Леонид Черняк – История электронных компьютеров (страница 12)
Не только в компьютинге во множестве случаев технические решения появлялись раньше науки, способной их объяснить. Паровая машина была создана задолго до того, как возникла термодинамика. Двухколенный велосипед, изобретенный Луи и Пьером Мишо в 1860-е годы, получил объяснение своей устойчивости лишь через столетие. Аналогично с первым компьютером: инженеры Джон Моукли и Преспер Эккерт разработали схему EDVAC, исходя из опыта создания экспериментального ENIAC. Только затем Джон фон Нейман увидел их проект, переосмыслил его и предложил свое описание принципов работы машины.
Здесь проявляется принципиальное отличие компьютерных наук от естественных. Естественные науки исследуют то, что существует независимо от человека. Компьютерные науки создают искусственные объекты. Сначала появляется артефакт, а теория объясняет и обобщает его. Иногда практика порождает собственные науки – теорию алгоритмов, теорию вычислимости и, позднее, целые направления в искусственном интеллекте, включая машинное обучение, компьютерное зрение и обработку естественного языка. Эти дисциплины не могли возникнуть до появления самих вычислительных машин.
Цикл науки, инженерии и менеджмента
На протяжении десятилетий приоритет в развитии вычислительной техники то переходил к инженерам, то возвращался к ученым. Архитектура x86 является примером чисто инженерного продукта. Решения в ней диктовались практическими соображениями, а теория лишь постфактум анализировала и объясняла эти решения. Новая архитектура RISC, наоборот, возникла в университетских лабораториях: сначала это была научная идея, а позже она воплотилась в инженерные решения. Иногда наука подключалась к существующей технологии и «оборачивала» ее в формализм. Так произошло с системами управления базами данных: сначала создавались утилитарные решения, а затем вокруг них сформировалась теория реляционной алгебры с доказательствами корректности.
Нельзя забывать и третью силу – менеджеров, которые создают условия для реализации технических и научных идей. В истории ENIAC и EDVAC такую роль сыграл Герман Гольдштейн, который обеспечил проект ресурсами, связями и защитой от бюрократии. Позднее аналогичную функцию выполняли лидеры вроде Стива Джобса. Он не создавал технических новшеств сам, но превращал инженерные находки и дизайнерские идеи в продукты, определявшие направление всей отрасли.
Школа Мура воплощала гармоничный союз инженеров, ученых и менеджеров. Здесь роли распределялись гибко, по историческому ритму: сначала ведет техника, затем ее осмысляет наука, потом снова наступает черед инженерии, а менеджеры все это время создают среду для циклического развития и реализации идей.
Роль Школы Мура: случайность или закономерность?
Эта смена ритмов хорошо согласуется с концепцией Томаса Куна. Американский философ науки в книге «Структура научных революций» ввел ключевое понятие – парадигма. По его мысли, развитие науки и техники идет не плавно и не линейно, а скачками: старая парадигма исчерпывает себя, и ее место занимает новая. Новые идеи рождаются не как внезапное озарение отдельного гения, а как ответ среды, где уже накопились все предпосылки.
История техники подтверждает эту логику. Изучая путь телеграфа, телефона, радио, автомобиля или самолета, мы видим, что близкие идеи появляются параллельно в разных странах и у разных людей. Иногда «точка кипения» наступает чуть раньше в одном месте – и тогда приоритет очевиден. Если же несколько претендентов приходят к решению почти одновременно, это оборачивается многолетними спорами и патентными тяжбами.
Тем ярче выглядят такие редкие исключения, когда вперед вырывается одна единственная локальная группа энтузиастов и у нее нет конкурентов. Так случилось в начале 1940-х годов в Школе Мура: здесь был создан первый электронный цифровой компьютер ENIAC, а затем сформулированы архитектурные принципы EDVAC – прямого предшественника всех современных универсальных машин.
Почему же именно Школа Мура оказалась лидером, а не такие авторитетные центры, как MIT, Кембридж или промышленный гигант IBM? Однозначного ответа нет, но можно выделить несколько факторов. Во-первых, относительная свобода от академических догм. Пенсильванский университет не имел такой громоздкой иерархии и административного давления, как более престижные университеты. Это открывало дорогу дерзким замыслам, которые в MIT могли показаться слишком рискованными, а в IBM – подрывающими устоявшийся бизнес.
Во-вторых, военный заказ. Армии США срочно требовались быстрые баллистические расчеты, и это обеспечило проект ресурсами, которых не было у университетских энтузиастов и которые были немыслимы в частной индустрии без военного давления.
В-третьих, важен был предыдущий опыт. Работа с дифференциальным анализатором показала инженерам пределы аналоговых методов. На фоне этого осознания цифровой подход выглядел не просто экспериментом, а реальным выходом из тупика.
В-четвертых, уникальная команда. Моукли с инженерным воображением, Эккерт с практическими решениями, Гольдштейн с организацией и связями, а затем фон Нейман, который придал происходящему интеллектуальную рамку. Подобное сочетание редко встречается в одном месте и в одно время.
Для сравнения: MIT в это время оставался в русле аналоговых систем, IBM продолжала совершенствовать электромеханику и не решалась на радикальный переход, а в Великобритании Colossus, хотя и стал электронным прорывом, был строго секретным и узким по применению. Универсальной машины там не возникло именно из-за секретности и сосредоточенности на узкой военной задаче.
Школа Мура стала примером того, как свобода, инициатива и военное финансирование сошлись в одной точке. Но такие центры не вечны. Как только первоначальная цель достигнута, начинается нормализация: структура бюрократизируется, творческая энергия уходит вместе с людьми, и место пионеров занимают администраторы. Это не исключение, а правило. Так случилось и со Школой Мура после завершения проектов ENIAC и EDVAC. Похожие процессы можно увидеть и в других примерах – например, в Xerox PARC, где в 1970-х появились графический интерфейс, мышь, Ethernet и объектно-ориентированное программирование, но уже в 1980-е годы центр утратил свою уникальность.
Основанная в 1923 году по завещанию Альфреда Фитлера Школа Мура, школа быстро стала центром передовых исследований. Заслуга ее директора Гарольд Пендера в создании благоприятной среду, в которой удалось успешно реализовать идею электронного компьютера. А проведенные по его инициативе летние лекции 1946 года (Moore School Lectures) способствовали передаче знания о проектировании компьютеров и стали катализатором последующих проектов по всему миру. Случившееся в Школе Мура показало, что технологическая революция результат редкого в истории резонанса, когда на стыке науки, практики и личностей рождается новое.
Путь к ENIVAC
В годы Второй мировой войны Школа Мура стала уникальным местом: здесь впервые в истории сошлись военная необходимость и амбиции пионеров цифрового века. Присущая школе ориентация на прикладные задачи оказалась особенно востребованной, когда потребовалось создавать новые вычислительные средства в условиях войны.
В 1942 гоу. Армия США столкнулась с лавинообразным ростом потребности в расчетах баллистических таблиц для новых типов артиллерийских орудий, по этим таблицам артиллеристы подбирали необходимые параметры выстрела. Прежний метод расчета – ручной труд «людей-компьютеров», главным образом женщин, среди которых были будущие программистки ENIAC, – оказался бессилен перед требуемыми сроками и объемами.
Военные обратились за помощью именно в Школу Мура, поскольку здесь еще в 1935 году был построен дифференциальный анализатор – крупнейший механический вычислитель своего времени, применявшийся для расчетов в самых разных областях науки и техники. Созданный по проекту Ванневара Буша, он был настоящим техническим шедевром, но для баллистических нужд оказался слишком медленным и, как любое сложное механическое устройство, капризным.
К этому времени в Школе уже работал Джон Моукли. Он давно задумывался об электронике как об альтернативе механике и в нужный момент представил доклад 1942 года «A Note on the Use of Vacuum Tubes for Computation». В нем он предложил не что-то радикально новое, а электронную версию дифференциального анализатора. Воплотить эту идею не удалось, и от прямого воспроизведения механики вскоре отказались, но этот замысел стал спусковым механизмом будущих событий.
Эта неудача свела Моукли с 23-летним Преспером Эккертом – одержимым инженером, известным своей маниакальной тягой к точности и надежности. Так возник тандем, которому предстояло войти в историю: Эккерт – рационалист, не выпускающий из рук паяльника, и Моукли – мечтатель, мыслящий образами. Вместе они смогли создать то, что было бы не под силу каждому из них поодиночке. Вскоре они сосредоточили свои усилия на принципиально новом решении, альтернативном дифференциальному анализатору.
В этой истории появился и еще один важный персонаж, сыгравший неоднозначную, но судьбоносную роль. Лейтенант Герман Гольдштейн, представитель армейской лаборатории в Абердине, на первых порах стал верным союзником Моукли и Эккерта. Как математик, он быстро понял масштаб их замысла и взял на себя функции посредника между Школой Мура и армейским командованием. Сделал он это блестяще: именно благодаря его усилиям в 1943 году было подписано соглашение на сумму шестьдесят одна тысяча семьсот долларов. Эта сумма, скромная по меркам военных заказов, дала проекту старт. Машина получила кодовое имя ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Контракт обязывал к строгим срокам, отчетности и армейскому контролю, но при этом управление проектом оставалось за Школой Мура и ее деканом Гарольдом Пендером.