Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

Рис. 4.8

Рис. 4.9

Не стоит забывать, что все современные дисплеи по своей сути аналоговые. Мы видим плавное и непрерывное изображение, хотя оно управляется абстрактными цифровыми пикселями. Акт отображения позволяет воспринимать отдельные пиксели как непрерывное поле света и цвета. Как мы уже видели в главе 2, когда речь шла о выборках, «разбрасывание» пикселей в момент отображения восстанавливает исходную визуальную сцену.

Современный цифровой мир принял допущение, что нам всегда будет доступен растровый дисплей, чтобы сделать наши пиксели видимыми. Нам, пользователям, никогда не придется разбираться в запутанных подробностях устройств отображения. Мы обращаем внимание на эти детали только потому, что первые дисплеи были и первыми устройствами машинной памяти.

Трубка Уильямса начинает и выигрывает

Британцы выиграли соревнование по разработке быстродействующей памяти за счет трубки Уильямса или Уильямса — Килбурна. Но, строго говоря, Уильямс и Килбурн не изобретали новый тип вакуумной трубки. Они изобрели метод использования стандартной ЭЛТ для хранения данных. Их компьютерная память представляла собой ЭЛТ, в которой для хранения битов использовалась технология Уильямса-Килбурна. Она хранила биты в виде маленьких (0) или больших (1) пятен, нарисованных на широком плоском конце трубки катодным лучом и отображенных на ее лицевой стороне (их делали видимыми при помощи нанесения светящегося люминофора). Луч сканировал экран трубки построчно слева направо и сверху вниз. Биты располагались через равные промежутки вдоль каждой строки растра — как семена на вспаханном поле.

Янки тоже не бездействовали. Сначала, не подозревая о разработках Уильямса и Килбурна, команда фон Неймана подвигла своих спонсоров, Radio Corporation of America (RCA), всерьез взяться за разработки памяти на электронных лампах. Изначально надежды возлагались на Selectron, специализированную радиолампу, которую должно было спроектировать и изготовить новое подразделение Лаборатории электронных исследований. Лабораторию возглавлял Владимир Зворыкин, а главным конструктором он назначил инженера Яна Райхмана. Мы уже встречались со Зворыкиным в третьей главе. Он присутствовал на судьбоносном совещании с фон Нейманом, где впервые прозвучало слово «программирование». Кстати, встреча состоялась в офисе Зворыкина в RCA. Райхман тоже там присутствовал. Зворыкина уже хорошо знали в Америке, поскольку он сыграл важную роль в изобретении телевидения в 1920-х и 1930-х годах.

Группа Зворыкина разрабатывала Selectron для хранения битов в виде точек, которые светятся (1) или не светятся (0). Эти светящиеся (и несветящиеся) точки можно было увидеть — как небольшой прямоугольный растровый массив — через прозрачное стекло лампы. Увы, Selectron оказался намного сложнее, чем обычная электронно-лучевая трубка. Его разработка заняла слишком много времени, фатально много.

Лишь по случайному, но приятному стечению обстоятельств разработчики первых компьютеров по обе стороны Атлантики использовали память с визуально отображаемыми элементами. Все могло бы сложиться иначе. Биту не обязательно быть видимым, чтобы работать как ячейка памяти, — именно таковы большинство современных битов. Примечательно, что Pilot Ace Тьюринга использовал память «на невидимых носителях», ртутную линию задержки, в которой единица представляла собой акустический импульс, как в звуковой волне, — он относительно медленно перемещался по трубке, заполненной ртутью. «Запоминание» происходило лишь на время движения. В линии задержки 0 выражался отсутствием импульса. Последовательность импульсов, прошедшая через линию задержки, рециркулировалась, то есть то, что выходило на приемном конце, автоматически возвращалось в передающий, благодаря чему последовательность битов в линии сохранялась сколько необходимо. Биты в огромных массивах памяти современных компьютеров также невидимы. Они спрятаны глубоко внутри кремниевых микросхем. Тот факт, что в первые дни существования компьютеров биты иногда были видимыми и располагались в виде прямоугольных матриц, дало возможность Цифровому Свету загореться в самом начале компьютерной эры.

Трубка Уильямса оказалась настолько важным и своевременным изобретением, что обе команды сразу же взяли ее на вооружение. Через месяц после запуска Baby американец Джулиан Бигелоу, главный инженер аппаратной части MANIAC, заехал к Максу Ньюману в Манчестер и увидел трубку Уильямса в действии. Команда фон Неймана все еще ждала Selectron Зворыкина, но как только Бигелоу понял, насколько просто на самом деле хранить и считывать информацию с электронно-лучевой трубки, было решено воспользоваться ею. Основная память MANIAC состояла из 40 таких устройств. Так что у янки почти все потомки EDVAC первого поколения использовали память на трубках Уильямса, в том числе и IBM 701, первый компьютер в династии ЭВМ Голубого Гиганта.

Голубой Гигант: Уильямс, Килбурн и собака против IBM

Американская компания IBM, уверенный лидер рынка в сфере электромеханических и электронных «табуляторов» — огромных арифмометров на перфокартах, только начинала свой путь в мире компьютеров (фон Нейман сотрудничал с ней в качестве консультанта). Пост президента компании занимал известный бизнесмен Томас Дж. Уотсон (его биография сама по себе может стать увлекательной книгой). Именно он придумал знаменитый слоган «ДУМАЙ». Узнав, что в гонке за памятью победила трубка Уильямса, и беспокоясь о конкуренции со стороны Baby и его потомка Mark I, компания пригласила Уильямса в свою штаб-квартиру в Нью-Йорке в июле 1949 года. Конечно же, его спросили, как так получилось, что команде из «двух мужчин и собаки» удалось построить в Манчестере машину более совершенную, чем все наработки могучей компании IBM. Уильямс ответил в своей непроницаемо серьезной манере (представьте себе саркастический огонек в его глазах): «Ну, у нас была идея, как хранить данные, а потом мы просто начали строить компьютер, пока не построили, не останавливаясь, чтобы слишком много ДУМАТЬ». Собравшиеся сотрудники IBM сначала растерялись, а потом, поскольку Уотсон на встрече не присутствовал, весело рассмеялись.

Рассказывая эту историю, Уильямс не лукавил. Компьютеры действительно довольно просты, особенно маленький компьютер по имени Baby. И довольно простая по конструкции трубка Уильямса, сделанная из того, что было под руками, опередила сложный и более продвинутый Selectron. В этом случае британцы действительно превзошли мозгами то, что янки пытались решить деньгами.

Baby и его дисплей

На самом деле дисплей на компьютере, который использовал память на основе трубки Уильямса, — это не трубка Уильямса. На настоящей трубке Уильямса биты не видны или практически не видны. То, что мы видели на экранах первых компьютеров, — это электрические заряды, созданные с помощью электронной пушки. Они видимы только из-за свечения люминофора. Но для работы трубки Уильямса необходимо, чтобы экран закрывала так называемая коллекторная пластина. Коллекторная пластина замыкает электрическую цепь, так что заряд — тот, который заставляет светиться люминофоры, — может быть обнаружен электронной схемой и использован на следующем шаге вычислений. Мы говорим, что при помощи схемы считывается наличие и величина невидимого заряда. Схема считывает заряд,