Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

Рис. 4.1

Американец фон Нейман осознавал ценность великой идеи британца Тьюринга об универсальных вычислительных машинах не хуже ее создателя, и оба гения попытались реализовать ее аппаратную версию. Однако Тьюринг увяз в бюрократических проволочках, что стало для него самой большой и единственной неудачей, если не считать превратностей его личной судьбы. Но и команде фон Неймана не удалось быстро создать работающий прототип электронной памяти — свою версию изобретения Уильямса и Килбурна; им и еще примерно дюжине других американских разработчиков пришлось воспользоваться их достижениями.

Нет сомнений, что Уильямс и Килбурн создали первый Цифровой Свет. Биты памяти Baby были пятнами света на поверхности электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Каждое пятно могло иметь два размера, которые удобно называть 0 и 1. Но поскольку эти биты отображались на ЭЛТ и располагались там аккуратными строками и столбцами, их смело можно назвать первыми пикселями.

Итак, благодаря Уильямсу появился первый отображаемый пиксель. Затем в 1947 году Килбурн создал первое цифровое изображение из регулярного массива этих пикселей незадолго до завершения Baby. К счастью для нас, он даже сделал фото (рис. 4.2).

Рис. 4.2

Я называю это отображение Первым Светом. Со столь скромной картинки начался восход Цифрового Света. Отсюда ведется отсчет всего современного визуального мира — мира, который невозможно представить без пикселей. Важно отметить, что это была целенаправленно созданная двумерная картинка, а не произвольный бессмысленный набор точек.

Поскольку рисование картинок считалось в эпоху первых компьютеров занятием легкомысленным, историки почти не упоминали о нем. Цифровой Свет — забытая страница истории компьютеров, поэтому Первый Свет долго оставался незамеченным и непризнанным.

История начинается с великой идеи Тьюринга. Он принес нам Гибкость, первое чудо универсальных вычислительных машин — способность контролировать и выполнять бесконечное количество сложных процессов. Но ему не хватало скорости. Поначалу работа компьютера была утомительно медленной — вспомним компьютер-карточку. Тьюринг и фон Нейман знали, что сделать программное обеспечение более быстрым можно, преобразовав его в аппаратное. Реализация идеи Тьюринга в виде компьютера стала ключом к ускорению вычислений. Этого требовало второе чудо универсальной вычислительной техники — Усиление. Появление компьютера состояло из двух хорошо заметных шагов.

Я называю первый шаг, период с 1948 по 1965 год, Эпохой 1. Это была эра машин-динозавров огромных размеров, занимавших целые комнаты, но не особо умных. Они работали медленно и обладали ограниченной памятью. Baby, тоже занимавший целую комнату, поначалу располагал всего тысячей битов памяти — 128 байтов по сегодняшним меркам. Но «Малыш» ознаменовал начало эры аппаратных вычислений, первое ускорение и начало Усиления.

Ускорение в названии этой главы относится к гонке по созданию Baby и других настоящих компьютеров. Но оно подразумевает и кое-что не менее важное — ускорение выполнения операций. Компьютеры, начиная с «Малыша», сделали вычисления более быстрыми, что было и остается их предназначением.

Эпоха 2 началась в 1965 году и продолжается до сих пор. Хотя скорость компьютеров в Эпоху 1 увеличивалась, только в 1965 году появился особенно мощный вид ускорения — второе ускорение. Отсюда и ведется отсчет нынешней эры, сходной со взрывом сверхновой, когда мощность компьютеров растет экспоненциально, а их физические размеры стремительно уменьшаются. Природа этого явления определяется законом Мура: все хорошее, что есть в компьютерах, становится лучше на порядок каждые пять лет. Поразительное утверждение настолько революционно, что нам трудно его понять. В нем утверждается, что компьютеры становятся совершеннее в десять раз всего за пять лет, и это происходит каждые пять лет. Автомобиль, который в 1965 году развивал скорость 60 миль в час, по закону Мура должен разгоняться до 600 миль в час в 1970 году и до 6000 миль в час в 1975 году без увеличения цены. Ничто подобное немыслимо для автомобилей, но именно так дело обстоит с компьютерами. И это настоящее чудо. Аппаратное чудо закона Мура непосредственно привело к чуду Усиления. А Усиление сделало возможным Великую цифровую конвергенцию и создало современный мир.

Перед рассветом: янки против британцев

Старое соперничество ведется по крайней мере со времен Американской революции. Оно поддерживается стереотипами: янки всё преувеличивают, а британцы всё преуменьшают. Или более того: янки пускают в ход деньги там, где британцы предпочитают использовать мозги. Знаменитый британский писатель, автор шпионских романов Джон ле Карре называл американцев «кузенами», имея в виду не просто «дальних родственников». Кузены были союзниками в войне против Гитлера, а затем и в холодной войне, но часто их сотрудничество скорее напоминало конкуренцию. Обе стороны и соревновались, и сотрудничали в гонке за первенство в создании компьютера. В ней шли «ноздря в ноздрю» — настолько близко, что некоторые историки до сих пор спорят, кто пришел первым.

В 1960-х годах мое американское поколение учили, что ЭНИАК, созданный в Филадельфии в 1945 году американцами (то есть нами), был первым электронным компьютером. Но это не так — по крайней мере, не в сегодняшнем понимании компьютера как универсальной электронной машины с хранимой в памяти программой. Его даже нельзя назвать первым из почти-компьютеров. Британцы (то есть они) уже выиграли этот раунд, но мы, янки, не знали об этом. Тиран, мучивший Тьюринга, — Закон о государственной тайне — тоже вступил в игру. Британцы выиграли первый забег, а американцы даже не подозревали об этом.

Британцы тоже небезупречны, когда дело доходит до необоснованных или неточных заявлений. Они утверждали, что их машина Colossus из Блетчли-Парка, построенная в начале 1944 года, была первым электронным компьютером. Это тоже неверно. Colossus, как и ЭНИАК, использовал аппаратную конфигурацию, а не программное обеспечение. Оба были большими электронными машинами, но их нельзя назвать компьютерами с хранимой в памяти программой. Для перепрограммирования каждого из этих монстров требовалось подсоединение кабелей и переключение тумблеров — изменение аппаратного состояния машины вручную с ничтожной человеческой скоростью. Прелесть идеи Тьюринга заключается в том, что сама программа хранится в той же самой памяти, где и все ее данные. Изменение программы и данных, которыми она оперирует, — это один и тот же процесс. Если компьютер электронный, то смена программ происходит с электронной скоростью, несопоставимой с жалкими возможностями человека. Вам не нужен сотрудник — или на самом деле чаще сотрудница, — чтобы возиться с кабелями и переключателями.

Гиганты размером с комнату неплохо послужили кузенам. Почти-компьютеры усилили в военном отношении и янки, и британцев. ЭНИАК провел расчеты для водородной бомбы. Colossus помог взломать немецкую схему шифрования и обеспечил успешную высадку союзников в Нормандии. Обе машины стали