Игра в имитацию

Ходжес Эндрю

Первая разработка имела место в Германии 1937 г., в берлинском доме Конрада Цузе, инженера, давшего вторую жизнь многим идеям Бэббиджа (правда, увы, не его идее «условного ветвления»). Как и машина Бэббиджа, первая машина Цузе, созданная в 1938 г., была механической, а не электрической. Но он избежал применения тысяч соединительных десятиспицевых зубчатых колес, которые требовались Бэббиджу, прибегнув к простому, но целесообразному решению: его машина работала в двоичной системе счисления. Это решения не являлось значительным теоретическим прогрессом, но с любой практической точки зрения это было огромное упрощение. И это было также освобождение от обычного инженерного допущения о том, что числа должны быть представлены в десятичной системе. Эту идею применил одновременно с Цузе и Алан, в своем электрическом умножителе 1937 г. Цузе пошел еще дальше в разработке новых версий своей машины, сделав ставку на использование электромагнитных

реле, а не механических элементов, и вместе со своими соратниками начал еще до окончания войны эксперименты с электрониыми устройствами. Вычислительные машины Цузе использовались в авиастроении, а не для взлома кодов; утверждалось, что война в скором времени будет закончена. Короткий век нацизма обрек Цузе в 1945 г. на отчаянные попытки спасти свои труды от уничтожения.

Эти события были не известны на стороне союзников, где велись условно параллельные разработки, только большего масштаба. В Британии не было такой вычислительной машины, управляемой последовательностью команд, за исключением «Колосса». И такая ситуация разительно контрастировала с ситуацией в Соединенных Штатах. Британский успех, отчаянный, но триумфальный, был достигнут в последний момент отдельными личностями, отдавшими все свои силы гражданскому служению в военное время. Американцы, гораздо более искусные в капиталистической предприимчивости, опередили британцев на несколько лет в вынашивании двух разных, возможно, несколько прозаических подходов к идее Бэббиджа даже еще в мирное время, точно так же, как они опередили их с аналоговым дифференцирующим устройством начала 1930-х годов. А в 1937 г. гарвардский физик Говард Эйкен начал реализовывать эту идею с применением электромагнитных реле. Спроектированная в результате машина была смонтирована «Ай-Юи-Эм» и передана ВМФ США для секретной работы в 1944 г. Машина Эйкена была также более традиционной, чем машина Цузе, в том, что арифметические операции в ней производились в десятичной системе счисления.

Второй американский проект разрабатывался в «Белл Телефон Лабораторис». Там инженер Джордж Стибиц сначала только обдумывал о создании машин с реле для выполнения арифметический операций над комплексными числами, но с началом войны добавил в их опции способность осуществлять фиксированную последовательность арифметический действий. Разработка его «Модели 3» велась в нью-йоркском здании в то самое время, когда Алан там находился, но она не привлекла его внимания.

Однако, был другой человек, который провел доскональное исследование двух этих перспективных проектов и который, как и Алан, обладал таким умом, чтобы составить себе более абстрактное представление того, что происходило. Это был еще один математик войны специалистов, Джон фон Нейман. С 1937 г. он был связан (в качестве консультанта) с лабораторией баллистических исследований армии США. С 1941 г. большую часть своего времени Нейман посвящал прикладной математике взрывов и аэродинамики. В первые шесть месяцев 1943 г. он находился в Британии, обсуждая эти вопросы с Джефри Инграмом Тейлором, британским специалистом в области физики и прикладной математики. Именно тогда Нейман получил первый опыт программирования большой вычислительной машины, в смысле разработки ее наилучшего устройства людьми, работавшими на настольных арифмометрах. В сентябре 1943 г., по возвращении в Соединенные Штаты, Нейман привлечен к проекту по созданию атомной бомбы и столкнулся со схожими проблемами ударных волн, прогнозирование воздействия которых численными методами требовало месяцы упорной работы. В 1944 г. в поисках помощи он предпринял осмотр доступных машин. У. Уивер из Национального комитета по научным исследованиям и разработкам свел его со Стибицем, и 27 мая 1944 г. Нейман написал Уиверу:

Я напишу Стибицу: мое желание узнать больше о релейных вычислительных системах, как и ожидания касаемо перспектив в этом направлении существенно возросли 10 апреля он написал Уиверу еще одно письмо, в котором сообщил, что Стибиц показал ему «принцип и действие релейных счетных устройств». 14 апреля он написал Рудольфу Э. Пайерлсу в Лос-Аламос о «проблеме ударных волн», сообщив, что, похоже, ее можно механизировать, и добавив, что он теперь в контакте также с Эйкеном. В июле 1944 г. состоялись переговоры по использованию машины «Гарвард Ай-Би-Эм». Но затем все изменилось. Так как давление требований военного времени вызвало к жизни такую же технологическую революцию, какая случилась и в Блетчли, и при том примерно в то же самое время. В совершенно ином месте, а именно на инженерном факультете Пенсильванского университета (в школе Мура), в апреле 1943 г. началась работа на еще одной большой вычислительной машиной — ЭНИАК — Электронным числовым интегратором и вычислителем.

Новую машину проектировали инженеры-электронщики Джон Преспер Екерт и Джон Уильям Мокли, хотя фон Нейман впервые узнал о ней — по-видимому случайно — из разговора на железнодорожной станции с Г.

Гольдстайном, математиком, связанным с проектом. Фон Нейман ухватился за возможности, сулимые машиной, которая после создания могла бы производить арифметические операции в тысячу раз быстрее, чем машина Эйкена. С августа 1944 г. он регулярно посещал встречи коллектива ЭНИАК, и 1 ноября 1944 г. написал Уиверу:

Есть еще ряд вопросов, связанных преимущественно с автоматизированными вычислениями, о которых мне бы хотелось переговорить с вами при случае. Я чрезвычайно признателен вам за то, что вы познакомили меня с некоторыми специалистами в этой области, и, в частности, с Эйкеном и Стибицем. Все это время мы активно обменивались мнениями с Эйкеном и членами коллектива школы Мура… которые сейчас проектируют вторую электронную машину. Мне предложили быть их консультантом, главным образом — по вопросам, связанным с логическим управлением, памятью и т. п.

Проект ЭНИАК был чрезвычайно впечатляющим — достаточным для того, чтобы дать людям ощущение видения будущего и сопричастности к нему. В нем было задействовано не менее 19 000 электронных ламп. В этом плане ЭНИАК превосходил «Колосса», с которым во многих отношениях он был сопоставим, хотя одно различие состояло в том, что летом 1945 г. ЭНИАК все еще не был готов: этой машине суждено было появиться на свет слишком поздно, чтобы найти себе какое-то применение в войне.

ЭНИАК требовал большего количества ламп, чем «Колосс», потому что хранил в своей памяти длинные десятичные числа — во многом из-за примитивной системы, задействованной проектировщиками, в силу чего на каждый требуемый десятичный разряд отводилось по десять ламп, «9» представляла девятая из этих ламп в режиме «включено». В отличие от него «Колосс» оперировал одиночными импульсами, отображавшими логическое «да» или «нет» отверстий в телеграфной ленте.

Но это было довольно поверхностное различие. Обе машины равно демонстрировали, что тысячи электронных ламп, прежде считавшихся слишком ненадежными для работы en masse, вполне годились для совместного использования. И проект ЭНИАК воплощал собой идею, которую Цузе, Эйкен и Стибиц упустили. Как и «Колосс Марк 2», с его способностью автоматизировать процессы решения, когда результаты одной вычислительной операции автоматически определяли, каким будет следующий шаг, в ЭНИАКе был реализован условный переход управления. Этот вычислитель проектировался так, чтобы он мог переходить взад-вперед по всему набору команд, повторяя разделы столько раз, сколько было необходимо по ходу вычисления, без вмешательства в управление со стороны человека. В общем-то, ничего, что бы вышло за пределы формы, предугаданной Бэббиджем — кроме разве того, что электронные компоненты были намного быстрее, и что ЭНИАК являлся (или почти являлся) реальностью.

Как и «Колосс», ЭНИАК проектировался с определенной целью — а именно для расчета таблиц стрельбы (дальностей и прицелов). В сущности, он был призван симулировать траектории снарядов в различных условиях аэродинамического сопротивления и скорости ветра, что предполагало суммирование тысяч мельчайших отрезков траектории. Он имел внешние переключатели, настройка которых обеспечивала бы запоминание постоянных параметров для расчета траектории, и дополнительные внешние устройства для установки набора инструкций (команд) о том, как рассчитывать сегменты движения. Также там должны были быть электронные лампы для сохранения промежуточных рабочих показателей. В такой архитектуре ЭНИАКа напоминал «Колосса». Но в обоих случаях люди быстро раскрыли возможность использования машин для более широкого спектра задач, чем те, для выполнения которых они проектировались. Роль изначального «Колосса» была существенно расширена Дональдом Мичи и Джеком Гудом, а затем «Марк 2» был настроен для вывода данных дешифрованного сообщения, хотя это было сделано из чистого интереса, а не ради эффективности. Хотя и «паразит» на немецких шифровальных машинах, приспособляемость, обеспечиваемая его набором команд (инструкций), была такова, что его можно было «практически» настроить на совершение численного умножения. ЭНИАК был еще более приспособляем, и фон Нейман уже осознал, что, когда эта машина будет готова, ее можно будет использовать для решения вопросов Лос-Аламоса.

Однако ЭНИАК не задумывался, как универсальная машина, и в одном немаловажном аспекте проектировщики отошли от направления разработки, заданного Бэббиджа. Бэббидж гордился тем фактом, что спроектированная им Аналитическая машина могла усвоить бесконечное число операционных (программных) карт, содержащих команды. И релейная машина Эйкена обладала таким же свойством, хотя карты в ней были заменены «валиком» по типу пианолы. В случае с ЭНИАК все обстояло совсем иначе. Операции, будучи электронными, выполнялись бы на ней так быстро, что обеспечить такую же быструю подачу карт или ленты, представлялось невозможным. Конструкторы должны были найти способ ввода инструкций (команд) за миллионные доли секунды.