EDVACに?する報告書の第一草稿 ^{[注? 1]} （エドバックにかんするほうこくしょのだいいちそうこう、 英語 : First Draft of a Report on the EDVAC ）は、 ジョン?フォン?ノイマン によって書かれた、電子計算機 EDVAC プロジェクトに?する全101ペ?ジの 未完成の文書 である。?に 第一草稿 （ First Draft ）とも呼ばれる。ENIACプロジェクトのセキュリティ??者である ハ?マン?ゴ?ルドスタイン によって 1945年 6月30日に配布された。この文書には、 プログラム??方式 の?念を使用したコンピュ?タの論理設計についての世界初の公開された記述を含んでおり、ここからプログラム??方式のコンピュ?タが ノイマン型 と呼ばれるようになった。

?史 [ 編集 ]

フォン?ノイマンは、 ニュ?メキシコ州 ロスアラモス まで電車で通勤中に報告書を手書きで書き、 フィラデルフィア に送った。ゴ?ルドスタインは、その報告書をタイプし複製した。報告書にタイプされた日付は6月30日であるが、その5日前の6月25日には、第一草案の?し24部がEDVACプロジェクトと密接に?係している人?に配布された。その報告書の?容に?する?心の高さから、その?しが世界中に出回った。 ケンブリッジ大? の モ?リス?ウィルクス は、1946年夏の ム?ア?スク?ル?レクチャ? （ 英語版 ） のために米?へ渡航するという決?の原動力として、報告書の?容に?する興奮を?げた。

報告書の?要 [ 編集 ]

フォン?ノイマンは、「超高速自動デジタルコンピュ?ティングシステム」(very high speed automatic digital computing system)の詳細設計について記述している。彼はそれを次の6つの主要な?置に細分している。

• CA: 中央演算部(central arithmetic part)
• CC: 中央制御部(central control part)
• M: 記憶?置(memory)
• I: 入力?置(input)
• O: 出力?置(output)
• R: （低速度の）外部記憶?置((slow) external memory) - パンチカ?ド 、 紙テ?プ 、 磁?ワイヤ 、 鋼?テ?プ など

CAは、加算、減算、?算、除算、平方根を?行する。??や三角??などのその他の??的演算は、 ルックアップテ?ブル と ?? を使用して行われ、場合によっては 四次函? を使用する。彼は、?算と除算は??表でも可能であると述べたが、?表を十分に小さく保つためには??が必要となり、それには（おそらくより低い精度で良いが）?算が必要となる。

?値は 二進表記 で表す。彼は27桁の2進? ^{[注? 2]} があれば十分であると推定したが（小?点以下8桁の精度をもたらす）、符?ビットのために?を表すビットは30ビットとし、命令と?字を分けるためのビットを加えて1 ワ?ド は32ビットとして、これを「マイナ?サイクル」( minor cycle )と呼んだ。減算を簡?にするために、 2の補? 演算を使用した。?算と除算のために、彼は2進小?点を符?ビットの後に置くことを提案した。それは全ての?が-1と1の間にあるように扱われることを意味する。

回路の設計 [ 編集 ]

リレ? よりも ?空管 を使用するべきであると主張した。?空管が1マイクロ秒で動作する能力があるのに?し、リレ?は10ミリ秒でしか動作しないからである。

フォン?ノイマンは、コンピュ?タをできるだけ?純にして、演算を重複させることでパフォ?マンスを向上させる試みは回避することを提案している（5.6節）。算術演算は一度に1つの二進?のみ行われる。2桁の二進?の加算は1マイクロ秒かかると推定しているため、30ビットの?算には約30 ² マイクロ秒、つまり約1ミリ秒かかることになる。

フォン?ノイマンの設計は、 神?細胞 をモデルとした、彼が「E素子」(E element)と呼ぶもので構築されている ^{[1] [2]} が、これは1つか2つの?空管を使って構築できるデジタル素子である。現代の用語では、最も?純なE素子は、2入力のANDゲ?トで1つの入力を反?（抑制入力）したものである。より多くの入力を有するE素子は?連するしきい値を有し、（唯一の）抑制入力がパルス化されない限り、正の入力信?の?がしきい値以上となったときに出力を生成する。彼は、より多くの入力を持つE素子は最も?純なバ?ジョンから構築できると述べているが、必要な?空管の?が減るので、それらを?空管回路として直接構築することを提案している。

より複?な機能ブロックは、これらのE素子から構築される。彼は、これらのE素子を使って、加算、減算、?算、除算、平方根、および2?態メモリブロックと制御回路用の回路を構築する方法を示している。彼は ブ?ル論理 の用語を使っていない。

回路は、?空管 ?振器 （または 水晶振動子 ）により生成されたマスタ?システムクロックと同期していなければならない。同期設計では時間?延を考慮する必要があるため、彼の論理?には?位時間?延を示すための矢印記?が含まれている。彼は、電?パルスは1マイクロ秒で300メ?トル移動するので、はるかに高いクロック速度、例えば?秒10 ⁸ サイクル （100 メガヘルツ ）までは、ワイヤ長は問題にならないだろうと指摘している。

エラ?の?出と修正の必要性については、言及はされているが、詳しくは述べられていない。

記憶?置の設計 [ 編集 ]

第一草稿で?表され、後に ノイマン型 ア?キテクチャと命名されることになる重要な設計コンセプトは、?値（デ?タ）と命令（指示）の?方を含む?一の記憶?置（メモリ）である。

この?置にはかなりの記憶?置が必要である。この記憶?置の??な部分で、性質や目的が多少異なる機能を?行する必要があるように見えるが、それでも記憶?置全?を1つの器官として扱うのは魅力的である。上に列?された??な機能のために可能な限り交換可能な部分でさえ。（2.5節）

CCが受信する命令はMから?る。すなわち、?値が格納されているのと同じ場所から?る。（14.0節）

フォン?ノイマンは、 常微分方程式 、 偏微分方程式 、 ソ?ト 、 確率?? など、いくつかのクラスの??的問題に基づいて必要なメモリ量を見積もった。これらのうち、二次元と時間の偏微分方程式は最も多くのメモリを必要とし、三次元と時間はそれまで利用可能だった技術を使ってできることを超えている。彼は、メモリがシステムの最大の細分化であると結論を下し、そして設計目標として8,192個のマイナ?サイクル（ワ?ド）を提案し、2,048個のマイナ?サイクルは依然として有用であるとした。彼は、プログラムを保存するには?百個のマイナ?サイクルで十分であろうと推定している。 彼は2種類の高速記憶?置、 ?延線 と アイコノスコ?プ を提案した。各マイナ?サイクルは1つの?位として扱われる（ワ?ドアドレッシング、12.8節）。命令は、メモリ?の異なる点に切り替えるための特別な命令（ジャンプ命令）を用いて順次?行される。

?延線の二進?は?延線を通過して先頭にフィ?ドバックされる。?延線?のデ?タにアクセスするには、所望のデ?タが再び現れるのを待つ間に時間的な不利益を?いる。これらのタイミング問題を分析した後、彼は?延線を256個の?延線で構成されるDLAに組織化することを提案している。メモリアクセスでは、最初にDLA（8ビット）が選?され、次にDLA（5ビット）?のマイナ?サイクルが選?され、合計13アドレスビットになる。

アイコノスコ?プのメモリについては、彼は、?空管表面の各スキャンポイントがコンデンサであること、およびコンデンサが1ビットを保存できることを認識している。非常に高精度のスキャンが必要とされ、メモリは1秒程度の短い時間しか持?しないため、定期的に再コピ?（ メモリリフレッシュ （ 英語版 ） ）する必要がある。

命令（指示） [ 編集 ]

14.1節でフォン?ノイマンは命令(order)のフォ?マットを提案し、それをコ?ド(code)と呼んでいる。命令の種類には、基本的な算術演算、CAとMの間のマイナ?サイクルの移動（現代の?語で言えばロ?ドとストア）、前の演算の符?に基づいて2つの?のうちの1つを選?する命令、入出力、および他の場所のメモリ位置へのCCの移動（ジャンプ）がある。彼は、それぞれの命令タイプに必要なビット?を決定し、次の語がオペランドである?時命令(immediate order)を提案し、??アドレッシング可能なメモリを??可能にするためにスペアビットを命令フォ?マットに?すことが望ましいと?明している。マイナ?サイクルで複?の命令を保存する可能性について?明しているが、そのアプロ?チにはあまり熱心ではない。命令の一?表は提示されているが、第一草稿には入力と出力の命令に?する?明は含まれていない。

論? [ 編集 ]

暫定報告書を出版物として（法的意味で）扱うことは、2つの理由からEDVAC設計チ?ムの派閥間の辛辣な批判の根?となった ^[3] 。第一に、これが公の開示となり、EDVACが特許を取得することを妨げとなること。第二に、プログラム??方式の?念は ペンシルベニア大? ム?ア?スク?ル （電?工?部）での?議の場で?展してきたもので、フォン?ノイマンのそこでの役割は?なるコンサルタントであり、第一草稿は議論された?念をフォン?ノイマンが形式論理の言語に??したものにすぎないとEDVAC設計チ?ムの一部が主張したことである。フォン?ノイマンとゴ?ルドスタインが他の人を第一草稿の作者として?げていないため、フォン?ノイマン??の業績とみなされるようになった（ マタイ?果 や スティグラ?の法則 も?照）。

脚注 [ 編集 ]

注? [ 編集 ]

出典 [ 編集 ]

?考文? [ 編集 ]

• von Neumann, John (1945), First Draft of a Report on the EDVAC , https://sites.google.com/site/michaeldgodfrey/vonneumann/vnedvac.pdf?attredirects=0&d=1 2011年8月24日 ??。  
• Goldstine, Herman H. (1972). The Computer: from Pascal to von Neumann . Princeton, New Jersey: Princeton University Press. ISBN   0-691-02367-0  
• Stern, Nancy (1981). From ENIAC to UNIVAC, An appraisal of the Eckert-Mauchly Computers . Bedford, Massachusetts: Digital Press. ISBN   0-932376-14-2  
• M. D. Godfrey and D. F. Hendry, The Computer as von Neumann Planned It, IEEE Annals of the History of Computing, vol. 15 no. 1, 1993.

?連項目 [ 編集 ]

• EDSAC - 第一草稿に??された初期のイギリスのコンピュ?タ
• Harvard Mark I - 命令と?値デ?タを分離した初期の電?機械式コンピュ?タ（ ハ?バ?ド?ア?キテクチャ ）

外部リンク [ 編集 ]

• Oral history interview with J. Presper Eckert - ミネソタ大? チャ?ルズ?バベッジ?究所 。ENIACの共同?明者である エッカ?ト が、ペンシルバニア大?の ム?ア?スク?ル でENIACの開?について論じ、ENIACの特許?を確保することの難しさと、ENIACの?明をパブリックドメインにした ジョン?フォン?ノイマン の1945年のEDVACに?する報告書の第一草稿の回?によってもたらされた問題について?明している。1977年10月28日、ナンシ??スタ?ンによるインタビュ?。