Computers: Eigenlijk is er niet veel nieuws onder zon. Tot voor kort dan. Maar laat ik beginnen met vóór voor kort. Met een slimme kop die Von Neumann heette. Von Neumann is de man die bedacht hoe een elektronische computer zou moeten werken. Noem het de architectuur. Die is extreem simpel. Von Neumann bedacht dat er een plek moest zijn waar – binaire – gegevens opgeslagen moesten worden, het geheugen.
Tevens moest er een plek zijn waar berekeningen uitgevoerd konden worden. De Arithmetic Logic Unit (ALU). Dan had je nog iets nodig dat alles bestuurde. Aangezien we lekker in het Engels bezig zijn, noemde hij dat Control Unit. De ALU en de Control Unit wordt ook wel de Central Processing Unit, CPU genoemd. Als laatste component noemde hij de Invoer/Uitvoer unit.
Von Neumann bedacht dat er een 5 stappen nodig zijn om één berekening uit te voeren:
- Haal de (volgende) instructie op uit het geheugen
- Decodeer deze instructie
- Haal de getallen waar de instructie op uitgevoerd moet worden uit het geheugen, indien nodig
- Voer de instructie uit en sla het resultaat op
- Ga naar stap 1
Dit gaat zo door totdat het programma crasht (hehe) of totdat het programma opgelopen is.
Stap 2 is eigenlijk de crux van dit principe, de technische schoonheid. Tenminste dat vind deze techneut, die ooit eens als een soort van religieuze openbaring begreep hoe computers in essentie werkte. Opgewonden en met rooie koontjes viel het kwartje bij deze toenmalige puber en heb nog wat onrustige nachtjes hierover nagedacht.
Het decoderen van de instructie klinkt ingewikkeld maar is in wezen simpel. Een instructie bestaat namelijk uit een opcode en de operands. De opcode is kort voor operation code. Deze opcode is de –binaire– representant van de bewerking die op de operands uitgevoerd dient te worden. En denk hierbij niet aan ingewikkelde berekeningen zoals “de wortel van” of een logaritmische berekening. Denk meer aan optellen en ...uh ... verminderen (met name dat laatste is erg intrek sinds de troonrede eergisteren). Met de basis operaties worden vervolgens ingewikkelder berekeningen uitgevoerd. Zo is vermenigvuldigen toch niets meer dan herhaald optellen.
Terug naar de vijf stappen die von Neumann heeft bedacht. Simpeler dan dit kan het eigenlijk niet. Als je deze stappen maar snel genoeg uitvoert dan werken computers schijnbaar moeiteloos. Bedenk dat Von Neumann dit in 1945 bedacht en dat het principe nog steeds werkt. Natuurlijk zijn er aanpassingen gekomen, maar de basis is in takt.
Von Neumann heeft overigens ooit nog eens voor IBM gewerkt. Hij werd ingehuurd als consultant in de jaren 50 van vorige eeuw om nieuwe technologie projecten te bekijken en te becommentariëren. Grappig te weten is dat von Neumann niets van programeertalen wou weten zoals FORTRAN en dat hij het eeuwig zonde vond om de mooie computerrekenkracht te gebruiken om boekhoudkundig werkt te doen.
Wie van ons wil dat eens fijntjes aan de SAP's van deze wereld vertellen?
Zonder te willen verkondigen dat het einde van de von Neumann computer in zicht is, las ik toch wel opmerkelijk nieuws uit de IBM lab's. IBM, samen met een aantal vooraanstaande universiteiten en overheidsinstellingen, is bezig een brain-chip te ontwikkelen. De inhoud van dit project is te veel voor deze column, maar wel zeer de moeite waard. Zoek maar eens op Brainchip en IBM.
De reden waarom ik over von Neumann begon te zeveren is dat deze brain-chip dus niet meer gebaseerd is op dit 65 jaar oude principe. Het maakt nog gebruik van geheugen en processor maar de onderliggende architectuur lijkt meer op het brein dan op von Neumann. De chip is niet groot: 2 bij 3 millimeter en gelijkwaardig met 256 neuronen wat op zijn beurt weer gelijk is aan 262000 synapsen, zeg maar de zenuwuitlopers. Verwacht van eén zo'n chip nog niet al te intelligente acties, want hij is net zo slim/dom als een worm, maar het begin is er. Toch kan de brainchip het al oude spelletje Pong spelen. Autonoom. Dus hij berekend uhhh... bedenkt zelf de plek waar hij zijn batje moet houden om het balletje terug te laten kaatsen. Zo kan brainchip zelfs een cijfer interpreteren.
Truly amazing.
