Поява ЕОМ, Принципи фон Неймана

Першим арифмометром, здатним виконувати чотири основних арифметичних дії, став арифмометр знаменитого французького вченого і філософа Блеза Паскаля. Основним елементом у ньому було зубчасте колесо, винахід якого вже саме по собі стало ключовою подією в історії обчислювальної техніки. Хотілося б відзначити, що еволюція в області обчислювальної техніки носить нерівномірний, стрибкоподібний характер: періоди накопичення сил змінюються проривами в розробках, після чого настає період стабілізації, під час якого досягнуті результати використовуються практично і одночасно накопичуються знання і сили для чергового ривка вперед. Після кожного витка процес еволюції виходить на новий, більш високий щабель.

У 1671 році німецький філософ і математик Густав Лейбніц також створює арифмометр на основі зубчастого колеса особливій конструкції - зубчасті колеса Лейбніца. Арифмометр Лейбніца, як і арифмометри його попередників, виконував чотири основних арифметичних дії. На цьому даний період закінчився, і людство протягом майже півтора століття копіло сили і знання для наступного витка еволюції обчислювальної техніки. XVIII і XIX століття були часом, коли бурхливо розвивалися різні науки, в тому числі математика і астрономія. У них часто виникали завдання, що вимагають тривалих і трудомістких обчислень.

Ще однією відомою людиною в історії обчислювальної техніки став англійський математик Чарльз Беббідж. У 1823 році Беббідж почав працювати над машиною для обчислення поліномів, але, що більш цікаво, ця машина повинна була, крім безпосереднього виробництва обчислень, видавати результати - друкувати їх на негативній пластині для фотодруку. Планувалося, що машина буде приводитися в дію паровим двигуном. Через технічні труднощі Беббіджу до кінця не вдалося реалізувати свій проект. Тут вперше виникла ідея використовувати деяку зовнішню (периферійне) пристрій для видачі результатів обчислень. Відзначимо, що інший учений, Шойц, в 1853 році все ж реалізував машину, задуману Беббіджем (вона вийшла навіть менше, ніж планувалася). Напевно, Беббіджу більше подобався творчий процес пошуку нових ідей, ніж втілення їх в щось матеріальне. У 1834 році він виклав принципи роботи чергової машини, яка була названа їм «Аналітичної». Технічні труднощі знову не дозволили йому до кінця реалізувати свої ідеї. Беббідж зміг довести машину лише до стадії експерименту. Але саме ідея є двигуном науково-технічного прогресу. Чергова машина Чарльза Беббіджа була втіленням наступних ідей:

Управління виробничим процесом. Машина керувала роботою ткацького верстата, змінюючи узор створюваної тканини в залежності від поєднання отворів на спеціальній паперовій стрічці. Ця стрічка стала попередницею таких знайомих нам всім носіїв інформації, як перфокарти і перфострічки.

Програмованість. Роботою машини також керувала спеціальна паперова стрічка з отворами. Порядок проходження отворів на ній визначав команди і оброблювані цими командами дані. Машина мала арифметичний пристрій і пам'ять. До складу команд машини входила навіть команда умовного переходу, що змінює хід обчислень в залежності від деяких проміжних результатів.

У розробці цієї машини брала участь графиня Ада Августа Лавлейс, яку вважають першою в світі програмістом.

Ідеї Чарльза Беббіджа розвивалися і використовувалися іншими вченими. Так, в 1890 році, на рубежі XX століття, американець Герман Холлеріт розробив машину, що працює з таблицями даних (перший Excel?). Машина управлялася програмою на перфокартах. Вона використовувалася при проведенні перепису населення в США в 1890 році. У 1896 році Холлерит заснував фірму, яка з'явилася попередницею корпорації IBM. Зі смертю Беббіджа в еволюції обчислювальної техніки настав чергову перерву аж до 30-х років XX століття. Надалі все розвиток людства стало немислимим без комп'ютерів.

У 1938 році центр розробок ненадовго зміщується з Америки в Німеччину, де Конрад Цузе створює машину, яка оперує, на відміну від своїх попередниць, що не десятковими числами, а двійковими. Ця машина також була все ще механічної, але її безсумнівним гідністю було те, що в ній була реалізована ідея обробки даних в двійковому коді. Продовжуючи свої роботи, Цузе в 1941 році створив електромеханічну машину, арифметичний пристрій якої було виконано на базі реле. Машина вміла виконувати операції з плаваючою точкою.

За океаном, в Америці, в цей період також йшли роботи по створенню подібних електромеханічних машин. У 1944 році Говард Ейкен спроектував машину, яку назвали Mark-1. Вона, як і машина Цузе, працювала на реле. Але через те, що ця машина явно була створена під впливом робіт Беббіджа, вона оперувала з даними в десяткового формі.

Природно, через велику питому вагу механічних частин ці машини були приречені.

До кінця тридцятих років XX століття потреба в автоматизації складних обчислювальних процесів сильно зросла. Цьому сприяло бурхливий розвиток таких галузей, як літакобудування, атомна фізика та інших. З 1945 року по наші дні обчислювальна техніка пройшла 4 покоління в своєму розвитку:

Перше покоління (1945-1954) - комп'ютери на електронних лампах. Це доісторичні часи, епоха становлення обчислювальної техніки. Більшість машин першого покоління були експериментальними пристроями і будувалися з метою перевірки тих чи інших теоретичних положень. Вага та розміри цих комп'ютерних динозаврів, які нерідко вимагали для себе окремих будівель, давно стали легендою.

Починаючи з 1943 року, група фахівців під керівництвом Говарда Айткена, Дж. Моучлі і П. Еккерта в США почала конструювати обчислювальну машину на основі електронних ламп, а не на електромагнітних реле. Ця машина була названа ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) і працювала вона в тисячу разів швидше, ніж «Марк-1». ENIAC містив 18 тисяч вакуумних ламп, займав площу 9х15 метрів, важив 30 тонн і споживав потужність 150 кіловат. ENIAC мав і суттєвий недолік - управління ним здійснювалось за допомогою комутаційної панелі, у нього була відсутня пам'ять, і для того щоб задати програму доводилося протягом декількох годин або навіть днів приєднувати потрібним чином проводи. Найгіршим з усіх недоліків була жахлива ненадійність комп'ютера, так як за день роботи встигало вийти з ладу близько десятка вакуумних ламп.

Щоб спростити процес завдання програм, Моучлі і Еккерт стали конструювати нову машину, яка могла б зберігати програму у своїй пам'яті. У 1945 році до роботи був залучений знаменитий математик Джон фон Нейман, який підготував доповідь про цю машину. У цій доповіді фон Нейман ясно і просто сформулював загальні принципи функціонування універсальних обчислювальних пристроїв, тобто комп'ютерів. Це перша діюча машина, побудована на вакуумних лампах, офіційно була введена в експлуатацію 15 лютого 1946 року. Цю машину намагалися використовувати для вирішення деяких завдань, підготовлених фон Нейманом і пов'язаних з проектом атомної бомби. Потім вона була перевезена на Абердинский полігон, де працювала до 1955 року.

ENIAC став першим представником 1-го покоління комп'ютерів. Будь-яка класифікація умовна, але більшість фахівців погодилося з тим, що розрізняти покоління слід виходячи з тієї елементної бази, на основі якої будуються машини. Таким чином, перше покоління видається ламповими машинами.

Необхідно відзначити величезну роль американського математика фон Неймана в становленні техніки першого покоління. Потрібно було осмислити сильні і слабкі сторони ENIAC і дати рекомендації для подальших розробок. У звіті фон Неймана та його колег Г. Голдстайна і А. Беркса (червень 1946 роки) були чітко сформульовані вимоги до структури комп'ютерів. Багато положень цього звіту отримали назву принципів фон Неймана.

Перші проекти вітчизняних ЕОМ були запропоновані С.А. Лебедєвим, Б.І. Рамєєвим в 1948р. У 1949-51гг. за проектом С.А. Лебедєва була побудована МЕСМ (мала електронно-обчислювальна машина). Перший пробний пуск макета машини відбувся в листопаді 1950, а в експлуатацію машина була здана в 1951 році. МЕСМ працювала в двійковій системі, з трьохадресних системою команд, причому програма обчислень зберігалася в пристрої оперативного типу. Машина Лебедєва з паралельною обробкою слів представляла собою принципово нове рішення. Вона була однією з перших в світі і першою на європейському континенті ЕОМ з зберiгається в пам'ятi.

До ЕОМ 1-го покоління відноситься і БЕСМ-1 (велика електронно-рахункова машина), розробка якої під керівництвом С.А. Лебедєва була закінчена в 1952р., Вона містила 5 тис. Ламп, працювала без збоїв протягом 10 годин. Швидкодія досягало 10 тис. Операцій в секунду (Додаток 1).

Майже одночасно проектувалася ЕОМ «Стріла» (Додаток 2) під керівництвом Ю.Я. Базилевського, в 1953р. вона була запущена у виробництво. Пізніше з'явилася ЕОМ «Урал - 1" (Додаток 3), що поклала початок великої серії машин «Урал», розроблених і впроваджених у виробництво під керівництвом Б.І. Рамєєва. У 1958р. запущена в серійне виробництво ЕОМ першого покоління М - 20 (швидкодія до 20 тис. операцій / с).

ЕОМ першого покоління мали швидкодією кілька десятків тисяч операцій в секунду. В якості внутрішньої пам'яті застосовувалися ферритові сердечники, а АЛУ і УУ були побудовані на електронних лампах. Швидкодія ЕОМ визначалося більш повільним компонентом - внутрішньою пам'яттю і це знижувало загальний ефект.

ЕОМ першого покоління була орієнтація на виконання арифметичних операцій. При спробах пристосування для задач аналізу вони виявлялися неефективними.

Мов програмування як таких ще не було, і для кодування своїх алгоритмів програмісти використовували машинні команди або асемблери. Це ускладнювало і затягувало процес програмування.

До кінця 50-х років засоби програмування зазнають принципові зміни: здійснюється перехід до автоматизації програмування за допомогою універсальних мов і бібліотек стандартних програм. Використання універсальних мов спричинило виникнення трансляторів.

Програми виконувалися завдання за завданням, тобто оператору треба було стежити за ходом виконання завдання і при досягненні кінця самому ініціювати виконання наступного завдання.

У другому поколінні комп'ютерів (1955-1964) замість електронних ламп використовувалися транзистори, а в якості пристроїв пам'яті стали застосовуватися магнітні сердечники і магнітні барабани - далекі предки сучасних жорстких дисків. Все це дозволило різко зменшити габарити і вартість комп'ютерів, які тоді вперше стали будуватися на продаж.

Але головні досягнення цієї епохи належать до області програм. На другому поколінні комп'ютерів вперше з'явилося те, що сьогодні називається операційною системою. Тоді ж були розроблені перші мови високого рівня - Фортран, Алгол, Кобол. Ці два важливих удосконалення дозволили значно спростити та прискорити написання програм для комп'ютерів; програмування, залишаючись наукою, набуває рис ремесла.

Відповідно розширювалася і сфера застосування комп'ютерів. Тепер уже не тільки вчені могли розраховувати на доступ до обчислювальної техніки; комп'ютери знайшли застосування в плануванні та управлінні, а деякі великі фірми навіть комп'ютеризували свою бухгалтерію, передбачаючи моду на двадцять років.

Елементної базою другого покоління стали напівпровідники. Без сумніву, транзистори можна вважати одним з найбільш вражаючих чудес XX століття.

Патент на відкриття транзистора був виданий в 1948 році американцям Д.Бардіну і У.Браттейну, а через вісім років вони разом з теоретиком В. Шоклі стали лауреатами Нобелівської премії. Швидкості перемикання вже перших транзисторних елементів виявилися в сотні разів вище, ніж лампових, надійність і економічність - теж. Вперше стала широко застосовуватися пам'ять на феритових сердечниках і тонких магнітних плівках, були випробувані індуктивні елементи - параметрони.

Перша бортова ЕОМ для установки на міжконтинентальної ракети - «Атлас» - була введена в експлуатацію в США в 1955 році. У машині використовувалося 20 тисяч транзисторів і діодів, вона споживала 4 кіловатта.В 1961 році наземні комп'ютери «стретч» фірми «Берроуз» управляли космічними польотами ракет «Атлас», а машини фірми IBM контролювали політ астронавта Гордона Купера. Під контролем ЕОМ проходили польоти безпілотних кораблів типу «Рейнджер» до Місяця в 1964 році, а також корабля «Маринер» до Марса. Аналогічні функції виконували і радянські комп'ютери.

У 1956 р фірмою IBM були розроблені плаваючі магнітні головки на повітряній подушці. Винахід їх дозволило створити новий тип пам'яті - дискові запам'ятовуючі пристрої, значимість яких була повною мірою оцінена в наступні десятиліття розвитку обчислювальної техніки. Перші пристрої, що запам'ятовують на дисках з'явилися в машинах IBM-305 і RAMAC (Додаток 4). Остання мала пакет, що складався з 50 металевих дисків з магнітним покриттям, які оберталися зі швидкістю 12000 об / хв. На поверхні диска розміщувалося 100 доріжок для запису даних, по 10000 знаків кожна.

Перші серійні універсальні ЕОМ на транзисторах були випущені в 1958 році одночасно в США, ФРН і Японії.

З'являються перші міні-ЕОМ (наприклад, PDP-8 (Додаток 5)).

У Радянському Союзі перші безламповий машини «Сетунь», «Раздан» і «Раздан-2» були створені в 1959-1961 роках. У 60-х роках радянські конструктори розробили близько 30 моделей транзисторних комп'ютерів, більшість яких стали випускатися серійно. Найпотужніший із них - «Мінськ-32» виконував 65 тис операцій в секунду. З'явилися цілі сімейства машин: «Урал», «Мінськ», БЕСМ.

Рекордсменом серед ЕОМ другого покоління стала БЕСМ-6 (Додаток 6), що мала швидкодія близько мільйона операцій в секунду - одна з найбільш продуктивних в світі. Архітектура і багато технічні рішення в цьому комп'ютері були настільки прогресивними і випереджають свій час, що він успішно використовувався майже до нашого часу.

Спеціально для автоматизації інженерних розрахунків в Інституті кібернетики Академії наук УРСР під керівництвом академіка В.М. Глушкова були розроблені комп'ютери СВІТ (1966) і МИР-2 (1969). Важливою особливістю машини МИР-2 стало використання телевізійного екрану для візуального контролю інформації та світлового пера, за допомогою якого можна було коригувати дані прямо на екрані.

Побудова таких систем, що мали в своєму складі близько 100 тисяч переключательних елементів, було б просто неможливим на основі лампової техніки. Таким чином, друге покоління народжувалося в надрах першого, переймаючи багато його риси. Однак до середини 60-х років бум в області транзисторного виробництва досяг максимуму - відбулося насичення ринку. Справа в тому, що складання електронного устаткування являла собою дуже трудомісткий і повільний процес, який погано піддавався механізації та автоматизації. Таким чином, дозріли умови для переходу до нової технології, яка дозволила б пристосуватися до зростаючої складності схем шляхом виключення традиційних з'єднань між їхніми елементами.

Нарешті, в третьому поколінні ЕОМ (1965-1974) вперше стали використовуватися інтегральні схеми - цілі пристрої та вузли з десятків і сотень транзисторів, виконані на одному кристалі напівпровідника (то, що зараз називають мікросхемами). В цей же час з'являється напівпровідникова пам'ять, яка і по всій день використовується в персональних комп'ютерах в якості оперативної. Пріоритет у винаході інтегральних схем, які стали елементної базою ЕОМ третього покоління, належить американським ученим Д. Кілбі і Р.Нойсу, які зробили це відкриття незалежно один від одного. Масовий випуск інтегральних схем почався в 1962 році, а в 1964 почав швидко здійснюватися перехід від дискретних елементів до інтегральної. Згадуваний ENIAK, розмірами 9х15 метрів, в 1971 році міг би бути зібраний на пластині в 1,5 квадратних сантиметра. Почалося перевтілення електроніки в мікроелектроніку.

У ці роки виробництво комп'ютерів набуває промисловий розмах. Пробилася в лідери фірма IBM першою реалізувала сімейство ЕОМ - серію повністю сумісних один з одним комп'ютерів від самих маленьких, розміром з невелику шафу (менше тоді ще не робили), до найбільш потужних і дорогих моделей. Найбільш поширеним в ті роки було сімейство System / 360 фірми IBM, на основі якого в СРСР була розроблена серія ЄС ЕОМ. У 1973 була випущена перша модель ЕОМ серії ЄС, а з 1975 року з'явилися моделі ЄС-1012, ЄС-1032, ЄС-1033, ЄС-1022, а пізніше більш потужна ЄС-1060.

В рамках третього поколения в США булу побудовали унікальна машина «ІЛЛІАК-4», в складі якої в первинний варіанті планувалося використовуват 256 прістроїв Обробка даних, Виконання на монолітних інтегральніх схемах. Пізніше проект був змінений, через досить високу вартість (більше 16 мільйонів доларів). Число процесорів довелося скоротити до 64, а також перейти до інтегральних схем з малим ступенем інтеграції. Скорочений варіант проекту було завершено в 1972 році, номінальна швидкодія «ІЛЛІАК-4» склало 200 мільйонів операцій в секунду. Майже рік цей комп'ютер був рекордсменом у швидкості обчислень.

Ще на початку 60-х з'являються перші мінікомп'ютери - невеликі малопотужні комп'ютери, доступні за ціною невеликим фірмам або лабораторіям. Мінікомп'ютери представляли собою перший крок на шляху до персональних комп'ютерів, пробні зразки яких були випущені тільки в середині 70-х років. Відоме сімейство мінікомп'ютерів PDP фірми Digital Equipment послужило прототипом для радянської серії машин СМ.

Тим часом кількість елементів і з'єднань між ними, що вміщується в одній мікросхемі, постійно зростала, і в 70-і роки інтегральні схеми містили вже тисячі транзисторів. Це дозволило об'єднати в єдиній маленької детальці більшість компонентів комп'ютера - що і зробила в 1971 р фірма Intel, випустивши перший мікропроцесор, який призначався для щойно з'явилися настільних калькуляторів. Цьому винаходу судилося провести в наступному десятилітті справжню революцію - адже мікропроцесор є серцем і душею нашого з вами персонального комп'ютера.

Але і це ще не все - воістину, рубіж 60-х і 70-х років був доленосним часом. У 1969 р зародилася перша глобальна комп'ютерна мережа - зародок того, що ми зараз називаємо Інтернетом. І в тому ж таки 1969 р одночасно з'явилися операційна система Unix і мова програмування С ( «Сі»), що зробили величезний вплив на програмний світ і досі зберігають своє передове становище.

Чергова зміна елементної бази привела до зміни поколінь. У 70-ті роки активно ведуться роботи зі створення великих і надвеликих інтегральних схем (ВІС і НВІС), які дозволили розмістити на одному кристалі десятки тисяч елементів. Це спричинило подальше істотне зниження розмірів і вартості ЕОМ. Робота з програмним забезпеченням стала більш дружньою, що спричинило за собою зростання кількості користувачів.

В принципі, при такому ступені інтеграції елементів стало можливим спробувати створити функціонально повну ЕОМ на одному кристалі. Відповідні спроби були зроблені, хоча вони і зустрічалися, в основному, недовірливою посмішкою. Напевно, цих посмішок стало б менше, якби можна було передбачити, що саме ця ідея стане причиною вимирання великих ЕОМ за якихось півтора десятка років.

Проте, на початку 70-х років фірмою Intel був випущений мікропроцесор (МП) 4004. І якщо до цього в світі обчислювальної техніки були тільки три напрямки (супер-ЕОМ, великі ЕОМ (мейнфрейми) і міні-ЕОМ), то тепер до них додалося ще одне - мікропроцесорний. У загальному випадку під процесором розуміють функціональний блок ЕОМ, призначений для логічної і арифметичної обробки інформації на основі принципу мікропрограмного управління. За апаратної реалізації процесори можна розділити на мікропроцесори (повністю інтегровані всі функції процесора) і процесори з малої і середньої інтеграцією. Конструктивно це виражається в тому, що мікропроцесори реалізують всі функції процесора на одному кристалі, а процесори інших типів реалізують їх шляхом з'єднання великої кількості мікросхем.

Отже, перший мікропроцесор 4004 був створений фірмою Intel на рубежі 70-х років. Він представляв собою 4-розрядний паралельний обчислювальний пристрій, і його можливості були сильно обмежені. 4004 міг виробляти чотири основні арифметичні операції і застосовувався спочатку тільки в кишенькових калькуляторах. Пізніше сфера його застосування була розширена за рахунок використання в різних системах управління (наприклад, для управління світлофорами). Фірма Intel, правильно вгадавши перспективність мікропроцесорів, продовжила інтенсивні розробки, і один з її проектів в кінцевому підсумку привів до великого успіху, визначити майбутнє шлях розвитку обчислювальної техніки.

Ним став проект по розробці 8-розрядного процесора 8080 (1974 г.). Цей мікропроцесор мав досить розвинену систему команд і вмів ділити числа. Саме він був використаний при створенні персонального комп'ютера Альтаїр, для якого молодий Біл Гейтс написав один зі своїх перших інтерпретаторів мови BASIC. Напевно, саме з цього моменту слід вести відлік 5-го покоління.

ереход до комп'ютерів п'ятого покоління передбачав перехід до нових архітектур, орієнтованим на створення штучного інтелекту.

Вважалося, що архітектура комп'ютерів п'ятого покоління буде містити два основні блоки. Один з них - власне комп'ютер, в якому зв'язок з користувачем здійснює блок, званий «інтелектуальним інтерфейсом». Завдання інтерфейсу - зрозуміти текст, написаний на природній мові або мова, і викладене таким чином умову задачі перевести в працюючу програму.

Основні вимоги до комп'ютерів 5-го покоління: Створення розвинутого людино-машинного інтерфейсу (розпізнавання мови, образів); Розвиток логічного програмування для створення баз знань і систем штучного інтелекту; Створення нових технологій у виробництві обчислювальної техніки; Створення нових архітектур і обчислювальних комплексів.

Нові технічні можливості обчислювальної техніки повинні були розширити коло вирішуваних завдань і дозволити перейти до завдань створення штучного інтелекту. В якості однієї з необхідних для створення штучного інтелекту складових є бази знань (бази даних) з різних напрямків науки і техніки. Для створення і використання баз даних потрібна висока швидкодія обчислювальної системи і великий обсяг пам'яті. Універсальні комп'ютери здатні виробляти високошвидкісні обчислення, але не придатні для виконання з високою швидкодією порівняння і сортування великих обсягів записів, що зберігаються зазвичай на магнітних дисках. Для створення програм, що забезпечують заповнення, оновлення баз даних та роботу з ними, були створені спеціальні об'єктно орієнтовані і логічні мови програмування, що забезпечують найбільші можливості в порівнянні зі звичайними процедурними мовами. Структура цих мов вимагає переходу від традиційної фон-неймановской архітектури комп'ютера до архитектурам, що враховує вимоги завдань створення штучного інтелекту.

До класу суперкомп'ютерів відносять комп'ютери, які мають максимальну на час їх випуску продуктивність, або так звані Компьтери 5-го покоління.

Перші суперкомп'ютери з'явилися вже серед комп'ютерів другого покоління (1955 - 1964, див. Комп'ютери другого покоління), вони були призначені для вирішення складних завдань, які вимагали високої швидкості обчислень. Це LARC фірми UNIVAC, Stretch фірми IBM і «CDC-6600" (сімейство CYBER) фірми Control Data Corporation, в них були застосовані методи паралельної обробки (збільшують число операцій, виконуваних в одиницю часу), конвейеризация команд (коли під час виконання однієї команди друга зчитується з пам'яті і готується до виконання) і паралельна обробка за допомогою процесора складної структури, що складається з матриці процесорів обробки даних і спеціального керуючого процесора, який розподіляє завдання і керує потоком даних в системі. Комп'ютери, що виконують паралельно кілька програм за допомогою декількох мікропроцесорів, отримали назву мультипроцесорних систем. До середини 80-х років в списку найбільших виробників суперкомп'ютерів у світі були фірми Sperry Univac і Burroughs. Перша відома, зокрема, своїми мейнфреймами UNIVAC-1108 і UNIVAC-1110, які широко використовувалися в університетах і державних організаціях.

Після злиття Sperry Univac і Burroughs об'єднана фірма UNISYS продовжувала підтримувати обидві лінії мейнфреймів зі збереженням сумісності знизу вгору в кожній. Це є яскравим свідченням незаперечного правила, який підтримував розвиток мейнфреймів - збереження працездатності раніше розробленого програмного забезпечення.

У світі суперкомп'ютерів відома і компанія Intel. Багатопроцесорні комп'ютери Paragon фірми Intel в сімействі багатопроцесорних структур з розподіленою пам'яттю стали такою ж класикою.

У 1946 році Д. фон Нейман, Г. Голдстайн і А. Беркс в своїй спільній статті виклали нові принципи побудови і функціонування ЕОМ. В наслідок на основі цих принципів проводилися перші два покоління комп'ютерів. У більш пізніх поколіннях відбувалися деякі зміни, хоча принципи Неймана актуальні і сьогодні. По суті, Нейману вдалося узагальнити наукові розробки та відкриття багатьох інших вчених і сформулювати на їх основі принципово нові принципи:
1. Принцип уявлення і зберігання чисел.
Для представлення і збереження чисел використовується двійкова система числення. Перевага перед десятковою системою числення полягає в тому, що біт легко реалізується, пам'ять на бітах великого обсягу досить дешева, пристрої можна робити досить простими, арифметичні і логічні операції в двійковій системі числення також виконуються досить просто.
2. Принцип програмного управління ЕОМ.
Роботою ЕОМ управляє програма, що складається з набору команд. Команди виконуються послідовно один за одним. Команди обробляють дані, що зберігаються в пам'яті комп'ютера.
3. Принцип збереженої програми.
Пам'ять комп'ютера використовується не тільки для зберігання даних, але і програм. При цьому і команди програми і дані кодуються в двійковій системі числення, тобто їх спосіб запису однаковий. Тому в певних ситуаціях над командами можна виконувати ті ж дії, що і над даними.
4. Принцип прямого доступу до пам'яті.
Осередки оперативної пам'яті ЕОМ мають послідовно пронумеровані адреси. У будь-який момент можна звернутися до будь-якої комірки пам'яті на її адресу.
5. Принцип розгалуження і циклічних обчислень.
Команди умовного переходу дозволяють реалізувати перехід до будь-якої ділянки коду, забезпечуючи тим самим можливість організації розгалуження та повторного виконання деяких ділянок програми.
Найголовнішим наслідком цих принципів можна назвати те, що тепер програма вже не була постійною частиною машини (як наприклад, у калькулятора). Програму стало можливо легко змінити. А ось апаратура, звичайно ж, залишається незмінною, і дуже простий. Для порівняння, програма комп'ютера ENIAC (де не було інформації, що зберігається в пам'яті програми) визначалася спеціальними перемичками на панелі. Щоб перепрограмувати машину (встановити перемички по-іншому) міг знадобитися далеко не один день.
І хоча програми для сучасних комп'ютерів можуть розроблятися місяцями, проте їх інсталяція (установка на комп'ютері) займає навіть для великих програм кілька хвилин. Така програма може бути встановлена на мільйонах комп'ютерів, і працювати на кожному з них роками.

Додаток 1