Resulta que Moore College, donde trabajaba Gerstein, recibió el encargo del Laboratorio de Balística de Aberdeen hace más de un año de comenzar la producción de prueba de la primera computadora electrónica del mundo. Esto coincidía con lo que von Neumann pensaba sobre el día y la noche. La presentación de Gerstein despertó un gran interés en von Neumann. Tomó al joven de la mano y aprendió de él el trabajo en detalle, y aprendió de él el significado de primer orden.
En la década de 1930, el desarrollo de la electrónica y la experiencia acumulada en el desarrollo de analizadores estadísticos de tarjetas perforadas proporcionaron los principales requisitos técnicos previos para el establecimiento de las computadoras electrónicas.
Durante la Segunda Guerra Mundial, el Departamento de Electrónica de la Escuela Moore de la Universidad de Pensilvania y el Laboratorio de Investigación Balística de Aberdeen fueron conjuntamente responsables de proporcionar al Ejército seis mesas de tiro por día. Esta tarea es muy difícil y urgente. Debido a que cada reloj tiene que calcular cientos de trayectorias, a una calculadora experta le tomaría 20 horas calcular una trayectoria con un tiempo de vuelo de 60 segundos usando una computadora de escritorio. Aunque mejoraron el analizador diferencial y contrataron más de 200 calculadoras, un medidor de incendios aún tardó entre dos y tres meses y el problema era bastante grave.
En aquel momento, el representante militar responsable de este trabajo era el joven capitán Gerstein, un matemático. Su amigo Mosile trabajaba en el departamento de electrónica del Moore College. En agosto de 1942, Mosile redactó un memorando sobre el uso de equipos informáticos de tubos de alta velocidad, que era un plan preliminar para ENIAC. Gerstein, de pensamiento rápido, se dio cuenta del gran valor de este plan e inmediatamente lo informó a sus superiores, recibió apoyo y formó un equipo de investigación. Los miembros de este equipo son: el físico Mosile, responsable del diseño general de la computadora electrónica; Finn Eckert, ingeniero jefe, responsable de resolver una serie de difíciles y complejos problemas técnicos y de ingeniería en la industria manufacturera; Hace sugerencias útiles en matemáticas, pero también es un talento capaz de gestionar la investigación científica. Además, está un joven lógico, Boxer.
Justo cuando el trabajo de investigación y desarrollo estaba estancado y los desarrolladores tenían 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 la típica personalidad dual de un matemático puro y un matemático aplicado. Persiguió el rigor y la elegancia de las matemáticas puras y se centró en la aplicación de las matemáticas y su conexión con otras disciplinas como la física. Esto le ha permitido hacer contribuciones 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 y la teoría de la computación. y matemáticas computacionales. Hizo grandes contribuciones y se convirtió en el principal pionero de estas ramas de las matemáticas.
Durante la Segunda Guerra Mundial, von Neumann participó en numerosas investigaciones militares. En 1940 fue contratado como asesor científico por el Experimento Balístico de Aberdeen. En 1941, fue contratado como consultor de la Oficina de Artillería Naval; en 1943, se convirtió en consultor del Laboratorio de Los Álamos. Ya sea como protagonista o actor secundario, ha utilizado sus destacados talentos para resolver problemas importantes. Estas preguntas involucran mecánica de fluidos, aerodinámica, cálculos meteorológicos y muchos otros aspectos, lo que demuestra las hábiles habilidades analíticas y la rigurosa capacidad de razonamiento lógico de von Neumann.
El Laboratorio de Los Alamos (Laboratorio de Los Alamos) es una institución de investigación de bombas atómicas, donde un grupo de físicos de alto nivel como "Oppenheimer", Wigner, Fermi y Taylor reunieron aquí a científicos e ingenieros, pero hay una falta de matemáticos que no sólo comprendan los requisitos de los físicos sino que también puedan encontrar rápidamente soluciones matemáticas. "Oppenheimer" identificó a von Neumann como tal persona. 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.
Con sus hábiles habilidades analíticas y su capacidad única de cálculo matemático, resolvió muchos problemas clave para el Laboratorio de Los Álamos. Sus sugerencias para las explosiones de bombas atómicas fueron confirmadas por experimentos; la estimación de los efectos de mejorar las explosiones de bombas atómicas y distribuir eficientemente las materias primas también fue fructífera. En Los Álamos, von Neumann encontró muchos problemas que sólo podían resolverse mediante cálculos masivos, como el proceso de reacción termonuclear controlado, que implicaba más de 65.438 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? Von Neumann no lo sabía en ese momento, pero ahora que se ha planteado el problema, siempre se solucionará si existe la posibilidad.
Después de romper con Gerstein, von Neumann escribió con entusiasmo al Tell Moore College de la Universidad de Pensilvania, con la esperanza de visitarlo de inmediato para ver esta máquina no nacida. Eckert y Mosile, los líderes del grupo de diseño de computadoras en 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 y visitó a estudiantes famosos. Su primera pregunta fue sobre la estructura lógica de la máquina. Eckert lo admiraba en secreto: "¡Es un científico genial y de repente fue al grano!". Después de eso, von Neumann se convirtió en consultor práctico en Moore College. Discutió la mejora de las computadoras con los primeros desarrolladores de ENIAC. Se determinaron las ventajas y desventajas de ENIAC y se hicieron las correspondientes sugerencias de mejora. Precisamente gracias al papel decisivo de von Neumann, ENIAC se produjo con éxito en pruebas 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 y 1.500 relés, consume 150 kilovatios y funciona 5.000 veces por segundo, que son cientos de veces. más rápido que una computadora mecánica. Es de mil a mil veces más rápido que el cálculo manual y el proceso de cálculo se realiza automáticamente de acuerdo con el proceso programado.
La importancia de ENIAC en la historia del desarrollo de la computadora. incuestionable. La primera computadora electrónica a gran escala verdaderamente operativa. Su éxito abrió perspectivas muy amplias para mejorar la velocidad de computación, pero al fin y al cabo era algo nuevo. Por ejemplo, su capacidad de almacenamiento era demasiado pequeña; Era incómodo de usar. Su preparación llevó varias horas. Incluso los propios desarrolladores sintieron que tenía debilidades y necesitaba mejoras. En junio de 1945, von Neumann redactó un nuevo programa informático electrónico de uso general con programas almacenados. computadora automática describible electrónica), transformó ENIAC. Este diseño más perfecto sentó las bases para la estructura de las computadoras electrónicas modernas.
Años más tarde, se publicó otro informe más detallado sobre la estructura lógica de un dispositivo informático electrónico. que fue otra nueva propuesta para la computadora electrónica (máquina IAS), incluido el debate sobre la elección de la estructura, guiado por este informe, se ha llevado a cabo un extenso trabajo de investigación sobre computadoras electrónicas en los Estados Unidos y muchas partes del mundo. p>
La esencia de las principales sugerencias de von Neumann en su informe incluye cuatro aspectos: (1) Cambiar el sistema decimal a sistema binario 2) Establecer una estructura de almacenamiento de múltiples niveles que contenga y guíe los programas; y los datos a procesar por la máquina están representados por números binarios (4) Se adopta el principio de computación paralela, es decir, cada bit de un número se procesa simultáneamente
Aunque von Neumann había propuesto el. La racionalidad y la memoria del uso del binario en las computadoras antes que von Neumann, el mérito de von Neumann radica en que no solo propuso y demostró estas nuevas ideas y conceptos, sino que también investigó en 1951 el hecho de que la máquina IAS era cientos de veces más rápida que la ENIAC. y la experiencia posterior en el desarrollo de computadoras demostró la exactitud de todas las conclusiones de von Neumann. El informe de Iman es una contribución importante a la estructura de los circuitos electrónicos generales de las computadoras. Se reconoce que el desarrollo de la ingeniería informática le debe mucho a von Neumann, porque ambos. El diagrama lógico de las computadoras y el almacenamiento y procesamiento de las computadoras modernas, la velocidad, la selección de instrucciones básicas y el diseño de interacciones entre líneas estuvieron fuertemente influenciados 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; ③ memoria; 5 salidas, 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 almacenamiento de la máquina en forma de código, es decir, los comandos para realizar operaciones se almacenan en el mismo dispositivo de almacenamiento que los datos. Este es un nuevo concepto de procedimientos almacenados. Este concepto se considera un hito en la historia de la informática. Von Neumann, quien contribuyó a este proyecto, 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 el comienzo de la era de las computadoras electrónicas.
Inesperadamente, antes de que saliera la nueva máquina EDVAC, los desarrolladores comenzaron a discutir sobre la prioridad de ENIAC. A finales de 1945, el equipo de desarrollo informático del Moore College se dividió y Eckert y Mosile fundaron su propia empresa para dedicarse al desarrollo y la producción en masa de ordenadores. Von Neumann y Gerstein regresaron juntos al Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, dispuestos a continuar su lucha por nuevas mejoras en las computadoras electrónicas.
Pronto, el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton desató una verdadera "locura por las computadoras" debido al regreso de von Neumann. Bajo su dirección, el instituto aparentemente desierto, que originalmente se dedicaba a la investigación teórica, ha llevado a cabo investigaciones exhaustivas que van desde el desarrollo informático hasta las aplicaciones informáticas. Pronto 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 la computadora electrónica moderna, también conocida como "máquina de Von Neumann" por las generaciones posteriores.
La investigación y el desarrollo de la primera generación de ordenadores electrónicos no solo estuvo liderado por Estados Unidos, sino que el Reino Unido también hizo una enorme contribución. Desde entonces, los países han competido por el desarrollo. La primera computadora electrónica de Japón se completó en 1956 y se llamó computadora "FUJIC". En agosto de 1958, China completó la primera computadora electrónica "103". A mediados de la década de 1950, se habían producido aproximadamente 65.438+0.000 computadoras electrónicas en todo el mundo. Estas computadoras se utilizaron para lanzar satélites al cielo y desarrollar muchas armas nucleares. A finales de la década de 1950, el número de computadoras electrónicas en el mundo había llegado a unas 5.000, con 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 ha habido un salto cualitativo y muchas prestaciones, estos ordenadores son caros, voluminosos, consumen mucha energía, tienen baja velocidad, poca fiabilidad y un mantenimiento complicado. La programación se basa principalmente en lenguaje de máquina y lenguaje ensamblador, que es engorroso, propenso a errores, intuitivo y necesita mejoras adicionales.
En 1955 nacieron los primeros ordenadores electrónicos cuyos circuitos básicos estaban compuestos por transistores, conocidos como ordenadores de segunda generación. Se utiliza principalmente en el ejército como computadora aerotransportada. 1958 165438+Octubre, se pusieron en funcionamiento las primeras computadoras de propósito general con transistores a gran escala fabricadas en los Estados Unidos.
En comparación con la primera generación, el tamaño, el peso y el consumo de energía de la segunda generación de ordenadores electrónicos se han reducido considerablemente. Era tan grande como dos armarios. Al mismo tiempo, debido a su reducido coste, puede utilizarse no sólo en el ejército, sino también en todos los sectores del comercio, la industria, la agricultura y la economía nacional. Su velocidad de operación es de decenas de miles a cientos de miles de veces por segundo. En 1964, también se desarrolló hasta convertirse en una computadora de transistores a gran escala capaz de realizar de dos a tres millones de operaciones por segundo y se produjo en masa. Su confiabilidad es muchas veces mayor que la de la primera generación.
En 1962, Estados Unidos fabricó el primer ordenador electrónico con circuito integrado. Marca la transición de la segunda generación a la tercera generación de computadoras electrónicas. El hardware de las computadoras electrónicas de tercera generación son principalmente circuitos integrados, lo que reduce aún más el tamaño y el consumo de energía, y la velocidad de computación es de cientos de miles a diez millones de veces por segundo. También es diez veces más fiable que una computadora 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 también se mejoran constantemente. En 1959, sólo había un circuito en una oblea de silicio comercial, que aumentó a diez circuitos en 1964 y a unos mil circuitos en 1970. Tradicionalmente, las obleas de silicio que integran más de 100 circuitos con funciones de sistemas o subsistemas se denominan circuitos integrados a gran escala, lo que introduce a las computadoras electrónicas en una nueva generación. El hardware de la computadora electrónica de cuarta generación utiliza principalmente circuitos integrados a gran escala, lo que hace que la computadora sea más pequeña, más estable, de menor costo y la velocidad de computación alcance nuevas alturas.
Algunas computadoras grandes pueden realizar 65,438+500 millones de operaciones por segundo. Los sistemas operativos de las computadoras y el software del sistema de compilación son más completos.
Desde la década de 1970, las computadoras electrónicas se han desarrollado hacia la miniaturización, la gigantización, la creación de redes y la inteligencia, convirtiéndose en la tecnología vertebral de la próxima revolución tecnológica.
En la actualidad, con el correspondiente desarrollo de RISC (computadora con conjunto de instrucciones reducido), la tecnología de procesamiento paralelo y la tecnología multimedia, así como el software y las redes, el desarrollo de computadoras electrónicas se ha convertido en una tendencia importante.
Con el rápido desarrollo de las computadoras electrónicas, las computadoras ópticas también han logrado grandes avances. En 1991, Bell Labs anunció los resultados del procesador óptico digital. Según Alan Dong (Dong Tingjue), del equipo de investigación, "hacia el año 2000 se construirá un ordenador óptico universal". Predice que los ordenadores ópticos pueden ser entre 1.000 y 10.000 veces más rápidos que los superordenadores actuales. La velocidad de propagación de la luz a largas distancias es aproximadamente 100 veces mayor que la de 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 ordenadores biológicos (también llamados ordenadores moleculares) con mejores prestaciones que los ordenadores electrónicos y los ordenadores ópticos. Se puede predecir con optimismo que la nueva revolución tecnológica provocada por las computadoras electrónicas conducirá a 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 sus inicios, se ha ido desarrollando a un ritmo alarmante. Su aplicación generalizada 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 contribuciones imborrables 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 con esto podemos ver que tiene valor científico y talento creativo: sabe aprovechar las oportunidades. Gracias a su aguda capacidad de identificación, captó pistas significativas y se dedicó decididamente al campo de la investigación informática. Ejerció una originalidad excepcional en este campo, convirtiéndose en un importante pionero en computadoras electrónicas, ciencia y tecnología informática y análisis numérico.