проводов! Для сравнения могу сказать, что советский ламповый цветной четырехпудовый телевизор конца эры научно-технического прогресса коммунизма, имел 7–8 ламп, 20–30 транзисторов, 40–50 диодов и полторы сотни резисторов и конденсаторов. Причем все первые компьютеры собирались вручную! Товар, так сказать, эксклюзивный. И весил немало — 27 тонн. И потреблял соответственно — 150 киловатт.
Разумеется, что это электронное чудо (я говорю без всякой иронии — это действительно было выдающиеся устройство) часто ломалось, хотя даже при постоянных поломках экономически себя полностью оправдывало хотя бы потому, что было незаменимо.[288] Оно работало в тысячу раз быстрее чем самые быстрые вычислительные устройства того времени. Однако инженеры и математики сразу же задались вопросом: можно ли некими аппаратными приемами повысить надежность компьютера, чтобы нарушения работы какого-либо звена или совокупности звеньев не влияли на результат, чтобы они его компенсировали. За решение проблемы взялись очень многие, она того стоила, тем более что в эксплуатации находилось большое число вычислительных машин работающих на электромеханических реле, такие себе гигантские щелкающие ящики. Именно с помощью них немцы планировали рассчитывать траектории своих первых межконтинентальных ракет (компьютер Конрада Цузе), с помощью них во время войны англичанами были вскрыты коды немецких шифровальных машин — знаменитой «Энигмы» и более изощренной «Шлюссельцузатц-40» фирмы «Лоренц». Да и «Эниак» занимался совсем не мирными целями. Он тоже рассчитывал траектории, ведь бомба уже была, а межконтинентальные ракеты активно разрабатывались вывезенными с Германии инженерами.
Решение нашел в 1952 году Джон фон Нейман, также упоминаемый нами раньше как ученый получивший формулу Больцмана через квантово-механические соотношения. Фон Нейман тоже делал свой компьютер, правда не в Америке, а в Англии, закрепив за этой страной второе место в мире в области «хайтека» которое она удерживает до сих пор. Он был введен в строй в 1948 году, но в отличии от «Эниака» стал первым компьютером с современной архитектурой. В чем состояло «решение фон Неймана»? Для ответа на этот вопрос нам предстоит заглянуть в его эпохальную книгу «Probabilistic Logics and the Synthesis of Reliable Organisms from Unreliable Components»[289] («Вероятностная логика и синтез надежных организмов из ненадежных компонент»). Само это название может показаться странным непосвященному человеку, действительно, как можно создать надежное из ненадежного? Кибернетика утверждает что возможно. Нет, речь не идет о неких совершенно надежных системах, всё-таки звенья в них входящие неидеальны. Каждое звено может сломаться, речь идет о некой максимально достижимой надежности возможной в данных условиях. Вот его описание исходной ситуации: «Как механические, так и электрические устройства статистически подвержены возможности отказа в работе, то же самое, вероятно, относится также к нейронам животных. Поэтому желательно найти такую основу для наших построений, которая была бы лучшим приближением к действительности, и изучать эту новую ситуацию. Самым простым предположением относительно ошибки является следующее: с каждым основным органом [в нашем случае, орган системы — отдельный человек] связано некоторое положительное число ? — вероятность того, что этот орган допускает ошибку. При этом предполагается, что ошибка появляется статистически, независимо от общего состояния схемы и от ошибок других органов. Мы тоже рассматривали человека как изолированную субстанцию, однако потом показывали как на него влияют связи в которых он запутывается все сильнее и сильнее, а в самом начале, в примере с телевизором, показали, как нарушение работы одного элемента может повлечь нарушения в работе остальных. Он дает аналогичную статистическую трактовку: «Гораздо ближе к действительности более общее определение о том, что ошибка отдельных органов статистически зависит от общего состояния схемы и друг от друга. /…/ Каждый нейрон имеет вероятность несрабатывания. /…/ Важно подчеркнуть, что трудности, которые появляются с допущением ошибок, состоят не столько в возможности получения ложной информации, сколько в том результаты вообще могут не относиться к делу».
Попытаемся, насколько это возможно, в общих чертах объяснить что именно предложил фон Нейман, тем более что сейчас в компьютерной технике разбираются многие, а её основы преподают даже в неспециализированных университетах.[290] Итак, компьютер производит обработку данных представленных в двоичной форме, т. е. в виде логических единиц и нулей. Логическая единица или логический ноль — это просто уровни напряжения, низкий (около 0 вольт) при «нуле» и «высокий» (примерно 2,4 В) при «единице». Это называется двоичной логикой или булевой алгеброй, её аппарат был разработан в середине XIX века англичанином Д. Булем. В ней числа переводятся в двоичный код по специальной формуле, а затем все операции над ними проводятся именно в двоичном коде. Элементарных операций над логическими числами всего лишь три: дизъюнкция или сложение (ИЛИ), конъюнкция или умножение (И) и инверсия или отрицание (НЕ). Каждую из этих операций реализует т. н. логический элемент и из этих элементов можно получить такие более сложные звенья как триггеры, счетчики и регистры (они осуществляют переключение, счет и хранение логических кодов); шифраторов и дешифраторов (преобразовывают коды); мультиплексоров и демультиплексоров (коммутируют шины данных). Эта техника называется цифровой и составляет один из самых интересных разделов электроники. Ни в коем случае не подумайте, что я вам здесь рассказываю какие-то сложные и заумные вещи, понятные только подготовленным профессионалам. В Советском Союзе, в 70-80-е годы, книги по цифровой электронике издавались даже для детей среднего школьного возраста и эти дети поразительно быстро вникали во все её базовые аспекты, сами проектировали логические схемы (это очень развивает мышление — говорю вам как один из таких бывших детей). Знавал я и карапузов младшего школьного возраста, которые также всё легко «схватывали». Ну да, это вам не «Война и Мир» и не какой-нибудь Бальзак с Гюго. А потом и реализовывали схемы в «железе». Именно такие малолетки «среднего и старшего школьного возраста» одними из первых в СССР обзавелись в конце 80-ых годов компьютерами самостоятельно изготовленными на базе процессоров I8080 или Z80, в то время как почти всё взрослое население не имело о компьютерной технике ни малейших представлений.[291] К сожалению, их невообразимый потенциал был слит в 90-ых годах, либо перешел к врагам — американцам. Так что если вам будет нечего делать, можете почитать детские советские книжки по цифровой технике и двоичной логике, список смотрите в примечании.
Да, так вот, любой, даже самый сложный компьютер может быть выстроен из множества логических элементов, разумеется соединенных специальными образом. К примеру вам нужно сложить числа 5 и 2. Двоичный код числа 5 — 101, а код числа 2 — 010. И там и там — три разряда. У нас 3 разряда, поэтому берем 3 логических сумматора (элемента ИЛИ) с двумя входами (так как складываем два числа). Сумматор- дизъюнктор имеет два входа и один выход, а числа складывает по специальному правилу, на выходе мы получаем трехразрядный код 111 — код числа 7. Если вы хотите удостовериться правильно ли произведено сложение, то можете путем простейших операций сравнить полученный код с заранее «зашитым» в память кодом числа 7. Точно также можно вычитать, умножать или делить числа. Почему двоичная логика чрезвычайно удобна? Да потому что она позволяет свести самые сложные операции к множеству элементарных, пусть даже их и будет очень много (есть контакт — нет контакта). Наука не дает нам ответа как именно некоторые люди производят в уме весьма сложные операции, вроде умножения шестизначных чисел или извлечения с точностью до 3–4 знака корней n-ой степени из больших трансцендетных чисел, но факт: основа нашего головного мозга — нейрон, элементарная ячейка, могущая находиться в возбужденном или невозбужденном состоянии проводить слабые электрические импульсы или не проводить. Т. е. в общем случае иметь те же состояния что и логические элементы. Мы практически ничего не знаем о работе мозга вообще, но работа отдельного нейрона изучена достаточно хорошо. И совсем неудивительно что Росс Эшби был нейрофизиологом, а фон Нейман и Винер серьезно интересовались принципами работы мозга. В своей книге фон Нейман вообще постоянно перескакивает с элементов и реле на нейроны. И действительно, возьмите обычное реле. Подайте на обмотку напряжение («логическую единицу»), контакты замкнуться, лампочка загорится, «истинный» сигнал пройдет.
А можно сделать наоборот — при подаче напряжения реле будет не замыкать, а размыкать контакты. Т. е. при подаче «1», на выходе будет «0», а при подаче «0» (т. е. при отсутствии управляющего сигнала) на выходе будет «1». Это и есть инверсия. Неудивительно, что первые электрические вычислительные машины были собраны на реле, которые могли включаться-выключаться несколько десятков раз в секунду. Потом в них ввели электронные лампы, которые тоже «включались-выключались», но уже сотни тысяч раз в
