Maszyna Która Pamięta

ARCHITEKTURA: 1945
Tytuł: John von Neumann i Maszyna Która Pamięta Program
Czas: 90min | Cel: Z części zrobić 1 całość. I zrozumieć dlaczego komputer tak wygląda.

1. TEZA MODUŁU

"Komputer to nie kalkulator. Komputer to maszyna która trzyma dane i program w tym samym miejscu. I może zmieniać program na dane i dane na program."

2. STRUKTURA 90 MINUT

[00:00 - 05:00] WEJŚCIE. PROBLEM DO ROZWIĄZANIA

Trener wchodzi z 2 pudełkami. Na jednym napis DANE. Na drugim PROGRAM.

TRENER: "Rok 1945. Mamy maszynę Turinga. Mamy bity Shannona.
Problem: żeby policzyć trajektorię bomby atomowej, ekipa kobiet 3 dni przekładała kable w ENIACu.
To był program. Fizyczny. Z drutów."
Podnosi pudełko PROGRAM i wywala na podłogę
"Von Neumann powiedział: To jest głupie. Program ma być jak dane. W środku."

[05:00 - 20:00] BLOK 1: 5 CZĘŚCI KOMPUTERA 05-20

Trener rysuje na tablicy 5 prostokątów. To będzie wisieć do końca cyklu.

Część	Analogia	Po co
1. PAMIĘĆ	`Szafka z szufladami`	Trzyma dane I program
2. ALU	`Kucharz`	Liczy. Dodaje.
3. JEDNOSTKA STER.	`Szef kuchni`	Czyta program i każe
4. WEJŚCIE	`Oczy i uszy`	Klawiatura, mysz
5. WYJŚCIE	`Usta`	Ekran, drukarka

TRENER: "To jest wszystko. iPhone 15 Pro to są te 5 pudełek. Tylko mniejsze.
1 WIELKA IDEA: Stored Program. Program leży w pamięci obok zdjęć z wakacji.
Dlatego możesz ściągnąć nową grę. Bo program to też dane."

[20:00 - 35:00] BLOK 2: POLSKI AKCENT. OD ENIGMY DO KOMPUTERA 20-35

Tu wchodzi duma i most historyczny.

TRENER: "Zanim był von Neumann, byli Polacy."
Gasi światła. Puszcza zdjęcie Enigmy
"Rok 1932. Poznań. Marian Rejewski. Matematyk.
Niemcy mają maszynę do szyfrowania. 159 trylionów ustawień."
Pokaz: Animacja bębenków Enigmy.
TRENER: "Rejewski powiedział: Nie będę próbował wszystkich kluczy.
Zbuduję maszynę która myśli jak Niemiec. Nazwał ją Bomba Kryptologiczna."
Pauza
"To była pierwsza maszyna która automatycznie szukała programu.
7 lat przed ENIACem. W Polsce."

TRENER: "Wojna. Bomba jedzie do Bletchley Park.
Tam siedzi Turing. Widzi Bombę. I mówi: 'Da się'.
I buduje Colossusa. Pierwszy komputer elektroniczny."
PUENTA: "Od Rejewskiego do Turinga do von Neumanna.
Polska dała iskrę. Amerykanie dali fabrykę."

[35:00 - 65:00] WARSZTAT: "ZBUDUJ KOMPUTER Z KURSY" 35-65

Cel: Fizycznie poczuć Fetch-Decode-Execute

Zadanie dla 4 zespołów: Każdy zespół to 1 komputer.
Role w zespole:

PAMIĘĆ - trzyma kartki z rozkazami i liczbami
CPU - czyta rozkaz
ALU - liczy na kartce
WE/WY - pisze wynik na tablicy

Program do wykonania: WEŹ 5. DODAJ 3. WYŚLIJ WYNIK

TRENER: "Start. 3, 2, 1. Fetch! Decode! Execute!"
Chodzą, pilnują. Po 10 min każdy zespół zrobi.
Debrief: "Właśnie zrobiliście to co robi wasz procesor 4 miliardy razy na sekundę.
Różnica: wy macie 4 osoby. On ma 10 miliardów tranzystorów."

[65:00 - 85:00] BLOK 3: BUTELKA KLEINA. DLACZEGO TO MA WADY 65-85

Tu mówimy prawdę. Architektura von Neumanna to kompromis.

Trener rysuje strzałkę: PAMIĘĆ <-> CPU

TRENER: "Problem: Ta strzałka to wąskie gardło.
Nazywa się Wąskie gardło von Neumanna.
Procesor jest 100x szybszy niż pamięć. I 90% czasu czeka."
PUENTA 1: "Dlatego mamy RAM, Cache, SSD. Próbujemy poszerzyć rurę."
PUENTA 2: "Dlatego AI i karty graficzne łamią tę architekturę.
One trzymają program i dane osobno. Jak mózg. Równolegle."

TRENER: "Von Neumann zbudował wspaniały samochód.
Ale z jedną autostradą. I dziś mamy korek."

[85:00 - 90:00] ZAMKNIĘCIE. PODSUMOWANIE 5 MODUŁÓW 85-90

Trener wskazuje na 5 kartek na ścianie: PASCAL -> BOOLE -> GOEDL -> TURING -> SHANNON -> VON NEUMANN

TRENER: "Zaczęliśmy od zębatki.
Skończyliśmy na architekturze która jest w tym." podnosi telefon
CO MAMY:
Turing dał maszynę. Shannon dał język. von Neumann dał dom.
CO DALEJ: "Za tydzień Moduł 6: KIBERNETYKA.
Co się stanie jak ten dom wypuścimy w świat i każemy mu się uczyć?"
Zadanie do Księgi: "Gdybyś mógł zmienić 1 rzecz w komputerze, co by to było?"
QR: "Wejdź i zobacz jak wygląda pamięć twojego telefonu. Bajt po bajcie."

CHECKLISTA REKWIZYTÓW MODUŁ 5

Rzecz	Po co
2 pudełka DANE / PROGRAM	Wejście
Plakat z 5 blokami	Kotwica na całą przyszłość
Zdjęcie Enigmy + Bomba Rejewskiego	Polski akcent
Kartki z rozkazami do warsztatu	"Zbuduj komputer"
Rysunek "wąskiego gardła"	Blok 3

3 ZASADY ZŁOTE

Enigma = 3 minuty. To akcent, nie cały wykład. Duma + most do Turinga. Koniec.
Rysuj 5 bloków 3 razy. Ludzie mają to zapamiętać na zawsze.
Kończ na wadzie. Architektura von Neumanna nie jest idealna. To otwiera drzwi do AI i nowych architektur w module 6.