Один из главных эпизодов научно-технической революции случился в 1945 году, когда математик Джон фон Нейман, вооружившись идеями Алана Тьюринга, описал принцип работы первого цифрового компьютера и тем самым навсегда изменил мир. Историк науки Джордж Дайсон в эссе «Собор Тьюринга» рассуждает о том, сильно ли эволюция вычислительной архитектуры влияет на человечество, как искусственный интеллект даст знать о том, что он действительно создан, и стоит ли этого бояться.
В цифровой вселенной есть две разновидности битов: те, что образуют собой структуру, находясь в разных частях пространства, и те, что образуют последовательность, меняясь с ходом времени. По определению, данному Аланом Тьюрингом и реализованному Джоном фон Нейманом, цифровая вычислительная машина — это устройство, осуществляющее взаимодействие между двумя разновидностями битов по заданным правилам.
В середине сороковых XX века математик Джон фон Нейман, сотрудник Института перспективных исследований в Принстоне, приступил к поиску средств на создание машины, которая осуществляла бы такое взаимодействие со скоростью перемещения электрического заряда.
Архитектура этой пустынной вселенной строилась на следующем принципе: пара 5-битных координат идентифицирует адрес ячейки памяти со строкой в 40 бит. Эти 40 бит могли содержать не только данные (числа, нечто означающие), но и команды (числа, нечто делающие) — например, способные переадресовать задачу другой ячейке или совершить что-то еще.
Упразднив различие между данными и командами, фон Нейман высвободил мощный потенциал компьютеров с запоминаемыми программами и тем самым необратимо изменил наш мир. Неслучайно цепная реакция команд и адресаций в ядре компьютера напоминает цепную реакцию в атомной бомбе.
В начале 1950-х время бесперебойной работы оперативной памяти измерялось считанными минутами. Невозможно было представить, чтобы система, для работы которой критически важна доставка каждого бита в точно определенное ему место и в точно определенное время, стала в 1013 раз больше и заработала в миллион раз быстрее. Фон Нейман очень хотел понять, как природе удается из ненадежных деталей строить надежно функционирующие живые организмы. Он не сомневался, что на смену «архитектуре фон Неймана» вскоре придет какая-то иная. Ведь даже если полностью исключить программные ошибки, никогда нельзя будет полагаться на то, что многие миллионы ячеек памяти станут работать абсолютно бесперебойно.
Спустя пятьдесят лет, благодаря полупроводниковым технологиям, по-прежнему используется именно первоначальная модель фон Неймана. Основная задача компьютерных технологий сейчас не в том, чтобы добиться надежного результата с ненадежным оборудованием, а в том, как обеспечить надежность при использовании недостаточно надежных программ. Архитектура фон Неймана никуда не исчезнет. Но уже появляются новые разновидности архитектуры, содержащие внутри себя привычные машины Тьюринга-фон Неймана. Что же будет дальше? Что представлял фон Нейман перед тем, как остановилась программа его собственной жизни?
Будучи живыми организмами, мы обладаем двумя хранилищами информации: генетической и собранной в нашем мозге. Архитектура того и другого хранилища отлична от фоннеймановской — неудивительно, что это привлекло внимание ученого, когда он намечал программу дальнейших исследований (осуществить которую ему помешал рак). О мозге, как о хранилище информации, он писал в опубликованной посмертно книге «Компьютер и мозг». В языке, используемом нервной системой, меньше логической и арифметической глубины, чем в привычных нам языках, он должен принципиально от них отличаться по своей структуре».
Или, как выразился друг фон Неймана Станислав Улам:
В середине сороковых XX века математик Джон фон Нейман, сотрудник Института перспективных исследований в Принстоне, приступил к поиску средств на создание машины, которая осуществляла бы такое взаимодействие со скоростью перемещения электрического заряда.
«Я абсолютно уверен, что задуманное устройство — вернее, тот класс устройств, который оно представляет пока в единственном числе — окажется настолько революционным, что многие сферы его применения станут понятны только после того, как оно заработает, — писал он Льюису Страуссу 24 октября 1945 года. — По определению, наиболее важными будут те сферы, о которых мы пока и не догадываемся, поскольку они находятся за пределами нашего нынешнего знания».Фон Неймана немедленно поддержали армия, флот и ВВС США, но главным спонсором выступила Комиссия по атомной энергии (КАЭ). Сделка с дьяволом оказалась уж очень заманчивой. В 1951 году была запущена машина с 5 килобайтами оперативной памяти — матрицей двоичных цифр размерностью 32×32×40. Они были представлены пульсирующей мозаикой электрических зарядов, меняющихся со скоростью миллисекунд на сорока катодно-лучевых трубках.
Архитектура этой пустынной вселенной строилась на следующем принципе: пара 5-битных координат идентифицирует адрес ячейки памяти со строкой в 40 бит. Эти 40 бит могли содержать не только данные (числа, нечто означающие), но и команды (числа, нечто делающие) — например, способные переадресовать задачу другой ячейке или совершить что-то еще.
Упразднив различие между данными и командами, фон Нейман высвободил мощный потенциал компьютеров с запоминаемыми программами и тем самым необратимо изменил наш мир. Неслучайно цепная реакция команд и адресаций в ядре компьютера напоминает цепную реакцию в атомной бомбе.
В начале 1950-х время бесперебойной работы оперативной памяти измерялось считанными минутами. Невозможно было представить, чтобы система, для работы которой критически важна доставка каждого бита в точно определенное ему место и в точно определенное время, стала в 1013 раз больше и заработала в миллион раз быстрее. Фон Нейман очень хотел понять, как природе удается из ненадежных деталей строить надежно функционирующие живые организмы. Он не сомневался, что на смену «архитектуре фон Неймана» вскоре придет какая-то иная. Ведь даже если полностью исключить программные ошибки, никогда нельзя будет полагаться на то, что многие миллионы ячеек памяти станут работать абсолютно бесперебойно.
Спустя пятьдесят лет, благодаря полупроводниковым технологиям, по-прежнему используется именно первоначальная модель фон Неймана. Основная задача компьютерных технологий сейчас не в том, чтобы добиться надежного результата с ненадежным оборудованием, а в том, как обеспечить надежность при использовании недостаточно надежных программ. Архитектура фон Неймана никуда не исчезнет. Но уже появляются новые разновидности архитектуры, содержащие внутри себя привычные машины Тьюринга-фон Неймана. Что же будет дальше? Что представлял фон Нейман перед тем, как остановилась программа его собственной жизни?
Будучи живыми организмами, мы обладаем двумя хранилищами информации: генетической и собранной в нашем мозге. Архитектура того и другого хранилища отлична от фоннеймановской — неудивительно, что это привлекло внимание ученого, когда он намечал программу дальнейших исследований (осуществить которую ему помешал рак). О мозге, как о хранилище информации, он писал в опубликованной посмертно книге «Компьютер и мозг». В языке, используемом нервной системой, меньше логической и арифметической глубины, чем в привычных нам языках, он должен принципиально от них отличаться по своей структуре».
Или, как выразился друг фон Неймана Станислав Улам:
«С чего вы взяли, что мы мыслим в согласии с законами математической логики?»Частотное кодирование, которое наблюдается в нервной системе и используется в основанных на вероятностных моделях поисковых машинах, зависит не от точных характеристик данных, а от связей между ними и статистики частоты их использования. Фон Нейман писал в 1948 году:
«Для того, чтобы понять, как функционируют высокосложные устройства и, в частности, центральная нервная система, необходима новая теория, основанная на базе логики. Однако по ходу создания такой теории логике с гораздо большей вероятностью грозит пережить трансформацию в неврологию, чем неврологии — в логику».Смерть фон Неймана совпала с началом революции в микробиологии, вспыхнувшей после того, как в 1953 году была раскрыта структура ДНК. Жизнь в современном понимании основана на представленных в цифровом коде командах, которые преобразуют последовательность в структуру (от нуклеотидов до белков) в точном соответствии с определением Тьюринга. Рибосомы и прочая клеточная машинерия выполняют роль программы: считывают, дуплицируют и интерпретируют записанные на ленте последовательности. Как ни поразительно сходство, не следует забывать, что для исполнения команд в живой и электронной системах используются абсолютно разные способы адресации.
