылаясь на их авторов”⁴⁹.

Проблема, с которой фон Нейман столкнулся в Гарварде, состояла в том, что Mark I с его электромеханическими переключателями считал мучительно медленно. Расчеты атомной бомбы заняли бы несколько месяцев. Хотя ввод с помощью бумажной ленты делал процесс перепрограммирования компьютера более удобным, каждый раз, когда возникала команда перехода к подпрограмме, необходимо было вручную менять ленту. Фон Нейман пришел к убеждению, что единственное решение — создать компьютер, который работал бы на электронных скоростях и мог хранить и изменять программы с помощью внутренней памяти.

Таким образом, он созрел для того, чтобы стать участником следующего большого прорыва — разработки архитектуры компьютера с программами, сохраняемыми в памяти. Поэтому становится понятным, какой удачей было то, что в конце августа 1944 года он оказался на платформе железнодорожной станции полигона Абердин.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.