A modern számítógép elve és az első programozható számítógépek

Bevezetés

Egy gombnyomás, s egy egész világ tárulhat elénk. A számítógép hozza a világot otthonunkba. Az Internet segítségével gyors utazást tehetünk a hírek világában, a sporteredményeket innen tudhatjuk meg leggyorsabban, s ha akarunk, egyenes adásban is megtekinthetünk eseményeket, megtekinthetjük azokat a vidékeket is, ahová nehezen jutnánk el. Mindez egy gombnyomás. Csodálatra méltó eredménye az emberi elmének. Büszkévé tesz, hogy ennek a csodának a létrehozásában magyar tudósok is részt vettek, részt vesznek. Amíg a számítógépek ennyire elterjedtek lettek, mire az emberek sokasága abban a szerencsében részesülhetett, hogy otthon vagy/és a munkahelyén használhatja a számítógépet, sok idő telt el, hosszú út vezetett, sokak sok-sok munkát fektettek be, míg az eredményre vezetett. A kezdetekről sem szabad elfeledkeznünk. Emlékezni kell azokra az emberekre, akiknek köszönhetjük a számítógépet, akik elősegítették azt, hogy mindennapjaink részei legyenek ezek a szerkezetek – megkönnyítik a munkánkat, szórakoztatnak is.

A „hőskor”, az 1940-es és 50-as évek eseményeit, eredményeit foglalom össze. Fontosnak tartom Neumann János munkásságát kiemelni, hiszen a számítógépek működésére vonatkozó alapelvei mind a mai napig érvényesek. Az első számítógépes generációkról szólok, amelyek megelőzték a személyi számítógépek megjelenését, amelyek hozzásegítettek bennünket, hogy naponta használhassuk ezeket, s éljük meg az újabb és újabb típusok megjelenését.

Hol a határ? Nem tudni. Az emberi agy a számítógép segítségével gyorsan képes az újításra. A határokat ma nem lehet látni. Talán nincsenek is.

Az első számítógépek kifejlesztésének oka

A két világháború között nagyon megnőtt az érdeklődés a számítógépek tervezése és felhasználása iránt. Az I. és II. világháború alatt főleg a ballisztika, ezen belül a nagy távolságú ballisztika területén történik változás. Ez a tudomány a lövedék mozgását vizsgálja az ágyúcső elhagyásától a célba csapódás pillanatáig. Ez a gravitációs és aerodinamikai erők hatása alatt mozgó merev testek dinamikájának egyik ága.

Ezen kutatásra az Egyesült Államok hadserege két csoportot állított fel, az egyiket, a Hadianyag-ellátási Főnökség ballisztikai részlegéhez (Ballistics Branch of the Office of the Chief of Ordnance) osztották be, vezetője: Forest Ray Moulton (1872-1952) A másik csoportot az Aberdeeni Kísérleti Lőtérre helyezték, Oswald Veblen (1880-1960) irányította.

Forest Ray Moulton 1937-ben az American Association for the Advencement of Science – AAAS (a Természettudományok fejlődésének elősegítésére alakult amerikai szövetség) állandó titkára lett. Kulcsszerepet játszik abban, hogy az AAAS azzá a hatalmas szervezetté váljon, ami ma. Ez a szervezet fontos szerepet tölt be a számítógép fejlesztés területén.

Oswald Veblent és Albert Einsteint 1932-ben nevezik ki az újonnan megalakított Institute for Advanced Study (Felsőfokú Tanulmányok Intézete) első professzorainak. Az intézetet 1930. május 20-án alapították Princetonban, az egyetemen. Olyan emberek dolgoztak ott, mint James Alexander, Albert Einstein, Marston Morse, Neumann János és Herman Weyl.

Neumann János első fontos találkozása a számítástechnikával

Neumann János a háború hatására kezdett számítástechnikával foglalkozni. 1941-1942-ben tagja volt a National Defense Research Council (NDRC) 8. részlegének, ahol a robbanásoknál fellépő lökéshullámok tanulmányozásával foglalkozott. 1942-1943-ban a Navy Bureau of Ordnance (a haditengerészet tüzérségi hivatala) akna-hadviselési részlegének dolgozott, ott az aknahadviselés és az ellene való védekezés fizikai és statisztikai szempontjaival foglalkozott. 1943-1944-ben az ideje negyedét Aberdeenben töltötte, ahol aerodinamikai feladatokkal foglalkozott Kármán Tódorral. 1943-ban a Los Alamos-i atombomba-fejlesztés tanácsadója lett. Egyéb haditechnikai tanácsadó tevékenységei miatt felmentést kapott az állandó Los Alamos-i tartózkodás alól.

Neumann egyik fontos találkozása a számítástechnikával Los Alamos-ban történt, ahol a laboratórium igazgatója, Robert Oppenheimer felhasználta hidrodinamikai tudását. Az egyik ott dolgozó tudós, Dana P. Mitchell 1943 végén azt javasolta, hogy egy IBM lyukkártyás berendezéssel fokozzák munkájuk hatékonyságát. Neumann Jánost érdeklődését felkeltette a számítástechnika és elhatározta, hogy megtanulja, hogyan kell programozni az IBM gépeket. 1944-ben Neumann tájékoztatta Los Alamosban dolgozó munkatársait a Harvard Mark I. létezéséről és elintézte, hogy lefuttassanak nekik rajta egy feladatot. De a Harvard Mark I. nem rendelkezett azzal a teljesítménnyel, amire szükségük volt. Neumann továbbra is azt kutatta, hogy hol állnak rendelkezésre nagy sebességű számítástechnikai berendezések. Rövid idő alatt sikerült megértenie a számítástechnikai rendszereket. A második világháború volt Neumann János számára a számítástechnika tanulmányozásának időszaka. A számítógép-tervezés alapelveit a Bell-laboratóriumban és az ENIAC mérnökeitől a Moore Intézetben és Los Alamosban a számítástechnikai és elektronikai csoportoktól tanulta meg. Princetonban matematikus kollégáival a számítógépes numerikus analízist tanulmányozta, Los Alamosban pedig a nagy sebességű automatikus számítás katonai jelentősége vált számára világossá.

ENIAC

A Pennsylvania Egyetem Moore Intézetében a Ballisztikai Kutatólaboratórium számára kifejlesztették az ENIAC-ot (Electronic Numerical Integrator and Computer), az elektronikus numerikus integrátort és számítógépet, az első elektronikus számítógépet, amely több százszor gyorsabb volt a legjobb, jelfogókkal működő gépnél is. Az ENIAC-ot ballisztikai és szélcsatornaszámításokra használták. Az ENIAC tervezésének főmérnöke J. Presper Eckert (1919-1995), akinek első számú matematikai tanácsadója, John W. Mauchly (1907-1980) volt.

A gép egy 40 panelből álló, nagy, U alakú építmény, e panelek összesen mintegy 18 000 elektroncsövet és 1500 jelfogót tartalmaznak. A panelekből 30 egységet alakítottak ki, amelyek mindegyike egy automatikus számítógéptől megkövetelhető funkciók közül lát el egyet vagy többet. Az ENIAC 30 tonnát nyomott, és hatalmas teret foglalt el. Az elektroncsövek nagysága és mennyisége miatt ez a gigantikus méret szükségszerű volt, ezen kívül még több hely kellett a megfelelő hűtés számára, ugyanis ezek a csövek hamar túlhevültek.

A főként aritmetikai műveletek végrehajtására tervezett egységek között 20 akkumulátor található (az összeadáshoz és a kivonáshoz), továbbá egy szorzó- és egy kombinált osztó- és négyzetgyökvonó egység.

A számokat az ENIAC-ba egy ún. konstans átviteli egységgel lehet bejuttatni, amely egy IBM kártyaolvasóval összekapcsolva működik. Az olvasó szabványos lyukasztott kártyákat tapogat le (a kártyák legfeljebb 80 számjegyet és 16 jelet tartalmazhatnak), és a leolvasott adatokat a konstans átviteli egységben elhelyezett jelfogókkal tárolja. A konstans átviteli egység ezeket a számokat bármikor elérhetővé teszi, amikor szükség van rájuk. Az eredményeket hasonlóképpen az ENIAC nyomtató egységével összekapcsolt IBM kártyalyukasztóval kártyára lyukasztja. A kártyákról az IBM tabulátor (nyomtató) segítségével lehet automatikusan táblázatokat nyomtatni.

A gépben a számok tárolásának a követelményeit többféleképpen elégítették ki. Három függvénytáblaegység tárolja a táblázatok adatait. Mindegyik egy-egy hordozható, kapcsolókkal ellátott függvénymátrixszal van kapcsolatban, ezeken a 12 számjegyből és 2 jelből (előjel) álló 104 független változóbank az értékét lehet beállítani. A számítások során kapott és a később még szükséges számok akkumulátorokban tárolhatók. Ha a számok mennyisége meghaladná az akkumulátorok kapacitását, kártyákra lehet lyukasztani őket, és később a kártyaolvasó, valamint a konstans átviteli egység segítségével újra be lehet vinni a gépbe.

Az ENIAC decimális gép volt, amely 10 jegyű előjeles számokkal tudott dolgozni, minden akkumulátor 10 darab 10-fokozatú és egy 2-fokozatú gyűrűsszámlálót tartalmazott, az utóbbit a szám előjelének jelzésére. A számokat az ENIAC-ba áramimpulzusok sorozatával lehetett bevinni. Egy adott szám tíz jegyét és előjelét egyszerre vitték be 11 vezetéken. Az előjelvezetéken nem küldtek impulzust a pozitív, és 9 impulzust küldtek a negatív előjel jelzésére. Egy összeadás vagy kivonás 200 µs-ot, azaz 1/5000 s-ot vett igénybe. Ezt a sebességet nevezték egy összeadásnyi időnek. A szorzóegység egy szorzást legfeljebb 14 összeadásnyi idő, azaz 3 ms = (3/1000 s) alatt végzett el. Az osztás kb. 143 összeadásnyi időt vett igénybe, azaz 30 ms-t (3/100 s-ot).

Az ENIAC egy elég bonyolult gép volt, és emiatt nem készült belőle több. A legtöbb egység önálló programvezérléssel rendelkezett, amely meg tudta jegyezni, hogy az egységnek egy adott műveletet el kell végeznie, és jelezni is tudta, ha ezzel végzett. Általában több programvezérlésre is szükség volt egy aritmetikai művelet elvégzéséhez.

A megoldandó feladatot kapcsolók beállításával és kábelek bedugaszolásával állították fel, ami az egész laboratóriumot foglalkoztató eljárás volt. A háborús kényszerhelyzet néhány pontban megalkuvásra késztette Eckertet és Mauchlyt az ENIAC tervezése során, ezek egyike volt a probléma betáplálásának nem hatékony módszere.

Az ENIAC végül 1946-ban készült el, utána Aberdeenbe szállították és ott 1955-ig használták. Ezután szétszerelték és egyik része megtekinthető Washingtonban, a Smithsonian Intézetben.

A modern számítógép elve

Neumann véletlenül hallott az ENIAC-programról Herman Goldstine-tól, 1944-ben. Goldstine elintézte, hogy meglátogathassa a Moore Intézetet és megnézze az ENIAC-ot. Ekkor már eldöntötték az általános tervezési alapelvet és folyamatban volt a tesztelés is egy kétakkumulátoros prototípuson. Neumann későn érkezett, hogy részt vegyen a tervezésben. Ezután 1946 elejéig rendszeresen felkereste a Moore Intézetet. Az ENIAC hibái alapján írja meg 1945-ben a „First Draft of a Report on the EDVAC” (Az EDVAC-ról szóló jelentés első vázlata) című munkáját. Ez az a tárolt program fogalmának első írásos kifejezése, és megmutatja, hogy milyen módon dolgozza fel az információt a tárolt programú számítógép. Leírt egy nagy sebességű automatikus digitális számítógépi rendszert és annak logikai vezérlését. Olyan számítógépet akart, amely elegendően nagy teljesítményű két vagy három független változós nemlineáris parciális differenciálegyenletek és más hasonló bonyolultságú feladat megoldásához. A gépnek képesnek kell lennie felismerni saját működési hibáit is. Neumann ebben a munkájában írja le a modern számítógép felépítésével és működésével kapcsolatos követelményeket:

• Tejesen automatikus, soros működésű legyen. Ezek szerint a számítógép egyszerre csak egy műveletet hajt végre, de azt nagyon gyorsan.

• Kettes számrendszert alkalmazzon.

• Használjon belső memóriát. A gyors működés következtében nincs értelme, hogy minden lépés után emberi beavatkozás történjen a számítások menetében. A belső memóriában tárolhatók a részeredmények, és így a gép egy bizonyos műveletsort automatikusan el tud végezni.

• Tárolt program elve. A számítások menetére vonatkozó utasítások kifejezhetők számmal, tehát adatként lehet őket kezelni. Így ugyanúgy, mint más adat, a belső memóriában tárolhatók. Így a gép önállóan tud dolgozni, mivel a belső memóriájában utasításokat tárolhat. Minden lépés után a memóriája utasítja a gépet a további teendőkre, emberi beavatkozás nélkül. (Ezt az utasításrendszert ma programnak hívjuk.)

• Legyen univerzális (univerzális Turing-gép). Turing matematikai logikai eszközökkel bizonyította be, hogy az olyan gép, amely el tud végezni néhány alapvető műveletet, elvileg bármilyen számítás elvégzésére is alkalmas.

A számítógépnek 5 alapvető funkcionális egységből kell állnia:

1. Központi vezérlő egység (control unit). A gép által végrehajtott műveletek sorrendjének szabályozását a leghatékonyabban egy központi vezérlőegység tudja elvégezni. Ha egy géptől azt várjuk el, hogy a lehetőségek szerint mindenre alkalmas legyen, akkor különbséget kell tenni egy adott problémára vonatkozó és azt meghatározó speciális utasítások és az általános vezérlést ellátó egységek között, amelyek ezen utasítások végrehajtásáról gondoskodnak. Az előbbit tárolni kell, az utóbbi pedig a számítógép valamely meghatározott működő része. Központi vezérlés alatt az utóbbit értjük.
2. Aritmetikai és logikai egység (ALU). A számítógépnek képesnek kell lennie az aritmetika leggyakrabban előforduló elemi műveleteinek végrehajtására. Ez az összeadás, kivonás, szorzás és az osztás. Fontos, hogy a gép tartalmazzon ezekre a műveletekre specializált egységeket.
3. Tár (memory), ami címezhető és újraírható tároló-elemekkel rendelkezik. Minden gépnek, melynek hosszú és bonyolult műveletsort kell végrehajtania mindenképpen nagy méretű memóriára van szüksége.
4. Ki/bemeneti egységek (Input/Output – I/O). Ezek biztosítják az ember és a gép közötti kapcsolatot.
5. A részegységek elektronikusak legyenek és bináris számrendszert használjanak.

Neumann tanulmánya 3 részből áll. Az elsőben a számítógép fő részeit és azokkal szembeni követelményeit írja le, a második részben a tárolt program elvéről beszél, a harmadikban pedig az automatikus emberi beavatkozás nélküli működési követelményről szóló gondolatait fejti ki.

Ezt az írást eredetileg csak a Moore Intézet szakemberi között osztották szét, de hamarosan eljutott mindenkihez, aki nagy sebességű számítógépek építésében érdekeltek. A tanulmány kedvező fogadtatást kapott, de később feszültséget keltett egyrészt Gondstine és Neumann, másrészről Eckert és Mauchly között. Vita merült fel a jelentésben kifejtett gondolatok intellektuális érdeme és az EDVAC-ban megtestesült ötletek szabadalmi joga miatt. Eckert és Mauchly úgy gondolta, hogy a tervezés minden érdeme az övék. Neumann nem értett egyet azzal, hogy ők az EDVAC egyedül feltalálói. A szabadalmi vita hosszú évekig eltartott.
Az ENIAC-on az első számítást egy Los Alamos-i feladaton végezték el. Ez egy előzetes vizsgálat volt a hidrogénbombához. Akkoriban a megoldandó probléma (hidrogénbomba) maga titkos volt, így az ENIAC munkatársai, Neumann kivételével, aki maga is részben Los Alamosban dolgozott, nem tudhattak arról, hogy a számításokat milyen cél érdekében végzik. Los Alamosból két fizikus, Stanley P. Frankel és Nicholas Metropolis érkezett 1945-ben a Moore Intézetbe és megtanulták az ENIAC használatát. A bonyolult számítás sikeres volt. Neumann részt vett az ENIAC tárolt programú számítógéppé alakításában.
Neumann tanulmánya a számítógépek leírásának alapjává vált.

EDVAC

Az EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer), a diszkrét változós elektronikus számítógép tervezését már az ENIAC elkészülte előtt elkezdték, mert az ENIAC építése alatt felismerték, annak hibáit.

Az ENIAC túl sok elektroncsövet tartalmazott, túl kevés számot lehetett benne tárolni, kényelmetlen volt a decentralizált vezérlés, nehézkes volt az új feladatokra való átállítás.

Az EDVAC a soros működés elvére alapult. A műveletek végrehajtásán kívül az egyes műveletek elemi részeinek végrehajtását is sorosan szerkesztették meg. Ez az eljárás természetesen lassúbb volt, mint a párhuzamos, de kevesebb eszköz kellett hozzá. A lassúság elfogadható, mert az elektronika alkalmazásával az egyes elemi műveletek végrehajtásánál nagy sebesség érhető el. Neumann szorgalmazta a számok bináris ábrázolását. Ebben a számrendszerben csak a 0 és 1 számjegyek szerepelnek, minden szám ezek szorzata.

Pl.:
Az a szám, melyet a tízes számrendszerben:
141 = 1 · 102 + 4 · 101 + 1
A kettes számrendszerben:
128 + 8 + 4 + 1 = 1 · 27 + 0 · 26 + 0 · 25 + 0 · 24 + 1 · 23 + 1 · 22 + 0 · 21 + 1 = 10001101

Ez az ábrázolásmód sokkal hosszabb, mint a tízes számrendszerbeli, de egyszerűbb is, mivel csak két számjegy van.

Az EDVAC 1948-ban készült el, 50 négyzetméteren helyezkedett el és 8 tonna súlyú volt. Az EDVAC az ENIAC-al ellentétben csak egy aritmetikai egységet tartalmazott, amely bináris számrendszerű, soros működésű volt. Ezért kevesebb elektroncsőből lehetett elkészíteni.

Tudományos számítógép építése az IAS-ben (Felsőfokú Tanulmányok Intézete)

1945-ben Neumann rávette az IAS igazgatóját, Frank Aydelotte-ot, hogy az intézet kezdjen bele egy számítógéppel kapcsolatos tudományos programba. A Felsőfokú Tanulmányok Intézete, a Princeton Egyetem és az RCA (amerikai rádiózási társaság) azonnal meg akarta kezdeni a program közös végrehajtását. Az egyetem a vállalkozáshoz a fizika és matematika tanszékeinek és tantestületeinek bizonyos munkájával járul hozzá. Az RCA-tól a vákuumcsövekkel kapcsolatos információt és segítséget kérték. A gép tervezésének, megépítésének jelentős részét az intézetnek kellett biztosítania.

Neumann úgy gondolta, hogy ennek a számítógépnek teljesen automatikusnak, digitálisnak és elektronikusnak kell lennie. Elmondta, hogy miben fog különbözni a többi nagy teljesítményű számítógéptől. Neumann úgy gondolta, hogy a teljes költség körülbelül 400 000 dollár lesz. Az intézet 100 000 dollárt ígért, a hadseregtől várták a további anyagi támogatást. Az RCA 100 000 dollárt megígért, de a haditengerészettel folyt tárgyalások megakadtak annál a kérdésnél, hogy kié lesz a számítógép elkészülése után. Ezután közös pénzügyi javaslatot tett a hadsereg, a princetoni egyetem és az RCA és így meglett az anyagi forrás.

Miután 1945 végén jóváhagyták a programot, Neumannak a számítógép építésére alkalmas személyzetet kellett toboroznia. Társigazgatónak megkérte Goldstine-t, aki az ENIAC átadása után elfogadta a posztot. Goldstine hozzájárult a matematikai és logikai tervezéshez és a programozáshoz. A logikai tervező csoport tagja volt még Arthur Burks is, aki részt vett az ENIAC és az EDVAC tervezésében is. Főmérnöknek Julian Bigelow-t szerződtette, aki korábban az IBM-nél dolgozott. Bigelow távozása után James H. Pomerene lett a program főmérnöke.

A gépet 1952-1957-ig tudományos kutatások céljára használták, ezután átadták a princetoni egyetemnek, ahol még három évig használták. Neumann János dolgozta ki a tudományos felhasználás irányvonalait. A gépet az őt kifejlesztő tudósokon kívül a princetoni egyetem karai, kormányzati laboratóriumok (legfőképpen Los Alamos) és más tudósok használták. A használat iránti kérelmeket szigorúan megvizsgáltak.

A számítógépet eleinte numerikus módszerekkel való kísérletekre használták. Rengeteg számítást végeztek differenciálegyenletek megoldására. Így ismerték meg a numerikus módszerek időszükségletét.

Neumann a meteorológiát és az időjárás előrejelzés számítógépes tanulmányozását fontos feladatnak tartotta. Elkészítette az első gyakorlati numerikus módszert az időjárás-előrejelzéshez és segített a napi numerikus előrejelzéshez szükséges infrastruktúra kialakításában. Nagyon sikeres volt az intézet meteorológiai programja.

A számítógép legfontosabb alkalmazása a meteorológiai számítások mellett a princetoni egyetem csillagászati obszervatóriumának asztrofizikai kutatómunkája volt. Ezek a számítások a számítógép működése alatt végig folytak. Vizsgálatokat végeztek többek között a csillagok, különösen a vörös óriáscsillagok belső folyamataival kapcsolatban.

A számítógépe felhasználták több atomfizikai és magfizikai probléma megoldására is. Például Wigner Jenő részére számításokat végeztek az atommagot alkotó nukleonok közötti kölcsönhatásról.

A számítógépet történelmi kutatásra is felhasználták. A Brown Egyetem munkatársai kérték, hogy készítsenek egy efemeriszt, táblázatot a Nap, a Hold és a szabad szemmel is látható bolygók szabályos időközönként elfoglalt pozícióiról. Ez történelmi események dátumának meghatározására akarták használni, a Kr. e. 600 és Kr. e. 1 időszakban. Ezt a táblázatot, az 1962-es publikáció után ókori csillagászattal foglalkozó történészek is használták.

Végeztek még egy nem éppen szokványos vizsgálatot is: a közlekedési forgalom szimulációját. Az akarták ezzel megvizsgálni, hogy használható-e digitális számítógép a forgalom és a közutak tervezéséhez.

A számítógépen, a használata alatt megszerzett tapasztalatok alapján folyamatos módosításokat hajtottak végre. Több rutinműködést automatizáltak, kiegészítő tárolási helyet csatoltak a géphez a segédprogramok elhelyezésére. Új rendszerprogramokat fejlesztettek ki, gépi nyelvű kiszolgáló rutinokat és interpretált lebegőpontos rutinokat.

Az IAS-számítógépet tudományos problémák nagyon széles skálájának megoldására használták. A meteorológia és az asztrofizika területén végzett munka közvetlenül is hozzájárult ezen tudományterületek fejlődéséhez. Neumann és Goldstine felismerte, hogy az akkori technikai korlátok miatt nem tudtak megfelelő mértékben haladni a tudományos problémák vizsgálatában. Nagyon sok időt vettek igénybe a különböző számítások. De végül is az intézeti számítógép megépítése megmutatta, hogy a számítógép nagyon hasznos segédeszköz lehet tudományos problémák megoldására.

A számítógép és az agy

Ez a munkája, melyet sajnos már nem tudott befejezni, egy összehasonlító elemzés a számítógépről és az emberi agyról. A Yale Egyetemen tartott Silliman-előadásokra készítette a könyvben található anyagot. Ezek az előadások az Egyesült Államok tudományos életének egyik legrégibb hagyományát képviselik. A Silliman-előadásra való meghívás nagy kiváltságot jelent minden tudós számára. A felkért előadó két héten át tartó előadássorozatot tart.

Neumannt 1955-ben kérték fel, hogy az 1956-os tavaszi félévben tartsa meg előadásait. A felkérést elvállalta, de kérte, hogy két hét helyett csak egy hétig tartson az előadássorozat, mert éppen abban az időszakban nevezte őt ki Eisenhower elnök az Atomenergia Bizottság tagjává. Más elfoglaltságai mellett folyamatosan dolgozott az előadásokon, mígnem a 1955-ben kiderült, hogy csontrákja van. Bízott a felgyógyulásában, de 1956-ban kiderült, hogy a betegség átterjedt a gerincére is, és ettől nehezen tudott járni, mígnem végleg tolószékbe került. Ezután is folyamatosan bejárt hivatalába dolgozni és dolgozott az előadássorozaton. Kérte a Silliman-előadások rendezőit, hogy az előadások számát csökkentsék le egyre vagy kettőre, mert egy egész héten keresztül tartó előadássorozatot már nem tudna megtartani. De később kiderült, hogy egyáltalán nem tud elutazni, hogy megtartsa az előadásokat. A Yale Egyetem felajánlotta, hogy ha elküldi a kéziratokat, akkor más felolvassa helyette. Sajnos végül nem tudta megírni mindegyik előadását. Még 1956. áprilisában befeküdt a kórházba, ahol 1957. február 8-án meghalt.

A Silliman-előadásokon még a kórházban is dolgozott. Az elkészült előadásaiból összeállított könyvet posztumusz adták ki The Computer and the Brain címmel 1958-ban.

Neumann a könyvben olvasható témával már régóta foglalkozott. Magára a Silliman-előadásokra készített munkája 1955-ben az Atlantic Cityben az American Psychiatric Association ülésén elmondott „Fixed and Random Logical Patterns and the Problem of Reliability” című beszédén alapul.

Írja Neumann a könyvhöz írt bevezetőjében és elmondja, hogy jó volna, ha az automaták elméletéről is lehetne beszélni, de erre csak a logikai és matematikai automaták tervezése, kiértékelése és programozása terén szerzett tapasztalatok kezdetleges része áll rendelkezésre.

Az első részben, mely a számítógépről szól, részletesen ír a modern számítástechnika alapelveiről. Ír az analóg és digitális eljárások közötti különbségekről és a vegyes eljárásokról. Megemlít néhány logikai vezérlési módot a dugaszolt vezérléssel kezdve a „sorrendszabályozási pontok” útján való vezérlésen át a memóriában tartott vezérlésig és külön kitér a vegyes vezérlési formákra is. Külön kitér a pontosság kérdésére, ahol szintén összehasonlítja az analóg és a digitális gépeket. Beszél a modern digitális gépek jellemzőiről. Többek között az aktív alkatelemek és a sebesség kérdéséről, a memóriaszervekről, azok kapacitásáról és elérési idejéről. Az előadás végén az elérési idő bonyodalmairól és a közvetlen címzés elvéről ejt szót.

Neumann a logikai szervezést az aktív és a memóriaelemek fogalmaival írta le, ezzel lehetőséget adva arra, hogy a neuronhoz hasonlíthassa az aritmetikai egységet.

A második rész az agyról szól. Itt részletesen leírja az idegrendszert, mint információfeldolgozót és összehasonlítja a számítógépet és az agyat. Többek között beszél az ingerlésről, az impulzusokról, az energiafogyasztásról, a memóriáról, a sebességről, a hatékonyságról, a méretről. Leírta, hogy bár a számítógép nagyobb, mint az agy, de ezt a hátrányát ellensúlyozza a sebességgel.
Arra a megállapításra jutott, hogy az agy nem a matematika nyelvét használja. Az idegrendszer működése kétféle közléstípuson alapszik: egyfelől olyanokon, amelyek nem foglalnak magukban aritmetikai formalizmusokat, másfelől olyanokon, amelyek igen. Az előbbi típusba tartoznak az utasításközlések (logikai közlések). Az utóbbiba pedig a számközlések (aritmetikai közlések). Az előbbieket szorosabb értelemben vett nyelvként jellemezhetjük, míg az utóbbiakat matematikának tekinthetjük.

Neumann szerint a számítógépek tervezői nagy hasznát vennék, ha tanulmányoznák az emberi idegrendszert és azt a tudást felhasználják a terveikben.

Összefoglalás

Neumann János sohasem engedte szabadalmaztatni a Neumann-elvet. Ennek megakadályozása érdekében elvét egy publikációjában nyilvánosságra hozta. Ellenezte, hogy a számítógépből egy pár ember üzletet csináljon és hasznot húzzon. Úgy gondolta, hogy a számítógép nem egy emberé, hanem az egész emberiségé, nem egy ember, hanem matematikusok és mérnökök sokasága fejlesztette ki. Ez az elképzelése napjainkra valóra vált. Sokak számára elérhetővé vált a számítógép.

Sokan, sokat dolgoztak rajta. Büszkék lehetünk arra, hogy Neumann János is részt vett ebben az úttörő tevékenységben, közreműködésével jött létre a csoda. Mégcsak elképzelni sem lehet, ha nem hal meg ilyen tragikusan korán, még mire lett volna képes!

A világháborúk hatására kifejlesztett számítógépek még csak a haditechnika tökéletesítésének segítésére, gyorsítására épültek, de a háborús időszaktól távolodva felismerték, hogy a számítógép milyen nagy segítség lehet a tudományok fejlődésében. Az 50-es években elindult a sorozatgyártás, ezzel megkezdődött a számítógépek térhódítása a tudományos életben, a gazdasági életben és mindennapjainkban.

Azóta sokat lépett előre ez a tudományág, de azok az emberek, akik a számítógépek első generációinak létrejöttében vettek részt, nem sejthették, hogy óriási dolgot hoztak létre, hogy munkásságuk soha nem merülhet feledésbe.