Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

комфорте мирного времени, обладают неисчерпаемыми вычислительными ресурсами и лучше знакомы с компьютерами как с устройствами обработки изображений, а не числовых расчетов. В наше время почти не встретишь компьютер без дисплея, анимации и способности взаимодействовать с пользователем. Такие устройства мы называем серверами.

Гонка

До сих пор непросто разобраться в истории первых компьютеров. Даже биография Baby из Манчестера запутанна и полна нюансов. В полноценном историческом обзоре пришлось бы упомянуть слишком много людей, машин, стран и, конечно же, всяких подробностей — в одну книгу, а тем более в одну главу, их не вместить. Я основательно проредил эти густые заросли, тщательно определив, что мы подразумеваем под компьютером, и уделив внимание только тем ветвям, на которых распустится Цифровой Свет. В результате остались только самые важные факты из ранней компьютерной истории.

Тем не менее даже в оставшейся части все еще содержится множество имен и событий. Чтобы не запутать вас, предлагаю структурировать имеющуюся у меня информацию. Разделим всех участников на две команды — британцев и янки — и проследим, как проходила драматичная гонка между ними. Это на самом деле вымысел. Членов соперничающих команд, примерно как спортсменов национальных сборных на Олимпийских играх, объединяли только государственный флаг и общий медальный зачет. Если уж такой принцип срабатывает для Олимпиады, то он подойдет и для истории создания компьютера. Ведь это на самом деле была гонка за первенство.

Рис. 4.5

Блок-схема (рис. 4.6) ранней истории компьютеров отдает должное создателям и аппаратного, и программного обеспечения. Практически не бывало такого, чтобы программы и «железо» создал один и тот же человек, — это следствие нескончаемой битвы между башней из слоновой кости и зловонной лабораторией. Под программным обеспечением здесь обобщенно понимается вся исключительно умственная работа.

Разработчики программного обеспечения, по совместительству известные теоретики — в частности, Тьюринг и фон Нейман, — часто получали всю славу даже там, где не вполне ее заслуживали. Относительно Baby создатели аппаратной части Уильямс и Килбурн (сплошные линии) сыграли более значимую роль, чем первые программисты Тьюринг и Ньюман (пунктирные линии).

Блок-схема также делает очевидной взаимосвязь между различными игроками. Люди здесь изображены кругами, компьютеры — прямоугольниками, а концепции — параллелограммами. На рисунке нет очевидной главной линии, своего рода ствола, как у дерева, зато есть множество побегов, как у кустарника. Но начинается все, конечно же, с корня. На самом верху в центре помещен основополагающий документ, работа Тьюринга 1936 года «О машинно-вычислимых числах», где дается определение машинных вычислений и подробно описывается компьютер с хранимой в памяти программой. Из него вытекает отчет фон Неймана EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer — электронный автоматический вычислитель с дискретной переменной) 1945 года и отчет Тьюринга ACE (Automatic Computing Engine — автоматическая вычислительная машина) 1946 года, где изложены две разные архитектуры реальных компьютеров.

Программирование — самая известная форма программного обеспечения. Еще существует математическое описание машинных вычислений, как в «О машинно-вычислимых числах». Третий тип умственной работы представлен отчетами EDVAC и ACE. Таким образом, полный вклад разработчиков программного обеспечения включает в себя идею компьютера с хранимой в памяти программой, его архитектуру или программы для него. Пунктирные линии, выходящие из отчета EDVAC на диаграмме, показывают их концептуальный (софт) вклад почти в каждый компьютер на диаграмме, за исключением прямой линии Тьюринга.

Рис. 4.6

Точно так же, но в отношении аппаратного обеспечения Уильямс и Килбурн повлияли на конструкцию всех ранних машин, разработанных обеими командами. Их вклад (хард) обозначен сплошными линиями от каждого из них на блок-схеме. Эти двое не участвовали непосредственно в инженерной разработке ни одного из указанных на схеме компьютеров, кроме манчестерского, но трубка Уильямса — Килбурна напрямую повлияла на конструкцию каждого из них.

Архитектура против конструкции

Между концепцией

И креацией

Между эмоцией

И реакцией

Опускается Тень.

— Т. С. Элиот. «Полые люди». (пер. В. Топорова)

Архитектура компьютера, как следует из самого слова, — это план. Он заметно отличается от конструкции компьютера. Я зарезервирую это понятие для акта воплощения архитектуры в действительности с помощью реальных электронных устройств. Архитектура — это идея; конструкция — это реальность. Конструкция — это аппаратная проблема, требующая не меньше творчества, чем архитектура, а иногда даже больше. Но это другой вид творчества. Дело в том, что архитектура не диктует конструкцию и не является инструкцией для нее. Архитектура дома воплощается во множестве дизайн-проектов. Прямоугольник с надписью «Кухня» вдохновляет, но вовсе не направляет на мириады комбинаций гранита, плитки, дерева, ручек, светильников, кранов, красок, оконных створок и так далее.

Знаменитая архитектура, описанная в отчете EDVAC и названная архитектурой фон Неймана, повлияла на конструкцию как минимум шести различных компьютеров, показанных на блок-схеме, а также на множество других. На рисунке 4.7 она изображена в типичном схематическом виде. Рассмотрим прямоугольник с надписью «Память». Конкретная технология тут не указана — это проблема конструкции оборудования.

Разработчики должны взять пустой прямоугольник и придумать, как создать в реальном мире устройство, которое правильно соединит этот прямоугольник с другими на схеме. Затем им придется превратить выбранную конструкцию в физические устройства и заставить все эти устройства работать вместе с реальной памятью, которая хранит реальные биты, взаимодействует с внешним по отношению к ней миром и питается от существующей энергосистемы. Движение от пустого прямоугольника на архитектурном плане к реальной конструкции — это большой творческий шаг. Алгоритма для него нет.

Рис. 4.7

Хотя американцы разработали выигрышную архитектуру, британцы создали выигрышную конструкцию и, следовательно, взяли верх в гонке. Конструкция одного этого прямоугольника, памяти, стала решающим фактором в соперничестве за первенство в создании компьютера и цифрового изображения.

Архитектуры фон Неймана и Тьюринга эквивалентны как идеи. Обе были планами реализации концепции Тьюринга — универсальной вычислительной машины с хранимой программой. В архитектуре Тьюринга тоже наличествовал блок для памяти, а также блоки управления, арифметики, логики и ввода-вывода. В обеих архитектурах память и ввод-вывод эквивалентны ленте универсальной машины Тьюринга, а остальные блоки образуют ее сканирующую головку. Тьюринг раскрыл эту связь в лекции об ACE в 1947 году. Точно так же отчет фон Неймана об EDVAC продемонстрировал фундаментальную важность концепции Тьюринга в 1943 и 1944 годах, хотя и получился не столь подробным.

Общее эмпирическое правило гласит, что любой программный процесс можно ускорить,