Текст книги "Инноваторы. Как несколько гениев, хакеров и гиков совершили цифровую революцию"

Фон Нейман в Пенне

Капитан Герман Голдстайн, военный связист, который работал с Мокли и Эккертом на ENIAC, в это же время случайно оказался в Абердине на той же платформе, что и фон Нейман, в ожидании поезда на север. Они никогда раньше не встречались, но Голдстайн узнал его мгновенно. Встретив фон Неймана – знаменитость в мире математики – он пришел в возбуждение, поскольку всегда преклонялся перед выдающимися личностями. “Было большим нахальством с моей стороны подойти к этому всемирно известному человеку, представиться и начать разговор, – вспоминал он. – К счастью для меня, фон Нейман оказался милым и дружелюбным, он всегда всячески старался сделать так, чтобы люди чувствовали себя спокойно”. Беседа стала еще оживленней, когда фон Нейман узнал, чем занимается Голдстайн. “Когда фон Нейман понял, что я был связан с разработкой электронного компьютера, способного проделывать 333 умножения в секунду, тональность нашего разговора изменилась, из легкой и шутливой она превратилась в ту, что бывает на устном экзамене при соискании докторской степени по математике”⁵⁰.

По приглашению Голдстайна несколько дней спустя фон Нейман посетил Пенн, чтобы взглянуть на ENIAC в процессе его строительства. Пресперу Эккерту было любопытно познакомиться со знаменитым математиком, и он подумал, что если его первым вопросом будет вопрос о логической структуре машины, то он “действительно гений”. Как раз таким на самом деле и оказался первый вопрос, заданный фон Нейманом, и он таким образом заработал уважение Эккерта⁵¹.

ENIAC мог решить менее чем за час дифференциальное уравнение в частных производных, которое Mark I /Harvard решал бы около восьмидесяти часов. Это впечатлило фон Неймана. Тем не менее перепрограммирование ENIAC на другие задачи могло занять несколько часов, и фон Нейман понял, насколько это серьезный недостаток, поскольку в этот момент нужно было решать кучу разнородных проблем. Весь 1944 год Мокли и Эккерт пытались найти способ хранения программ внутри машины. Прибытие фон Неймана, набитого идеями Гарварда, Bell Labs и других мест, подняло на более высокий уровень обсуждение конструкции компьютера с сохраненными программами.

Фон Нейман, который стал консультантом команды ENIAC, выдвинул идею о том, что компьютерная программа должна быть сохранена в той же памяти, что и исходные данные, и тогда программу можно будет легко модифицировать во время работы. Его деятельность в команде Пенна началась с первой недели сентября 1944 года, когда Мокли и Эккерт в деталях объяснили ему устройство машины и поделились своими мыслями о конструкции следующей версии, в которой будет “одно устройство хранения с адресуемыми ячейками”, которое будет служить в качестве устройства для хранения и исходных данных, и команд программы. На той же неделе Голдстайн изложил эту идею в письме к своему армейскому командиру: “Мы предлагаем централизованное программируемое устройство, в котором стандартные программы хранятся в закодированном виде в тех же типах устройств хранения информации, которые были предложены ранее”⁵².

Серия встреч фон Неймана с командой ENIAC, и в особенности четыре официальных совещания, которые он провел с ними весной 1945 года, оказались настолько важными, что протоколы этих встреч были сброшюрованы в отдельную книжицу под названием “Встречи с фон Нейманом”. На совещаниях он вышагивал перед доской и руководил обсуждением в духе сократического диалога, впитывал идеи, пропускал через себя, очищал их, а затем выписывал на доске. “Он стоял в передней части комнаты, как профессор, консультирующийся с нами, – вспоминала Джин Дженнингс. – Мы ставили перед ним возникшую у нас конкретную проблему и всегда очень старались, чтобы проблема была фундаментальной, а не только технической”⁵³.

Фон Нейман был открытым человеком, но его интеллектуальное превосходство подавляло людей. Когда он утверждал что-то, редко кто отваживался возразить. Но Дженнингс иногда решалась. Однажды она поспорила с одним из его утверждений, и все в зале посмотрели на нее с удивлением. Но фон Нейман сделал паузу, склонил голову, а затем согласился с ее точкой зрения. Он умел хорошо слушать и к тому же мастерски умел притворяться застенчивым, что располагало к нему людей⁵⁴. “В нем было удивительное сочетание черт характера блестящего человека, который осознает, что он выдающийся, и удивительной скромности и застенчивости, проявлявшихся при изложении им своих идей другим людям, – вспоминала Дженнингс. – Он был очень беспокойным, все время расхаживал по комнате, но когда он рассказывал о своих идеях, казалось, будто он извиняется за несогласие с вами или будто обдумывает лучшую идею”.

Фон Нейман был особенно силен в разработке фундаментальных основ программирования, которое было все еще плохо определенным ремеслом, не очень изменившимся за век – с тех пор, как Ада Лавлейс описала последовательность операций для генерации чисел Бернулли на аналитической машине. Он понял, что создание элегантного набора инструкций – алгоритма – требовало как строгой логики, так и точности выражения. “Он очень тщательно разъяснял, почему нужно написать данную конкретную команду или почему мы могли бы обойтись без команд, – рассказывала Дженнингс. – Тогда я впервые осознала важность командных кодов, логики, на основании которой они строятся, и элементов, которые должны входить в полный набор команд. Я заметила, что фон Нейман, как и другие гении, обладал способностью выбрать в каждой конкретной проблеме нечто определяющее, то, что действительно было самым важным”⁵⁵. В этом проявлялся его мощный талант, побуждавший его докапываться до сути каждой новой идеи.

Фон Нейман понимал, что они не просто усовершенствуют ENIAC для быстрого перепрограммирования. Они выполняли более важную задачу – воплощали идею Ады о создании машины, которая могла выполнять любую логическую задачу, заданную набором любых символов. “Компьютер с сохраняемыми программами, замысел которого принадлежал Алану Тьюрингу, а реализация – Джону фон Нейману, сломал различие между числами, которые описывают данные, и числами, которые описывают программы, – писал Джордж Дайсон. – Наша Вселенная уже никогда не будет прежней”⁵⁶.

Кроме того, фон Нейман быстрее, чем его коллеги, понял важность объединения данных и программных команд в одном и том же устройстве памяти. Память может быть стираемой – той, что мы сейчас называем памятью с оперативной записью и считыванием. Это означает, что сохраненные команды могут быть изменены не только в конце цикла, но в любой момент работы программы. Компьютер сам может изменить свою программу, основываясь на полученных результатах. Для облегчения этой процедуры Фон Нейман придумал язык программирования с переменным адресом ячейки памяти, который позволял легко менять команды во время выполнения программы⁵⁷.

Команда разработчиков из Пенна предложила армии построить на этих принципах новый улучшенный вариант ENIAC. Он должен был использовать двоичную систему, а не десятичную, использовать ртутные линии задержки в качестве устройства памяти и включать в себя многие, если и не все черты так называемой “архитектуры фон Неймана”. В первоначальном варианте предложения для армии эта новая машина была названа “Электронным дискретным вариабельным автоматическим калькулятором”. Все чаще, однако, команда начала называть его компьютером, поскольку он мог делать гораздо больше, чем просто вычислять. Впрочем, это не имело особого значения. Все просто называли его EDVAC.

В последующие годы в патентных разбирательствах, конференциях, книгах и противоречащих друг другу исторических документах возникали дебаты по поводу того, кто имеет больше прав на идеи, которые родились в 1944-м и в начале 1945 года и легли в основу компьютера с сохраняемой программой. Например, рассказанное выше говорит о том, что заслуга выдвижения концепции сохраняемой программы в первую очередь принадлежит Эккерту и Мокли. А заслуга фон Неймана в том, что он осознал важность способности компьютера изменять сохраненную в нем программу в процессе работы, а также в создании программ с переменным адресом для реализации этого. Но на самом деле рождение инноваций в Пенне является еще одним примером совместного творчества, и это более важно, чем разборки по поводу авторства тех или иных идей. Фон Нейман, Эккерт, Мокли, Голдстайн, Дженнингс и множество других разработчиков – все сообща обсуждали идеи, выпытывали нужные им сведения у инженеров, электронщиков, ученых-материаловедов и программистов.

Вверху: Джон фон Нейман (1903–1957), 1954 г.

Слева: Герман Голдстайн (1913–2004), ок. 1944 г.

Преспер Эккерт (в центре) и журналист Уолтер Кронкайт с телеканала CBS (справа) рассматривают результаты электронного прогноза президентских выборов, полученных с помощью компьютера UNIVAC, 1952 г.

Большинство из нас когда-нибудь участвовали в мозговых штурмах, в которых рождались творческие идеи. Уже спустя несколько дней разные люди могут по-разному вспоминать о том, кто предложил идею первым. Мы понимаем, что идеи формулируются в основном при постоянном взаимодействии членов группы, а не путем выдвижения совершенно оригинальной концепции кем-то одним. Искры вылетают при трении идей друг о друга, а не падают с ясного неба. Так было и в Bell Labs, и в Лос-Аламосе, и в Блетчли-Парке, и в Пенне. Одним из важнейших талантов фон Неймана, сделавшим его главным в этом коллективном творческом процессе, была его способность расспрашивать, слушать, формулировать и систематизировать чужие идеи, мягко и осторожно вносить свои предложения.

Склонность фон Неймана собирать и обрабатывать идеи, не заботясь о том, чтобы точно указать источник, из которого они появились, оказалась полезной для высевания и удобрения уже посеянных идей, которые стали частью EDVAC. Но иногда это обижало тех, кого больше беспокоило, как оценят их заслуги или признают ли за ними права на интеллектуальную собственность. Фон Нейман как-то раз заявил, что невозможно приписать кому-то одному рождение идей, обсуждавшихся в группе. Рассказывают, что Эккерт, услышав это, отреагировал репликой: “Вы уверены?”⁵⁸

Преимущества и недостатки подхода фон Неймана проявились в июне 1945 года. После десяти месяцев кипучей работы в Пенне он предложил изложить ее итоги на бумаге. И приступил к этому во время своей долгой поездки на поезде в Лос-Аламос.

В своем рукописном отчете, отправленном в Пенн Голдстайну, фон Нейман в математически компактной форме подробно описал структуру предлагаемого компьютера с запоминаемыми программами и логическое управление им, а также причины, по которым оказалось “заманчивым рассматривать всю память как единый орган”. Когда Эккерт спросил Голдстайна, почему, как ему кажется, фон Нейман единолично составляет документ, основанный на идеях, в развитии которых участвовали и другие, тот успокоил его: “Он просто пытается уяснить эти вещи для себя самого и делает это в письмах ко мне, чтобы мы могли ответить ему, если он что-то понял неправильно”⁵⁹.

Фон Нейман оставил пробелы для вставки ссылок на чужие работы, и в действительности в его тексте никогда не использовалась аббревиатура EDVAC. Но когда Голдстайн отдал текст (насчитывавший уже 101 страницу) в печать, он указал в качестве единственного автора своего героя – фон Неймана. На титульной странице Голдстайн написал название “Первый проект отчета о EDVAC Джона фон Неймана”. Для получения двадцати четырех копий документа Голдстайн использовал мимеограф, и в конце июня 1945 года он разослал эти экземпляры по разным местам⁶⁰.

“Проект отчета” был очень полезным документом, и разработчики последующих компьютеров руководствовались им по крайней мере в течение последующего десятилетия. Решение фон Неймана написать его и позволить Голдстайну распространить отражало открытость академически ориентированных ученых, особенно математиков, которые обычно хотят публиковать в открытой печати и распространять результаты, а не пытаться доказать, что право на интеллектуальную собственность принадлежит им. Своему коллеге фон Нейман объяснил: “Я, безусловно, собираюсь сделать все возможное, чтобы как можно больше результатов этой деятельности оказалось в открытом доступе (с патентной точки зрения)”. Позже он сказал, что, взявшись за написание отчета, преследовал две цели – “прояснить и скоординировать мысли группы, работающей над конструкцией компьютера EDVAC, и помочь усовершенствовать конструкцию высокоскоростных компьютеров”. Кроме того, он сказал, что не пытался присвоить авторство на концепции и никогда не подавал на них патентные заявки⁶¹.

Эккерт и Мокли смотрели на это по-другому. “Понимаете, мы под конец стали считать фон Неймана скупщиком чужих идей, а Голдстайна – основным продавцом, – сказал Эккерт позднее. – Фон Нейман крал идеи и пытался сделать вид, что работу в школе Мура [при Пенне] он проделал один”⁶². Джин Дженнингс согласилась с этим и позже сокрушалась, что Голдстайн “ревностно поддерживал несправедливые претензии фон Неймана и, по сути, помог ему присвоить работу Эккерта, Мокли и остальных членов группы из школы Мура”⁶³.

Что особенно расстроило Мокли и Эккерта, которые пытались запатентовать многие из концепций, лежащие в основе и ENIAC, и будущего EDVAC, так это то, что распространение отчета фон Неймана делало эти концепции открытыми и с юридической точки зрения запатентовать их становилось невозможно. Когда Мокли и Эккерт попытались запатентовать архитектуру компьютера с сохраняемой программой, им было отказано в этом, поскольку (так заключили и армейские юристы, и в конечном итоге суды) отчет фон Неймана был сочтен “предшествовавшей открытой публикацией”, что запрещает выдачу патента.

Эти патентные споры положили начало дискуссии, возникшей в цифровую эру. Должны ли разработчики делиться своей интеллектуальной собственностью, и при любой возможности отправлять ее в общий доступ, и отдавать сообществам, распространяющим программы с открытыми исходными кодами? По этому пути шли в основном разработчики интернета и Web, и это может стимулировать развитие инноваций благодаря быстрому распространению идей и совершенствованию их в процессе краудсорсинга. Или же права на интеллектуальную собственность должны быть защищены и изобретателям нужно разрешить получать прибыль от их собственных идей и инноваций? Этим путем, как правило, следуют разработчики, работающие в области вычислительной техники, электроники и производства полупроводников, и в этом случае у авторов появляются финансовые стимулы, они получают инвестиции, способствующие появлению инноваций, и риски окупаются. В течение семидесяти лет после того, как фон Нейман разместил свой “Проект отчета” по EDVAC в общем доступе и он оказался очень полезным, защите авторских прав в компьютерной области уделялось все больше и больше внимания (с несколькими существенными исключениями). А в 20іі году произошло примечательное событие: Apple и Google потратили больше на судебные иски и выплаты, связанные с патентами, чем на исследования и разработки новых продуктов⁶⁴.

ENIAC рассекречивают

Даже теперь, когда команда Пенна занималась проектированием EDVAC, они по-прежнему должны были получать разрешение на то, чтобы запустить его предшественник ENIAC и поработать на нем. Шла осень 1945 года.

К тому времени война закончилась. Уже не было никакой необходимости вычислять артиллерийские траектории, но основные задачи, которые считались на ENIAC, были все-таки военными. В какой-то момент из Нью-Мексико, из Лос-Аламосской национальной лаборатории, занимавшейся разработкой атомного оружия, пришло секретное задание. Работавший там физик-теоретик венгерского происхождения Эдвард Теллер предложил конструкцию водородной бомбы, получившей название The Super, где устройство, в котором происходило деление атомных ядер, использовалось для инициирования реакции синтеза. Чтобы определить, как это будет работать, ученым необходимо было рассчитать, какова интенсивность реакции в каждую десятимиллионную долю секунды.

Суть проблемы была строго засекречена, но в Пенн в октябре были переданы гигантские уравнения для решения на ENIAC. Для ввода данных потребовался почти миллион перфокарт, и Дженнингс и некоторые ее коллеги были отправлены в комнату, где стоял ENIAC и где Голдстайн мог руководить процессом его работы. ENIAC решал уравнения, и в процессе расчета выяснилось, что конструкция Теллера не будет работать. Математик Станислав Улам, беженец из Польши, вместе с Теллером (и Клаусом Фуксом, оказавшимся позже русским шпионом), основываясь на результатах ENIAC, стали работать над изменением конструкции водородной бомбы, с тем чтобы в ней могла возникнуть интенсивная термоядерная реакция⁶⁵.

До тех пор пока это секретное задание не было выполнено, существование ENIAC держали в тайне. Он не демонстрировался широкой публике до 15 февраля 1946 года. На эту дату армейское начальство и Пенн запланировали гала-презентацию ENIAC, предварительно подготовив общественность с помощью нескольких публикаций⁶⁶. Капитан Голдстайн решил, что кульминационным пунктом должна быть демонстрация расчета траектории ракеты. Поэтому за две недели до события он пригласил Джин Дженнингс и Бетти Снайдер к себе домой, и пока Адель готовила чай, спросил их, могли бы они быстро написать программу для ENIAC и закончить расчет вовремя. Дженнингс заявила: “Мы наверняка сможем это сделать”. Она была взволнована, ведь это позволило бы им получить непосредственный доступ к машине, что случалось редко⁶⁷. Они приступили к работе, подключив шины запоминающего устройства к нужным блокам и настроив блоки ввода программы.

Мужчины знали, что успех их демонстрации находился в руках этих двух женщин. Мокли пришел в одну из суббот с бутылкой абрикосового бренди, чтобы поддержать их силы. “Это было восхитительно, – вспоминала Дженнингс. – С этого дня я всегда держала бутылку абрикосового бренди в своем шкафу”. Через несколько дней декан инженерной школы принес им бумажный пакет с бутылкой виски и сказал: “Пусть это облегчит вашу работу”. Снайдер и Дженнингс никогда не были большими выпивохами, но подарок был для них важен. Дженнингс вспоминала: “Мы так поняли, насколько важной была эта демонстрация”⁶⁸.

Накануне презентации был День святого Валентина, но несмотря на то, что Снайдер и Дженнингс обычно любили пообщаться с друзьями, на этот раз в празднествах не участвовали. Дженнингс рассказывала: “Вместо этого мы закрылись вместе с этой удивительной машиной ENIAC, быстро внося последние исправления и проводя проверки программы”. Но от одного глюка никак не получалось избавиться, и причину его они не могли понять: программа работала замечательно и послушно рисовала точки траектории артиллерийских снарядов, но не понимала, когда остановиться. Даже после того как снаряд ударялся о землю, программа продолжала рассчитывать траекторию, “как будто этот гипотетический заряд пролетал сквозь землю с той же скоростью, с которой он летел по воздуху”. Как описывала это Дженнингс: “Мы знали, что, если не решим эту проблему, демонстрация провалится и изобретателям ENIAC и инженерам будет неловко”⁶⁹.

Дженнингс и Снайдер работали до самой пресс-конференции, состоявшейся поздним вечером, пытаясь исправить ошибку, но не могли. В середине ночи они, наконец, сдались и разошлись, поскольку Снайдер нужно было успеть на последний поезд – она жила в пригороде. Но и после того как Снайдер уже легла в постель и заснула, она продолжала искать причину: “Я проснулась посреди ночи, думая, в чем ошибка… Я встала, села на первый утренний поезд, чтобы проверить одно соединение”. Проблема в том, что там была установка в конце цикла типа DO, которая отключала один разряд. Она щелкнула нужным выключателем, и глюк исчез. “Бетти смогла во сне сделать такое сложное логическое заключение, которое большинство людей не могло сделать наяву, – восхищалась Дженнингс позже. – Во время сна она в подсознании распутала узел, который ее сознание было не в состоянии распутать”⁷⁰.

На демонстрации ENIAC смог за пятнадцать секунд провести расчеты траектории ракеты, на которые расчетчики, даже работая с дифференциальным анализатором, потратили бы несколько недель. Все это выглядело очень впечатляюще. Мокли и Эккерт, как опытные инноваторы, сумели организовать хорошее шоу. Верхушки электронных ламп в сумматорах ENIAC, образующие решетку 10 х 10, виднелись через отверстия в передней панели машины. Слабый свет от неоновых ламп, служивших индикаторами, был едва заметен. Эккерт взял мячи для пинг-понга, разрезал их пополам, написал на них цифры и нацепил на лампы. Когда компьютер начал обработку данных, свет в комнате выключили, и зрители пришли в восторг от мигающих пинг-понговых мячиков – зрелище, которое стало хитом в фильмах и телевизионных шоу. “Когда стала рассчитываться траектория, цифры начали накапливаться в сумматорах и передаваться из одного места в другое, огни начали мигать, как рекламные билборды в Лас-Вегасе, – рассказывала Дженнингс. – Мы сделали то, что хотели. Мы запрограммировали ENIAC”⁷¹. Это стоит повторить: они запрограммировали ENIAC.

Открытие ENIAC для общественности удостоилось публикации на первой странице The New York Times под заголовком “Электронный компьютер высвечивает ответы, и это может ускорить развитие технологии”. Эта статья началась так: “Один из главных военных секретов – удивительная машина, с невероятной скоростью решавшая математические задачи, которые считались до сих пор слишком сложными и громоздкими, чтобы за них браться, была представлена публике сегодня вечером военным ведомством”⁷². Продолжение отчета о демонстрации занимало полный разворот Times. Там были помещены фотографии Мокли, Эккерта и огромного, размером с комнату, ENIAC. Мокли заявил, что с помощью машины можно будет делать более точные прогнозы погоды (его первое увлечение), рассчитывать конструкцию самолетов и “снарядов, летающих со сверхзвуковыми скоростями”. В Associated Press была опубликована даже более восторженная статья о демонстрации, и в ней утверждалось, что “машина поможет найти математический способ улучшения жизни каждого человека”⁷³. Мокли привел пример “улучшения жизни”, заявив, что компьютеры могут в какой-то момент использоваться для снижения стоимости буханки хлеба. Как это будет происходить, он не объяснил, но и это, как и миллионы других подобных предсказаний, в конечном итоге и на самом деле реализовалось.

Позже Дженнингс в традициях Ады Лавлейс жаловалась, что многие газетные сообщения переоценивали возможности ENIAC, называли его “гигантским мозгом”, что подразумевало, что он может думать. “ENIAC не был мозгом ни в каком смысле, – настаивала она. – Он не мог рассуждать, поскольку компьютеры все еще не могут рассуждать, но он мог предоставить людям больше информации, чтобы они использовали ее в своих размышлениях”.

У Дженнингс была еще одна, более личная претензия: “Нас с Бетти на демонстрации не упоминали, и после нее мы были забыты. Нам казалось, что мы играли роли в увлекательном фильме. Мы работали без продыху в течение двух недель, чтобы сделать что-то действительно захватывающее, и внезапно что-то пошло не так, и мы были вычеркнуты из сценария”. Той ночью состоялся ужин при свечах в Хьюстон-холле в Пенне. Зал был заполнен научными светилами, военными чинами и мужчинами, работавшими на ENIAC. Но ни Джин Дженнингс, ни Бетти Снайдер на ужин не пригласили, не было там и других женщин-программисток⁷⁴. “Бетти и я не были приглашены, – рассказывала Дженнингс, – так что мы были обижены”⁷⁵. И пока в ту очень холодную февральскую ночь мужчины-разработчики и различные знаменитости праздновали, Дженнингс и Снайдер ехали домой одни.