¿Quién es el "padre de las computadoras"?
Una tarde del verano de 1944, von Neumann llegó a la estación de Aberdeen para esperar el tren a Filadelfia. En la sala de espera, un joven a su lado rápidamente lo reconoció como el mundialmente famoso matemático von Neumann, y se acercó con la misma sensación de inquietud que siente un joven cuando se encuentra con un pez gordo. El joven llamado Gerstein se sonrojó y se presentó al matemático, diciéndole que trabajaba en la Escuela Moore de la Universidad de Pensilvania en Filadelfia. Von Neumann lo saludó calurosamente para que se sentara y le preguntó con preocupación sobre su situación laboral. La falta de pretensiones del gran científico y su actitud amable y humilde conmovieron tanto a Gerstein que le pidió a von Neumann algunas preguntas matemáticas difíciles. Finalmente, también le dijo al matemático que participaba en la producción de prueba de una computadora electrónica capaz de calcular 333 multiplicaciones por segundo en el Moore College.
Resulta que Moore College, donde se encuentra Gerstein, recibió el encargo del Laboratorio de Balística de Aberdeen y comenzó la producción de prueba de la primera computadora electrónica del mundo hace más de un año. Este incidente coincidió con el problema en el que von Neumann pensaba día y noche. La presentación de Gerstein despertó el gran interés de von Neumann. Agarró al joven y conoció en detalle este aspecto del trabajo, y se dio cuenta del significado más importante.
En la década de 1930, el desarrollo de la electrónica y la experiencia acumulada en el desarrollo de máquinas de análisis estadístico de tarjetas perforadas proporcionaron el principal requisito técnico para la creación de ordenadores electrónicos.
Durante la Segunda Guerra Mundial, el Departamento de Electrónica del Moore College de la Universidad de Pensilvania y el Laboratorio de Investigación Balística de Aberdeen fueron responsables de proporcionar al Ejército 6 mesas de potencia de fuego cada día. Esta tarea es muy difícil y urgente. Porque cada mesa tiene que calcular cientos de balísticas, y a un calculador experto le tomaría 20 horas calcular una balística con un tiempo de vuelo de 60 segundos usando una computadora de escritorio. Aunque mejoraron el analizador diferencial y contrataron más de 200 calculadoras, todavía les llevó dos o tres meses calcular una tabla de potencia de fuego. El problema era bastante grave.
En aquel momento, el representante militar responsable del trabajo era el joven teniente Gerstein, que originalmente era matemático. Su amigo Mohile estaba trabajando en el departamento de electrónica de Moore College en ese momento. En agosto de 1942, Moshilay escribió un memorando sobre el "Uso de dispositivos informáticos con tubos electrónicos de alta velocidad", que era el plan inicial de ENIAC. Gerstein, de pensamiento rápido, se dio cuenta del gran valor de esta solución e inmediatamente informó a sus superiores, obtuvo soporte y formó un equipo de desarrollo. Los miembros de este equipo son: el físico Moshile es responsable del diseño general de la computadora electrónica; Finn Eckert actúa como ingeniero jefe, responsable de resolver una serie de problemas técnicos y de ingeniería difíciles y complejos no solo en la fabricación; Puede hacer sugerencias útiles en matemáticas y es un talento capaz de gestionar la investigación científica. Además, también hay un joven lógico llamado Bucks;
Cuando el trabajo de investigación y desarrollo se estancó y los desarrolladores tuvieron problemas, von Neumann se unió a las filas de los nuevos diseñadores de computadoras.
Von Neumann fue uno de los más grandes matemáticos del mundo en la primera mitad del siglo XX. Tenía el típico carácter dual de un matemático puro y un matemático aplicado. Persiguió el rigor y la belleza de las matemáticas puras, y también se centró en la aplicación de las matemáticas y su conexión con otras disciplinas como la física. Esto le permitió hacer contribuciones significativas no sólo en campos de las matemáticas puras como la teoría de conjuntos, la teoría del espectro de operadores, la teoría de funciones reales y la teoría de la medida (teorema ergódico), sino también en departamentos de matemáticas aplicadas como la teoría de juegos, la economía matemática, la teoría informática y Las matemáticas computacionales contribuyeron a convertirse en los principales fundadores de estas ramas de las matemáticas.
Durante la Segunda Guerra Mundial, von Neumann participó en numerosos estudios militares. En 1940, fue contratado como asesor científico del Instituto Experimental Balístico de Aberdeen; en 1941, fue nombrado consultor de la Oficina de Artillería Naval; en 1943, se convirtió en consultor del Laboratorio de Los Álamos; Ya sea como protagonista o como papel secundario, ha resuelto problemas importantes con su destacado talento. Estos temas involucran mecánica de fluidos, aerodinámica, cálculos meteorológicos y muchos otros aspectos, lo que demuestra las hábiles habilidades de análisis y el riguroso razonamiento lógico de von Neumann.
El Laboratorio de Los Álamos es una institución de desarrollo de bombas atómicas. Es el hogar de un grupo de físicos y técnicos de ingeniería de alto nivel como Oppenheimer, Wigner, Fermi y Teller, pero faltan matemáticos. comprender las necesidades de los físicos y encontrar rápidamente soluciones matemáticas. Oppenheimer identificó a von Neumann como una de esas personas. Invitó con entusiasmo a von Neumann a ayudar a trabajar en el Laboratorio de Los Alamos. Von Neumann estuvo a la altura de las expectativas y resolvió muchos problemas clave para el Laboratorio de Los Álamos con sus hábiles habilidades analíticas y sus habilidades únicas de cálculo matemático. Sus sugerencias para la detonación de bombas atómicas fueron confirmadas por experimentos; su estimación de mejorar el efecto de explosión de las bombas atómicas y la asignación efectiva de materias primas también fue muy efectiva. En Los Álamos, von Neumann encontró muchos problemas que requerían cálculos masivos para resolverlos, como procesos de reacción termonuclear controlados, que involucraban miles de millones de operaciones aritméticas elementales e instrucciones lógicas elementales. Esto no puede resolverse mediante el poder humano y las computadoras comunes. ¿Cómo se consigue una informática ultrarrápida? Feng y Neumann no lo sabían en ese momento, pero dado que surgió el problema, debe resolverse una vez que exista la oportunidad.
Después de romper con Gerstein, von Neumann escribió con impaciencia para decirle a la Escuela Moore de la Universidad de Pensilvania que esperaba visitar allí inmediatamente para ver esta máquina no nacida. Eckert y Mosile, líderes del grupo de diseño informático del Moore College, se alegraron mucho cuando se enteraron. Están muy ansiosos por recibir la orientación y ayuda de este gran científico. Eckert también dijo: "Se puede juzgar si von Neumann es un verdadero genio por la primera pregunta que hizo después de su llegada". A principios de agosto de este año, von Neumann vino a Moore College para visitarlo después de conocer la computadora electrónica inacabada llamada ENIAC. , su primera pregunta fue sobre la estructura lógica de la máquina. Eckert lo admiraba en secreto: "Es realmente un científico genial. ¡Llegó al meollo del problema de inmediato!". Después de eso, von Neumann se convirtió en el consultor real de Moore College. Él y los primeros desarrolladores de ENIAC discutieron varias medidas para hacerlo. mejorar el rendimiento de la computadora, juzgar las ventajas y desventajas de ENIAC y presentar las correspondientes sugerencias de mejora. Precisamente gracias al papel decisivo desempeñado por von Neumann, el ENIAC pudo probarse con éxito este año.
ENIAC es un gigante, con un volumen de unos 90 metros cúbicos, una superficie de 170 metros cuadrados y un peso total de 30 toneladas. Tiene 18.000 tubos de electrones, 1.500 relés, consume 150 kilovatios de energía y funciona 5.000 veces por segundo. Es de cientos a mil veces más rápido que una computadora mecánica y de mil a miles de veces más rápido que un cálculo humano. se basa en El proceso programado se realiza de forma automática.
La importancia de ENIAC en la historia del desarrollo informático está fuera de toda duda. Fue la primera computadora electrónica a gran escala del mundo que realmente funcionó. Su éxito abre perspectivas extremadamente amplias para aumentar la velocidad informática. Pero, después de todo, es algo nuevo y aún no es perfecto. Por ejemplo, su capacidad de almacenamiento es demasiado pequeña; el programa es "plug-in" y su uso es incómodo. Para un cálculo de unos minutos, se necesitan horas para prepararlo. Incluso el propio desarrollador siente que tiene debilidades y necesita mejoras.
En junio de 1945, von Neumann diseñó una nueva solución informática electrónica de uso general con programa almacenado: EDVAC, que transformó ENIAC. Este diseño más perfecto sentó las bases para la estructura de las computadoras electrónicas modernas.
Un año después, se publicó otro informe más detallado sobre la estructura lógica de un dispositivo informático electrónico. Era otro nuevo plan de computadora electrónica (máquina IAS) e incluía argumentos para la selección estructural. Bajo la dirección de este informe, se lanzó un extenso esfuerzo de investigación sobre computadoras electrónicas en los Estados Unidos y en muchas partes del mundo.
La esencia de las principales sugerencias presentadas por von Neumann en el informe son cuatro aspectos: (1) Cambiar decimal a binario (2) Establecer una estructura de almacenamiento de múltiples niveles para acomodar un programa de instrucción ( 3) Todos los programas y datos que procesará la máquina están representados por números binarios (4) Se adopta el principio de computación paralela, es decir, cada bit de un número se procesa al mismo tiempo;
Aunque la racionalidad del uso del binario en las computadoras y la idea de memoria fueron propuestas antes que von Neumann, el mérito de von Neumann es que no solo propuso y demostró estas nuevas ideas, nuevos conceptos y métodos para implementar. También se estudiaron, es decir, se propusieron las soluciones de máquinas EDVAC e IAS. En 1951, el hecho de que la máquina IAS era cientos de veces más rápida que la ENIAC y la posterior experiencia en el desarrollo de ordenadores demostraron la exactitud de todas las conclusiones de von Neumann. El informe de Von Neumann supuso una enorme contribución a la estructura de circuitos de las computadoras electrónicas de uso general. Se confirma que el desarrollo de la ingeniería informática debe atribuirse en gran medida a von Neumann, porque ya sea el diagrama lógico de una computadora o el diseño del almacenamiento, la velocidad, la selección de instrucciones básicas y la interacción entre líneas en las computadoras modernas, son estuvo profundamente influenciado por las ideas de von Neumann.
El plan EDVAC estipula claramente que la nueva máquina tiene cinco componentes: ① calculadora; ② dispositivo de control lógico; ④ entrada; ⑤ salida, y describe las funciones y relaciones de estas cinco partes. La solución EDVAC tiene dos mejoras muy significativas: una es el uso de binario y la otra es la finalización del programa almacenado, que puede avanzar automáticamente de una instrucción del programa a la siguiente, y sus operaciones se pueden completar automáticamente a través de instrucciones. Las "instrucciones" incluyen datos y programas que se ingresan en el dispositivo de memoria de la máquina en forma de códigos. Es decir, el mismo dispositivo de memoria que almacena datos se utiliza para almacenar instrucciones para realizar operaciones. Este es el nuevo concepto de así. -llamados programas almacenados. Este concepto ha sido aclamado como un hito en la historia de la informática. Von Neumann, quien contribuyó a este programa, es conocido como el "padre de las computadoras".
La solución EDVAC de 101 páginas es un documento que hace época en la historia del desarrollo informático. Anunció al mundo: la era de las computadoras electrónicas ha comenzado.
Inesperadamente, antes de que saliera la nueva máquina EDVAC, los desarrolladores estaban discutiendo sobre la prioridad de ENIAC. A finales de 1945, el equipo de desarrollo informático del Moore College se separó y Eckert y Mosile abrieron su propia empresa para dedicarse al desarrollo informático y la producción a gran escala. Von Neumann llevó a Gerstein de regreso al Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, preparándose para seguir luchando por seguir mejorando las computadoras electrónicas.
Pronto, el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton desató una verdadera "locura informática" debido al regreso de von Neumann. Bajo su dirección, el instituto, que originalmente se dedicaba a la investigación teórica y parecía desierto, llevó a cabo investigaciones exhaustivas, desde el desarrollo informático hasta las aplicaciones informáticas. En poco tiempo, se convirtió en el centro de la informática electrónica de Estados Unidos, atrayendo a un gran número de ingenieros y profesionales. Con la cooperación de todas las partes, von Neumann y otros finalmente desarrollaron la computadora electrónica de uso general totalmente automática EDVAC. Este fue el prototipo de una computadora electrónica moderna, y las generaciones posteriores también la llamaron "máquina de von Neumann".
En la investigación y el desarrollo de la primera generación de computadoras electrónicas, no solo Estados Unidos tomó la delantera, sino que el Reino Unido también hizo una gran contribución. Desde entonces, varios países han estado compitiendo para llevar a cabo investigación y desarrollo. La primera computadora electrónica de Japón se completó en 1956 y se llamó máquina "FUJIC". En agosto de 1958, nuestro país completó la primera computadora electrónica "Machine 103". A mediados de la década de 1950, se habían fabricado aproximadamente 1.000 computadoras electrónicas en todo el mundo. La gente utilizó estas computadoras electrónicas para enviar satélites artificiales al cielo y desarrolló una serie de armas nucleares. A finales de la década de 1950, había alrededor de 5.000 computadoras electrónicas en el mundo, que realizaban un promedio de 50.000 a 60.000 operaciones por segundo.
La primera generación de ordenadores electrónicos utilizaba principalmente tubos de electrones como hardware. Aunque han dado un salto cualitativo y tienen muchas características, estas computadoras tienen alto costo, gran tamaño, alto consumo de energía, baja velocidad, poca confiabilidad y mantenimiento complicado. La programación utiliza principalmente lenguaje de máquina y lenguaje ensamblador, lo cual es engorroso y genera errores. -Propenso, no intuitivo y necesita más mejoras.
En 1955 nacen los primeros ordenadores electrónicos con circuitos básicos compuestos por transistores, los que se denominan ordenadores de segunda generación. Se utiliza principalmente en el ejército como computadora aerotransportada (montada en un avión). En noviembre de 1958, entraron en funcionamiento las primeras computadoras de uso general con transistores grandes producidas en masa en los Estados Unidos.
En comparación con la primera generación, el tamaño, el peso y el consumo de energía de las computadoras electrónicas de segunda generación se reducen considerablemente. Era tan grande como dos armarios. Al mismo tiempo, debido a su reducido costo, puede ser utilizado no sólo en el ejército, sino también en el comercio, la industria, la agricultura y diversos sectores de la economía nacional. Su velocidad de cálculo es de decenas de miles a cientos de miles de operaciones por segundo. En 1964, se desarrolló y produjo en lotes una computadora de transistores a gran escala con dos a tres millones de operaciones por segundo. También es muchas veces más fiable que la primera generación.
En 1962, Estados Unidos produjo la primera computadora electrónica con circuito integrado. Marca la transición de la segunda generación a la tercera generación de computadoras electrónicas. En la tercera generación de computadoras electrónicas, el hardware utiliza principalmente circuitos integrados, lo que reduce aún más el tamaño, reduce aún más el consumo de energía y puede funcionar a una velocidad de cientos de miles a diez millones de veces por segundo. La confiabilidad también es más de diez veces mayor que la de las computadoras de transistores. El software también se ha desarrollado enormemente. Hay cientos de lenguajes de alto nivel que se utilizan para la programación y han surgido sistemas operativos con funciones de tiempo compartido y multicanal.
Con el desarrollo de la tecnología de circuitos integrados, los circuitos integrados continúan mejorando. En 1959, una oblea de silicio comercial contenía sólo un circuito, que aumentó a diez circuitos en 1964 y a aproximadamente mil circuitos en 1970. A un chip de silicio compuesto por más de cien circuitos se le suele llamar circuito integrado de gran escala con una función de sistema o subsistema. Esto sitúa a los ordenadores electrónicos en una nueva generación. El hardware de la cuarta generación de computadoras electrónicas utiliza principalmente circuitos integrados a gran escala, lo que reduce el tamaño de la computadora, mejora la estabilidad, reduce los costos y alcanza nuevas alturas en la velocidad de computación. Algunas computadoras grandes pueden realizar 1,5 mil millones de operaciones por segundo. Los sistemas operativos de las computadoras y el software del sistema compilador son cada vez más completos.
Después de la década de 1970, las computadoras electrónicas se desarrollaron hacia la miniaturización, la gigantización, la creación de redes y la inteligencia, y se convirtieron en la tecnología central de la siguiente revolución tecnológica.
En la actualidad, el desarrollo de las computadoras electrónicas ha formado una tendencia principal que se centra en RISC, la tecnología de procesamiento paralelo y la tecnología multimedia, con el correspondiente desarrollo de software y redes informáticas.
Si bien las computadoras electrónicas se están desarrollando rápidamente, las computadoras ópticas también han logrado grandes avances. En 1991, los Laboratorios Bell de Estados Unidos anunciaron los resultados de su procesador óptico digital. Según Alan Dong (Dong Tingjue), líder del equipo de desarrollo, "hacia el año 2000 se fabricará una computadora óptica de uso general. Predice que la velocidad de computación de la computadora óptica puede ser entre 1.000 y 10.000 veces más rápida que la de las supercomputadoras actuales". . La luz viaja largas distancias unas 100 veces más rápido que las señales electrónicas y el consumo de energía de los dispositivos ópticos es muy bajo. Por tanto, las computadoras ópticas tienen amplias perspectivas de desarrollo.
Se están desarrollando computadoras biológicas (también conocidas como computadoras moleculares) con mejor rendimiento que las computadoras electrónicas y las computadoras ópticas. Se puede predecir con optimismo que la nueva revolución tecnológica provocada por las computadoras electrónicas promoverá la sociedad humana hacia un futuro glorioso.
Los ordenadores electrónicos son un símbolo importante de la ciencia y la tecnología en el siglo XX. Desde que Watt inventó la máquina de vapor en el siglo XVIII, nada ha sido más emocionante que la invención de la computadora electrónica. Desde su aparición, se ha desarrollado a un ritmo alarmante. Su amplia aplicación ha promovido el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología de producción modernas y ha tenido un profundo impacto en todos los aspectos de la vida social. Como importante desarrollador y organizador de computadoras electrónicas, von Neumann hizo una contribución indeleble al progreso de la ciencia moderna.
Vale la pena señalar que una oportunidad accidental llevó a von Neumann a la ciencia y la tecnología más importantes de la segunda mitad del siglo XX: la tecnología informática. Sólo desde este punto podemos ver su coraje científico y su capacidad creativa: sabe aprovechar las oportunidades. Con su gran capacidad de identificación y captación de pistas significativas, se dedicó decididamente al campo de la investigación informática. Ejerció su destacada originalidad en este campo y se convirtió en un importante fundador de las computadoras electrónicas, la ciencia y la tecnología informática y el análisis numérico.