ЗНАКОМЬТЕСЬ: КОМПЬЮТЕР
UNDERSTANDING COMPUTERS
COMPUTER BASICS
INPUT/OUTPUT
By the Editors of Time-Life Books
Time-Life Books, Alexandria, Virginia
1985, 1986
ЗНАКОМЬТЕСЬ
КОМПЬЮТЕР
Перевод с английского
К. Г. Батаева
под редакцией
канд. физ.-мат. наук В. М. Курочкина
Москва
«Мир»
1989

ББК 32.973.2
3-71
УДК 681.3(0.062)
Знакомьтесь: компьютер. Пер. с англ. Под ред. и с
3-71 предисл. В. М. Курочкина. — М.: Мир, 1989. — 240 с., ил.
ISBN 5-03-001147-1
Эта книга — первая из научно-популярной серии «Знакомство с компьютером», выпускаемой аме-
риканским издательством «Тайм-Лайф» (в русском переводе планируется также выпустить книги «Язык
компьютера» и «Компьютер обретает разум»). Авторы живо и увлекательно рассказывают об истории
развития и создателях вычислительной техники, об эволюции элементной базы компьютера, системах
взаимодействия человека с ЭВМ. Богатый иллюстративный материал дополняет изложение, повышая
его наглядность и помогая восприятию.
Адресована всем, кто интересуется достижениями современной науки и техники.
„ 2404000000—186
3---------------133—89
041(01)—89
ББК 32.973.2
Редакция научно-популярной
и научно-фантастической литературы
ISBN 5-03-001147-1 (русск.)
ISBN 0-8094-5654-0 (англ.)
ISBN 0-8094-5666-4 (англ.)
© 1985, 1986 Time-Life Books Inc.
© состав, перевод на русский язык, «Мир», 1989

Предисловие редактора перевода
Электронные вычислительные машины (ЭВМ), или, как их
теперь все чаще называют, компьютеры, — одно из самых
удивительных творений человека. В узком смысле ЭВМ —
это приспособления, выполняющие разного рода вычисле-
ния или облегчающие этот процесс. Простейшие устрой-
ства, служащие подобным целям, появились в глубокой
древности, несколько тысячелетий назад. По мере разви-
тия человеческой цивилизации они медленно эволюциони-
ровали, непрерывно совершенствуясь. Однако только в
40-е годы нашего столетия было положено начало созда-
нию компьютеров современной архитектуры и с современ-
ной логикой. Именно эти годы можно по праву считать
временем рождения современных (естественно, электрон-
ных) вычислительных машин. С тех пор за исторически
очень короткий срок компьютеры — благодаря огромным
успехам электроники — проделали такой путь в своем тех-
ническом совершенствовании и масштабах применения и
влияния на человеческое общество, с каким не сравнится
никакое другое изобретение человека, включая атомную
энергию и космическую технику. Да и последние не полу-
чили бы столь мощного развития без достижений в вычис-
лительной технике. Трудно перечислить все области ее
применения — как традиционные, вычислительные, так и
совершенно новые, играющие важную роль в нашей
жизни.
В значительной мере именно этому посвящена серия
книг, выпущенная американским издательством «Тайм-
Лайф». Ряд книг из этой серии издательство «Мир» плани-
рует выпустить в переводе на русский язык. «Знакомьтесь:
компьютер» — первая из них; она объединяет две книги
американского издания: “Computer Basics” («Основы ком-
пьютера») и “Input/Output” («Системы ввода-вывода»). В
дальнейшем предполагается также издать книги «Язык
компьютера» и «Компьютер обретает разум». Основная
цель книг — познакомить читателя-неспециалиста с широ-
ким кругом вопросов, относящихся к этой новой, стреми-
тельно развивающейся стороне человеческой деятельности.
Авторы рассказывают о математических и физических
принципах, лежащих в основе современных компьютеров,
об их конструкции, технологии изготовления. И, конечно,
основное внимание уделено многочисленным и разнооб-
разным применениям компьютеров, которые демонстриру-
ют не только возможности современной вычислительной
техники, но и ее влияние на другие науки и человеческое
общество в целом, ибо широкое внедрение ЭВМ в нашу
жизнь меняет сам характер работы людей, их поведение,
методы воспитания и обучения. Книги рассказывают об
истории компьютеров, их творцах, обстоятельствах тех
или иных технических открытий. Здесь мы узнаем имена
людей, чья смелая творческая мысль, готовность идти на
риск привели в конечном счете к рождению новой тех-
нологии.
Однако нельзя не отметить, что все эти книги, выпу-
щенные в США и предназначенные в первую очередь для
американского читателя, освещают историю развития вы-
числительной техники довольно однобоко. В них очень ма-
ло говорится о работах в области вычислительной техники
во Франции, Японии и даже в Великобритании (тоже ан-
глоязычной стране).
Что же касается Советского Союза, то работы наших
ученых не нашли отражения в книге. Поэтому нам кажется
уместным вкратце осветить в этом предисловии историю
становления отечественной вычислительной техники. Ее
создание связано с именем замечательного человека и вы-
дающегося ученого Сергея Алексеевича Лебедева, многие
годы возглавлявшего Институт точной механики и вычис-
лительной техники АН СССР (ИТМиВТ), который сейчас
носит его имя. Первая ЭВМ, созданная под руководством
С. А. Лебедева и получившая название МЭСМ (малая элек-
тронная счетная машина) начала работать в 1951 г. в Кие-
ве. В следующем году в Москве в ИТМиВТ была пущена
первая очередь БЭСМ (большая электронная счетная ма-
шина). Вначале БЭСМ работала на акустических (ртутных)
линиях задержки, затем на ней были установлены более
надежные и быстродействующие оперативные запоминаю-
щие устройства на электронно-лучевых трубках и феррито-
вых кольцах. Скорость действия БЭСМ достигала 2 тыс.
операций в секунду. Развитие серии БЭСМ завершилось
созданием в 1966 г. машины БЭСМ-6 с быстродействием
до 1 млн. операций в секунду. По техническим характери-
стикам и логике эта машина не уступала лучшим зарубеж-
ным ЭВМ того времени. К сожалению, в последующие
годы у нас стала превалировать политика копирования за-
рубежных образцов вычислительной техники, что в значи-
тельной степени способствовало остановке в развитии и
все возрастающему отставанию в этой области от США
и других развитых капиталистических стран. Тем не менее
у нас имеются значительные достижения в использовании
вычислительной техники. Так, полет уже первых искус-
ственных спутников Земли (и, естественно, всех последую-
щих, в том числе и первого в мире космонавта Юрия
Гагарина) сопровождался оперативными расчетами траек-
торий, анализом и обработкой телеметрических измере-
ний, прогнозом и другими работами, проводившимися с
помощью различных типов ЭВМ. На отечественных ЭВМ
решались разного рода нетрадиционные задачи, нередко
пионерские с точки зрения использования ЭВМ. Например,
в 1954 г. на БЭСМ (в ИТМиВТ) решались шахматные зада-
чи; в дальнейшем программа решения шахматных задач
была реализована на ЭВМ «Урал» и продемонстрирована
на ВДНХ СССР. В середине 50-х годов в Институте при-
кладной математики АН СССР были созданы программы
игры с ЭВМ в шашки и домино. БЭСМ-6 генерировала по
нотам музыку; в 60-е годы в ИТМиВТ машина сочиняла
(с использованием датчика случайных чисел) и исполняла
фуги, звучавшие порой весьма интересно и мелодично. С
ростом разнообразия типов ЭВМ и их все большим рас-
пространением, естественно, расширялся и круг решаемых
задач. Но вряд ли здесь стоит перечислять их. Хочется
лишь выразить надежду, что кто-нибудь, обладающий ли-
тературным даром и должной настойчивостью, соберет,
пока еще не поздно, весь материал, относящийся к истории
отечественной вычислительной техники, и увлекательно
расскажет об этом важном и обширном направлении в со-
5

ветской науке и технике. Такой рассказ был бы хорошим
дополнением к книгам американских авторов, которые мы
предлагаем теперь в русском переводе советскому чи-
тателю.
Вычислительная техника со всеми относящимися к ней
вопросами — область чрезвычайно широкая. Охватить ее
одному человеку вряд ли под силу. Видимо, по этой причи-
не книги, выпущенные издательством «Тайм-Лайф», пред-
ставляют собой плод коллективного труда большого ко-
личества ученых, технических специалистов, журналистов,
издателей. В них собран обширнейший материал, в кото-
ром содержится немало фактов, интересных даже для
весьма эрудированных и квалифицированных специали-
стов. Вместе с тем повествование ведется увлекательно,
без излишних технических деталей, и это делает его понят-
ным для читателя, не имеющего специальной подготовки.
Очень оживляют текст многочисленные и разнообразные
иллюстрации. Поскольку список литературы, приведенный
в конце книги, содержит преимущественно англоязычные
источники, мы даем небольшой перечень научно-популяр-
ных книг на русском языке, которые помогут читателю
глубже познакомиться с интересующими его вопросами.
Хочется надеяться, что советский читатель по достоин-
ству оценит книгу и найдет в ней немало полезного.
В. М. Курочкин
Гутер Р. С., Полунов Ю. Л. От абака до компьютера. —
М.: Знание, 1975.
Дашевский Л. Н., Шкабара Е. А. Как это начиналось (Вос-
поминания о создании первой отечественной электронной
вычислительной машины — МЭСМ). — М.: Знание, 1981.
Ершов А. П. Теория программирования и вычислительные
системы. — М.: Знание, 1972.
Кейтер Дж. Компьютеры — синтезаторы речи.— М.:
Мир, 1985.
Королев Л. Н. Микропроцессоры и персональные компью-
теры. — М.: Знание, 1986.
Мичи Д., Джонстон Р. Компьютер — творец. — М.: Мир,
1987.
Современный компьютер (сб. статей). — М.: Мир, 1986.
Многие вопросы, затронутые в настоящей книге, освеще-
ны в специальном выпуске журнала «В мире науки», № 12,
1987.
6

Часть I
КАК НАЧИНАЛСЯ
КОМПЬЮТЕР
У истоков компьютерной революции
Возможности двоичного кода
Разработки военных лет
Эволюция интегральных схем
Золотой век предпринимателей


У истоков
КОМПЬЮТЕРНОЙ
РЕВОЛЮЦИИ
Многоцветные волны, распространяю-
щиеся от профиля человеческой головы,
как бы символизируют возрастающую
роль компьютера в современном обще-
стве. Это изображение получено японски-
ми специалистами по компьютерной гра-
фике. Чтобы имитировать динамику рас-
пространения волн, они дополнили
нарисованный художником профиль кар-
тиной, построенной компьютером при
помощи векторной графики.
Во все времена людям нужно было считать. В туманном доисторическом прошлом
они считали на пальцах или делали насечки на костях. Примерно около 4000 лет
назад, на заре человеческой цивилизации, были изобретены уже довольно сложные
системы счисления, позволявшие осуществлять торговые сделки, рассчитывать аст-
рономические циклы, проводить другие вычисления. Несколько тысячелетий спустя
появились первые ручные вычислительные инструменты. А в наши дни сложнейшие
вычислительные задачи, как и множество других операций, казалось бы, не связан-
ных с числами, решаются при помощи «электронного мозга», который называется
компьютером.
Специалисты, наверное, не преминут заметить, что компьютер — это не мозг (по
крайней мере пока —уточнят некоторые). Это просто-напросто еще один инстру-
мент, еще одно устройство, придуманное для того, чтобы облегчить наш труд или
усилить нашу власть над природой. Ведь при всем его кажущемся великолепии со-
временный компьютер обладает, по существу, одним-единственным талантом —
реагировать с молниеносной быстротой на импульсы электрического напряжения.
Истинное величие заключено в человеке, его гении, который нашел способ преобра-
зовывать разнообразную информацию, поступающую из реального мира, в последо-
вательность нулей и единиц двоичного кода, т. е. записывать ее на математическом
языке, идеально подходящем для электронных схем компьютера.
И все же, пожалуй, ни одна другая машина в истории не привнесла в наш мир
столь быстрых и глубоких изменений. Благодаря компьютерам стали возможными
такие знаменательные достижения, как посадка аппаратов на поверхность Луны и
исследование планет Солнечной системы. Компьютеры создают тысячи удобств и
услуг в нашей повседневной жизни. Они управляют анестезионной аппаратурой в
операционных, помогают детям учиться в школах, «изобретают» видеотрюки для
кинематографа. Компьютеры взяли на себя функции пишущих машинок в редакциях
газет и счетных аппаратов в банках. Они улучшают качество телевизионного изо-
бражения, управляют телефонными станциями и определяют цену покупок в кассе
универсального магазина. Иными словами, они столь прочно вошли в современную
жизнь, что обойтись без них практически невозможно.
В последние годы в мощности компьютеров и широте их применения достигну-
ты поистине головокружительные успехи. В основном это стало возможным благо-
даря появлению в начале 70-х годов крошечного технологического чуда,
называемого микропроцессором. На маленьком кремниевом кристалле — размером
меньше, чем ноготок грудного младенца, — помещаются сотни тысяч электронных
компонентов, превосходящих по своей производительности занимавших целые залы
«динозавров», которые господствовали в мире компьютеров еще несколько лет
назад.
Несмотря на столь бурный прогресс в наши дни, закладка фундамента компью-
терной революции происходила медленно и далеко не гладко. Отправной точкой
этого процесса можно считать изобретение счетов, сделанное более 1500 лет назад,
по-видимому, в странах Средиземноморья. Этим нехитрым устройством, состоя-
щим из набора костяшек, нанизанных на стержни, купцы пользовались для
своих расчетов. В арифметическом смысле стержни счетов представляют собой
разряды системы счисления: каждая костяшка на первом стержне имеет достоин-
ство 1, на втором стержне— достоинство 10 и т. д. Счеты оказались очень
9

эффективным инструментом и вскоре распространились по
всему свету, а в некоторых странах применяются еще и по
сей день. Вплоть до XVII в., ознаменовавшегося невидан-
ным подъемом творческой мысли, счеты как вычислитель-
ный инструмент оставались практически вне конкуренции.
Европейские мыслители той эпохи были увлечены
идеей создания счетных устройств. Одним из самых пло-
дотворных изобретателей был шотландец Джон Непер,
теолог, математик и изобретатель «оружия смерти», заду-
мавший сконструировать систему зеркал и линз, которая
поражала бы цель смертоносным солнечным лучом. Одна-
ко более заметный след в истории оставило изобретение
им логарифмов, о чем сообщалось в публикации 1614 г.
Логарифм —это показатель степени, в которую нужно
возвести число (основание логарифма), чтобы получить
другое заданное число. Непер понял, что таким способом
можно выразить любое число. Например, 100 —это 102,
а 23 — это 101,36173. Более того, он обнаружил, что сумма
логарифма чисел а и b равна логарифму произведения этих
чисел. Благодаря этому свойству сложное действие умно-
жения сводилось к простой операции сложения. Чтобы пе-
ремножить два больших числа, нужно лишь посмотреть
их логарифмы в таблице, сложить найденные значения и
отыскать число, соответствующее этой сумме, в обратной
таблице, называемой таблицей антилогарифмов.
Таблицы Непера, расчет которых требовал очень много
времени, были позже «встроены» в удобное устройство,
чрезвычайно ускоряющее процесс вычисления, — логариф-
мическую линейку; она была изобретена в конце 1620-х го-
дов. Непер же придумал в 1617 г. (год его смерти) и
другой — не логарифмический — способ перемножения чи-
сел. Инструмент, получивший название «костяшки Непе-
ра», состоял из набора сегментированных стерженьков,
которые можно было располагать таким образом, что,
складывая числа в прилегающих друг к другу по горизон-
тали сегментах, мы получали результат их умножения.
СУММИРУЮЩАЯ МАШИНА ПАСКАЛЯ
Теории логарифмов Непера суждено было найти обшир-
ные применения. Однако его «костяшки» вскоре были вы-
теснены логарифмической линейкой и другими вычисли-
тельными устройствами — в основном механического ти-
па, — первым изобретателем которых стал гениальный
француз Блез Паскаль. Сын сборщика налогов, Паскаль
задумал построить вычислительное устройство, наблюдая
бесконечные утомительные расчеты своего отца. В 1642 г.,
когда Паскалю было всего 19 лет, он начал работать над
созданием суммирующей машины. Паскаль умер в возрас-
те 39 лет, но, несмотря на столь короткую жизнь, навечно
вошел в историю как выдающийся математик, физик, пи-
сатель и философ. В его честь назван один из самых рас-
пространенных современных языков программирования.
Суммирующая машина Паскаля, «паскалина», пред-
ставляла собой механическое устройство — ящик с много-
численными шестеренками. Всего приблизительно за
десятилетие он построил более 50 различных вариантов
машины. При работе на «паскалине» складываемые числа
вводились путем соответствующего поворота наборных
Компьютеры сыграли огромную роль в процессе
конструирования, а также в проведении испыта-
ний и полетов космического корабля многоразо-
вого использования серии «Шаттл»; на рисунках
показаны его изображения, построенные ком-
пьютером. Трехмерные визуальные модели по-
добного типа используют в своей работе архи-
текторы, медики и инженеры. Эти модели мож-
но видоизменять, «проверяя» конструкцию на
прочность или воспроизводя изменения молеку-
лярного состава веществ в химических исследова-
ниях. Аналогичные модели можно «встраивать»
в реалистические визуальные имитаторы-трена-
жеры, предназначенные для обучения пилотов,
артиллеристов и авиационных диспетчеров.
колесиков. Каждое колесико с нанесенными на него деле-
ниями от 0 до 9 соответствовало одному десятичному раз-
ряду числа — единицам, десяткам, сотням и т. д. Избыток
над 9 колесико «переносило», совершая полный оборот и
продвигая соседнее слева «старшее» колесико на 1 вперед.
Другие операции выполнялись при помощи довольно не-
удобной процедуры повторных сложений.
Хотя машина вызвала всеобщий восторг, она не при-
несла Паскалю богатства. Тем не менее изобретенный им
принцип связанных колес явился основой, на которой
строилось большинство вычислительных устройств на
протяжении следующих трех столетий.
Оновной недостаток «паскалины» состоял в неудобстве
выполнения на ней всех операций, кроме простого сложе-
ния. Первая машина, позволявшая легко производить вы-
читание, умножение и деление, была изобретена позже в
10

том же XVII в. в Германии. Заслуга этого изобретения
принадлежит гениальному человеку, творческое воображе-
ние которого казалось неисчерпаемым. Готфрид Виль-
гельм Лейбниц родился в 1646 г. в Лейпциге. Он при-
надлежал к роду, известному своими учеными и политиче-
скими деятелями. Его отец, профессор этики, умер, когда
ребенку было всего 6 лет, но к этому времени Лейбницем
уже овладела жажда знаний. Дни напролет он проводил
в отцовской библиотеке, читая книги и занимаясь исто-
рией, латинским и греческим языками и другими пред-
метами.
Поступив в Лейпцигский университет в возрасте 15 лет,
он по своей эрудиции, пожалуй, не уступал многим про-
фессорам. И все же теперь перед ним открылся совершен-
но новый мир. В университете он впервые познакомился
с работами Кеплера, Галилея и других ученых, стреми-
тельно расширявших границы научного познания. Темпы
научного прогресса поразили воображение молодого Лейб-
ница, и он решил включить в свою учебную программу
математику.
В возрасте 20 лет Лейбницу предложили должность
профессора в Нюрнбергском университете. Он отклонил
это предложение, предпочтя жизни ученого дипломатиче-
скую карьеру. Однако, пока он разъезжал в карете из од-
ной европейской столицы в другую, его беспокойный ум
терзали всевозможные вопросы из самых различных обла-
стей науки и философии — от этики до гидравлики и ас-
трономии. В 1672 г., находясь в Париже, Лейбниц
познакомился с голландским математиком и астрономом
Христианом Гюйгенсом. Видя, как много вычислений при-
ходится делать астроному, Лейбниц решил изобрести ме-
ханическое устройство, которое облегчило бы расчеты.
«Поскольку это недостойно таких замечательных лю-
дей, — писал Лейбниц, — подобно рабам, терять время на
вычислительную работу, которую можно было бы дове-
рить кому угодно при использовании машины».
В 1673 г. он изготовил механический калькулятор. Сло-
жение производилось на нем по существу так же, как и на
«паскалине», однако Лейбниц включил в конструкцию дви-
жущуюся часть (прообраз подвижной каретки будущих на-
стольных калькуляторов) и ручку, с помощью которой
можно было крутить ступенчатое колесо или — в последу-
ющих вариантах машины — цилиндры, расположенные
внутри аппарата. Этот механизм с движущимся элемен-
том позволял ускорить повторяющиеся операции сложе-
ния, необходимые для перемножения или деления чисел.
Само повторение тоже было автоматическим.
Лейбниц продемонстрировал свою машину в Француз-
ской академии наук и Лондонском королевском обществе.
Один экземпляр машины Лейбница попал к Петру Велико-
му, который подарил ее китайскому императору, желая
поразить того европейскими техническими достижениями.
Но Лейбниц прославился прежде всего не этой машиной,
а созданием дифференциального и интегрального исчисле-
ния (которое независимо разрабатывал в Англии Исаак
Ньютон). Он заложил также основы двоичной системы
счисления, которая позднее нашла применение в автомати-
ческих вычислительных устройствах.
ТКАЦКОЕ НАСЛЕДИЕ
Следующая ступень в развитии вычислительных устройств
как будто не имела ничего общего с числами, по крайней
мере вначале. На протяжении всего XVIII в. на француз-
ских фабриках по производству шелковых тканей велись
эксперименты с различными механизмами, управлявшими
станком при помощи перфорационной ленты, перфораци-
онных карт или деревянных барабанов. Во всех трех систе-
мах нить поднималась и опускалась в соответствии с
наличием или отсутствием отверстий — так создавался же-
лаемый рисунок ткани. В 1804 г. инженер Жозеф Мари
Жаккар построил полностью автоматизированный станок,
способный воспроизводить сложнейшие узоры. Работа
станка программировалась при помощи целой колоды пер-
фокарт, каждая из которых управляла одним ходом челно-
ка. Переходя к новому рисунку, оператор просто заменял
одну колоду перфокарт другой. Станок Жаккарда (так его
принято называть в нашей стране. — Ред.) вызвал настоя-
щую революцию в ткацком производстве, а положенные
в его основу принципы используются по сей день. Однако
самую важную роль перфокартам суждено было сыграть
в программировании компьютеров.
Из всех изобретателей прошлых столетий, внесших тот
или иной вклад в развитие вычислительной техники, бли-
же всего к созданию компьютера в современном его пони-
мании подошел англичанин Чарлз Бэббидж. Родившийся
в 1791 г. в графстве Девоншир в богатой семье, Бэббидж
прославился как остротой ума, так и своими чудачества-
ми. В течение 13 лет этот эксцентричный гений заведовал
кафедрой математики Кембриджского университета (ког-
да-то этот пост занимал Ньютон), но не прожил при уни-
верситете ни дня и не прочел там ни одной лекции.
Бэббидж был одним из основателей Королевского астро-
номического общества, автором всевозможных сочинений
на самые различные темы — от политики до технологии
производства. Он принимал участие в создании различных
приборов, в частности тахометра, и приспособлений, на-
пример предохранительной решетки для железнодорожно-
го локомотива, которая позволяла отбрасывать с пути
случайно попавшие туда предметы. Бэббидж занимался и
такими серьезными проблемами, как расчеты смертности
населения и реформа почтовой службы, не гнушаясь и бо-
лее пустяковыми делами. Долгие годы он безуспешно вое-
вал с уличными шарманщиками, игра которых выводила
его из себя. Когда Бэббидж умер, лондонская газета
«Таймс» писала о нем как о человеке, дожившем почти до
80 лет, «несмотря на преследования со стороны шар-
манщиков».
Однако главной страстью Бэббиджа была борьба за
безукоризненную математическую точность. Он буквально
объявил «крестовый поход» против ошибок в таблицах ло-
гарифмов, которыми широко пользовались при вычисле-
ниях астрономы, математики и штурманы дальнего
плавания. Ничто не ускользало от его внимательного
взгляда. Однажды он послал письмо поэту А. Теннисону,
в котором резко критиковал его строки «Каждый миг ка-
кой-то человек умирает, каждый миг рождается другой».
Поскольку численность населения Земли не остается посто-
11

янной, отмечал Бэббидж, эти строки следовало бы приве-
сти в соответствие с истиной следующим образом:
«Каждый миг один человек умирает, каждый миг рожда-
ется один и одна шестнадцатая другого».
Наивысшим достижением Чарлза Бэббиджа и вместе с
тем его величайшей болью была разработка принципов,
положенных в основу современного компьютера, за целое
столетие до того, как появилась техническая возможность
их реализации. Он потратил несколько десятилетий, круп-
ные правительственные субсидии и значительную часть со-
бственных средств в безуспешных попытках создать
вычислительную машину, работающую на этих прин-
ципах.
ГРАНДИОЗНЫЕ ПЛАНЫ И РАЗБИТЫЕ НАДЕЖДЫ
В 1822 г. Бэббидж опубликовал научную статью с описани-
ем машины, способной рассчитывать и печатать большие
математические таблицы. В том же году он построил
пробную модель своей Разностной машины, состоящую из
шестеренок и валиков, вращаемых вручную при помощи
специального рычага. Затем, заручившись поддержкой Ко-
ролевского общества — самой престижной научной органи-
зации Великобритании, — он обратился к правительству с
просьбой финансировать создание полномасштабной рабо-
тающей машины. Эта машина, писал он президенту Коро-
левского общества, возьмет на себя «невыносимо
утомительную работу», неизбежную при многократно по-
вторяющихся математических расчетах, которые «пред-
ставляют собой самое низкое занятие, не достойное
человеческого интеллекта». Королевское общество сочло
его работу «в высшей степени достойной общественной
поддержки», и уже через год британское правительство
представило Бэббиджу для реализации его проекта субси-
дию в 1500 фунт, стерл.
На протяжении следующего десятилетия Бэббидж без
устали работал над своим изобретением. Первоначально
он рассчитывал завершить ее за три года, но Разностная
машина становилась все сложнее по мере того, как он ее
модифицировал, совершенствовал и конструировал заново.
Бэббиджа все время преследовали болезни, нескончаемая
работа и финансовые проблемы. Хотя сумма правитель-
ственных субсидий в итоге выросла до 17 000 фунт, стерл.,
росли и сомнения официальных лиц в целесообразности
затрат и пользе самого проекта. В конце концов финанси-
рование было приостановлено, но лишь через несколько
лет правительство официально уведомило Бэббиджа, что
выделение средств на его машину прекращается.
1833 г. Бэббидж уже был готов отказаться от своих
планов, связанных с Разностной машиной. Это и не удиви-
тельно, если принять во внимание сложности его жизни.
Однако, продолжая размышлять на ту же тему, он пришел
к идее создания еще более мощной машины. Аналитиче-
ская машина Бэббиджа в отличие от своей предшественни-
цы должна была не просто решать математические задачи
одного определенного типа, а выполнять разнообразные
вычислительные операции в соответствии с инструкциями,
задаваемыми оператором. По замыслу это была «машина
самого универсального характера» — в действительности
не что иное, как первый универсальный программируемый
компьютер.
Аналитическая машина должна была иметь такие ком-
поненты, как «мельница» и «склад» (по современной тер-
минологии — арифметическое устройство и память),
состоящие из механических рычажков и шестеренок. Па-
мять машины вмещала до 100 сорокаразрядных чисел.
Эти числа должны были храниться в памяти, пока до них
не дойдет очередь в арифметическом устройстве. Результа-
ты операции либо отправлялись в память, чтобы также
ждать своей очереди, либо распечатывались. Инструкции,
или команды, вводились в Аналитическую машину с по-
мощью перфокарт. «Можно с полным основанием сказать,
что Аналитическая машина точно так же плетет алгебраи-
ческие узоры, как ткацкий станок Жаккарда воспроизводит
цветы и листья», — писала графиня Лавлейс, одна из не-
многих, кто понимал, как работает машина и каковы по-
тенциальные области ее применения.
Урожденная Огаста Ада Байрон, единственный закон-
ный ребенок поэта лорда Байрона, графиня отдала все
Из истории
счетных
устройств
Наиболее важные предшественники ком-
пьютера представлены в хронологическом
порядке. Некоторые из восьми показан-
ных здесь устройств предназначались для
упрощения и ускорения математических
вычислений. Другие способствовали раз-
работке тех методов, которые впоследст-
вии использовались для ввода информа-
ции в вычислительные машины и управ-
ления более сложными процессами.
Лишь счеты, самое древнее из этих
устройств, по-прежнему применяются в
некоторых странах
12

свои незаурядные математические и литературные способ-
ности осуществлению проекта Бэббиджа*. Говоря об Ана-
литической машине, Бэббидж отмечал, что графиня «по-
видимому, понимает ее лучше меня, а уж объясняет ее
устройство во много-много раз лучше». Она прекрасно по-
няла революционную сущность машины — то, что это
действительно был «математический станок Жаккар-
да», изначально как бы бессмысленный, но способный вы-
полнить любую программу, переведенную на язык пер-
фокарт.
Графиня Лавлейс помогла Бэббиджу прояснять его соб-
ственные идеи, воодушевляла его, глубоко интересуясь его
работой и заражая своим энтузиазмом. Но даже ее лите-
ратурного дара и обаяния оказалось недостаточно, чтобы
решить главную проблему на пути создания Аналитиче-
ской машины. Если Разностная машина имела сомнитель-
ные шансы на успех, то Аналитическая машина и вовсе
* Графиню Лавлейс иногда называют первым программистом;
в ее честь назван язык программирования АДА.— Прим, перев.
выглядела нереалистичной. Ее просто невозможно было —
построить и запустить в работу. В своем окончательном 1И
виде машина должна была быть не меньше железнодо- -	=
рожного локомотива. Ее внутренняя конструкция пред- —
ставляла собой беспорядочное нагромождение стальных,
медных и деревянных деталей, часовых механизмов, при-
водимых в действие паровым двигателем. Малейшая не-
стабильность какой-нибудь крошечной детали приводила
бы к стократно усиленным нарушениям в других частях,
и тогда вся машина пришла бы в бешенство.
Аналитическая машина так и не была построена. Все,
что дошло от нее до наших дней, — это ворох чертежей
и рисунков, а также небольшая часть арифметического
устройства и печатающее устройство, сконструированное
сыном Бэббиджа.
По иронии судьбы Разностной машине повезло больше.
Хотя сам Бэббидж больше не возвращался к ней, швед-
ский издатель, изобретатель и переводчик Пер Георг
Шойц, прочтя как-то об этом устройстве, построил его
слегка видоизмененный вариант, воспользовавшись ценны-
/ФЧ
III В.
Счеты с передвигающимися
костяшками позволили уско-
рить вычисления.
1642 г,
Суммирующая машина Паска
ля производила арифметиче-
ские действия при вращении
связанных колесиков с цифро-
выми делениями.
1617 г.
В счетном устройстве Непера опера-
ция умножения производилась путем
сложения чисел, расположенных в
прилегающих друг к другу сегментах.
13

ми советами Бэббиджа. Несомненно, это было для Бэб-
биджа и радостное, и горькое событие, когда он наконец
увидел, как его (теперь уже общее) детище успешно про-
шло испытания — это случилось в 1854 г. в Лондоне. А го-
дом позже Разностная машина Шойца была удостоена
золотой медали на Всемирной выставке в Париже. Спустя
еще несколько лет британское правительство, отказавшее
в свое время в поддержке Бэббиджу, заказало одну из та-
ких машин для правительственной канцелярии.
Лишь через 19 лет после смерти Бэббиджа один из
принципов, лежащих в основе идеи Аналитической маши-
ны,— использование перфокарт— нашел воплощение в
действующем устройстве. Это был статистический табуля-
тор, построенный американцем Германом Холлеритом с
целью ускорить обработку результатов переписи населе-
ния, которая проводилась в США в 1890 г. Холлерит ро-
дился в г. Буффало (шт. Нью-Йорк) в семье немецких
эмигрантов. Закончив Колумбийский университет, он по-
ступил на работу в контору по переписи населения в Ва-
шингтоне. Он прибыл сюда как раз в то время, когда
сотни служащих приступили к исключительно трудоемкой
(длившейся семь с половиной лет) ручной обработке дан-
ных, собранных в ходе переписи населения 1880 г.
Джон Шоу Биллингс, высокопоставленный чиновник в
бюро переписи, в будущем тесть Холлерита, высказал
мысль, что табуляцию можно производить при помощи
перфокарт, и Холлерит провел значительную часть после-
дующего десятилетия в попытках разработать такую сис-
тему. Сейчас трудно сказать, что навело Биллингса на эту
идею — возможно, станок Жаккарда или железнодорож-
ные билетики с перфорацией, но, так или иначе, он разре-
шил Холлериту заниматься проектированием системы. К
1890 г. Холлерит закончил работу. При испытаниях, прове-
денных в бюро переписи, статистический табулятор Хол-
лерита вышел победителем в соревновании с несколькими
другими системами, и с изобретателем был заключен кон-
тракт на проведение переписи 1890 г. Система Холлерита
стала еще одним этапом в истории развития компьютеров.
Карты табулятора Холлерита были размером в долла-
ровую бумажку. На каждой карте имелось 12 рядов, в
1804 г.
В станке Жаккарда для управления
производственными операциями впер-
вые были использованы перфокарты.
1822 г.
Разностная машина Чарлза Бэббиджа
предназначалась для расчетов мате-
матических таблиц.

ц U и (. ш и и U а U ик
1673 г.
Калькулятор Лейбн
ускорил выполнение операций
умножения и деления.
-I
14

каждом из которых можно было пробить по 20 отверстий,
соответствующих таким данным, как возраст, пол, место
рождения, количество детей, семейное положение и прочие
сведения, включенные в вопросник переписи американско-
го населения. Агенты, проводившие перепись, записывали
ответы опрашиваемых в специальные формуляры. Запол-
ненные формуляры отсылались в Вашингтон, где содержа-
щуюся в них информацию переносили на карты путем
соответствующего перфорирования. Затем перфокарты за-
гружали в специальные устройства, соединенные с табуля-
ционной машиной, где они нанизывались на ряды тонких
игл, по одной игле на каждую из 240 перфорируемых пози-
ций на карте. Когда игла попадала в отверстие, она прохо-
дила его, замыкая контакт в соответствующей электри-
ческой цепи машины; это в свою очередь приводило к то-
му, что счетчик, состоящий из вращающихся цилиндров,
продвигался на одну позицию вперед.
УСПЕХ
Машина Холлерита оказалась настолько быстродействую-
щей, что предварительные подсчеты были завершены че-
рез 6 недель, а полный статистический анализ занял два
с половиной года. За истекшее с предыдущей переписи де-
сятилетие население США выросло почти на 13 млн. чело-
век, достигнув 62622250 чел., но обработка результатов
переписи 1890 г. потребовала приблизительно втрое мень-
ше времени по сравнению с предыдущей.
Холлерит был удостоен нескольких премий, получил
немало похвал и звание профессора в Колумбийском уни-
верситете. «Этот аппарат, — восхищенно писал журнал
Electrical Engineer, — работает так же безошибочно, как
машины бессмертных богов, но намного превосходит их
по быстродействию». Холлерит с гордостью называл себя
«первым инженером-статистиком», впрочем, так оно и
было на самом деле. Он организовал фирму по производ-
ству табуляционных машин «Тэбьюлейтинг машин компа-
ни» (Tabulating Machine Company) и продавал их железно-
дорожным управлениям и правительственным учреждени-
ям. Машины Холлерита закупила царская Россия, решив
провести перепись населения на современном уровне.
1834 г.
По замыслу Аналитическая машина
Бэббиджа должна была производить
разнообразные вычисления, следуя
набору инструкций.
ooooeooocc L
>ОООООО©ОО I
ООООСООООО Г
1 ОООООООООО |
1890 г.
Табулятор Холлерита предназначался
для статистической обработки пер-
фокарт.
15

Предприятию Холлерита сразу же сопутствовал успех,
и в дальнейшем оно становилось все более преуспеваю-
щим. С годами оно претерпело ряд изменений — слияний
и переименований. Последнее такое изменение произошло
в 1924 г., за 5 лет до смерти Холлерита, когда он создал
фирму ИБМ (IBM, International Business Machines Corpo-
ration). Теперь, спустя столетие с того времени, когда
Чарлз Бэббидж героически трудился над созданием Анали-
тической машины, ИБМ является крупнейшей в мире про-
мышленной фирмой, воплотившей в жизнь его мечту о
«машине самого универсального характера». Но даже Бэб-
бидж, с его необузданным воображением, не мог бы, на-
верное, предвидеть, какие формы примет в конце концов
машина его мечты.
16

ДЖИННЫ
ВЕКА
АВТОМАТИКИ
В наш удивительный век поистине фантастической миниа-
тюризации все большее число разнообразных предметов
и инструментов повседневной жизни скрывают в себе свое-
образного джинна — крошечное вычислительное устрой-
ство под названием микропроцессор. Микропроцессор,
или, как его часто называют, «микрочип», оставил далеко
позади своих неуклюжих предков вроде суммирующей ма-
шины Паскаля или табулятора Холлерита. Современное
вычислительное устройство — это целая электрическая
фабрика, состоящая из сотен тысяч микроскопических
электронных схем, выгравированных на поверхности кро-
шечного кремниевого кристалла.
Компании, производящие полупроводниковые прибо-
ры, порой затрачивают миллионы долларов на разработ-
ку нового микропроцессора, однако налаживание их
серийного производства позволяет снижать цену до не-
скольких долларов за штуку. Затем на предприятиях дру-
гих фирм эти маленькие волшебники встраиваются во
всевозможные устройства. Несколько таких устройств по-
казано далее.
Работой микропроцессора управляют электрические
импульсы, которые открывают и запирают его цепи тыся-
чи или миллионы раз в секунду. Каждое открывание или
запирание представляет собой единицу информации, зако-
дированную в виде 0 или 1, двух цифр двоичной системы
счисления (см. главу 2). Таким образом, кремниевый кри-
сталл является «цифровым» устройством, которое реаги-
рует только на информацию, передаваемую в виде от-
дельных битов, или двоичных разрядов; он не восприни-
мает ее в виде плавного, «аналогового», сигнала. Подобно
точкам и тире в азбуке Морзе, открывания и запирания
отдельных элементов микропроцессора могут комбиниро-
ваться в команды, посылаемые самым разнообразным ма-
шинам и устройствам — от автоматических кофеварок до
персональных компьютеров. Этот крошечный цифровой
гений стал настолько вездесущим, что люди в своей по-
вседневной жизни постоянно сталкиваются с компьютера-
ми, например когда звонят по телефону, заводят утром
машину, проходят через кассу в универсальном магазине
или проверяют время по ручным часам.
17

Джинны века автоматики
Секреты цифровых
кварцевых часов
Ученые, работавшие на заре компьютерной эры с машина-
ми-гигантами, едва ли могли вообразить, что наступит
время, когда люди будут небрежно надевать на руку ком-
пьютер стоимостью в каких-нибудь 10 долл. Однако такое
невероятное время настало, и это произошло благодаря
микропроцессору, превратившему капризный механизм
ручных часов в прибор, который не только отличается по-
разительной точностью как часы, но и выполняет множе-
ство других, новых функций.
В традиционных механических часах отсчет времени
производится с помощью маятников, пружин и шестере-
нок. В электронных часах эти механические внутренности
заменены микропроцессором, кварцевым кристаллом и ба-
тарейкой. Благодаря этим новым компонентам компьюте-
ризованные часы не нужно заводить, а их точность
настолько высока, что отклонения, как правило, не превы-
шают 3 мин в год (для сравнения заметим, что механиче-
ские часы могут отставать на Змин в неделю).
В часах, управляемых компьютером, микропроцессор
отсчитывает секунды, посылая сигналы на циферблат, ко-
торый может быть либо традиционным, аналоговым, ли-
бо цифровым. На аналоговом циферблате сигналы,
поступающие с микропроцессора, перемещают обычные
механические стрелки, показывающие время как непрерыв-
ную функцию. На цифровом индикаторе время выражает-
ся в виде чисел —12:01:03, 12:01:04, 12:01:05 и т. д.,—
сменяющихся по мере того, как сигналы от микропроцес-
сора достигают электродов, которые заряжают индикато-
ры на жидких кристаллах (см. рисунок). Только для
выполнения этой работы микропроцессор должен обраба-
тывать около 30 000 элементов информации в секунду. По-
разительно, но на это идет лишь небольшая часть
мощности компьютера. У него хватает еще «сил», чтобы
заставить часы служить календарем, секундомером и бу-
дильником. Часы некоторых моделей можно мгновенно
переключать, превращая их в калькулятор или дисплей, на
котором разворачивается видеоигра. Микропроцессор спо-
собен также выполнять функции электронной записной
книжки, предоставляя свою «память» для заметок или за-
писи телефонных номеров, времени деловых встреч, дней
рождения и любой другой важной информации, которую
владелец часов всегда должен иметь под рукой.

Цифровые часы, работающие в специальном
информационном режиме (или режиме банка
данных), напоминают своему владельцу, что
25 февраля на 11 ч 15 мин у него назначена
встреча с Крис. Микросхемы, встроенные в ча-
сы, могут хранить до 50 различных напомина-
ний о встречах, номерах кредитных карточек,
юбилейных датах, расписании движения транс-
порта, а также имена и номера телефонов.
Пользователь вводит нужную ему информацию
з память часов, нажимая в определенной по-
следовательности на кнопки. Таким образом
можно высветить хранящуюся в памяти ин-
формацию, переключить часы в режим показа
времени или выйти из него.
18
ЯИ1?етИ
__ Сегмент
— Электроды
Молекулы жидкого
кристалла
Микропроцессор
Кристалл кварца
Жидкие кристаллы в действии
У цифровых часов подобного типа цифры и буквы выводятся на экран
индикатора, состоящего из жидких кристаллов (ИЖК); они имеют мно-
гослойную структуру сэндвича: прозрачное стекло сверху, отражающее
стекло снизу, а между ними слой химического вещества, называемого
жидким кристаллом. В нормальном состоянии молекулы жидкого кри-
сталла «выстроены» по вертикали, благодаря чему свет почти беспрепят-
ственно проникает к нижнему зеркальному слою и отражается от него.
Символы на экране возникают, когда молекулы получают электрический
заряд; он поступает с прозрачных электродов, расположенных в виде се-
ток и разделенных на несколько сегментов. В заряженном сегменте ори-
ентация молекулы жидкого кристалла нарушается, препятствуя отраже-
нию света от нижнего слоя. Поэтому такой сегмент выглядит довольно
темным. Буквы и цифры порождаются различными комбинациями заря-
женных и незаряженных сегментов.
IIIIIIIIIIIIIIIII
Прозрачное стекло
Отражающее стекло
Эластомерный
соединитель
ИЖК появились благодаря созданию прово-
дящего материала на резиновой основе, на-
зываемого эластомером. Тонкие полоски это-
го материала (эластомерные соединители)
передают электрические импульсы от бата-
рейки часов на электроды, выгравированные
в слоях стекла индикатора. Под действием
этих сигналов молекулы жидких кристаллов
выстраиваются таким образом, что форми-
руют буквы и цифры на циферблате часов.
. и\\\'
Функцию отсчета времени выполняет микро-
процессор (слева), который следит за колеба-
ниями кварцевого кристалла (слева внизу);
его размер приблизительно 5 х 1 мм. Кри-
сталл, колеблющийся под действием напря-
жения от батарейки с частотой, в точности
равной 215, или 32 768 колеб./с, и создает
скорость хода часов. Микропроцессор, «счи-
тая» колебания кристалла, посылает коман-
ды на цифровой дисплей, изменяя его пока-
зания на 1 с каждый раз, когда счетчик мик-
ропроцессора доходит до величины 32 768.
19

Джинны века автоматики
Фотоаппарат
с электронными
рефлексами
Автоматические фотоаппараты появились еще в ЗО-е годы,
когда благодаря селеновым фотоэлементам (светочувстви-
тельным электронным приборам) открылась возможность
для измерения освещенности. Позже, с изобретением тран-
определяет нужные параметры. Таким образом, даже в
сложных или необычных условиях освещенности выдержка
выбирается правильно. Однако последнее слово остается
все же за человеком. Пользуясь ручной установкой, он мо-
зисторов, стало возможным автоматическое управление
жет взять под свой контроль и величину выдержки, и раз-
затвором фотоаппарата. С развитием миниатюризации и
меры диафрагмы, и другие параметры, определяющие
электронные компоненты, и фотокамера, которой они
управляли, все более усложнялись и совершенствовались.
В наши дни оснащенный компьютером фотоаппарат спо-
собен почти все делать сам, без помощи фотографа — ему
не по силам лишь заставить фотографируемого человека
улыбнуться.
Управляемый компьютером фотоаппарат типа того,
что показан на рисунке, освобождает фотографа от всех
забот, связанных с возможными ошибками в выборе экс-
позиции. Он придает уверенность начинающим и позволя-
ет профессионалам в считанные доли секунды реагировать
на движущиеся объекты или изменение освещенности. Как
только фотограф сфокусировал объектив и нажал на кноп-
ку, фотоаппарат сам вычисляет освещенность и определя-
ет оптимальные размеры диафрагмы и продолжитель-
ность выдержки, «просчитывая» десятки тысяч возмож-
ных вариантов.
Все это достигается благодаря сложнейшему микропро-
цессору, который управляет другими специализированны-
ми микросхемами, в мгновение ока перебирая огромное
количество параметров. В отличие от старых автоматиче-
ских фотоаппаратов, которые для каждого снимка опреде-
ляли лишь одно значение освещенности, усредняя его по
всему кадру, аппарат, изображенный на рисунке, оценивает
освещенность отдельно в пяти сегментах каждого кадра и
выбирает оптимальные условия фотографирования для
каждой конкретной комбинации пяти чисел. Теперь уже ис-
ключено, что какой-нибудь яркий объект, например Солн-
це в углу кадра, нарушит все расчеты, приведя к не-
додержанному снимку. Анализируя показатели освещен-
ности в различных зонах, микропроцессор отбрасывает
предельные значения с той и другой стороны, а затем
условия фотографирования.
Эти две фотографии показывают, какого эф-
фекта можно добиться при автоматическом
выборе диафрагмы и выдержки. Левый сни-
мок получен, когда условия фотографирова-
ния подбирались с учетом лишь одного пока-
зателя освещенности — на изображении име-
ются слишком темные области. Более
ровный правый снимок получен с помощью
пяти светочувствительных элементов (см.
снимок на противоположной странице), по-
деливших кадр на пять областей, для каждой
из которых освещенность измерялась отдель-
но. Пять значений освещенности были пере-
ведены в цифровую форму, затем главный
микропроцессор выбрал правильные условия
фотографирования, сравнив эти значения с
записанными в его памяти данными, полу-
ченными на основании обработки десятков
тысяч фотографий.
20

Дешифратор — это электронный «перевод-
чик», с помощью которого фотоаппарат «об-
щается» со своим владельцем. После того
как микрокомпьютер завершает вычисления,
их результаты поступают в закодированном
Крошечный ИЖК сообщает фотографу опти-
мальные значения выдержки и диафрагмы
при данных условиях освещенности, а также
предупреждает об опасности передержки или
недодержки.
Этот микропроцессор размером с ноготь
большого пальца является мозгом автомати-
ческого фотоаппарата. Мгновенно производя
нужные вычисления, он управляет установ-
кой выдержки и диафрагмы, когда фотоаппа
виде на дешифратор и тот переводит их в
рат работает в режиме автоматического вы-
сигналы, активирующие ИЖК, на котором
бора экспозиции. Если фотограф предпочел
фотограф читает нужные ему данные.
режим ручного управления, микропроцессор
Светочувствительный
элемент
продолжает работать, посылая сообщения на
индикатор. Он управляет, кроме того, пятью
другими специализированными микро-
схемами.
Светочувствительный
элемент	\
Блок переменных резисто-
ров содержит устройства,
с помощью которых еще
на заводе осуществляется
тонкая настройка таких
аналоговых компонентов
фотоаппарата, как, напри-
мер, датчики освещеннос-
ти, скорости срабатыва-
ния затвора и вспышки.
Когда аппарат раба ает в автомати-
ческом режиме, эта микросхема,
управляемая главным микропроцессо-
ром, сообщает данные о размерах
диафрагмы и продолжительности экс-
позиции. В режиме ручного управле-
ния микросхема работает независимо,
помогая в выборе условий фотогра-
фирования.
21

Джинны века автоматики
Микропроцессор
следит за здоровьем
и физической
формой
Микропроцессор
Датчик температуры
Индикатор
на жидких кристаллах
Звуковой сигнал
В отличие от обычного термометра, показания
которого соответствуют высоте столбика ртути
в отградуированной трубке, цифровой термометр
на основе микропроцессора показывает темпера-
туру на индикаторе в числовом выражении. Дат-
чик измеряет температуру как непрерывную
функцию, которую микропроцессор преобразует
в цифровую форму, изменяя с каждым импуль-
сом показания индикатора на 0,2 градуса*. Если
температура остается постоянной в течение уста- и
новленного времени, показания фиксируются и
*	на жидких кристалла
раздается звуковой сигнал.
’Здесь описывается термометр со шкалой Фаренгейта;
0,2 °F — это менее 0,1 °C, т. е. примерный эквивалент точ-
ности наших ртутных медицинских термометров. — Прим,
перев.
Датчик давления в этом компьютеризован-
ном приборе регистрирует биение сердца и
измеряет давление крови, которое соответ-
ствует давлению воздуха в надувном манже-
те. Показания пульса, а также «верхнее» и
«нижнее» давления, измеренные соответ-
ственно в моменты сокращения и расслабле-
ния сердечной мышцы, высвечиваются на ин-
дикаторе, когда цикл измерений завершен.
Хотя микропроцессор способен проверять и
регистрировать величину давления, он не мо-
жет заменить врача, квалифицированно ин-
терпретирующего полученные результаты.
Микропроцессор не только позволил получать разнообраз-
ную информацию на циферблате ручных часов, но и облег-
чил и ускорил некоторые стандартные измерения и
анализы, которые обычно производятся в поликлиниках,
больницах, клубах здоровья и центрах диетпитания. Пен-
сионеры, внимательно следящие за своим здоровьем, мо-
гут ежедневно измерять кровяное давление, люди,
поддерживающие спортивную форму, — контролировать
частоту пульса, родители — измерять температуру больно-
му ребенку, не встряхивая перед этим неудобный ртутный
термометр.
Манжетка
Эластомерные
соединители
1*60*»’40
Датчик давления
Микропроцессор
•200*1 • 180'1*160' • ’МО • I • 120 И «100 »• •
SYSTOLIC
dia
DIASTOLIC
PULSE
ON-OFF
22

Современные спортивные тренажеры с микропроцес-
сорным управлением способны делать буквально все, раз-
ве что не завязывать шнурки кроссовок. Располагая
данными о вашем пульсе, возрасте, половой принадлеж-
ности и весе, компьютеризованные велосипеды-тренажеры
некоторых моделей вычисляют потребление кислорода и
расход калорий в процессе тренировки, высвечивая посто-
янно меняющиеся показатели на удобных в пользовании
индикаторах. Если вы придерживаетесь диеты, то можете
оценивать свой дневной рацион с помощью компьютерных
кухонных весов, память которых хранит всевозможные
данные о питательности и калорийности потребляемых ва-
ми продуктов. Вы можете также следить за своим весом
с помощью таких весов, введя в них данные об «излиш-
ках», которые вы хотите сбросить, и наблюдая за темпа-
ми изменений или отсутствием оных. Благодаря
встроенной программе весы могут предсказывать, сколько
дней потребует запланированное вами похудание. Компью- 
теризованные домашние медицинские приборы, например -- -  -
цифровые термометры и измерители кровяного давления, Щ
помогут вам следить за состоянием здоровья. Однако все ===- |Ц
эти устройства, как предупреждают их изготовители, не в
состоянии заменить профессиональное медицинское обслу-
живание. Если результаты вашего самообследования от-
клоняются от нормы, то следует обратиться к врачу,
однако у него вы, вероятно, опять столкнетесь с десятком
компьютеризованных медицинских инструментов, еще бо-
лее сложных и совершенных, чем те, что имеются у вас
в доме.
Датчик
колеса
Центральный процессор
велосипедного компьютера
Насос
Магнит на педали
Кристалл кварца
Микропроцессор
Магнит
на колесе
Индикатор
на жидких
кристаллах
Солнечные
элементы
еи
МРН
RESET
STRRT/STOR
CDC

Датчик на педали
Эластомерные
соединители
Современные велосипедные спидометры, помимо из-
мерения расстояния, выполняют много других функ-
ций. Кроме мгновенного значения скорости, ИЖК
этого компьютеризованного прибора сообщает вело-
сипедисту и другие сведения: среднюю скорость в
пути, максимальную величину скорости на маршруте
и время движения. Если велосипедист в процессе
тренировок стремится повысить скорость хода, при-
бор показывает также частоту вращения педалей. С
двух магнитов и двух датчиков на микропроцессор
поступает информация, необходимая для того, что-
бы вычислить величины, показываемые на индикато-
ре. При каждом обороте переднего колеса прикреп-
ленный к его спицам магнит проходит мимо датчи-
ка, укрепленного на вилке колеса, цепь замыкается,
и сигнал поступает на микропроцессор, который вы-
числяет скорость и расстояние. По сигналам с друго-
го магнита, установленного на левой педали, и дат-
чика, укрепленного на раме, вычисляется скорость
вращения педалей. Питание компьютера осуществля-
ется от солнечной батареи.
23

Джинны века автоматики
Компьютеризованная
«нервная система»
автомобилей
Второй микропроцессор следит за
работой двигателя автомобиля (желтые
линии). Несколько тысяч раз в секунду
он проверяет такие показатели, как ско-
рость двигателя и напряжение на аккуму-
ляторе, регулирует содержание воздуха в
смеси, поступающей в цилиндры. Он
также обменивается информацией с дру-
Компьютер, расположенный под панелью
управления, — одна из двух главных ком-
пьютерных систем автомобиля. Вместе с
двумя специализированными устройства-
ми он контролирует одновременно более
десятка различных функций (зеленые ли-
нии). Одно из устройств поддерживает в
салоне автомобиля постоянную темпера-
туру (с точностью до одного градуса),
выключая компрессор кондиционера, ког-
да двигателю требуется дополнительная
мощность. Другое устройство управляет
цифровым счетчиком топлива, который
показывает мгновенное и среднее потреб-
ление бензина (километры на литр), а
также его остаток в баке. С этого уст-
ройства информация поступает на глав-
ный компьютер, который оценивает за-
пас хода автомобиля с учетом заданного
количества топлива и скорости.
гой компьютерной системой автомобиля
и включает световые индикаторы на при-
борной панели, предупреждающие
теля о неисправностях.
води-
Вентилятор
охлаждения двигателя
переменной скорости
Управление обогревом,вентиляцией
и кондиционированием воздуха
Цифровое управление
подачей топлива
Контроль отношения
воздух/горючее
Компенсация высоты I
Подача воздуха /
Опережение зажигания
Холостой ход /
Управление обогревом,
вентиляцией /
и кондиционированием
воздуха /
Система размораживания
зеркала заднего обзора
Питание
электросистемы
окон
X Система регу
/ температуры
Компьютер, управляющий автомобиль-
Цифровой счетчик топлива
Если автомобилем поочередно управляют
ным радиоприемником, позволяет зафик-
Информация, показываемая в обычных
два водителя, специальный микропроцессор
сировать определенную длину волны и
автомобилях на аналоговых приборах,
запоминает и автоматически устанавливает
поддерживать качественный, свободный
здесь выводится на цифровые индикато-
положение спинки сиденья так, как предпочи-
от помех прием.
ры, управляемые компьютером.
тает каждый из них.
24
ЖК61ЖШ
Процесс компьютеризации автомобилей ускорился в 70-е
годы; отчасти это связано с повышением цен на бензин,
отчасти — с мерами по охране окружающей среды. С уста-
новлением новых, более жестких стандартов, направлен-
ных на экономное расходование горючего и снижение
допустимых норм выхлопа продуктов сгорания, произво-
дители автомобилей решили привлечь на помощь микро-
процессорную технику. К середине 80-х годов со
сборочных линий автомобильных предприятий стали схо-
дить машины, оснащенные стандартным электронным
оборудованием, которое содержало до 8 микроком-
пьютеров.
В модели автомобиля, показанной на рисунке, несколь-
ко независимых микропроцессоров выполняют такие функ-
ции, как удобная установка сиденья или тонкая настройка
радиоприемника. Два довольно мощных компьютера, спо-
собных обрабатывать тысячи элементов информации в се-
кунду, следят за более важными системами автомобиля.
От датчиков, рассеянных по всему корпусу машины и ее
электрооборудованию, сигналы по специальным цепям по-
ступают к компьютерам, информируя их о скорости рабо-
ты двигателя, температуре, содержании кислорода в
выхлопных газах и многих других параметрах и условиях,
в том числе и о потенциально опасных ситуациях. Напри-
мер, в некоторых моделях автомобилей датчики, установ-
ленные в тормозной системе, могут своевременно сигна-
лизировать о блокировке колес, предупреждая опасность
заноса машины.
Следя за показателями работы стартера, тахометра,
спидометра и термометра, измеряющего температуру
охлаждающей жидкости, автомобильный компьютер мо-
жет анализировать стиль вождения и привычки владельца
автомобиля. Например, выясняет, быстро или медленно
водитель набирает скорость? Какую часть времени маши-
на движется с крейсерской скоростью по шоссе, а ка-
кую — в городских условиях, с частыми стартами и
остановками? Анализируя эту информацию, микроком-
пьютер вовремя сигнализирует о необходимости проверки
тех или иных устройств, а когда компьютеризованный ав-
томобиль приезжает на станцию технического обслужива-
ния, микрокомпьютер, оценивающий основные средние
Топливный насос
Датчик уровня топлива
показатели и хранящий в памяти сведения о необычных
ситуациях, может представить механику исчерпывающий
список мер, которые следует принять, чтобы привести ма-
шину в порядок.
Навигация по спутнику
В XXI в. движением автомобиля будет управлять система элек-
тронной связи со спутником, удаленным более чем на 20 тыс. км
от поверхности Земли. Каждый автомобиль будет снабжен ан-
тенной для приема сигналов со спутника; анализируя эти сигна-
лы, компьютер определит координаты автомобиля (долготу и
широту), а также высоту над уровнем моря. Отыскав в своей дис-
ковой памяти одну из нескольких тысяч географических карт,
компьютер представит ее на экране. Символ, указывающий поло-
жение автомобиля, перемещается по карте в соответствии с ре-
альным движением; при необходимости компьютер будет заме-
нять одну карту другой.
Система размораживания
заднего стекла
Сеть питания устройства,
открывающего багажник
25

Джинны века автоматики
Незаметные
домашние сторожа
Компьютеры, предназначенные для охраны дома, чрезвы-
чайно разнообразны — от устройств стоимостью не более
100 долл., которые хозяева могут установить сами, до сис-
тем по цене несколько тысяч долларов, установку которых
могут производить только специалисты. Наиболее дорого-
стоящие системы связаны со специальной станцией, кото-
рая передает сигналы компьютера-сторожа в полицейский
участок, на пожарную станцию или в медицинское уч-
реждение.
Наиболее совершенные системы, подобные той, кото-
рая здесь изображена, оснащены дымовыми и тепловыми
датчиками для своевременного оповещения о пожаре. Они
могут передавать срочные сообщения при первом же при-
косновении к кнопке и создают двойной барьер на пути
непрошенных гостей, пытающихся проникнуть в дом.
Первая «линия обороны» проходит по окнам и дверям.
Здесь применяются разные способы обнаружения грабите-
ля, в том числе магнитные датчики, вставленные в двер-
ные проемы или оконные рамы, датчики, чувствительные
к механическим ударам и колебаниям, которые срабатыва-
ют, например, когда разбивается стекло. Взломщику, су-
мевшему обойти этих электронных «сторожевых псов»,
придется затем справиться с ковровыми дорожками, чув-
ствительными к давлению, с инфракрасными датчиками,
распознающими тепло человеческого тела на расстоянии
12 м, и с ультразвуковыми приборами, реагирующими на
движение. Вся эта система питается от обычной электросе-
ти, но оснащена также автономным источником пита-
ния — аккумуляторами, что позволяет охранять дом и при
отключении электросети.
Работа всех устройств системы охраны координируется
центральным процессором компьютера, запрограммиро-
ванным так, что он соответствующим образом реагирует
на те или иные ситуации. Если вдруг возрастает содержа-
ние углерода в воздухе или резко повышается температу-
ра, заставляя срабатывать датчик, чувствительный к дыму
или теплу, то компьютер передает сообщение о пожаре по
телефонным линиям связи и одновременно включает сиг-
нал тревоги, оповещая людей, находящихся в помещении.
Если кто-то входит через охраняемую дверь, компьютер
ждет несколько секунд, проверяя, является ли вошедший
нарушителем или одним из жильцов; последние пользуют-
ся «паролем» — набирают код на одной из настенных па-
нелей, снабженных клавиатурой. Если правильный код не
набран, компьютер посылает сигнал по телефонной линии.
Он также может «сообщить» нарушителям, что они обна-
ружены, — раздается пронзительный звук сирены или свет
в доме начинает мигать. Если хозяева сами заметят нару-
шителя, то могут поднять тревогу, воспользовавшись спе-
циальными удобно расположенными «кнопками тревоги».
А если они собираются уехать на несколько дней, то могут
запрограммировать «сторожа» так, чтобы свет в доме
включался и выключался через определенные промежутки
времени, меняющиеся день ото дня, чтобы у посторонних
создавалось впечатление, что в доме есть люди.
Сирена
Датчик движения
Это вспомогательное компьютерное устройство
позволяет хозяину дома включать и выключать
системы, а также следить за информацией, по-
ступающей с центрального компьютера. Устрой-
ство содержит микропроцессор, который перево-
дит информацию о состоянии дома в сообщения,
высвечиваемые на экране, например предупре-
ждает об отключении питания, открытом окне
или двери, о неисправности в электросети.
Центр управления системой охраны — главный
микропроцессор, следящий за сигналами от всех
датчиков, установленных в доме. Обнаружив
дым, повышенное выделение тепла или наруши-
теля, микропроцессор включает соответствую-
щие сигналы тревоги в доме, а также посылает
закодированное сообщение на удаленную цент-
ральную станцию, где работники службы без-
опасности принимают экстренные меры. Цент-
ральный компьютер осуществляет постоянный
контроль за готовностью и исправностью всех
компонентов системы, сообщая ее владельцу или
на центральную станцию об обнаруженных неис-
правностях.
26

Кнопка тревоги
Хотя эта панель не имеет
микропроцессора, с ее по-
мощью можно включать или
отключать систему охраны
полностью или частично, по-
сылая закодированные сигна-
лы центральному ком-
пьютеру.
тревог *
Датчик дыма
Датчики
того стекла"
Оконный датчик
ектор движ
Сирена
— Дверной датчик
Датчик, скрытый в половице
ик
27

Джинны века автоматики
Настольный
универсал
Микропроцессоры в фотоаппаратах, автомобилях и ча-
сах— это «специалисты», каждый из которых запрограм-
мирован на выполнение нескольких вполне определенных
функций. В отличие от них персональный компьютер —
это универсал. Некоторые из его микросхем подобны тем,
которые используются, например, в фотоаппарате. Они
выполняют ограниченный набор инструкций, обеспечивая
функционирование тех или иных компонентов машины.
Микросхема, которая делает персональный компьютер
столь мощным и гибким инструментом, — универсальный
микропроцессор, действующий по командам, которые по-
сылает пользователь. Этот так называемый центральный
процессор позволяет компьютеру легко переключаться от
увлекательной видеоигры к перестановке абзацов в дело-
вом документе. Каждая из его ролей определена набором
закодированных инструкций, совокупность которых со-
ставляет так называемое программное обеспечение, или
программу.
Некоторые люди, работающие с компьютером, с удо-
вольствием сами составляют программы, однако боль-
шинство довольствуется выбором подходящих программ
из тысяч программных наборов, или, как их еще называ-
ют, пакетов программ, имеющихся в продаже. С помощью
этих программ владелец персонального компьютера мо-
жет следить за эффективностью своих капиталовложений,
вести записи, касающиеся налогов, хранить списки и адре-
са людей, которым следует послать рождественские от-
крытки, или штудировать глагольные формы француз-
ского языка. Он может, не выходя из дому, совершать
банковские операции, покупки и вести любые другие дела.
При желании можно обучаться всевозможным играм, ска-
жем шахматам или бриджу, или овладевать какими-нибудь
полезными навыками, например учиться печатать всле-
пую. При помощи телефона владелец персонального ком-
пьютера может связаться с базами данных, которые
обслуживаются большими компьютерами, и проводить
разнообразные исследования, просматривать хранящиеся
где-то далеко электронные каталоги и рефераты, не
выходя из своего кабинета или дома. Иными словами,
персональный компьютер — это слуга, обладающий мно-
жеством талантов, среди которых далеко не последний за-
ключается в том, что с ним способен управиться даже
шестилетний ребенок.
Музицирование световым лучом
Применяя специальные программы, например показанную здесь про-
грамму музыкальной игры, человек получает еще одну возможность
взаимодействия с компьютером — с помощью светового пера, кото-
рое позволяет сочинять простые мелодии, рисовать довольно слож-
ные картинки или выбирать нужный объект среди изображенных на
экране, не пользуясь клавиатурой. Светочувствительный элемент, на-
ходящийся на кончике «пера», взаимодействует с экраном, сообщая
таким образом компьютеру, куда указывает «перо» в данный мо-
мент. Всякий раз, когда пользователь (в нашем примере) указывает
световым пером на какую-нибудь ноту из числа представленных на
экране, программа генерирует звук, соответствующий этой ноте. Ес-
ли коснуться «пером» блока с надписью PLAY (играть), то динамик
компьютера проиграет все сочинение от начала до конца.______
Микропроцессор, который является центральным
процессорным устройством персонального ком-
пьютера, управляет тысячами операций в секун-
ду. Это «мозг» компьютера, выполняющий все
вычисления, следящий за порядком следования
команд в программе, управляющий вводом и
выводом, а также потоком информации внутри
машины.
Обычно инструкции вводят в компьютер при помощи
клавишного устройства, напоминающего пишущую ма-
шинку, но с дополнительными клавишами для управле-
ния специальными функциями компьютера. К числу сис-
тем ввода относятся также световое перо (см. предыду-
щий рисунок), устройства для управления указателем на
экране типа «джойстик» или «мышь», а также чувстви-
тельные экраны, реагирующие на прикосновение пальца.
28
опальных компьютерах часто при-
ется монитор (похожий на обычный
телевизионный аппарат), на который вы-
водятся изображения, создаваемые про-
картинки в видеоиграх, колон-
ки цифр, графики, карты. Компьютеры
могут также выдавать информацию на
бумаге, распечатывая ее с помощью
принтера, или в виде звукового сигна-
ла — через громкоговоритель.
Накопители данных на магнитных дисках, используемые в компью-
терах, обеспечивают долговременное хранение информации, которой
можно воспользоваться в любой момент. Так называемый флоппи-
диск (гибкий диск), изготовленный из пластмассы с магнитным по-
крытием, позволяет хранить большие, сложные программы — зако-
дированные инструкции, которым компьютер должен следовать при
решении задачи, — а также нужные пользователю данные. Магнит-
ные головки дискового устройства могут «читать» записанную на
поверхности диска информацию, передавая ее во внутреннюю па-
мять машины; они могут также «записывать» информацию.
29

возможности
двоичного
КОДА
В июле 1969 г., когда американский астронавт Нил Армстронг ступил на поверх-
ность Луны, осуществив вековую мечту человека, весть об этом событии, мгновен-
но преодолев 400 тыс. км космического пространства, достигла города Хьюстон в
шт. Техас, а затем облетела весь мир. Телевидение показало эту сцену в миллионах
квартир, а телетайпы передавали подробности — в том числе короткую, но замеча-
тельную речь Армстронга (слева) — в тысячи редакций газет и журналов по всему
миру. Значительная часть этой информации путешествовала от машины к машине
в виде специального кода, состоящего из импульсов — электронного эквивалента ну-
лей и единиц.
То, что связь между человеком, высадившимся на Луне, и Землей, праздновавшей
это событие, осуществлялась при помощи нулей и единиц, глубоко символично и
закономерно, потому что эти знаки двоичной системы счисления сыграли в этом
историческом достижении тысячи всевозможных ролей. С их помощью было зако-
дировано все — от команд, отданных космическому кораблю при взлете, до инструк-
ций, благодаря которым спускаемый аппарат экспедиции Армстронга при
возвращении на Землю вошел в земную атмосферу под соответствующим углом.
То же самое происходит повсюду в нашем компьютеризованном мире. В основе
своей цифровой компьютер независимо от его размеров и назначения представляет
систему передачи информации, выраженной в виде нулей и единиц.
Идея использования лишь двух символов для кодирования информации стара,
как мир. Барабаны, которыми пользуются некоторые племена африканских бушме-
нов, передают сообщения в виде комбинаций звонких и глухих ударов. Другой, бо-
лее современный пример двухсимвольного кодирования — азбука Морзе, в которой
буквы алфавита представлены определенными сочетаниями точек и тире. Австра-
лийские аборигены считали двойками, некоторые племена охотников-сборщиков
Новой Гвинеи и Южной Америки тоже пользовались двоичной системой счета.
Двоичное представление чисел — не единственная альтернатива десятичной
системе счисления. Древняя вавилонская арифметика была основана на числе 60,
а в привычках и языке англосаксов мы обнаруживаем следы двенадцатеричной
системы счисления, которая когда-то господствовала на Британских островах:
Закодированные с помощью нулей и единиц пер-
вые слова, произнесенные человеком, который
ступил на Луну, могут что-то сказать лишь
компьютеру. На этой странице воспроизведено
в закодированном виде высказывание Нейла
Армстронга: «Это маленький шаг для человека и
гигантский скачок для человечества». Здесь
использован так называемый Американский стан-
дартный код обмена информацией, сокращенно
ASCII, который применяется в большинстве
современных компьютеров (см. с. 34—37).
31

12 месяцев в году, 12 дюймов в футе, два 12-часовых
периода в сутках, различные системы мер, также ос-
нованные на числе 12. Вызванная к жизни не чем иным,
как десятью пальцами пары человеческих рук, десятич-
ная система в конце концов вытеснила все другие
системы счета, по крайней мере в странах Запада.
Однако некоторые европейские мыслители эпохи Про-
свещения, последовавшей за эпохой Возрождения,
проявляли немалый интерес к простой и изящной
двоичной системы счисления. Постепенно эта система про-
никала из одной научной дисциплины в другую, из логики
и философии в математику, а затем и в технику, где она
сыграла важную роль на заре компьютерной революции.
Одним из первых заинтересовался двоичной системой
гениальный немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейб-
ниц, который, однако, подошел к ней окольным путем. В
1666 г., заканчивая университет — еще задолго до изобре-
тения механического калькулятора (см. с. 14), — двадцати-
летний Лейбниц набросал работу «Искусство составления
комбинаций» (De Arte Combinatoria), которую скромно
охарактеризовал как «сочинение школьника». В этой рабо-
те были заложены основы общего метода, который позво-
ляет свести мысль человека — любого вида и на любую
тему — к совершенно точным формальным высказывани-
ям. Таким образом, открывалась возможность перевести
логику (или, как называл ее Лейбниц, законы мышления)
из словесного царства, полного неопределенностей, в цар-
ство математики, где отношения между объектами или
высказываниями определяются совершенно точно. В до-
полнение к своему предложению сделать все рациональное
мышление математически строгим, Лейбниц призвал к
принятию «общего языка, бесконечно отличающегося от
всех существовавших до сих пор, поскольку символы и да-
же слова его должны направлять наш разум, а ошибки,
кроме тех, что заложены в исходных фактах, будут просто
ошибками вычислений. Построить или изобрести такой
язык или такие понятия очень трудно, но зато он будет
легко понятен без всяких словарей».
РАЗВИТИЕ ДВОИЧНОЙ СИСТЕМЫ
Современники Лейбница, возможно, слегка озадаченные, а
может быть, и возмущенные его предложением, оставили
работу ученого без внимания, да и сам Лейбниц, по-види-
мому, не стал развивать идею нового языка. Однако деся-
тилетие спустя он занялся исследованием строгих мате-
матических законов применительно к новой области —
двоичной системе счисления. На кропотливой работе по
переводу чисел из десятичной системы в двоичную его
вдохновляла старинная рукопись, случайно попавшаяся
ему на глаза. Это был комментарий по поводу знаменитой
китайской книги «Ай чинг» («Книга перемен»), в которой
делалась попытка описать Вселенную во всей ее сложнос-
ти с помощью ряда философских категорий противопо-
ложностей — например, таких понятий, как темнота и
свет, мужское и женское начало. Ободренный этим созву-
чием со своими математическими концепциями Лейбниц
терпеливо исследовал бесконечные комбинации нулей и
единиц, формализуя найденные им закономерности и за-
кладывая тем самым основы современной двоичной
системы.
Однако при всей своей гениальности Лейбниц так и не
смог найти полезного применения полученным результа-
там. Изобретенный им механический калькулятор предна-
значался для работы с десятичными числами, и Лейбниц
не стал переделывать его под двоичные числа, возможно,
устрашившись очень длинных цепочек двоичных разрядов,
необходимых для представления чисел. Поскольку в двоич-
ной системе фигурируют лишь две цифры, 0 и 1, десятич-
ное число 8 записывается в двоичной форме как 1000, а
двоичный эквивалент десятичного числа 1000 выглядит
уже совсем громоздким: 1111101000 (см. с. 42—43). В даль-
нейшем Лейбницу, правда, приходила мысль использовать
двоичные числа в вычислительном устройстве, но он даже
не пытался построить такую машину. Вместо этого он на-
делил двоичную систему счисления мистическим смыслом,
видя в ней одно из проявлений Создателя. Цифра 1 ассо-
В середине XIX в. английский математик-
самоучка Джордж Буль изобрел логическую
систему, названную в его честь булевой ал-
геброй. Спустя почти сто лет ученые объеди-
нили созданный Булем математический аппа-
рат с двоичной системой счисления, заложив
тем самым основы для разработки цифрово-
го электронного компьютера.
32

циировалась у него с богом, а нуль означал пустоту —
Вселенную до того, как в ней появились иные существа,
кроме бога. Из единицы и нуля, считал Лейбниц, произо-
шло все; точно так же любое математическое понятие
можно выразить этими двумя цифрами.
Если у Лейбница и возникала мысль, что двоичная сис-
тема может стать тем универсальным логическим языком,
о котором говорилось в его сочинении 1666 г., он не выска-
зывал ее вслух. Однако спустя более ста лет после смерти
Лейбница (1716) английский математик-самоучка Джордж
Буль энергично принялся за поиски такого универсального
языка.
Примечательно, что этой целью задался человек такого
скромного происхождения, как Буль. Он был родом из
бедной рабочей семьи, жившей в промышленном городе
Линкольне в восточной Англии. В те времена мальчик, ро-
дители которого были простыми рабочими, вряд ли мог
надеяться получить солидное образование, а тем более
сделать карьеру ученого. Однако решимость и целеустрем-
ленность Буля не знали границ.
В Линкольне была школа для мальчиков. Возможно,
Буль посещал ее, но если и так, то там он мог получить
лишь самое элементарное образование. Однако его отец,
самостоятельно овладевший кое-какими познаниями в ма-
тематике, передал эти знания своему способному сыну.
Уже к восьми годам мальчика всецело захватила жажда
знаний. Предметом, который, по-видимому, сыграл важ-
ную роль в дальнейшей судьбе Буля, был латинский язык.
Здесь отец ничем не мог ему помочь, но друг их семьи,
занимавшийся книжной торговлей, в достаточной степени
владел латинской грамматикой, чтобы дать Булю началь-
ный толчок. Когда книготорговец обучил его всему, что
знал сам, Буль продолжил учебу самостоятельно и в воз-
расте 12 лет уже переводил классическую латинскую
поэзию. Еще через два года он овладел греческим языком,
а затем добавил к своей коллекции языков французский,
немецкий и итальянский.
В 1831 г. в возрасте 16 лет Буль был вынужден посту-
пить на работу, чтобы помочь семье. Четыре года он
проработал на малооплачиваемой должности помощника
учителя, но затем, осмелев, решил открыть собственную
школу. Поняв, что ему следует углубить свои познания в
математике, чтобы превзойти учеников, он приступил к
чтению математических журналов, которые имелись в
библиотеке местного научного учреждения. И тут у Буля
обнаружились поистине неординарные способности. Изу-
чив горы научных публикаций, он овладел сложнейшими
математическими теориями своего времени. У него возни-
кли и собственные оригинальные идеи. Буль стал записы-
вать их, не прекращая в то же время преподавательской
работы в своей маленькой школе. В 1839 г. одна из его
статей была принята к публикации научным журналом. На
протяжении следующего десятилетия работы Буля регу-
лярно печатались, и его имя приобрело известность в на-
учных кругах. В конце концов деятельность Буля получила
столь высокую оценку, что он, несмотря на отсутствие
формального образования, был приглашен работать на
математический факультет Королевского колледжа в Ир-
ландии.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОВ МЫШЛЕНИЯ
Имея теперь больше времени для научной работы, Буль
все чаще стал задумываться над вопросом, над которым
задолго до него размышлял Лейбниц, — как подчинить ло-
гику математике. В 1847 г. Буль написал важную статью
на тему «Математический анализ логики», а в 1854 г. раз-
вил свои идеи в работе под названием «Исследование зако-
нов мышления». Эти основополагающие труды Буля
внесли поистине революционные изменения в логику как
науку.
Буль изобрел своеобразную алгебру — систему обозна-
чений и правил, применимую ко всевозможным объектам,
от чисел и букв до предложений. Пользуясь этой систе-
мой, Буль мог закодировать высказывания— утвержде-
ния, истинность или ложность которых требовалось
доказать, — с помощью символов своего языка, а затем
манипулировать ими подобно тому, как в математике ма-
нипулируют обычными числами.
Три основные операции булевой алгебры — это И,
ИЛИ и НЕ (см. с. 44). Хотя система Буля допускает мно-
жество других операций — часто называемых логическими
действиями, — указанных трех уже достаточно для того,
чтобы производить сложение, вычитание, умножение и де-
ление или выполнять такие операции, как сравнение сим-
волов и чисел. Логические действия двоичны по своей
сути, они оперируют лишь с двумя сущностями— «исти-
на» или «ложь», «да» или «нет», «открыт» или «закрыт»,
нуль или единица. Буль надеялся, что его система, очистив
логические аргументы от словесной шелухи, облегчит по-
иск правильного заключения и сделает его всегда до-
стижимым.
Большинство логиков того времени либо игнорирова-
ли, либо резко критиковали систему Буля, но ее возмож-
ности оказались настолько велики, что она не могла долго
оставаться без внимания. Американский логик Чарлз Сан-
дерс Пирс познакомил в 1867 г. с булевой алгеброй амери-
канскую научную общественность, кратко изложив
существо этой системы в своем докладе для Американской
академии наук и искусств. На протяжении двух последую-
щих десятилетий Пирс затратил немало времени и сил,
модифицируя и расширяя булеву алгебру. Он осознал, что
бинарная логика Буля хорошо подходит для описания
электрических переключательных схем. Например, ток в
цепи может либо протекать, либо отсутствовать, подобно
тому как утверждение может быть либо истинным, либо
ложным. Электрический переключатель действует во мно-
гом сходно с логическим вентилем, либо пропуская ток
(что соответствует значению «истина»), либо нет. Самого
Пирса гораздо больше интересовала логика, чем электри-
чество. И хотя позже он придумал простую электрическую
логическую схему, она не была собрана.
33

СТАНДАРТ
ДЛЯ ОБМЕНА
ИНФОРМАЦИЕЙ
Когда вы нажимаете на букву А на клавиатуре пишущей
машинки, молоточек ударяет по красящей ленте и буква
появляется на листе бумаги. Это процесс чисто механиче-
ский. Но если набрать ту же букву на клавиатуре компью-
тера, то при этом генерируется определенная комбинация
нулей и единиц, благодаря чему буква высвечивается на
экране дисплея. В этом случае почти весь процесс (за ис-
ключением удара по клавише) осуществляется средствами
электроники. Для кодирования буквы, любого другого
знака или управляющей функции используются стандарт-
ные комбинации нулей и единиц. Таким образом компью-
теры могут обмениваться информацией без промежуточ-
ных преобразований — они пользуются единым электрон-
ным языком.
В США общепринят язык ASCII — американский стан-
дартный код обмена информацией (American Standard
Code for Information Interchange). В других странах исполь-
зуется его слегка видоизмененный международный вари-
ант. Код ASCII ставит в соответствие каждой прописной
и строчной букве алфавита, каждой цифре десятичной сис-
темы счисления, знаку препинания и специальной функции
на клавиатуре цепочку из семи двоичных разрядов (0 или
1), или битов. Восьмой бит служит для контроля правиль-
ности переданного кода; в тех же случаях, когда код пере-
дается без проверки, восьмой бит отсутствует. (Здесь, как
и на рисунке на шмуцтитуле к гл. 2, восьмой, крайний сле-
ва, бит был произвольно принят равным нулю.)
Семь значащих битов дают 27, т. е. 128 всевозможных
перестановок из нулей и единиц. Первые 32 комбинации
зарезервированы под специальные коды, такие, как «воз-
врат каретки» или «шаг назад», которые используются
для управления экраном дисплея и печатающим устрой-
ством. Остальные 96 кодов называются «печатаемыми»,
поскольку все они —• за исключением первого и последнего,
«пробел» и «стереть символ» — соответствуют каким-то
символам.
Код ASCII построен таким образом, что определенные
биты в нем указывают на принадлежность кода тому или
иному классу («это прописная буква» или «это цифра»),
тогда как остальные биты определяют, какая именно это
буква или цифра. Например, код прописной буквы «А» ра-
вен 65 в десятичной системе, что в двоичном эквиваленте
выглядит как 01000001; строчная буква «а» в коде ASCII
имеет значение 97, или 01100001. Как видим, различие
между ними заключается в трех крайних слева разрядах.
На старомодных кубиках, изображенных здесь на рисун-
ках, разряды двоичного кода, указывающие на конкретную
цифру или букву, выделены белым цветом.



и десятичных цифр,
Кроме всех букв алфавита
код ASCII включает также знаки препинания и
управляющие функции на клавиатуре обычной
пишущей машинки. Некоторые из этих знаков
показаны на кубиках, изображенных на рисунке.
На одной из граней кубика, расположенного в
левом нижнем углу рисунка, нет никакого симво-
ла. Дело в том, что в коде ASCII двоичное чис-
ло 00100000 представляет функцию «пробел»,
т. е. соответствует пропуску одной позиции меж-
ду знаками.
ММИеОШВй
КАК ТЕОРИЮ СВЯЗАТЬ С ПРАКТИКОЙ
Тем не менее, внедрив булеву алгебру в курсы логики и
философии в американских университетах, Пирс посеял се-
мена, которые дали богатые всходы полстолетия спустя.
В 1936 г. выпускник американского университета Клод
Шеннон, которому было тогда всего 21 год, сумел ликви-
дировать разрыв между алгебраической теорией и ее прак-
тическим приложением.
В то время Шеннон только что перешел в Массачусет-
ский технологический институт (МТИ) из Мичиганского
университета, где получил два диплома бакалавра— по
электротехнике и по математике. Желая подработать,
Шеннон выполнял обязанности оператора на неуклюжем
механическом вычислительном устройстве под названием
«дифференциальный анализатор», который построил в
1930 г. научный руководитель Шеннона профессор В. Буш.
Это была первая машина, способная решать сложные диф-
ференциальные уравнения, которые позволяли предсказы-
вать поведение таких движущихся объектов, как самолет,
или действие силовых полей, например гравитационного
поля. На решение подобных уравнений вручную уходили
иногда целые месяцы, так что дифференциальный анализа-
тор имел важное научное значение. Однако он обладал
многими серьезными недостатками. Прежде всего это его
гигантские размеры: подобно старинной Аналитической
машине Бэббиджа, механический анализатор Буша пред-
ставлял собой сложную систему валиков, шестеренок и
проволок, соединенных в серию больших блоков, которые
занимали целую комнату. Столь большие габариты уст-
ройства отчасти объяснялись тем, что расчеты проводи-
лись в десятичной системе счисления. Однако размеры —
это не единственный недостаток анализатора. Он был ана-
логовым устройством, которое само измеряло скорость и
расстояние, а затем на основе измеренных величин прово-
дило расчеты. Чтобы поставить машине задачу, оператор
вынужден был вручную подбирать множество шестереноч-
ных передач, на что уходило 2 — 3 дня. При любом изме-
нении параметров задачи оператору приходилось изрядно
потрудиться и перепачкаться в машинном масле.
В качестве темы диссертации Буш предложил Шеннону
изучить логическую организацию своей машины. По мере
того как Шеннон все глубже вникал в устройство этой не-
удобной машины, у него росло настойчивое желание усо-
вершенствовать ее. Вспомнив булеву алгебру, которую он
изучал еще студентом, Шеннон поразился, как в свое вре-
мя Пирс, ее сходством с принципами работы электриче-
ских схем. Постепенно у Шеннона стали вырисовываться
контуры устройства компьютера. Если построить электри-
ческие цепи в соответствии с принципами булевой алгеб-
ры, то они могли бы выражать логические отношения,
определять истинность утверждений, а также выполнять
сложные вычисления. Электрические схемы, очевидно, бы-
ли бы гораздо удобнее шестеренок и валиков, щедро сма-
занных машинным маслом.
Свои идеи относительно связи между двоичными чис-
лами, булевой алгеброй и электрическими схемами Шен-
нон развил в докторской диссертации, опубликованной в
1938 г. Эта блестящая работа, которая немедленно отрази-
лась на принципах разработки телефонных станций, по
праву считается поворотным пунктом в истории развития
современной информатики и вычислительной техники. (Де-
сятилетием позже Шеннон опубликовал еще одну осново-
полагающую работу — «Математическую теорию свя-
зи», — где изложил идеи, которые впоследствии легли в
основу новой отрасли науки — теории информации. Шен-
нон предложил метод, позволяющий определять и изме-
рять информацию в математическом смысле, путем
сведения ее к выбору между двумя значениями: «да» и
«нет», или двоичными разрядами. Эта идея составляет
фундамент современной теории связи.)
Потребность в удобной машине, способной решать
сложные дифференциальные уравнения, была настолько
велика, что еще трое исследователей — двое в США и
один в Германии — развивали одни те же идеи практичес-
ки одновременно. Независимо друг от друга они поняли,
что булева логика может послужить очень удобной осно-
вой для конструирования компьютера.
Пока Шеннон работал над диссертацией в МТИ, про-
фессор физики Джон Атанасофф размышлял о тех же про-
блемах в колледже шт. Айова. В январе 1938 г., после двух
лет раздумий об оптимальной конструкции компьютера,
По определению Клода Шеннона, наимень-
шая единица информации в двоичном коде,
который применяется в современных ком-
пьютерах, — это бит (bit — сокращение от
binary digit, что означает «двоичный раз-
ряд»). Четыре бита образуют полубайт, а
два полубайта составляют байт, который
многие компьютеры обрабатывают как еди-
ное целое; другие компьютеры способны об-
рабатывать более длинные цепочки двоичных
разрядов, называемые «словами». Байт ин-
формации, показанный на рисунке, представ-
ляет десятичное число 34.
полубайт
байт
38

Атанасофф решил создавать машину на основе двоичной,
а не десятичной системы счисления. Нельзя сказать, чтобы
такое решение особенно вдохновляло его, ибо он опасался,
что студенты и другие пользователи машины столкнутся
со значительными трудностями при переводе чисел из де-
сятичной системы в двоичную и наоборот. И все же про-
стота двоичной системы в сочетании с простотой пред-
ставления двух символов (вместо десяти) в электрических
схемах компьютера перевешивала, по мнению Атанасоф-
фа, эти неудобства. К тому же все необходимые преобра-
зования могла выполнять сама машина. К осени 1939 г.
Атанасофф построил грубую модель устройства и стал ис-
кать финансовой помощи для продолжения работы.
А в это время на другом конце страны Джордж Сти-
бид, математик из фирмы «Белл телефон лабораторис»,
по привычке размышлял на досуге «о том, о сем». Однаж-
ды, в 1937 г., ему в голову пришла мысль, что булева ло-
гика—это естественный язык, на котором должна
основываться работа систем электромеханических теле-
фонных реле.
ОТ СЛОВ К ДЕЛУ
Стибиц сразу приступил к работе, полагая, что руковод-
ство фирмы найдет применение его результатам. Как и все
любители поизобретать, он начал с того, что собрал необ-
ходимые детали и принадлежности. Работая по вечерам за
кухонным столом, он собрал аппарат из старых реле, па-
ры батареек, лампочек, проводов и металлических поло-
сок, нарезанных из жестяных банок. Созданное им уст-
ройство, в котором использовались логические вентили,
управляемые электрическим током, было электромехани-
ческой схемой, выполняющей операцию двоичного сложе-
ния. Это было первое устройство подобного типа в США.
В наши дни двоичный сумматор (см. с. 46—47) по-прежне-
му остается одним из основных компонентов любого циф-
рового компьютера.
Еще через пару лет Стибиц вместе с другим сотрудни-
ком фирмы, инженером-электриком Сэмюелом Уильям-
сом, разработал устройство, способное производить
операции вычитания, умножения и деления, а также сло-
жения комплексных чисел. Стибиц назвал свою машину
калькулятором комплексных чисел, и в январе 1940 г. ее
начали использовать в управлении фирмы на Манхэттене.
Установленный рядом телетайп передавал на машину сиг-
налы и через считанные секунды получал ответы. Затем
к машине подсоединили еще два телетайпа, расположен-
ные в других помещениях, что позволило людям, работав-
шим в разных отделах, пользоваться одним и тем же
компьютером. В сентябре того же года к системе присо-
единили четвертый телетайп, который находился от нее на
расстоянии 400 км, в зале Дартмутского колледжа в Гано-
вере, шт. Нью-Гэмпшир. Здесь перед удивленной аудито-
рией, которую составили 300 членов Американского
математического общества, Стибиц продемонстрировал,
как можно производить вычисления на электромеханиче-
ском калькуляторе, управляемом на расстоянии.
Однако еще до того, как Шеннон закончил диссерта-
цию, а Стибиц начал собирать модель калькулятора на ку-
хонном столе, подобной работой занялся их собрат по
духу, живший в Берлине, который трудился практически
в полной изоляции в маленькой квартирке своих родите-
лей. Конрад Цузе с детства любил изобретать и строить.
Еще школьником он сконструировал действующую модель
машины для размена монет. Приблизительно в то же вре-
мя он создавал проект города, рассчитанного не больше,
не меньше как на 37 млн. жителей. В 1934 г., будучи сту-
дентом технического вуза, Цузе почувствовал, что ему до
смерти наскучили длинные, утомительные математические
расчеты, столь необходимые в инженерной практике. Как
в свое время Лейбниц, а позднее Атанасофф, Шеннон и
Стибиц, Цузе стал мечтать о машине, которая могла бы
взять на себя эту изнурительную работу. В идеале, думал
он, такая машина должна быть программируемой, способ-
ной решать любые, сколь угодно сложные математические
задачи. Не имея ни малейшего представления о работе
Чарлза Бэббиджа, Цузе начал разрабатывать универсаль-
ную вычислительную машину, во многом подобную Ана-
литической машине Бэббиджа.
Цузе практически ничего не знал о таких вычислитель-
ных машинах, как дифференциальный анализатор. Однако
много лет спустя он писал, что в этом состояло его пре-
имущество — в силу своей неосведомленности он был сво-
боден в поисках системы, наиболее подходящей для ав-
томатических вычислений. Поэкспериментировав сначала с
десятичной системой, Цузе предпочел все же двоичную. И
здесь он проявил незаурядные способности. Зная о работах
Буля не больше, чем о машине Бэббиджа, он тем не менее
использовал в задуманном им компьютере принципы буле-
вой алгебры.
СОЗДАНИЕ МАШИНЫ Z1
В 1936 г. Цузе уволился из технической фирмы, где рабо-
тал, и отдал все свое время разработке компьютера. Полу-
чив немного денег от друзей, он устроил «мастерскую» на
маленьком столе в углу гостиной в доме родителей. Когда
машина стала обретать форму и разрастаться в размерах,
он придвинул еще пару столов к своему рабочему месту.
В конце концов ему пришлось переместиться со своим де-
тищем в середину комнаты. Через два года он завершил
постройку машины, которая занимала площадь около 4 м2
и представляла собой хитросплетение реле и проводов.
Машина, которую Цузе назвал Z1 (по-немецки его фа-
милия пишется как Zuse), имела клавиатуру, с которой
вводились в нее условия задач. По завершении вычислений
результат высвечивался на панели с множеством малень-
ких лампочек. В общем Цузе был доволен своим аппара-
том, сомнения вызывала только клавиатура, которая, на
его взгляд, была неудобной и слишком медленно действо-
вала. Перебрав в уме другие возможные варианты, он
придумал очень остроумное и дешевое устройство ввода:
Цузе стал кодировать инструкции для машины, пробивая
отверстия в использованной 35-миллиметровой фотоплен-
ке. Машина, работавшая с перфорированной лентой, полу-
чила название Z2.
39

Цузе с энтузиазмом продолжал свою работу в одиноч-
ку до 1939 г. Но тут началась вторая мировая война. Цузе,
Стибиц и другие пионеры вычислительной техники по обе
стороны Атлантического океана оказались втянутыми в
лихорадочную гонку, целью которой было создание на
основе их разработок принципиально нового вида воору-
жений. Война дала мощный импульс дальнейшему разви-
тию вычислительной теории и техники (см. гл. 3). Она
также способствовала тому, что были собраны воедино
разрозненные достижения ученых и изобретателей, внес-
ших свой вклад в развитие двоичной математики, начиная
с Лейбница. Двухсимвольное представление информации в
конце концов было принято за основу языка электронных
вычислительных машин.
40

НУЛИ И ЕДИНИЦЫ:
ПРОСТЫЕ ПРАВИЛА
ДЛЯ СЛОЖНОГО МИРА
Хотя внутренний язык некоторых компьютеров первого
поколения был основан на десятичной системе счисления,
начиная с 50-х годов практически во всех цифровых вычис-
лительных машинах применялась уже двоичная система.
Наличие всего двух символов значительно упрощало и уде-
шевляло схемы, построенные на основе этой системы.
Микроскопические электронные переключатели в цент-
ральном процессоре современного компьютера принимают
только два состояния — они либо проводят ток, либо нет,
представляя тем самым значения 0 и 1. Для схем, постро-
енных на десятичной системе, потребовалось бы 10 раз-
личных состояний. Двоичная система соответствует также
алгебраической системе логики, разработанной в XIX в.
английским математиком Джорджем Булем. В рамках
этой системы высказывание может быть либо истинным,
либо ложным, подобно тому как переключатель может
быть либо открытым, либо закрытым, а двоичный раз-
ряд— равен 1 или 0.
Если расположение переключателей соответствует буле-
вым функциям, то образованные из этих переключателей
схемы могут выполнять как арифметические, так и логиче-
ские операции. На с. 46 показана арифметическая схе-
ма, называемая двоичным сумматором. Функции сумма-
торов определяются самим их названием: они суммируют
двоичные числа, следуя правилам, аналогичным правилам
сложения десятичных чисел.
Компьютеры способны также обрабатывать информа-
цию, которая, казалось бы, не имеет ничего общего с чис-
лами или логикой. Например, они могут обрабатывать
звуки, вводимые через микрофон, воспроизводя их затем
через громкоговоритель или записывая на специальный
диск. Они могут следить за температурой в лабораториях
или манипулировать телевизионными изображениями. Во
всех этих случаях компьютер сначала переводит информа-
цию в цифровую форму, т. е. представляет ее в виде двоич-
ных разрядов. Например, чтобы перевести в цифровую
форму музыкальный звук, компьютер периодически снима-
ет характеристики звуковых волн, записывая результаты
каждого измерения в виде двоичного числа (см. с. 50—51).
Выполняя эти измерения через строго определенные очень
короткие интервалы времени, компьютер может записы-
вать звук, создаваемый целым симфоническим оркестром,
а затем воспроизводить его с исключительной чистотой,
просто обратив процесс преобразования информации.
41

Нули и единицы: простые правила сложения
Двоичные
Десятичные
1©©©
1©©1
1©1©
Чтение двоичных чисел. Поскольку в двоичной сис-
теме лишь две цифры, значение разрядов числа воз-
растает как степень двойки и двоичные числа бы-
стро превращаются в длинные цепочки из 0 и 1.
Сложив значения разрядов, в которых находятся
единицы, мы получим десятичный эквивалент числа.
Так, например, двоичное число 101 — это 4 плюс 1,
т. е. десятичное число 5.
От десятичных
чисел к двоичным
и обратно
В двоичной системе счисления, как и в десятичной, значе-
ние цифры определяется ее положением относительно дру-
гих цифр данного числа, т. е. ее позицией. Скажем, в
десятичной системе цифра 1 означает число 1, но если
справа от нее приписать два нуля, то она уже будет озна-
чать 100. На этом простом правиле держится вся арифме-
тика: прежде чем складывать или вычитать числа, их
нужно расположить так, чтобы равнозначные их разряды
были выровнены по соответствующим столбцам.
В десятичной системе чем дальше слева от десятичной
запятой находится цифра, тем в большую степень нужно
возвести основание системы (число 10), чтобы получить
значение этой цифры. В двоичной системе (системе с осно-
ванием 2) сдвиг цифры на одну позицию влево означает
Десятичные
1
Двоичные
Преобразование десятичного числа в двоичное. Чтобы перевести де-
сятичное число в двоичное, нужно сначала вычесть из него число,
равное максимально возможной степени двойки, а затем все время
вычитать максимальные степени двойки уже из остатка, ставя еди-
ницу в тех позициях, где вычитание возможно, и 0 там, где нет.
Цепочка вычитаемых чисел для десятичного числа 43 — это 32
(есть), 16 (нет), 8 (есть), 4 (нет), 2 (есть) и 1 (есть). В результате
получаем двоичное число 101011.
42

Правила
сложения
Как и в десятичной системе счисле-
ния, в двоичной 0 плюс 0 равно 0.
О плюс 1 равно 1, как и в десятичной
системе.
Однако в третьем возможном случае двоич-
ное сложение отличается от десятичного:
1 плюс 1 равно 0, при этом 1 переносится в
следующий разряд.
увеличение на единицу показателя степени, в которую нуж-
но возвести число 2. Так, 2° = 1, 21 = 2, 22 = 4 и т. д. Как
показано на рисунке слева, чтобы найти десятичный экви-
валент двоичного числа, достаточно просто заметить, в
каких позициях расположены единичные разряды, и сло-
жить их значения. Обратное преобразование — от десятич-
ной системы к двоичной — показано на следующем
рисунке.
Десятичные
100 10 1
Двоичные
Показанные здесь два набора
цифр — это двоичные и соответ-
ствующие им десятичные числа. В
обоих случаях сложение производят,
суммируя цифры по разрядам и пере-
нося избыток влево. В первом деся-
тичном разряде 9+9=18, 8 записыва-
ем, а 1 переносим. В первом двоич-
ном разряде 1 + 1 = 10 (это не «де-
сять», а «один, ноль»), 0 записы-
ваем, 1 переносим. Таким образом, в
следующем двоичном разряде полу-
чим 1 + 1 = 10 (один, ноль), плюс пере-
нос 1, итого 11, правую 1 записыва-
ем, левую переносим. Правильность
полученной двоичной суммы проверя-
ем, преобразуя ее обратно к десятич-
ному виду.
Единица во 2-м разряде
Единица в 4-м разряде
Единица в 8-м разряде
Единица в 32-м разряде
Единица в 64-м разряде
Единица в 128-м разряде
2
4
8
32
64
о 128
43

Нули и единицы: простые правила сложения
Элементы
логических схем
Во всех современных компьютерах применяется логическая
система, изобретенная Джорджем Булем. Тысячи микро-
скопических электронных переключателей в кристалле ин-
тегральной схемы сгруппированы в системы «вентилей»,
выполняющих логические операции, т. е. операции с пред-
сказуемыми результатами. На приведенных здесь рисунках
показаны элементарные логические вентили И, ИЛИ и
НЕ. Все остальные логические схемы компьютера могут
быть построены на основе вентилей этих трех типов.
Соединенные в различные комбинации, логические вен-
тили дают возможность компьютеру решать задачи с по-
мощью закодированных импульсов его двоичного языка.
(Электронная схема, работа которой осуществляется на
основе логических вентилей, представлена на рисунке на
с. 73). На вход каждого логического вентиля поступают
электрические сигналы высокого и низкого уровней напря-
жения, которые он интерпретирует в зависимости от своей
функции и выдает один выходной сигнал также либо низ-
кого, либо высокого уровня. Эти уровни соответствуют
одному из состояний двоичной системы: да — нет, едини-
ца — нуль, истина — ложь. Простой вентиль И, например,
выдает на выходе 1 в том и только том случае, когда на
все его входы поступает 1, что соответствует логическому
значению «истина».
Действуя в соответствии с определенными правилами,
логические вентили координируют движение данных и вы-
полнение инструкций в компьютере. Так, определенный
элемент данных может пройти от одного блока к другому
только в том случае, если на входах конкретного вентиля
И оба сигнала будут равны 1.
Изображенные здесь вентили выполняют логическую операцию И. Они по-
казаны символическими обозначениями, принятыми в электронике. Хотя у
каждого вентиля И здесь изображено по два входа, на самом деле число
входов может быть и большим. Однако, как у всех логических вентилей,
выход у него только один. Вентиль И по определению выдает значение 1,
т. е. логическое значение «истина», в том и только том случае, когда на
оба его входа поступает 1, т. е. «истина». Три верхних вентиля дают на
выходе 0, или «ложь», поскольку ни у одного из них на оба входа не по-
ступает по 1. Лишь у нижнего вентиля на выходе появляется 1, т. е.
«истина».
44

Эти треугольники с кружочком на конце — символические изображения вен-
тиля НЕ, или инвертера. В отличие от вентилей И, ИЛИ вентиль НЕ име-
ет лишь один вход, значение которого он меняет на обратное, превращая О
в 1, а 1 в 0. Вентили НЕ часто комбинируют с вентилями И и ИЛИ, в ре-
зультате чего получаются вентили И-НЕ («и-не») и ИЛИ-HE («или-не»).
Такие комбинированные схемы обрабатывают входные сигналы так же, как
вентили И, ИЛИ, а затем инвертируют выходной сигнал.

Как и вентили И, вентили ИЛИ могут иметь больше двух входов, но
только один выход. Однако к входам этих вентилей «предъявляются менее
строгие требования». Как здесь показано, на выходе вентиля ИЛИ 1, или
«истина», получается и в том случае, когда по крайней мере на один из
его входов поступает 1. Только в одном случае вентиль ИЛИ выдает дво-
ичный 0, или логическое значение «ложь», — когда логическое значение
«ложь» поступает на все его входы.
45

Нули и единицы: простые правила сложения
Соединение
логических
вентилей
Показанные здесь полусумматоры, каждый из которых
состоит из вентиля ИЛИ, вентиля НЕ и двух вентилей
И, складывают два одноразрядных двоичных числа.
Верхний сумматор направляет ток с обоих входов, 1 и
О, на вентиль ИЛИ и на первый вентиль И. Вентиль
ИЛИ дает 1, а вентиль И — 0. Затем вентиль НЕ ин-
вертирует 0 на 1, которая вместе с другой 1 от вентиля
ИЛИ поступает на второй вентиль И; в результате по-
лучается 1, а бит переноса отсутствует. В нижнем сум-
маторе выполняется аналогичная процедура, но там
складываются 1 и 1 — и возникает бит переноса.
Вентили И, ИЛИ и НЕ, описанные в предыдущем разделе,
соединяются в различные комбинации, которые образуют
электронные схемы, называемые полусумматорами и пол-
ными сумматорами. С помощью таких схем компьютер
производит двоичное сложение. С некоторыми изменения-
ми эти схемы могут применяться также для вычитания,
умножения и деления.
Простейшая из приведенных здесь схем, полусумматор,
может складывать две двоичные цифры, выделяя резуль-
тирующий разряд и бит переноса. Однако такая схема не
имеет третьего входа, на который мог бы поступать пере-
нос от предыдущего разряда суммы. Поэтому обычно по-
лусумматор используется лишь в младшем разряде сум-
мирующей логической схемы, где не может быть переноса
от предыдущего разряда. Полный сумматор складывает
две двоичные цифры с учетом переноса от сложения в пре-
дыдущих разрядах и поэтому может использоваться на
любом месте в цепочке сумматоров, производящих сложе-
ние многоразрядных двоичных чисел.
Разряд .Разряд Разряд
46

Схемы полусумматора и полного сумматора можно по-
строить путем различных комбинаций логических элемен-
тов. Изменив схему соединения элементов, можно вос-
пользоваться и другими логическими вентилями. (Три чет-
верти работы полусумматора выполняет один вентиль
ИЛИ, поскольку он выдает 0, когда на оба его входа по-
ступает 0, и 1, когда на одном из его входов 1. К сожале-
нию, на его выходе 1 появляется и тогда, когда на оба
входа поступает 1, а нужно, чтобы на выходе схемы был
О и 1 в качестве переноса на дополнительном выходе.) Для
всех математических и логических операций важно лишь
то, чтобы схема, как бы она ни была построена, выдавала
на выходе 1 или 0 всегда, когда это должно быть. На при-
веденных здесь рисунках изображены самые простые и по-
нятные схемы сумматоров. Линии с высоким уровнем
напряжения, т. е. несущие значение 1, показаны красным
цветом, линии низкого напряжения, соответствующие 0, —
черным. Точки разветвлений, т. е. места, где один входной
сигнал направляется на два или более вентилей, отмечены
черными точками.
Для учета при сложении бита переноса, образовавшегося в преды-
дущем разряде, требуется полный сумматор. На рисунке его схема
разделена для наглядности на три части. В верхней части обраба-
тывается бит переноса от предыдущего разряда и один из входов,
в результате чего получается 0, который поступает на последнюю
часть схемы вместе с другим входом. На выходе получается 1. В
нижней части обрабатываются оба входа и приходящий бит перено-
са; здесь получается 1, которая поступает на выходную линию пе-
реноса.
47
Каскад сумматоров
Подобно тому как вентили соединяются в сумматоры, от-
дельные сумматоры можно связать в единую схему, обра-
зующую каскадный сумматор — устройство, в котором на
каждую пару битов приходится один сумматор. В рассмот-
ренном здесь примере два четырехбитных числа (справа)
складываются при помощи каскада из 4 сумматоров. Для
самого младшего разряда используется полусумматор, ко-
торый может генерировать бит переноса, но сам не полу-
чает его. Остальные сумматоры — полные. Цепочку
сумматоров можно продолжить так, чтобы это позволило
складывать
разрядов.
Сложение эквивалентных чисел в двоичной и
десятичной системах дает одинаковые резуль-
таты, в том числе и перенос в следующие
разряды. Например, число 7 в двоичной фор-
ме равно 0111, а 6 — 0110; соответственно
результат их сложения 13 в двоичной систе-
ме равен сумме чисел 0111 и ОНО, т. е. дво-
ичному числу 1101.
6
110 1
двоичные числа с требуемым количеством
ли
ил
ил
Нули и единицы: простые правила сложения
1Ж©
В каскаде сумматоров на вход каждого сумматора поступают раз-
личные сочетания сигналов. Полусумматор (вверху) складывает 1 и
О, что дает 1 и отсутствие переноса. Первый полный сумматор,
складывая две 1, дает результат 0 и переносит 1 в следующий раз-
ряд. Второй полный сумматор складывает две 1 с учетом переноса
из предыдущего сумматора, в результате получается 1 и 1 перено-
сится в следующий разряд. На входы последнего сумматора каска-
да поступают два нуля и 1 на линии переноса. В результате полу-
чается число 1101, или 13 в десятичной системе. Каждый раз, когда
возникал перенос, он передавался следующему сумматору.
•------------
s Музыка в числах
Как и всякий звук, музыкальные звуки —это волны сжа-
тия и разрежения в воздухе, под действием которых начи-
нают вибрировать барабанные перепонки уха или
диафрагма микрофона. В микрофоне при усилении или за-
писи звука подвижная диафрагма модулирует электриче-
ский ток, создавая электрический аналог звуковых
колебаний. Другими словами, диафрагма порождает коле-
бания электрического напряжения, соответствующие коле-
баниям давления в звуковой волне. В традиционных
устройствах звукозаписи эти электрические колебания за-
писываются на магнитную ленту или грампластинку с ме-
ханически выдавливаемыми дорожками. Однако в про-
цессе записи случайные скачки электрического напряжения
или температуры окружающей среды могут повлиять на
характер регистрируемых колебаний, что приводит к сни-
жению качества звука при воспроизведении-.
С появлением так называемой цифровой записи благо-
даря четкости двоичного кода стало возможным достичь
почти идеальной точности при звукозаписи. В процессе
«выборки» и «квантования» цифровое записывающее уст-
ройство превращает выходной сигнал микрофона в коди-
рованные электрические импульсы. Тысячи раз в секунду
одна из схем системы «снимает» значения напряжения, ге-
нерируемого микрофоном, другая схема измеряет их и пре-
образует в десятичное число, которое затем переводится
в двоичную форму. Чтобы впоследствии воспроизвести ха-
рактер зарегистрированных колебаний, достаточно преоб-
При цифровой записи информации (в данном случае зву-
ка) она наносится на поверхность диска в виде концент-
рических круговых дорожек, состоящих из впадин и
гладких участков (слева). Лазерный луч цифрового про-
игрывающего устройства считывает записанную инфор-
мацию, при этом впадины интерпретируются как нули,
а ровно отражающие свет участки — как единицы. В ко-
нечном счете электронные устройства преобразуют этот
набор битов в музыку. На следующем рисунке показаны
основные этапы процесса преобразования.
Нули и единицы: простые правила сложения
разовать двоичные числа в значения напряжения, которые
управляют громкоговорителями проигрывающего уст-
ройства.
Шаг 1. Упрощенная модель преобразования звука в цифровую форму и
обратно. В качестве исходного сигнала взят один период звуковой вол-
ны. Изображенная волна соответствует чистой ноте, например возника-
ющей при колебаниях камертона с частотой 256 Гц. Чтобы записать
этот звук в цифровой форме, на каждом из 256 периодов волны снима-
ется по 172 показания. Как разъясняется ниже, каждое показание отра-
жает величину напряжения, выраженную десятичным числом.

Шаг 2. Каждую секувду с каждого канала стереофонического устрой-
ства снимается 256 раз по 172 показания, т. е. 44 032 значений напряже-
ния. Здесь изображеьы лишь 16 из 172 показаний. Уровень напряжения
измеряется «квантующей» схемой, которая сопоставляет показание дат-
чика с двоичными числами. Обычно измеренное напряжение представ-
ляют в виде 16-битного двоичного числа, на рисунке же для простоты
каждое двоичное «слово» состоит лишь из 4 битов.
Шаг 3. После того как все показания датчика переведены в двоичный
код, из битов формируется цепочка импульсов, в которой 1 изобража-
ется на графике прямоугольничком, а нули — плоской линией. Эта по-
следовательность электрических импульсов управляет световым лучом
записывающего лазерного устройства. Луч «вырисовывает» цифровую
информацию на поверхности диска в виде крошечных впадин и гладких
участков.
Шаг 4. При проигрывании записи другой лазер (имеющийся в проигры-
вателе) обнаруживает эти впадины и гладкие участки на диске, которые
интерпретируются соответственно как нули и единицы цифрового кода
музыкальной записи. Считанные таким образом числа преобразуются
затем в дискретные уровни напряжения.
Шаг 5. Наконец, специальный фильтр, выравнивает дискретные значе-
ния напряжения, превращая их в гладкую волну, которая довольно хо-
рошо соответствует оригиналу. Такая отфильтрованная волновая фор-
ма, поступая на выходные усилители, и создает то, что мы слышим.

52
©№(ЖЖ01[й
РАЗРАБОТКИ
ВОЕННЫХ ЛЕТ
Переключатели такого типа — в количестве
420 штук — использовались в первом в США
программно-управляемом компьютере
«Марк-1», который производил вычисления в
десятичной системе. Этот первенец американ-
ской вычислительной техники, построенный в
1943 г., был заключен в блестящий корпус из
стекла и нержавеющей стали; растянувшись в
длину на 17 м, он занимал большое лабора-
торное помещение в Гарвардском университе-
те (внизу). Чтобы ввести в компьютер вели-
чины, нужные для вычисления, все эти пере-
ключатели приходилось устанавливать
вручную.
В конце 1941 г., вскоре после вступления США во вторую мировую войну, президент
фирмы ИБМ направил телеграмму в Белый дом. Как и многие другие руководители
крупных компаний, в это трудное для страны время Томас Дж. Уотсон предложил
американскому правительству услуги своей корпорации.
Это был искренний, патриотический поступок, но умудренный жизненным опы-
том предприниматель понимал, что у него по сути дела нет иного выбора. Тоталь-
ный характер войны требовал беспрецедентной по своей широте мобилизации всего
промышленного и научного потенциала страны для массового производства обыч-
ных видов вооружения и разработки технологий для создания нового оружия. Уот-
сон знал, что правительство и так возьмет все, что ему нужно, и, как выразился
его сын, Томас Уотсон-младший, «совершил благородный поступок в силу необхо-
димости».
Казалось, производственный потенциал фирмы ИБМ имеет мало общего с воен-
ной техникой. В основном фирма была ориентирована на производство таких изде-
лий, как пишущие машинки, настольные калькуляторы и табуляционные машины,
подобные той, какую изобрел Герман Холлерит в 1890 г. Уотсон, которому в 1941 г.
было уже 67 лет, начинал карьеру, торгуя кассовыми аппаратами для магазинов,
и постепенно превратил свою компанию в концерн с многомиллионным оборотом.
В нем сочетались интуиция, позволяющая улавливать наиболее перспективные на-
правления технического развития, и талант предпринимателя. Он стимулировал ак-
тивность своих сотрудников призывами «Думай!». Он требовал от них предельной
аккуратности, настаивая, чтобы все ходили в тщательно выглаженных белых сороч-
ках, и поистине фанатической преданности делу. «Вы должны вложить всю свою
душу в работу, — любил повторять он, — а работу — в душу».
53

Выполняя обещание, данное Уотсоном Белому дому,
фирма ИБМ «вступила» в войну. Тысячи табуляторов —
гигантских машин для сортировки перфокарт, получивших
позднее название процессоров данных, — ускоряли поток
бумажной работы, порожденной всеобщей мобилизацией.
Часть производственных помещений фирмы Уотсон пере-
оборудовал, приспособив их для изготовления винтовок и
прицельных устройств для бомбометания.
Однако в рукаве белоснежной сорочки Уотсона был
припрятан еще один «козырь». За два года до нападения
Японии на американскую военно-морскую базу Пирл-
Харбор он вложил 500 тыс. долл, из фондов своей фирмы
в дерзкое предприятие, задуманное молодым гарвардским
математиком Говардом Эйкеном. Устав от бесконечных
вычислений в процессе работы над докторской диссертаци-
ей, Эйкен не захотел довольствоваться имевшимися сорти-
ровальными машинами и калькуляторами и решил соз-
дать универсальный программируемый компьютер, о ко-
тором в свое время мечтал Бэббидж.
Война поначалу отвлекла Эйкена от этого проекта.
Вскоре после Пирл-Харбора он был призван в военно-мор-
ской флот, где отличился, сумев в одиночку разрядить не-
мецкую торпеду нового типа. Однако Уотсон, не теряя
времени даром, обратился к властям, красочно расписав
им, как задуманный компьютер сможет рассчитывать тра-
ектории полета артиллерийских снарядов, и добился, что-
бы Эйкена направили со спецзаданием на одно из пред-
приятий фирмы ИБМ в Нью-Йорке.
КОМПЬЮТЕР «МАРК-1»
С благословения командования военно-морского флота,
при финансовой и технической поддержке фирмы ИБМ
Эйкен принялся за разработку машины, в основу которой
легли непроверенные идеи XIX в. и надежная технология
XX в. Описания Аналитической машины, оставленного са-
мим Бэббиджем, оказалось более чем достаточно. («Если
бы Бэббидж жил на 75 лет позже, — заявил впоследствии
Эйкен, — я бы остался без работы».) В качестве переклю-
чательных устройств в машине Эйкена использовались
простые электромеханические реле; инструкции (програм-
ма обработки данных) были записаны на перфоленте. В
отличие от Атанасоффа и Стибица Эйкен не осознал пре-
имуществ двоичной системы счисления, и данные вводи-
лись в машину в виде десятичных чисел, закодированных
на перфокартах фирмы ИБМ.
Разработка машины «Марк-1» проходила на удивление
гладко. Успешно пройдя первые испытания в начале
1943 г., она была затем перенесена в Гарвардский универ-
ситет, где стала яблоком раздора между ее изобретателем
и его шефом.
Следует заметить, что и Эйкен, и Уотсон, обладая не-
малым упрямством, любили делать все по-своему. Снача-
ла они разошлись во мнениях относительно внешнего вида
машины. «Марк-1», достигавший в длину почти 17м и в
высоту более 2,5 м, содержал около 750 тыс. деталей, сое-
диненных проводами общей протяженностью около
800 км. Для инженера такая махина была поистине кош-
марным сном. Эйкен хотел оставить внутренности маши-
ны открытыми, чтобы специалисты имели возможность
видеть ее устройство. Уотсон же, которого, как всегда,
больше беспокоила репутация фирмы ИБМ, настаивал,
чтобы машину заключили в корпус из стекла и блестящей
нержавеющей стали.
Уотсон вышел победителем в спорах по этому и дру-
гим вопросам, но, когда «Марк-1» был «представлен»
прессе в августе 1944 г., Эйкен взял реванш. Он вскользь
упомянул о роли, которую сыграла в этом проекте корпо-
рация ИБМ, а лично о Томасе Уотсоне вообще не сказал
ни слова. Уотсон был в бешенстве. «Вы не смеете так пре-
небрежительно относиться к ИБМ!—кричал он Эйке-
ну. — Для меня ИБМ значит не меньше, чем для вас,
выпускников Гарварда, ваш университет!» Сын и преемник
Уотсона Том Уотсон-младший говорил позже: «Имей
Эйкен и отец под рукой пистолеты, они бы убили друг
друга».
Вскоре после этого Уотсон временно передал машину
в распоряжение ВМФ, и ее стали использовать для выпол-
нения сложных баллистических расчетов, которыми руко-
водил сам Эйкен. «Марк-1» мог «перемалывать» числа
длиной до 23 разрядов. На сложение и вычитание трати-
лось 0,3 с, а на умножение — 3 с. Такое быстродействие
было беспрецедентным, хотя лишь незначительно превос-
ходило показатели, запланированные Бэббиджем. За день
машина выполняла вычисления, на которые раньше уходи-
ло полгода.
Компьютер выглядел весьма эффектно и внушительно.
В этом, конечно, сыграли определенную роль стекло и не-
ржавеющая сталь Уотсона, а также образцовая чистота и
порядок, которые поддерживали морские офицеры, обслу-
живавшие машину. Как вспоминает один из гарвардских
ученых, они с умным видом ходили вокруг нее, «отдавая
друг другу честь, и создавали впечатление, что управляют
ею, стоя по стойке смирно». Лишь шум компьютера не-
сколько портил картину. Когда 3304 реле щелкали, вклю-
чаясь и выключаясь, управляя вращением валиков и
шестеренок, казалось, вспоминал один из очевидцев, «что
множество старушек шелестят стальными спицами».
«Марк-1» продолжал свою шумную деятельность на
математическом поприще в Гарвардском университете еще
целых 16 лет. Но, несмотря на долгий и солидный послуж-
ной список, он так и не принес того успеха, на который
рассчитывал Том Уотсон. Другие изобретатели — немцы,
англичане, как и американцы, — руководствовались при
разработке компьютеров более перспективными метода-
ми. По существу, «Марк-1» устарел еще до того, как был
построен.
В Германии лидерство захватил Конрад Цузе. В 1941 г.,
почти за два года до того, как «Марк-1» перелопатил пер-
вые числа, и вскоре после создания пробных моделей Z1
и Z2, Цузе построил действующий компьютер— про-
граммно-управляемое устройство, основанное на двоичной
системе счисления. Машина Z3 была значительно меньше
машины Эйкена и гораздо дешевле в производстве. Впро-
чем, иначе и быть не могло. Хотя правительство и оказало
54

некоторую поддержку Цузе, демобилизовав его через 6 ме-
сяцев из армии и предоставив ему должность инженера на
одном из предприятий авиационной промышленности,
основную часть работы над компьютером он проделал
там же, где и начал ее, — в гостиной родительского дома.
Как машина Z3, так и ее «преемник» Z4 использова-
лись для расчетов, связанных с конструированием самоле-
тов и ракет. Цузе построил также несколько специали-
зированных компьютеров; два из них помогали при оценке
аэродинамических характеристик крыльев и рулей беспи-
лотного, управляемого по радио самолета, который посту-
пил в небольших количествах на вооружение германской
армии в самом конце войны. Однако главный замысел Цу-
зе не встретил поддержки со стороны правительства.
В 1942 г. он и австрийский инженер-электрик Хельмут
Шрайер, который время от времени сотрудничал с Цузе,
предложили создать компьютер принципиально нового ти-
па. Они задумали перевести машину Z3 с электромеханиче-
ских реле на вакуумные электронные лампы. В отличие от
электромеханических переключателей электронные лампы
не имеют движущихся частей; они управляются электриче-
ским током исключительно электрическим способом. Ма-
шина, задуманная Цузе и Шрайером, должна была ра-
ботать в тысячу раз быстрее, чем любая из машин, имев-
шихся в то время в Германии.
Но предложение инженеров отклонили. Война еще
только начиналась, и Гитлер, уверенный в быстрой победе,
наложил запрет на все долговременные научные разработ-
ки. «Нас спросили, когда наши машины заработают,—
вспоминал Цузе. — Мы ответили, что приблизительно го-
да через два. На что было сказано, что война к тому вре-
мени успешно закончится». Говоря о потенциальных сфе-
рах применения своего быстродействующего компьютера,
Цузе и Шрайер отмечали возможность его использования
для расшифровки закодированных сообщений, передавае-
мых британским командованием по рациям. Тогда еще
никто не знал, что англичане уже разрабатывали машину
для той же цели.
В отличие от полукустарной работы Цузе в Берлине
английский проект относился к разработкам самого высо-
кого приоритета; он осуществлялся в рамках проекта
«Ультра», целью которого был поиск способов расши-
фровки секретных немецких кодов. Идея проекта «Уль-
тра» зародилась после весьма успешной операции,
проведенной польской разведкой. Еще до оккупации Поль-
ши Германией в 1939 г. поляки умудрились создать точную
копию немецкого шифровального аппарата «Загадка» и пе-
реправить его в Англию вместе с описанием принципа
работы.
Аппарат «Загадка» представлял собой электромехани-
ческий телепринтер, в котором шифровка сообщений про-
изводилась случайным поворотом рычагов. Отправитель
настраивал телепринтер на определенный ключ, вставлял
набор штырьков в ячейки (подобно тому как это делается
на телефонном коммутаторе) в соответствии с определен-
ной схемой и печатал сообщение. После этого машина ав-
Матрос, обслуживающий машину
«Марк-1» пытается насытить это про-
жорливое чудовище, которое с аппетитом
поглощало перфоленты, управляющие
его работой. Завершив «военную служ-
бу», на которой ему приходилось рассчи-
тывать сложные баллистические табли-
цы, «Марк-1» проработал еще 15 лет в
Гарвардском университете, помогая
составлять математические таблицы и
решая самые разнообразные задачи, от
создания экономических моделей до кон-
струирования электронных схем ком-
пьютеров.
55

тематически передавала сообщение в зашифрованном
виде. Кроме этого поляки ничего не могли сказать англи-
чанам. Без ключа и схемы коммутации (их немцы меняли
три раза в день) даже использование в качестве приемника
еще одного устройства типа «Загадки» было бесполезно.
В надежде раскрыть секрет «Загадки» британская раз-
ведка собрала группу блестящих и несколько эксцентрич-
ных ученых и поселила их в Блетчли-Парке, обширном
имении викторианской эпохи, расположенном неподалеку
от Лондона, изолировав от остального мира. Среди «засе-
креченных парней» были представители различных специ-
альностей— от инженеров до профессоров литературы.
Входил в эту группу и математик Алан Тьюринг.
Неиссякаемый источник смелых и оригинальных идей,
теоретик из Кембриджского университета, Тьюринг, навер-
ное, был наиболее эксцентричным и, несомненно, самым
одаренным членом группы. «Что-то вроде Шелли в нау-
ке», — охарактеризовал его один из коллег. Длинноволо-
сый симпатичный молодой человек, всегда в помятом
костюме, он не скрывал своих весьма нетрадиционных
взглядов, например неверия в бога и т. д. Мать Тьюринга
вспоминала, что он «ужасно заикался, а его смех напоми-
нал воронье карканье и раздражал даже самых добрых
друзей».
О чудачествах Тьюринга ходили легенды. Говорили,
что в бытность в Кембридже он никогда не ставил часы
по сигналам точного времени и ни у кого не спрашивал,
который час, а, отмечая положение определенной звезды,
вычислял время в уме. В Блетчли-Парке он ездил на рабо-
ту на велосипеде, часто надевая противогаз, чтобы избе-
жать аллергии в период цветения трав. Однажды Тьюринг,
обеспокоенный падением курса английского фунта, распла-
вил некоторое количество серебряных монет и закопал
слиток на территории парка, но сразу же забыл, где
именно.
Гениальность Тьюринга не вызывала сомнений. В
1936 г. в возрасте 24 лет он написал работу, которой суж-
дено было сыграть исключительно важную роль в разви-
тии вычислительной математики и информатики. Работа
касалась очень трудной проблемы математической логи-
ки— описания задач, которые не удавалось решить даже
теоретически. Пытаясь найти такое описание, Ъ>юринг ис-
пользовал в качестве вспомогательного средства мощное,
хотя и существующее лишь в его воображении, вычисли-
На пути к машине будущего
В ЗО-е годы ученые добились значитель-
ных успехов на пути создания машины,
способной производить сложные вычис-
ления. Наиболее важные этапы этого
процесса отражены здесь в хронологиче-
ской последовательности.
Закладывая теоретический фундамент
или экспериментируя с электронными
устройствами, пионеры вычислительной
техники могли лишь мечтать о будущей
компьютерной революции. Однако во
время президентских выборов в США
(1952) произошло событие, которое как
бы ознаменовало собой ее начало: осно-
вываясь на результатах голосования все-
го 7% избирателей, компьютер «Юни-
вак» (см. с. 59) правильно (с точностью
до нескольких голосов) предсказал итоги
выборов.
1936 г.
Алан ТЬюринг опубли-
ковал свою основопо-
лагающую работу «О
вычислимых числах».
1936 г.
Клод Шеннон в своей
знаменитой диссерта-
ции «соединил» мате-
матическую логику и
электрические цепи.
1930 г.
Дифференциаль-
ный анализатор
Ванневара Буша, с
появлением кото-
рого началась со-
временная ком-
пьютерная эра.
56

тельное устройство, в котором он предвосхитил ключевые
свойства современного компьютера.
Тьюринг назвал свое абстрактное механическое устрой-
ство «универсальная машина», поскольку она должна бы-
ла справляться с любой допустимой, т. е. теоретически
разрешимой, задачей — математической или логической.
Данные должны были вводиться в машину на бумажной
ленте, поделенной на клетки-ячейки. Каждая такая ячейка
либо содержала символ, либо была пустой. Машина не
только могла обрабатывать записанные на ленте симво-
лы. но и изменять их, стирая старые и записывая новые
в соответствии с инструкциями, хранимыми в ее внутрен-
ней памяти.
Некоторые идеи Тьюринга были в конечном счете во-
площены в реальных машинах, построенных в Блетчли-
Парке. Сначала удалось создать несколько дешифраторов,
в которых использовались электромеханические переклю-
чатели такого же типа, как у Конрада Цузе в Берлине,
Джона Стибида в «Белл телефон лабораторис» и Говарда
Эйкена в Гарвардском университете. Эти машины работа-
ли по существу «методом проб и ошибок», перебирая до
бесконечности всевозможные комбинации из символов не-
мецкого кода, пока не возникал какой-нибудь осмыслен-
ный фрагмент. Однако в конце 1943 г. «затворники»
Блетчли-Парка сумели построить гораздо более мощные
машины. Вместо электромеханических реле в них содержа-
лось около 2000 электронных вакуумных ламп. Примеча-
тельно, что именно такую технологию предлагал Цузе для
создания новой машины, признанной в Германии нецелесо-
образной. Даже количество ламп было то же самое. Ан-
гличане назвали новую машину «Колосс».
Тысячи перехваченных за день неприятельских сообще-
ний вводились в память «Колосса» так, как это предлагал
Алан Тьюринг, — в виде символов, закодированных на
перфоленте. Ленту вводили в фотоэлектрическое считыва-
ющее устройство, которое сканировало ее с удивительной
скоростью — 5000 символов в секунду, после чего в поис-
ках соответствия машина сопоставляла зашифрованное со-
общение с уже известными кодами «Загадки». Каждая
машина имела пять считывающих устройств, в результате
за секунду обрабатывалось поразительное количество ин-
формации: около 25 000 символов.
Работа засекреченной группы в Блетчли-Парке носила
коллективный характер, и роль Тьюринга в создании «Ко-
1943 г.
«Колосс» принялся за
работу, пытаясь рас-
шифровать секретные
немецкие коды.
1941 г.
Конрад Цузе изобрел
и построил первый
универсальный ком-
пьютер.
1944 г.
Говард Эйкен, со-
здатель машины
«Марк-1», наблю-
дает за ее
работой.
1937 г.
Работая за кухон-
ным столом,
Джордж Стибиц по-
строил двоичный
сумматор.
57

лосса» и других дешифрующих устройств до сих пор, спу-
стя полвека, хранится в тайне, как это предписывается
британским законом о государственной безопасности. «Я
не хочу сказать, что мы выиграли войну благодаря Тью-
рингу, — говорил впоследствии И. Дж. Гуд, математик,
работавший под его руководством, — но беру на себя сме-
лость сказать, что без него мы могли бы ее и проиграть».
Хотя использование вакуумных ламп ознаменовало
крупный шаг вперед в развитии вычислительной техники,
«Колосс» все же был специализированной машиной, при-
менение которой ограничивалось расшифровкой секретных
кодов. Однако на другом берегу Атлантического океана,
в Филадельфии, потребности военного времени способ-
ствовали появлению устройства, которое по принципам
работы и применению было уже ближе к теоретической
универсальной машине Тьюринга. Машина «Эниак»
(ENIAC, аббревиатура от Electronic Numerical Integrator
and Computer— электронный цифровой интегратор и вы-
числитель), подобно «Марку-1» Говарда Эйкена, также
предназначалась для решения задач баллистики. Но в ито-
ге она оказалась способной решать задачи из самых раз-
личных областей.
ПОЯВЛЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА
С самого начала войны сотрудники Лаборатории балли-
стических исследований министерства обороны США, рас-
положенной в районе Абердинского полигона, шт. Мэ-
риленд, трудились над созданием баллистических таблиц,
столь необходимых артиллеристам на полях сражений.
Значение этих таблиц трудно переоценить. С их помощью
артиллеристы могли делать поправки при наводке орудия
с учетом расстояния до цели, ее высоты над уровнем мо-
ря, а также метеорологических условий — ветра и темпера-
туры воздуха. Однако для построения таблиц требовались
очень длинные и утомительные вычисления — для расчета
лишь одной траектории приходилось выполнять минимум
750 операций умножения, а каждая таблица включала не
менее 2000 траекторий. Правда, дифференциальный анали-
затор (см. с. 56) позволил несколько ускорить расчеты, но
это устройство давало лишь приближенные результаты,
1946 г.
Дж. Преспер Экерт и
Джон Мочли создали
первую мощную элек-
тронную цифровую
машину «Эниак».
1945 г.
Джон фон Нейман на-
метил основные при-
нципы работы и ком-
поненты современного
компьютера.

58

для уточнения которых привлекались затем десятки лю-
дей, работавших с обычными настольными калькуля-
торами.
Война разрасталась, военные разработки требовали
ускорения, лаборатория не справлялась с работой и в кон-
це концов вынуждена была обратиться за помощью. В
расположенном неподалеку Высшем техническом училище
Пенсильванского университета был создан вспомогатель-
ный вычислительный центр. Училище располагало диффе-
ренциальным анализатором, однако двое сотрудников
вычислительного центра, ДжонУ. Мочли и Дж. Преспер
Экерт, вознамерились придумать кое-что получше.
Мочли, физик, увлекавшийся метеорологией, давно
мечтал о создании устройства, которое позволило бы при-
менить статистические методы для прогнозирования пого-
ды. Перед войной он смастерил несколько простых циф-
ровых счетных устройств на электронных лампах. Воз-
можно, интерес к электронным вычислительным машинам
возник у него под влиянием идей Джона Атанасоффа, ра-
ботавшего в шт. Айова. В июне 1941 г. Мочли в течение
пяти дней гостил у Атанасоффа, наблюдая, как тот вместе
со своим помощником Клиффордом Берри трудился над
прототипом компьютера, содержащим около 300 элек-
тронных ламп.
Существенным или нет оказалось влияние Атанасоф-
фа—позже этот вопрос стал предметом судебной тяж-
бы, — но вдохновил Мочли на эту работу Прее Экерт.
Моложе Мочли на 12 лет Экерт был поистине виртуозом
в технике. В возрасте восьми лет он построил миниатюр-
ный приемник. Как вспоминал позднее Мочли, Экерт убе-
дил его, что «мечты о компьютере можно осуществить на
практике».
В августе 1942 г. Мочли написал нечто вроде заявки на
пяти страничках, где вкратце изложил их совместное с
Экертом предложение о создании быстродействующего
компьютера на электронных лампах. Заявка затерялась в
инстанциях. Однако через несколько месяцев лейтенант
Герман Голдстейн, прикомандированный к училищу воен-
ный представитель, случайно услышал об этой идее. В то
время армия крайне нуждалась в новых баллистических
1947 г.
Джон Бардин,
Уильям Шокли и
Уолтер Браттейн
изобрели тран-
зистор.
1952 г.
Воспользовавшись
компьютером «Юни-
вак», американский
политический обо-
зреватель Уолтер
Кронкайт предсказал
итоги президентских
выборов 1952 г.
1951 г.
Вступил в строй
первый коммерче-
ский компьютер
ЛЕО.
59

Самые первые современные компьюте-
ры — к числу которых относится
«Марк-1» — были основаны на электро-
механических переключателях, которые
широко применялись тогда в технике те-
лефонной связи. Когда переключатель от-
крыт (слева), ток в цепи отсутствует. Но
если на обмотку железного сердечника
(справа) подать ток низкого напряжения
(красный), то в сердечнике создается
магнитное поле, притягивающее один ко-
нец вращающегося на шарнире рычажка;
другой его конец в этот момент сжимает
контакты: цепь замыкается и по ней на-
чинает проходить электрический ток
(зеленый).
таблицах. Артиллеристы сообщали из Северной Африки,
что из-за очень мягкого грунта орудия далеко откатыва-
ются при отдаче и снаряды не достигают цели.
Голдстейн, до войны преподававший математику в Ми-
чиганском университете, сразу же оценил значение предла-
гаемого проекта компьютера и начал хлопотать от имени
военного командования, чтобы проект приняли к разра-
ботке. Наконец, 9 апреля 1943 г. — в день, когда Экерту ис-
полнилось 24 года, — армия заключила с училищем
контракт на 400 тыс. долл., предусматривающий создание
компьютера «Эниак».
Группа специалистов, работавшая над этим проектом,
в конечном счете выросла до 50 человек. Мочли был глав-
ным консультантом проекта, Экерт — главным конструк-
тором. Разные по своему характеру и привычкам эти два
человека прекрасно дополняли друг друга. Быстрый и об-
щительный Мочли генерировал идеи, а сдержанный, хлад-
нокровный и осторожный Экерт подвергал эти идеи
строгому анализу, желая убедиться, что они действенны.
«Он обладал потрясающей способностью переводить все
на практический уровень, пользуясь простыми технически-
ми средствами, — так охарактеризовал Экерта один из
членов группы. — Прее был не тем человеком, который
мог бы потеряться в тысяче уравнений».
Конструкция машины выглядела фантастически слож-
ной— предполагалось, что она будет содержать 17 468
ламп. Такое обилие ламп отчасти объяснялось тем, что
«Эниак» должен был работать с десятичными числами.
Мочли предпочитал десятичную систему счисления, ибо
хотел, чтобы «машина была понятна человеку». Однако
столь большое количество ламп, которые, перегреваясь,
выходили из строя, приводило к частым поломкам. При
17 тыс. ламп, одновременно работающих с частотой 100
тыс. имп./с, ежесекундно возникало 1,7 млрд, ситуаций,
в которых хотя бы одна из ламп могла не сработать.
Экерт разрешил эту проблему, позаимствовав прием, ко-
торый широко использовался при эксплуатации больших
электроорганов в концертных залах: на лампы стали пода-
вать несколько меньшее напряжение, и количество аварий
снизилось до одной-двух в неделю.
Экерт разработал также программу строгого контроля
исправности аппаратуры. Каждый из более чем 100 тыс.
электронных компонентов 30-тонной машины подвергался
тщательной проверке, затем все они аккуратно расставля-
лись по местам и запаивались, а иногда и перепаивались
не раз. Эта работа потребовала большого напряжения сил
всех членов группы, включая Мочли, ее «мозговой центр».
В конце 1945 г., когда «Эниак» был наконец собран и
готов к проведению первого официального испытания,
война, нуждам которой он был призван служить, окончи-
60

лась. Однако сама задача, выбранная для проверки маши-
ны, — расчеты, которые должны были ответить на вопрос
о принципиальной возможности создания водородной
бомбы, — указывала на то, что роль компьютера в после-
военные годы и годы «холодной войны» не снижалась, а
скорее возрастала.
«Эниак» успешно выдержал испытания, обработав око-
ло миллиона перфокарт фирмы ИБМ. Спустя два месяца
машину продемонстрировали представителям прессы. По
своим размерам (около 6 м в высоту и 26 м в длину) этот
компьютер более чем вдвое превосходил «Марк-1» Говар-
да Эйкена. Однако двойное увеличение в размерах сопро-
вождалось тысячекратным увеличением в быстродействии.
По словам одного восхищенного репортера, «Эниак» рабо-
тал «быстрее мысли».
ВОЗМОЖНОСТИ ПРОГРАММ,
ХРАНИМЫХ В ПАМЯТИ
Не успел «Эниак» вступить в эксплуатацию, как Мочли и
Экерт уже работали по заказу военных над новым ком-
пьютером. Главным недостатком компьютера «Эниак»
были трудности, возникавшие при изменении вводимых в
него инструкций, т. е. программы. Объема внутренней па-
мяти машины едва хватало для хранения числовых дан-
ных, используемых в расчетах. Это означало, что
программы приходилось буквально «впаивать» в сложные
электронные схемы машины. Если требовалось перейти от
вычислений баллистических таблиц к расчету параметров
аэродинамической трубы, то приходилось бегать по ком-
нате, подсоединяя и отсоединяя сотни контактов, как на
ручном телефонном коммутаторе. В зависимости от слож-
ности программы такая работа занимала от нескольких
часов до двух дней. Это было достаточно веским аргумен-
том, чтобы отказаться от попыток использовать «Эниак»
в качестве универсального компьютера.
Следующая модель — машина «Эдвак» (EDVAC, от
Electronic Discrete Automatic Variable Computer — элек-
тронный дискретный переменный компьютер) — была уже
более гибкой. Ее более вместительная внутренняя память
содержала не только данные, но и программу. Инструкции
теперь не «впаивались» в схемы аппаратуры, а записыва-
лись электронным способом в специальных устройствах,
о которых Экерт узнал, работая над созданием радара:
это — заполненные ртутью трубки, называемые линиями
задержки. Кристаллы, помещенные в трубку, генерирова-
ли импульсы, которые, распространяясь по трубке, сохра-
няли информацию, как ущелье «хранит» эхо. Существенно
и то, что «Эдвак» кодировал данные уже не в десятичной
системе, а в двоичной, что позволило значительно сокра-
тить количество электронных ламп.
ГЕНИЙ ИЗ БУДАПЕШТА
В конце 1944 г., когда Мочли и Экерт трудились над маши-
ной «Эдвак», способной хранить программы в памяти, на
помощь им был направлен консультант. Джону фон Ней-
ману, который в 41 год уже обрел известность как блестя-
щий математик, суждено было оказать огромное влияние
на развитие вычислительной техники в послевоенные
годы.
Родом из Венгрии, сын преуспевающего будапештского
банкира, фон Нейман был продуктом той интеллектуаль-
ной среды, из которой вышли такие выдающиеся физики,
как Эдвард Теллер, Лео Сциллард, Деннис Габор и Юджин
Вигнер. Джони (так звали фон Неймана его знакомые) вы-
делялся среди них своими феноменальными способностя-
ми. В шесть лет он перебрасывался с отцом остротами на
древнегреческом, а в восемь освоил основы высшей мате-
матики. В возрасте 20—30 лет, занимаясь преподаватель-
ской работой в Германии, он внес значительный вклад в
развитие квантовой механики — краеугольного камня ядер-
ной физики, и разработал теорию игр —метод анализа
взаимоотношений между людьми, который нашел широ-
кое применение в различных областях, от экономики до
военной стратегии. На протяжении всей жизни он любил
поражать друзей и учеников своей способностью произво-
дить в уме сложные вычисления. Он делал это быстрее
всех, вооруженных бумагой, карандашом и справочника-
ми. Когда же фон Нейману приходилось писать на доске,
он заполнял ее формулами, а потом стирал их настолько
быстро, что однажды кто-то из его коллег, понаблюдав
за очередным объяснением, пошутил: «Понятно. Это до-
казательство методом стирания».
Ю. Вигнер, школьный товарищ фон Неймана, лауреат
Нобелевской премии, говорил, что его ум — это «совер-
шенный инструмент, шестеренки которого подогнаны друг
к другу с точностью до тысячных долей сантиметра». Это
интеллектуальное совершенство было сдобрено изрядной
долей добродушной и весьма привлекательной эксцентрич-
ности. Обладая фотографической памятью, фон Нейман не
мог, например, разыскать бокалы в доме, где прожил
17 лет. В поездках он порой так глубоко задумывался о
математических проблемах, что забывал, куда и зачем
должен ехать, и тогда приходилось звонить на работу за
уточнениями.
Фон Нейман был не чужд тщеславия во всех его прояв-
лениях. Одевался он, скорее, как банкир с Уолл-стрит, а
не профессор, и всегда старался поддерживать знакомство
с сильными мира сего. Он любил красивых женщин, вкус-
ную, изысканную еду и очень увлекался всевозможными
устройствами и механизмами, особенно автомобилями,
которые разбивал примерно раз в год. Но больше все-
го— разумеется, помимо работы — он любил устраивать
роскошные приемы у себя дома в Принстоне (шт. Нью-
Джерси), где работал в Институте перспективных исследо-
ваний. На таких приемах он всегда старался быть в центре
внимания, поражая гостей рассказами о европейских коро-
левских фамилиях, цитатами из давно прочитанных книг
или фривольными стишками из своей знаменитой «кол-
лекции».
Фон Нейман настолько легко и непринужденно чувство-
вал себя в любой обстановке, как на работе, так и в обще-
стве, без всяких усилий переключаясь от математических
теорий к компонентам вычислительной техники, что неко-
торые коллеги считали его «ученым среди ученых», своего
61

рода «новым человеком», что, собственно, и означала его
фамилия в переводе с немецкого. Теллер как-то в шутку
сказал, что он «один из немногих математиков, способных
снизойти до уровня физика». Сам же фон Нейман не без
юмора объяснял свою мобильность тем, что он родом из
Будапешта: «Только человек, родившийся в Будапеште,
может, войдя во вращающиеся двери после вас, выйти из
них первым».
Интерес фон Неймана к компьютерам в какой-то степе-
ни связан с его участием в сверхсекретном Манхэттенском
проекте по созданию атомной бомбы, который разраба-
тывался в Лос-Аламосе, шт. Нью-Мексико. Там фон Ней-
ман математически доказал осуществимость взрывного
способа детонации атомной бомбы. Теперь он размышлял
о значительно более мощном оружии — водородной бом-
бе, создание которой требовало очень сложных расчетов.
Однако фон Нейман понимал, что компьютер — это не-
что большее, чем простой калькулятор, что — по крайней
мере потенциально — он представляет собой универсаль-
ный инструмент для научных исследований. В июне
1954 г., меньше чем через год после того, как он присоеди-
нился к группе Мочли и Экерта, фон Нейман подготовил
отчет на 101 странице, в котором обобщил планы работы
над машиной «Эдвак». Этот отчет, озаглавленный «Пред-
варительный доклад о машине “Эдвак”» представлял со-
бой прекрасное описание не только самой машины, но и
ее логических свойств. На Германа Голдстейна, военного
представителя, предложившего фон Нейману принять
участие в проекте, доклад произвел очень сильное впечат-
ление; прежде всего это было связано с тем, что фон Ней-
ман, отвлекшись от радиоламп и электрических схем,
сумел обрисовать формальную, логическую организацию
компьютера. Размножив доклад, Голдстейн разослал его
ученым как США, так и Великобритании.
Благодаря этому «Предварительный доклад» фон Ней-
мана стал первой работой по цифровым электронным
компьютерам, с которой познакомились широкие круги
научной общественности. Доклад передавали из рук в ру-
ки, из лаборатории в лабораторию, из университета в уни-
верситет, из одной страны в другую. Эта работа обратила
Архитектура
будущего компьютера
В своем историческом докладе, опубликованном в 1945 г.,
Джон фон Нейман выделил и детально описал пять клю-
чевых компонентов того, что ныне называют «архитекту-
рой фон Неймана» современного компьютера. Чтобы
компьютер был и эффективным, и универсальным инстру-
ментом, он должен включать следующие структуры: цент-
ральное арифметико-логическое устройство (АЛУ),
центральное устройство управления, «дирижирующее»
операциями, запоминающее устройство, или память, а
также устройство ввода-вывода информации. Фон Нейман
отмечал, что эта система должна работать с двоичными
числами, быть электронным, а не механическим устрой-
ством и выполнять операции последовательно, одну за
другой.
Принципы, сформулированные фон Нейманом, стали
общепринятыми только потому, что широко применялись
все время; они были положены в основу как больших
ЭВМ первых поколений, так и более поздних мини- и
микро-ЭВМ.
62

на себя особое внимание, поскольку фон Нейман пользо-
вался широкой известностью в ученом мире. С того мо-
мента компьютер был признан объектом, представлявшим
научный интерес. В самом деле, и по сей день ученые иног-
да называют компьютер «машина фон Неймана» (см.
с. 62).
Читатели «Предварительного доклада» были склонны
полагать, что все содержащиеся в нем идеи, в частности
принципиально важное решение хранить программы в па-
мяти компьютера, исходили от самого фон Неймана. Ма-
ло кто знал, что Мочли и Экерт говорили о программах,
записанных в памяти, по крайней мере за полгода до появ-
ления фон Неймана в их рабочей группе; большинству не-
ведомо было и то, что Алан Тьюринг, описывая свою
гипотетическую универсальную машину еще в 1936 г., на-
делил ее внутренней памятью. (В действительности фон
Нейман читал классическую работу Тьюринга и лично поз-
накомился с ее автором, когда тот незадолго до войны по-
сетил Принстон.)
Увидев, сколько шума наделал фон Нейман и его
«Предварительный доклад», Мочли и Экерт были глубоко
возмущены. В свое время по соображениям секретности
они не смогли опубликовать никаких сообщений о своем
изобретении. И вдруг Голдстейн, нарушив секретность,
предоставил трибуну человеку, который только-только
присоединился к проекту. Экерт настолько возненавидел
Голдстейна, что и три десятилетия спустя избегал оста-
ваться с ним в одной комнате. И дело было не только в
честолюбии. Мочли и Экерт предвидели, что их изобрете-
ние найдет широкое коммерческое применение, и опаса-
лись, что публикация доклада фон Неймана помешает им
получить патент.
И действительно, споры о том, кому должны принад-
лежать авторские права на «Эдвак» и «Эниак», привели
в конце концов к распаду рабочей группы, работавшей над
созданием этих компьютеров. Администрация настаивала
на том, чтобы члены группы были лишены права индиви-
дуально извлекать финансовые выгоды из этих разрабо-
ток. Фон Нейман согласился с этим решением (хотя позже
все-таки пытался, правда, безуспешно, получить патент на
работы, связанные с компьютером «Эдвак»). Мочли и
Экерт возражали против решения администрации. 31 мар-
та 1946 г., через 6 недель после торжественного «откры-
тия» компьютера «Эниак», они отвергли ультиматум
администрации училища с требованием отказаться от ав-
торских прав, связанных с работой над проектом. Покинув
Высшее техническое училище, они организовали собствен-
ное предприятие.
НАЧАЛО КОНКУРЕНЦИИ
Однако по иронии судьбы благодаря этой паре развязка
получилась несколько неожиданной. Тем же летом они не-
надолго вернулись в Высшее техническое училище, чтобы
прочесть цикл лекций об электронных компьютерах. Сре-
ди слушателей оказался английский исследователь Морис
Уилкс, которого особенно заинтересовал способ хранения
программ в памяти, который предполагалось использо-
вать в машине «Эдвак». Вернувшись в Кембриджский уни-
верситет, он в 1949 г. (на два года раньше, чем оставшиеся
члены группы построили машину «Эдвак») завершил со-
оружение первого в мире компьютера с программами, хра-
нимыми в памяти. Компьютер получил название «Эдсак»
(EDSAC, от Electronic Delay Storage Automatic Calculator —
электронный автоматический калькулятор с памятью на
линиях задержки).
Это первое успешное воплощение принципа хранения
программы в памяти явилось завершающим этапом в се-
рии изобретений, начатых в военное время. Теперь был
открыт путь для широкого (уже послевоенного) распро-
странения все более быстродействующих компьютеров,
способных мгновенно извлекать программы из памяти и
не только выполнять баллистические расчеты или расши-
фровывать коды, но и обрабатывать самую разнообраз-
ную информацию.
Занялась заря компьютерной эры. Но как сложилась
дальнейшая судьба людей, чья изобретательность и фанта-
зия, расцветшие в трудное военное время, ускорили на-
ступление этой эры?
Конрад Цузе потерял все свои машины, за исключени-
ем Z4, во время бомбежек Берлина. Чтобы не попасть в
плен в последние дни войны, он присоединился к группе
ученых, разрабатывавших ракеты в гитлеровской Герма-
нии, которые пытались скрыться в отрогах Альп в Бава-
рии. В одном из грузовиков находилась машина Z4.
Американцы, захватившие эту группу в плен, сразу же
предложили работу одному из ее членов, конструктору ра-
кет Вернеру фон Брауну (создателю ракет Фау-2). На Цузе,
успевшего припрятать свою машину в подвале крестьян-
ского дома, американцы не обратили особого внимания.
В 1949 г. Цузе начал работать над коммерческими «потом-
ками» машины Z4. Его дела пошли в гору, однако прошло
почти два десятилетия, прежде чем Цузе и его «кустар-
ные» машины заняли подобающее им место в истории
развития компьютеров.
Алан Тьюринг участвовал в послевоенные годы в со-
здании мощного компьютера — машины с хранимыми в
памяти программами, ряд свойств которой он взял от сво-
ей гипотетической универсальной машины. Опытный об-
разец компьютера АСЕ (Automatic Computing Engine —
автоматическое вычислительное устройство) вступил в экс-
плуатацию в мае 1950 г. Вероятно, Тьюринг мог бы еще
многого достигнуть в этой области, но этому мешала его
эксцентричность. Тьюринг увлекся проблемами машинного
интеллекта (он даже придумал тест, который, по его мне-
нию, позволял выяснить, может ли машина мыслить).
Сложности возникли и в личной жизни. Склонность к сек-
суальным извращениям привела к тому, что в 1952 г. Тью-
ринга подвергли принудительному лечению методами
психоанализа и гормональными препаратами. Двумя года-
ми позже, занимаясь игрой, которую он называл «необи-
таемый остров» и смысл которой заключался в изго-
товлении химических веществ из обычных бытовых про-
дуктов, Тьюринг получил цианистый калий и принял его.
Он умер в возрасте 41 года.
63

Джон фон Нейман, который работал в Принстонском
институте перспективных исследований вместе с Германом
Голдстейном, принимал участие в разработке нескольких
компьютеров новейшей конструкции. Среди них была, в
частности, машина, которая использовалась для решения
задач, связанных с созданием водородной бомбы. Фон
Нейман остроумно окрестил ее «Маньяк» (MANIAC, аб-
бревиатура от Mathematical Analyzer, Numertor, Integrator
and Computer — математический анализатор, счетчик, ин-
тегратор и компьютер). Фон Нейман был также членом
Комиссии по атомной энергии (КАЭ) и председателем
Консультативного комитета ВВС США по баллистическим
ракетам. Он был настолько глубоко посвящен в различные
секретные проекты, что во время его пребывания в 1957 г.
в вашингтонском госпитале Уолтера Рида командование
ВВС США поручило уход за ним специальному медицин-
скому персоналу из служб безопасности. Разум этого бле-
стящего ученого, в 54 года умиравшего от саркомы, начал
сдавать от невыносимых болей, и Пентагон побаивался,
что в бреду он может выболтать какую-нибудь военную
тайну.
Джон Мочли и Преспер Экерт организовали в Филадель-
фии собственную компанию, разместившись в помещении
бывшего танцевального клуба. Они задались целью со-
здать универсальный компьютер для широкого коммерче-
ского применения. Машина «Юнивак» (UNIVAC, от
Universal Automatic Computer — универсальный автомати-
ческий компьютер) представляла собой электронное уст-
ройство с хранимыми в памяти программами, которые
вводились туда уже не на перфокартах, а на магнитной
ленте; это обеспечивало высокую скорость чтения и записи
информации. В 1950 г. примерно за год до того, как пер-
вый «Юнивак» вступил в эксплуатацию в Бюро переписи
населения США, партнеры оказались в тяжелом финансо-
вом положении и вынуждены были продать свою компа-
нию фирме «Ремингтон Рэнд», долгое время специали-
зирующейся на производстве электробритв и табуляторов
на перфокартах. [Однако «Юниваку» не суждено было вой-
ти в историю как первому коммерческому компьютеру.
Машина ЛЕО (LEO, от Lyons’ Electronic Office) начала ра-
ботать за несколько месяцев до того, как дебютировал
«Юнивак». В Англии ее использовали для расчета зарпла-
ты работникам чайных магазинов, принадлежавших фир-
ме «Лайонс».] Ни Мочли, ни Экерт не извлекли сколь-
ко-нибудь существенных благ из того значительного вкла-
да, который они внесли в разработку электронных ком-
пьютеров. За десятилетие работы в этой области каждый
из них получил примерно 300 тыс. долл, от продажи своей
компании и за патенты на компьютер «Эниак». Но самое
неприятное событие произошло в 1973 г., когда федераль-
ный суд признал их авторские права недействительными.
Суд постановил, что Мочли и Экерт не изобрели электрон-
Вдохновленный работой американских
создателей компьютеров, английский ис-
следователь Морис Уилкс построил в
1949 г. машину «Эдсак» (справа вни-
зу) — первый мощный компьютер с про-
граммами, хранимыми в памяти.
64

ный цифровой компьютер, а заимствовали его идею у
Джона Атанасоффа; при этом в качестве доказательства
суд ссылался на пятидневный визит Мочли в шт. Айову
в 1941 г. (Атанасофф же так и не построил ни одной дей-
ствующей модели своего компьютера, хотя в годы войны
служил инженером в морской артиллерии.) Мочли реши-
тельно отрицал влияние Атанасоффа, и обида на совер-
шенную по отношению к нему несправедливость не
покидала его до самой смерти. Он умер в 1980 г.
Говард Эйкен, продолжая работу в Гарвардском уни-
верситете, создал второй, третий и даже четверть й вари-
анты компьютера «Марк-1», но уже без поддержки фирмы
ИБМ. Томас Уотсон был так возмущен тем, что Эйкен
умолчал о роли его фирмы в создании «Марка-1», что по-
ручил своим сотрудникам непременно сконструировать ма-
шину с более высоким быстродействием. Таким образом,
ИБМ ринулась в вычислительную технику «в отместку»
Эйкену. В 1956 г., когда в возрасте 82 лет скончался Уот-
сон, его фирма уже опередила по производству компьюте-
ров прежнего лидера в этой области — фирму «Ремингтон
Рэнд», успеху которой способствовал компьютер «Юни-
вак» Мочли и Экерта.
В скором времени компьютеры и фирма ИБМ стали в
сознании людей почти синонимами, и большинство амери-
канцев были убеждены, что фирма ИБМ и изобрела эти
машины. Однако ничто не могло сгладить старой оби-
ды — наследники Уотсона в ИБМ так и не забыли оскор-
бления, нанесенного фирме Эйкеном. Четверть века спустя
после создания «Марка-1» на выставке, посвященной исто-
рии компьютеров и организованной фирмой ИБМ, ее пре-
зидент Т. В. Лирсон, подойдя к фотографии Говарда
Эйкена — непременному экспонату подобных выставок —
остановился на мгновение и, чуть слышно пробормотав
«сукин сын», перешел к следующему экспонату.
65

66
эволюция
ИНТЕГРАЛЬНЫХ
СХЕМ
1 июля 1948 г., через два с половиной года после публичной демонстрации первого
в мире большого цифрового компьютера «Эниак», в самом конце газеты «Нью-
Йорк тайме» была напечатана короткая заметка. В ней сообщалось об изобретении
нового устройства, «электронного прибора, транзистора, который может найти
применение в радиотехнике вместо обычных электронных вакуумных ламп». Хотя
позже транзистор был признан одним из важнейших изобретений века, в то время
мало кто смог по достоинству оценить его. Заметка в «Нью-Йорк тайме» была по-
мещена в самом конце малоприметного раздела «Новости радио» рядом с объявле-
нием о времени трансляции передачи «В ритме вальса».
В заметке ничего не говорилось о возможной связи между этим изобретением
и компьютерами типа «Эниак», статьи о которых помещались на первых полосах
газет, ибо по-прежнему вызывали большой интерес. И все же благодаря транзисто-
ру — германиевому кристаллу величиной с булавочную головку, заключенному в ме-
таллический цилиндр длиной около сантиметра, — электроника ступила на путь ми-
ниатюризации, которая позволяла конструкторам разместить всю логическую систе-
му «Эниака» на плате величиной с игральную карту.
Транзисторы — это «нервные клетки» современного компьютера. Эту роль они
заслужили своими быстродействием и надежностью при переключении и усилении
электрических токов. Блокируя и пропуская ток (включение-выключение) или под-
держивая невысокое напряжение чуть выше заданного порога (низкое-высокое), они
дают возможность логическим схемам компьютера работать в двух состояниях, т. е.
в двоичной системе, на которой основана обработка информации во всех современ-
ных компьютерах.
В самых первых компьютерах, например построенных Конрадом Цузе в Герма-
нии и Говардом Эйкеном в Гарвардском университете (США), в качестве переключа-
ющих устройств использовались электромеханические реле (см. с. 60). Вскоре реле
были вытеснены электронными вакуумными лампами, которые «говорили» на дво-
ичном языке уже значительно быстрее. В отличие от сильно шумящих электромеха-
нических реле электронные лампы — продукт длительного развития электроники,
начиная с опытов Томаса Эдисона в 1883 г., —не имели движущихся механических
деталей. В их лишенных воздуха «внутренностях» происходят лишь электронные
процессы.
«Внутренности» интегральной схемы (изображение
сильно увеличено) — основного строительного блока
современного компьютера. Кремниевый кристалл
размером с ноготок грудного младенца соединен с
выводными контактами схемы золотыми проволоч-
ками толщиной меньше волоса.
67

Родословная переключателей
XIX в. Механический поворотный переключа-
тель. Это устройство может служить простой
моделью, показывающей, как действуют элек-
тронные переключатели в современных ком-
пьютерах. При повороте устройство переходит
во включенное состояние: металлический кон-
такт (красный) соприкасается с неподвижными
контактами, замыкая цепь, по которой начина-
ет идти ток (зеленый). Переключатели других
типов имеют совершенно иную конструкцию,
но выполняют те же функции.
1906. Электронная лампа триод. Тысячи таких
ламп работали в компьютерах первого поколе-
ния. При наличии положительного заряда на
сетке электроны устремляются через вакуум от
катода (тонкой нити накала) на анод (металли-
ческую пластину), замыкая цепь, по которой
идет ток. Отрицательно заряженная сетка от-
талкивает электроны — и цепь оказывается
разомкнутой.
1948. Плоскостной транзистор. В этом пере-
ключателе величиной с горошину ток проходит
или прерывается в результате взаимодействия
трех слоев германия, в который добавлены
специальные примеси. В эмиттере и коллекто-
ре создается избыток электронов, а в базе —
избыток «дырок», положительных носителей
заряда. Положительный заряд на базе (крас-
ный) вызывает движение электронов и дырок.
Ток, создаваемый электронами (зеленый), те-
чет от эмиттера к коллектору, замыкая цепь.
В цифровых электронных компьютерах использовалась
главным образом лампа под названием «триод». Она со-
стояла из трех основных элементов: катода, испускающего
электроны (отрицательно заряженные субатомные части-
цы) при нагревании от внешнего источника питания; ано-
да, на котором, пройдя через безвоздушное пространство,
собираются электроны, и расположенной между нами сет-
ки, управляющей потоком электронов (см. рисунок).
Помимо функции переключения (подав на сетку отри-
цательный потенциал, можно прекратить движение элек-
тронов от катода к аноду), триод выполняет еще две
функции. Пропуская ток лишь в одном направлении, он
тем самым действует как выпрямитель — преобразует пе-
ременный ток в постоянный. Благодаря этому свойству
триод, соединенный с антенной, может служить приемни-
ком радиоволн. Не менее важна и его способность рабо-
тать как усилитель: при небольшом увеличении потенциа-
ла на сетке заряд на аноде (т. е. ток на выходе транзисто-
ра) значительно возрастает.
Тем не менее вакуумным лампам присущи серьезные
недостатки: они занимают много места, пожирают огром-
ное количество электроэнергии, выделяют много тепла и
быстро выгорают. Пожалуй, нигде эти недостатки вакуум-
ных лам не проявлялись столь заметно, как в «монстре»
под названием «Эниак»; 17 468 его ламп выделяли столько
тепла, что, несмотря на множество вентиляторов, установ-
ленных в машинном зале, температура в нем порой подни-
малась до 50 °C. По остроумному замечанию одного исто-
рика науки, лампы «наделили первые компьютеры бо-
лезнью, которую вполне можно назвать технологической
слоновостью». Совершенно очевидно, что, не появись пе-
реключатель нового типа, компьютеры так и остались бы
огромными, неудобными и слишком дорогими машинами,
которые никто, кроме правительства и крупных корпора-
ций, не смог бы приобрести.
В ПОИСКАХ ЛУЧШЕГО
К концу 40-х годов, когда вступили в действие первые
большие электронные компьютеры, специалисты по тех-
нике связи начали искать замену громоздким и хрупким
лампам, служившим усилителями. В центре внимания ока-
зались кристаллические минералы под названием «полу-
проводники».
На рубеже XIX—XX вв. один из таких минералов, гале-
нид (или сульфид свинца), играл ключевую роль в радио-
приемниках. Контакт между кристаллом галенида и тон-
чайшей (толщиной с волос) металлической пролочкой дей-
ствовал как выпрямитель, обеспечивая тем самым прием
радиосигналов. Какое-то довольно непродолжительное
время подобный выпрямитель был единственным радио-
детектором. Но эти ненадежные приборы в радиоприем-
никах в конце концов вытеснили вакуумные лампы, обла-
давшие к тому же способностью усиливать сигналы.
Однако во время второй мировой войны, когда стали
применяться радиолокационные установки, вновь возникла
потребность в старой технике. Радиолокаторы рассчитаны
на прием сигналов очень высокой частоты, и медленнодей-
ствующие электронные лампы не могли без искажения вы-
прямлять эти сигналы. Исследователи вновь вернулись к
проволочным волоскам, выяснив, что в сочетании с полу-
проводниками, а именно кремнием и германием, они рабо-
тают прекрасно. Успех подхлестнул дальнейшие исследова-
ния в области полупроводников. Только в США этой про-
блемой занималось более десятка лабораторий.
68

1959. Планарный транзистор. Идентичный по
своему действию транзистору, показанному на
предыдущем рисунке, планарный транзистор не
превышает в длину сотой доли сантиметра.
Как видно из рисунка (показано поперечное се-
чение прибора), при положительном заряде на
базе возникает ток от эмиттера к коллектору.
Технология изготовления этих приборов позво-
ляет размещать на поверхности одного кри-
сталла десятки транзисторов, а также резисто-
ров и конденсаторов.
Физики того времени уже немало знали об атомной
структуре и электрических свойствах твердых тел. Напри-
мер, было известно, что электрическая проводимость ве-
щества зависит от того, насколько прочно ядро атома
удерживает электроны. Большинство металлов являются
хорошими проводниками, так как имеют огромное количе-
ство слабо связанных с атомным ядром электронов, кото-
рые легко притягиваются положительными зарядами и от-
талкиваться отрицательными. Движущиеся электроны это
и есть носители электрического тока. С другой стороны,
изоляторы, например резина, не проводят тока, поскольку
у них электроны прочно связаны с атомами и не реагиру-
ют на воздействие внешнего электрического поля.
Полупроводники, свойства которых к началу войны
были еще слабо изучены, ведут себя иначе. Атомы в кри-
сталлах полупроводников образуют решетку, а их внешние
электроны связаны силами химической природы. В чистом
виде полупроводники действуют скорее подобно изолято-
рам: либо очень плохо проводят ток, либо не проводят
вообще. Но стоит добавить в кристаллическую решетку
небольшое количество атомов определенных элементов,
как их поведение коренным образом меняется.
В некоторых случаях атомы примеси связываются с
атомами полупроводника так, что образуются лишние
электроны; избыток свободных электронов придает полу-
проводнику отрицательный заряд. В других случаях атомы
примеси создают так называемые «дырки», которые спо-
собны «поглощать» электроны. Таким образом возникает
недостаток электронов и полупроводник становится поло-
жительно заряженным. При соответствующих условиях
полупроводники могут проводить электрический ток. Но
в отличие от металлов они проводят его двояким обра-
зом. Отрицательно заряженный полупроводник стремится
избавиться от лишних электронов: это проводимость л-ти- —Ц
па (от negative — отрицательный). Носителями заряда в по-
лупроводниках такого типа являются электроны. С другой
стороны, положительно заряженные полупроводники при-
тягивают электроны, заполняя дырки. Но, когда заполня-
ется одна дырка, рядом возникает другая — покинутая
электроном. Таким образом, дырки создают поток поло-
жительного заряда, который направлен в сторону, проти-
воположную движению электронов. Это проводимость
p-типа (от positive — положительный). В полупроводниках |
обоих типов так называемые неосновные носители заряда
(электроны в полупроводниках p-типа и дырки в полу-
проводниках л-типа) поддерживают ток в направлении,
обратном движению основных носителей заряда. Этим
свойством полупроводников одно время пренебрегали, не
умея оценить его по достоинству.
В конце ЗО-х годов было установлено, что полупровод-
ники, подобно радиолампам, могут работать как выпря-
мители. Однако, пока во время войны не начались интен-
сивные исследования, связанные с радиолокационной тех-
никой, никто не понимал, что благодаря своим свойствам
полупроводники могут служить надежными и эффектив-
ными переключателями и усилителями. В военный период
исследователи разработали новые методы внесения приме-
сей в кристаллы германия и кремния, что позволило со-
здать полупроводниковые материалы с желаемыми элект-
рическими свойствами. Например, введение незначитель-
ного количества фосфора порождает свободные
электроны, и полупроводник приобретает проводимость п-
типа. Добавление атомов бора, наоборот, создает дырки,
и материал становится полупроводником /?-типа.
Ученые «Белл телефон лабораторис» (научно-
исследовательской фирмы, входящей в компанию «Амери-
кан телефон энд телеграф», АТТ), как и других научных
центров, принимавшие участие в разработках военного
времени, были уверены, что полупроводникам принадле-
жит будущее. Фирма АТТ остро нуждалась в новых при-
борах, способных заменить радиолампы и электромехани-
ческие реле, которые использовались как усилители и пере-
ключатели в системе телефонной связи, охватывающей
всю страну. Летом 1945 г., незадолго до конца войны,
фирма, мобилизовав свои огромные ресурсы, повела мощ-
ное наступление в области физики твердого тела. Ключе-
выми фигурами в группе физиков, перед которой стояла
задача изучить свойства полупроводников, были Уолтер
Браттейн, экспериментатор, имевший за плечами 16 лет
работы в фирме «Белл телефон лабораторис», и Джон
Бардин, молодой талантливый теоретик, лишь недавно
пришедший в фирму.
Руководителем и признанным лидером группы был 35-
летний Уильям Шокли. Сын горного инженера, Шокли ро-
дился в Лондоне, но вырос в Пало-Альто (Калифорния).
Несмотря на некоторую склонность к богеме, в работе он
был предельно серьезен и «результативен». С самого нача-
ла исследований Шокли не забывал, что аналогичные ра-
боты ведутся в Университете Пердью.
69

На протяжении десятилетия Шокли вел исследования в
области полупроводников. Еще важнее было, видимо, то,
что он умел свести крупную исследовательскую проблему
к простым элементам, правильно определив направление
экспериментальных исследований. Однако в данном случае
его подход к разработке полупроводникового усилителя,
хотя и был теоретически верным, не выдержал экспери-
ментальной проверки. Бардин и Браттейн, пытаясь разо-
браться в причинах неудачи, решили предпринять поиск в
другом направлении. Они работали с германиевым кри-
сталлом л-типа, припаянным к металлическому диску. К
кристаллу были прижаты (находясь на расстоянии сотой
доли сантиметра) кончики двух полосок золотой фольги
толщиной с волосок. Третий металлический контакт, со-
единенный с базой металл — германий, был заземлен. 23
декабря 1947 г. Бардин и Браттейн подвели к одному из
золотых контактов (который играл роль эмиттера) звуко-
вой сигнал с небольшим положительным смещением. На
другой золотой контакт (служивший коллектором) подава-
лось значительно большее отрицательное напряжение. В
результате удалось приблизительно в 50 раз усилить сиг-
нал, измеренный на коллекторе.
Наконец, после почти трехлетних исследований, потре-
бовавших около миллиона долларов, фирма «Белл» полу-
чила полупроводниковый усилитель. Успешное действие
прибора предположительно объясняли тем, что носители
положительного заряда, дырки, попадающие в германий
из эмиттера, проходили через поверхностный слой кри-
сталла к коллектору, увеличивая коллекторный ток. По-
скольку ток проходил в том направлении, где он испыты-
вает сопротивление, т. е. протекал через резистор, прибор
сначала назвали трансрезистором, но быстро сократили
его до транзистора. Окончательный вариант прибора, про-
демонстрированный общественности спустя полгода, не
произвел особого впечатления на представителей ни
«Нью-Йорк тайме», ни других периодических изданий. Да-
же сами изобретатели не испытывали полного удовлетво-
рения от своего первого транзистора, получившего назва-
ние «модель с точечными контактами». Устройство часто
вело себя непредсказуемо, словно подчиняясь, как позже
писал Шокли, «черной магии».
Желая, видимо, скомпенсировать свою отстраненность
от непосредственного участия в этом изобретении, Шокли
приступил к серии экспериментов, которые должны были
объяснить процессы, протекающие в поверхностном слое
точечного транзистора. Буквально в считанные дни он раз-
работал основные положения теории того, что можно бы-
ло рассматривать уже не как экспериментальный, а как на-
стоящий транзистор, к тому же обладающий значительно
лучшими характеристиками. Однако, чтобы сделать из не-
го практически приемлемый прибор, потребовалось столь-
ко усилий и такое упорство, что его любовно прозвали
«персистором» (от англ, persistence, что означает упор-
ство, настойчивость).
ДЕБЮТ ПЛОСКОСТНОГО ТРАНЗИСТОРА
В 1951 г. Шокли продемонстрировал миру первый надеж-
ный транзистор, представлявший собой трехслойный гер-
маниевый «сандвич» толщиной около 1 см, заключенный
в металлический корпус. В этой модели транзистора, кото-
рая получила впоследствии наиболее широкое распростра-
нение—так называемая модель прп, — тонкий слой полу-
проводника p-типа зажат между двумя слоями полупро-
водника /7-типа. Один из слоев /7-типа служил эмиттером,
другой — коллектором; средний слой p-типа представлял
собой базу.
На двух переходах, эмиттер—база и база—коллектор,
происходят сложные, характерные для полупроводников
процессы обмена электронами и дырками. В результате
этих процессов по каждую сторону от перехода образуют-
ся так называемые зоны обеднения (носителями заряда).
Когда транзистор находится в нейтральном состоянии, зо-
на обеднения слишком широка, чтобы через переход эмит-
тер-коллектор мог протекать ток. Однако если на /7-слои
подать достаточный отрицательный потенциал относи-
тельно p-слоя, то зона обеднения сужается — и начинает
идти ток. Более того, прикладывая к базе невысокое
управляющее напряжение, можно переключать или усили-
вать ток в основной цепи.
Выполняя те же функции, что и электронная лампа,
транзистор вместе с тем имел значительно меньшие раз-
меры и был свободен от недостатков, присущих лампам:
у него не было хрупкого стеклянного корпуса и тонкой ни-
ти накаливания, он не перегревался и потреблял гораздо
меньше электроэнергии. Плоскостная модель Шокли в
конце концов восторжествовала над точечной моделью
Бардина и Браттейна, но их изобретение не было забыто.
В 1956 г. эти трое ученых были удостоены Нобелевской
премии по физике. (В 1972 г. Дж. Бардин, единственный
из ученых, был удостоен второй Нобелевской премии по
физике — за исследования, которые он проводил в Илли-
нойсском университете в области сверхпроводимости ме-
таллов при сверхнизких температурах.)
Хотя изобретение транзистора было выдающимся на-
учным достижением, он не сразу завоевал достойное его
место. Из-за трудностей в производстве цена прибора
оставалась высокой: лучшие образцы транзисторов стоили
до 8 долл, за штуку, в то время как цена лампы не превы-
шала 75 центов. Кроме того, предстояла еще большая ис-
следовательная работа, чтобы досконально изучить все
свойства этого прибора
Однако в середине 50-х годов стоимость тринзисторов
резко снизилась. В 1954 г. Гордон Тил, физик, перешедший
из «Белл телефон лабораторис» в компанию «Тексас ин-
струменте» (Texas Instruments), и новичок в электронной
промышленности, изготовил транзистор из кремниевого
кристалла вместо германиевого. Кремний, основной ком-
понент обычного песка, — самый распространный на Зем-
ле (после кислорода) химический элемент. Германий же —
70
(gTOlrWOGlIS
довольно редкий элемент; обычно его получают лишь как
побочный продукт при очистке цинка и добыче угля. И хо-
тя для изготовления транзистора требуется мизерное ко-
личество германия (менее 0,05 мг), сам по себе он дороже
золота.
Усовершенствование технологии производства транзи-
сторов еще более снизило их стоимость. Были разработа-
ны, например, методы выращивания больших монокри-
сталлов, которые оказались гораздо чище поликристаль-
ных блоков. (Кристаллы кремния «растут», непрерывно
увеличиваясь, подобно твердым кристаллам сахара, кото-
рые образуются на ниточках, опущенных в насыщенный
сахарный раствор.) Удалось также найти новые способы
добавления примесей, значительно более эффективные и
точные, чем прежде, когда зерна примеси бросали в рас-
правленный кремний. При использовании нового, диффу-
зионного, метода примеси вводили в кристалл путем на-
пыления. Это настолько тонкий метод, что его можно
сравнить с добавлением крупинки соли к 38 железнодо-
рожным вагонам сахара.
Снижение стоимости транзистора способствовало уско- —-	
рению процесса миниатюризации в электронике. Эту тен- F Ц
денцию всячески поощряли военные, заинтересованные в IJ
том, чтобы нашпиговать аппаратурой ракеты и другие ви- =
ды вооружения, а также люди, связанные с американской
космической программой, тогда еще находившейся в за-
родыше.
Как и электронные лампы, транзисторы, изготовлен-
ные существовавшими тогда методами, приходилось при
сборке схем вручную соединять и припаивать. Работа бы-
ла каторжной, а схемы занимали значительно больше ме-
ста, чем того желали сторонники миниатюризации. Кроме
того, все компоненты схемы образовывали хаотическое на-
громождение, подверженное загрязнению и механическим
повреждениям, что было существенным недостатком пере-
довой кремниевой технологии. Необходимость соединять
и припаивать транзисторы выглядела весьма неэкономич-
но, особенно если учесть способ их изготовления: сначала
на поверхности большого кремниевого кристалла методом
фотолитографии формировалось одновременно много
Исследователи из фирмы «Белл теле-
фон лабораторис», Джон Бардин,
Уильям Шокли и Уолтер Браттейн
(слева направо), были удостоены в
1956 г. Нобелевской премии по физи-
ке за открытие транзисторного эф-
фекта. Вверху показан рисунок из за-
писной книжки Браттейна, где изо-
бражена электрическая схема
прибора, который был продемонстри-
рован в 1947 г.
71
®ИМ[Р©ЙЖ(1[Й
Тонкие алюминиевые дорожки (бе-
лые) соединяют конусообразные
транзисторы (синие) и прямоуголь-
ные резисторы в крошечную инте-
гральную схему, предназначенную для
выполнения логических операций ком-
пьютера. Кристаллы подобного типа
(здесь он показан с увеличением в 60
раз; красная точка справа вверху —
истинный его размер) впервые начали
производить в массовых количествах
в начале 60-х годов, используя совер-
шенно новый, планарный метол.
транзисторов, затем кристалл делился на части — и все
это только для того, чтобы потом транзисторы вновь со-
единить при построении электронной схемы.
Еще в 1952 г. Г. У. Даммер, английский специалист в
области радиолокации, выдвинул смелое предложение,
позволявшее создавать более миниатюрные и при этом бо-
лее дешевые схемы. На симпозиуме, проходившем в Ва-
шингтоне, Даммер предложил размещать всю схему це-
ликом— транзисторы, резисторы и другие компоненты —
в сплошном блоке полупроводникового материала. Дам-
мер, к сожалению, не смог реализовать свою идею. Одна-
ко позже один американский инженер, не знакомый с рабо-
той Даммера, смог воплотить ее в жизнь.
СОЗДАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ
Двухметровый уроженец Канзаса Джек Килби был тихим,
замкнутым человеком; не добрав на вступительных экза-
менах по математике трех баллов, он не смог поступить
в Массачусетский технологический институт. В мае 1958 г.,
проработав 10 лет с транзисторами в фирме, выпускавшей
радио и телевизионные детали, где ему удалось получить
место после окончания Иллинойсского университета, Кил-
би с радостью ухватился за возможность перейти в фирму
«Тексас инструменте».
Эта быстро растущая компания, ставшая 4 года назад
одним из первых коммерческих производителей кремние-
вых транзисторов, выполняла в то время военный заказ
по миниатюризации электронных схем. Разработанный
тогда метод микромодулей заключался в следующем:
электронные элементы печатались на тончайших керами-
ческих пластинках, которые затем спаивали в виде стопки,
получая нужную схему.
Килби счел этот метод слишком замысловатым и стал
искать ему замену. Решение возникло в июле, когда со-
трудники компании отправились в двухнедельный летний
отпуск, и Килби как новичок, еще не заслуживший на это
права, остался в лаборатории практически один. Килби
понял: резисторы и конденсаторы можно не только делать
из того же полупроводникового материала, что и транзи-
сторы, но и изготавливать все компоненты одновременно,
на одной и той же полупроводниковой пластине. Через не-
сколько месяцев он убедил в правильности своей идеи
скептически настроенного шефа, изготовив первый грубый
опытный образец.
Первая в мире интегральная схема (ИС, как их сокра-
щенно называют) представляла собой тонкую германие-
вую пластинку длиной в 1 см. Это устройство еще не от-
личалось особым изяществом. Пять компонентов схемы
были изолированы друг от друга благодаря своей форме
в виде букв Uy L и т. п. Крошечные проволочки, соединяю-
щие компоненты схемы друг с другом и с источником пи-
тания, просто припаивались. Вся конструкция скреплялась
воском. Тем не менее схема работала. Фирма сообщила о
рождении нового устройства в январе 1959 г. А чтобы про-
демонстрировать потенциальные возможности новой тех-
нологии, компания построила для ВВС США компьютер,
72

Логический
вентиль
крупным планом
Стилизованные изображения поперечного сечения
двух транзисторов (внизу), а также их вид «с
высоты птичьего полета» на фоне стандартного
символа вентиля И (вверху). Работая совместно,
они управляют прохождением тока в цепи пита-
ния (зеленые стрелки). Два независимых сигнала
высокого уровня (красные стрелки) «отпирают»
транзисторы, пропуская ток через вентиль. Если
хотя бы один сигнал (тем более оба) имел низ-
кий уровень, ток не мог бы пройти.
В каждом современном компьютере независимо от его
размеров и назначения используются логические вентили
(см. с. 44—45), которые и дают ему возможность выпол-
нять свою работу. Определенным образом реагируя на
электрические импульсы, логические вентили позволяют
компьютеру решать самые разнообразные задачи.
Независимо от типа все логические вентили строятся
из одних и тех же основных элементов, главным образом
транзисторов — переключательных устройств, способных
либо проводить электрический ток, либо препятствовать
его прохождению. В вентиле НЕ транзисторы соединены
таким образом, что реализуется операция инвертирования:
принимая сигнал низкого уровня, вентиль вырабатывает
на выходе сигнал высокого уровня, и наоборот.
На приведенном здесь рисунке схематически изображе-
ны два транзистора, соединенные в вентиль И. Такой вен-
тиль пропускает ток лишь в том случае, когда на оба его
входа поступают сигналы высокого уровня. Сигналы, при-
ходящие от других вентилей, открывают транзисторы,
пропуская между эмиттером и коллектором ток, который
проходит далее к другому вентилю схемы.
Вход А
73

состоявший из 587 ИС, объем которого составлял около
40 см3, т. е. в 150 раз меньше, чем у аналогичной машины
старого образца.
Однако у нового устройства были существенные недо-
статки. И вскоре Килби оказался в таком же положении,
как до него Джон Бардин и Уолтер Браттейн —
изобретатели транзистора с точечными контактами. Он
получил патент и щедрые похвалы как пионер в этой обла-
сти, но его интегральные схемы быстро вытеснила другая
модель, технология изготовления которой оказалась
проще.
Примечательно, что творцами новой модели стали уче-
ники Уильяма Шокли, автора усовершенствованной моде-
ли транзистора. В 1955 г. Шокли покинул «Белл телефон
лабораторис», организовав собственную компанию по
производству полупроводников поблизости от своего род-
ного города Пало-Альто, куда пригласил молодых, много-
обещающих ученых из восточных штатов. «Он очень при-
тягивал к себе молодых талантливых людей, — вспоминал
один из его коллег, — но с ним было чертовски трудно ра-
ботать». Через два года восемь самых талантливых специ-
алистов ушли от Шокли, насытившись его причудами вро-
де пересылки жалованья по почте или требования оцени-
вать работу друг друга. «Восемь предателей», как
охарактеризовал их Шокли, создали свою компанию «Фэ-
йрчайлд семикондакторс» (Fairchild Semiconductors), разме-
стившись в нескольких кварталах от бывшего места
работы.
НА ПУТИ К БОЛЕЕ СОВЕРШЕННЫМ
ИНТЕГРАЛЬНЫМ СХЕМАМ
Уже через год, в конце 1958 г., один из членов группы сде-
лал важное технологическое изобретение. Выходец из
Швейцарии, физик Джин Херни усовершенствовал приня-
тый в то время неуклюжий метод изготовления транзисто-
ров, использовав для изоляции и защиты от механических
повреждений полупроводниковых элементов тонкие по-
крытия из двуокиси кремния. Метод получил название
планарного процесса, поскольку при этом получался пло-
ский, без возвышений на поверхности транзистор.
Планарный процесс стимулировал еще один гигантский
шаг вперед — его сделал директор и научный руководи-
тель новой фирмы, 31-летний Роберт Нойс. Общитель-
ный, атлетического сложения Нойс был сыном священни-
ка из небольшого городка в шт. Айова. До поступления
в аспирантуру в Массачусетский технологический институт
он закончил Гриннеллский колледж у себя на родине. Слу-
чилось так, что именно в этом колледже впервые в мире
был введен в учебную программу курс электроники твер-
дого тела. Вел курс старый приятель Джона Бардина, ко-
торому Бардин прислал два первых в мире транзистора.
В планарном процессе Херни Нойс увидел путь к изго-
товлению интегральных схем. Еще за месяц до того, как
фирма «Тексас инструменте» сообщила об изобретении
Джека Килби, Нойс набросал в лабораторном журнале со-
бственную схему. «Я ленив, — говорил Нойс впоследст-
вии. — Интегральную схему я придумал потому, что ви-
дел, как люди трудились в поте лица, припаивая проволоч-
ки к этим штукам, и мне показалось, что это ужасное
расточительство».
Его работающая модель, изготовленная в 1959 г., обла-
дала рядом важных преимуществ по сравнению со схемой
Килби. Во-первых, он воспользовался в ней изобретением,
которое сделал Курт Леховец из фирмы «Спрагью элект-
рик» (Sprague Electric Company), что находилась в шт.
Массачусетс, в 5000 км от Пало-Альто. В апреле того же
года, через несколько месяцев после того, как весть об изо-
бретении Килби облетела весь мир, Леховец запатентовал
идею своей схемы. Компоненты его схемы разделялись
р—«-переходами, через которые ток мог проходить только
в одном направлении. В устройстве Нойса р—л-переходы
сочетались с планарным процессом Херни и покрытием из
двуокиси кремния. Чтобы добавить проводящие соедине-
ния между элементами, в выгравированные на поверхнос-
ти покрытия крошечные бороздки напылялись частички
металла. Такой метод был гораздо эффективнее трудоем-
кой, кропотливой процедуры впаивания тончайших про-
водничков, которое проводилось под микроскопом
вручную.
КРУПНЫЕ УСПЕХИ
Интегральные схемы Нойса были настолько практичнее
схем Килби, что даже фирма «Тексас инструменте» приня-
ла их на вооружение. В 1962 г. обе фирмы начали массовое
производство ИС, вскоре прозванных «чипами». В 60-е го-
ды, по мере уменьшения размеров отдельных компоне-
нтов на кристалле количество их на одном чипе возраста-
ло с головокружительной быстротой, примерно удваива-
ясь каждый год. Например, в 1964 г. на кристалле
размером 7 см2 умещалось 10 транзисторов и других ком-
понентов, а к 1970 г. в кристалле того же размера содер-
жалось уже не менее 100 элементов приблизительно при
той же стоимости ИС.
Интегральные схемы значительно сократили габариты
изделий, устранили необходимость трудоемкого процесса
пайки соединений между компонентами, а уменьшение
числа соединений способствовало повышению надежности
приборов. Не менее существенно и то, что они стали рабо-
тать быстрее. Электрическим импульсом, распространяю-
щимся от одного переключателя к другому со скоростью,
приблизительно равной половине скорости света, теперь
приходилось преодолевать расстояния всего лишь в сотые
доли сантиметра. Специалисты, работавшие над военны-
ми и космическими проектами, с воодушевлением приняли
эти крошечные удивительные устройства и стали встраи-
вать их в системы управления все более сложных ракет и
космических аппаратов.
Большая скорость действия новых ИС открыла также
путь к разработке менее громоздких, более быстродейст-
вующих и мощных компьютеров для административно-
управленческих и научных приложений. В эту область ин-
тегральные микросхемы проникли уже в середине 60-х го-
дов, сначала заменив логические схемы, состоящие из от-
дельных транзисторов, а затем и так называемую ферри-
74

товую память, в которой информация хранилась в виде
состояний намагниченности ферритовых сердечников —
маленьких железных колечек, нанизанных на проводники.
Первая ИС для компьютерной памяти была разработа-
на компанией «Интел» (Intel, от слов integrated electronics —
интегральная электроника). Основатели фирмы обладали
хорошими познаниями в этой области. И не удивитель-
но: ведь это были Роберт Нойс и двое его коллег из той
группы, которая в свое время ушла от Шокли, организо-
вав фирму «Фэйрчайлд семикондакторс». В действитель-
ности фирма «Интел» была лишь одной из более чем 50
компаний, основанных бывшими сотрудниками «Фэйр-
чайлд».
В 1968 г. фирма «Интел» основала предприятие в райо-
не Пало-Альто. Через два года она изготовила первую ИС
памяти, способную хранить целый килобит информации.
(Килобит, или сокращенно К, равен 1024 битам, двоич-
ным элементам информации, что эквивалентно приблизи-
тельно 25 пятибуквенным словам.) В старой памяти на
ферритовых сердечниках каждый сердечник хранил 1 бит
информации: 0 или 1, «да» или «нет». Следовательно, но-
вая ИС фирмы «Интел» размером меньше 0,4 см, заменя-
ла 1024 сердечника, занимавших площадь порядка
500 см2.
Но в это время 34-летний инженер фирмы «Интел»
Хофф работал над еще более замечательным проектом.
Маршиан Эдвард Хофф-младший ранее занимался иссле-
дованиями в области полупроводников в Станфордском
университете. Он поступил в фирму «Интел» вскоре после
ее образования, желая «поработать над идеей, имеющей
экономическую перспективу». Несмотря на лестную харак-
теристику из Станфорда, Хофф был скромен и неприме-
тен. Его проект родился после того, как одна японская
фирма обратилась в «Интел» с просьбой сконструировать
набор из 12 интегральных микросхем для нового семей-
ства калькуляторов. Такие ИС всегда характеризовались
узко специализированными, «жестко запаянными», функ-
циями и предназначались для выполнения строго опреде-
ленной работы. Ни фирма «Интел», ни сам Хофф не имел
опыта работы с такими схемами, но, как оказалось, это
было только к лучшему. Взглянув на проблему, так ска-
зать, свежим глазом, Хофф решил, что предлагаемая сис-
тема из многих ИС слишком сложна, чтобы считать ее
производство экономически выгодным. При содействии
Стэнли Мэйзора, поступившего в «Интел» в 1969 г., и Фе-
дерико Фаггина, пришедшего сюда в 1970 г., Хофф нашел
остроумное альтернативное решение. Он сократил количе-
ство ИС с 12 до 4, включив центральный процессор, кото-
рый выполнял арифметические и логические функции сразу
нескольких ИС. Процессор состоял из 2250 транзисторов,
размещенных на кристалле размером не больше шляпки
гвоздя. Кроме того, его функции не были жестко зафикси-
рованы. По конструкции он был сходен с центральным
процессором большого компьютера, и его можно было за-
программировать на выполнение практически любых
функций.
Выпущенный в конце 1970 г., этот микропроцессор по-
лучил наименование 4004. Хотя он и не совсем точно соот-
ветствовал описанию, в котором фирма охарактеризовала
его как «компьютер в одном кристалле», но был не далек
от этого. Он выполнял все функции центрального процес-
сорного устройства универсального компьютера. И в соче-
тании еще с четырьмя микросхемами — памяти, блока
управления и интерфейса ввода и вывода — представлял
собой микрокомпьютер — машину, не уступавшую по
мощности большим ЭВМ середины 50-х годов.
Эта интегральная микросхема (крас-
ный квадратик соответствует се ис-
тинному размеру), на которой разме-
щено 8 отдельных процессоров, пред-
ставляет собой опытный образец
компьютера, разработанного Л
Колумбийском университете
Имея архитектуру, отличную от
«фон-неймановского типа», такой
компьютер действует по принципу
параллельной обработки информации:
здесь не обрабатывается по очереди
каждый элемент данных в одном
центральном процессоре, а одновре-
менно много микропроцессоров опе-
рируют многими элементами данных;
в результате быстродействие машины
значительно повышается и ее воз-
можности расширяются.
75

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Вскоре в широкую продажу поступили десятки микропро-
цессоров соперничающих фирм. Этому способствовал воз-
врат к технологии, которая некоторое время оставалась в
тени. В начале 70-х годов начали широко применяться
МОП-транзисторы (транзисторы со структурой металл —
окисел — полупроводник). В этом приборе, изобретенном
десятилетием раньше, в качестве затвора — эквивалента
базы биполярного транзистора — использовался очень
тонкий слой металла (позже замененного поликремнием).
Прикладывая к затвору напряжение, можно переключать
транзистор из проводящего состояния в непроводящее и
наоборот. Технология полевых (или МОП) транзисторов
позволила увеличить количество компонентов в ИС и зна-
чительно снизить их стоимость. (К концу 70-х годов цена
некоторых микросхем составляла менее 5 долл, за штуку.)
Такие транзисторы были не только меньше по размерам
и дешевле биполярных, но и потребляли меньше электро-
энергии. А это означает, что они выделяли меньше тепла;
в прошлых конструкциях именно значительное выделение
тепла сдерживало дальнейшее увеличение плотности инте-
грации. Схемы, имевшие до 15 слоев; теперь удавалось
разместить в кристалле толщиной в тысячную долю сан-
тиметра.
К 1981 г., спустя лишь десятилетие после изобретения
Эдварда Хоффа, фирма «Хьюлетт-Пакард» (Hewlett-
Packard) уже смогла выпустить микропроцессор (см.
с. 100), превосходящий по мощности центральные процес-
соры многих больших ЭВМ того времени. Его быстро-
действие — а он перемножал два 32-битных числа за две
миллионные доли секунды — достигалось за счет работы
450 тыс. МОП-транзисторов, которые соединялись друг с
другом 16 м тончайших проводников из напыленного ме-
талла. Вся структура помещалась на кремниевом кристал-
ле площадью порядка 1 см2 и занимала меньше места, чем
один транзистор времен, предшествующих изобретению
интегральных схем.
Процесс столь поразительной миниатюризации элек-
тронных компонентов, получивший название сверхвысокой
степени интеграции, по-видимому, продолжится и в 90-е
годы. По мнению специалистов, прежде чем будут исчер-
паны все возможности нынешней революции в микроэлек-
тронике, плотность интеграции достигнет порядка 10 млн.
компонентов на кристалле размером с ноготь.
Однако уже в 80-е годы ученые начали сталкиваться с
проблемами, свидетельствующими, что миниатюризация
не беспредельна. Одна из проблем — это всевозрастающая
сложность проектирования микросхемы. Несмотря на по-
мощь компьютеров, которые способны моделировать воз-
можные пути распространения электрических импульсов,
для составления карты микропроцессора требуется год —
полтора работы большой группы специалистов, тогда как
на разработку микропроцессоров первых поколений уходи-
ло всего несколько недель. И по мере того как размеры
транзистора, постоянно уменьшаясь, приближаются чуть
ли не к длине световой волны, гравировка поверхности
кристаллов даже при самых современных методах, напри-
мер с использованием лазеров, наталкивается на все боль-
шие трудности.
К тому же физики предостерегают: меньше — это не
обязательно лучше. Самые крошечные транзисторы —
иногда по размерам меньше бактерий — потребляют так
мало энергии, что становятся уязвимыми для случайных
микроскопических воздействий. Например, космические лу-
чи, представляющие собой потоки элементарных частиц
очень высоких энергий, которые непрерывно бомбардиру-
ют Землю, могут нарушить работу транзистора, вызвав
его ошибочное переключение. К случайным переключени-
ям могут привести даже такие процессы, как медленная
диффузия атомов примеси в кремнии, а также микроскопи-
ческие разрушения материала, обусловленные колебаниями
температур.
Исследователи надеются обойти эти трудности, создав
совершенно новые типы переключателей. Один из таких
перспективных переключателей основан на эффекте Джо-
зефсона, открытом английским физиком Брайеном Джо-
зефсоном. Предсказанный на основе теории сверхпроводи-
мости этот эффект означает протекание сверхпроводящего
тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два
сверхпроводника, — так называемый переход Джозефсона.
Состояние сверхпроводимости — почти полного отсут-
ствия сопротивления — достигается в некоторых материа-
лах при охлаждении их до температур всего на несколько
градусов выше абсолютного нуля. Свойство сверхпроводи-
мости, наверное, найдет особые применения в космиче-
ском пространстве. Переключатель, построенный на эф-
фекте Джозефсона, срабатывает в 10 раз быстрее совре-
менных транзисторов.
Заглядывая дальше в будущее, многие исследователи
предвидят появление еще более радикальных подходов.
Предполагается, в частности, что новые керамические ма-
териалы дадут жизнь оптическим компьютерам, где вме-
сто электронов будут «работать» фотоны (частицы света).
Другие ученые, давая еще больший простор воображению,
мечтают о том времени, когда средствами генной инжене-
рии удастся вырастить «биочип» — комок органического
материала, состоящий из миллиардов «транзисторов»,
каждый из которых представляет собой одну-единствен-
ную белковую молекулу. Но какое бы будущее ни ожидало
технологию интегральных микросхем, важно одно: успехи,
достигнутые в этой области за последние 20 лет, раз и на-
всегда лишили правительство и крупные фирмы монопо-
лии на компьютеры. Чем меньше и дешевле становились
электронные компоненты, тем меньше и дешевле станови-
лись сами компьютеры, прокладывая путь к полностью
компьютеризованному обществу.
76
ШЕДЕВРЫ
МИНИАТЮРИЗАЦИИ
Инженеры окрестили эти устройства интегральными мик-
росхемами (ИМС), но чаще их называют «чипами»
(chip — щепка). Судя по размерам, им подошло бы еще
более скромное название, однако возможности этих «ще-
пок» поистине удивительны. Размером с ноготь, а зачас-
тую еще меньше этот тоненький кусочек матового, похо-
жего на металл вещества, называемого кремнием, спосо-
бен обрабатывать и хранить информацию, решая
практически любые задачи — от управления персональны-
ми компьютерами, видеоиграми и прочими домашними
приспособлениями до управления роботами на сборочных
конвейерах.
Каждая современная микросхема представляет собой
многослойное хитросплетение сотен схем, настолько кро-
шечных, что их невозможно различить невооруженным
глазом. В этих схемах есть и пассивные компоненты: рези-
сторы, создающие сопротивление электрическому току, и
конденсаторы, способные накапливать заряд. Однако са-
мыми важными компонентами электронных схем являют-
ся транзисторы — приборы, способные как усиливать на-
пряжение, так и включать и выключать его, «разговари-
вая» на двоичном языке, который используется при
электронной обработке информации.
Многочисленные и разнообразные компоненты ИМС
формируются непосредственно в кристалле кремния (как мы
уже говорили, это один из самых распространенных в при-
роде элементов, содержание которого в земной коре со-
ставляет около 28%). При обычных условиях кремний не
проводит ток. Но при внесении примесей — незначитель-
ного количества таких элементов, как бор или фосфор, —
свойства его кристаллической структуры меняются —и в
кристалле теперь могут распространяться электрические
импульсы со скоростью, равной половине скорости света.
До изобретения интегральной схемы (1959) каждый
компонент электронной схемы изготавливался отдельно, а
затем они соединялись посредством пайки. Появление ИС
изменило всю технологию. Электронная аппаратура стала
более дешевой, универсальной, малогабаритной, надежной
и более быстродействующей, поскольку теперь электриче-
ским импульсам приходится преодолевать меньшие рас-
стояния. Наиболее сложные современные ИМС содержат
до нескольких сотен тысяч компонентов.
Микросхемы изготавливают из единого кристалла,
слой за слоем, используя метод фотолитографии и травле-
ния, настолько точный, что допуск не превышает 0,2 мкм.
Благодаря этому сложному и тончайшему процессу
(частично проиллюстрированному на следующих несколь-
ких страницах) была создана совершенно новая отрасль
промышленности — микроэлектроника. По прогнозам, к
г. ее годовой доход в мировом масштабе должен пре-
высить 60 млрд. долл. К этому времени электронная про-
мышленность, основанная на ИС, в целом превратится в
самую развитую отрасль производства в мире.
77

Шедевры миниатюризации
Массивы
ячеек памяти
Приведенные здесь три фотографии сделаны под микро-
скопом со всевозрастающим увеличением. Это позволяет
все более отчетливо видеть плотно заполненную ячейками
поверхность кристалла-памяти, который обеспечивает счи-
тывание и запись данных. Реальные размеры кристал-
ла— это красный прямоугольничек в левом нижнем углу
на первой фотографии. Называемая памятью с произволь-
ной выборкой, или оперативной памятью (оперативное за-
поминающее устройство, ОЗУ), эта схема дает компьюте-
ру возможность хранить данные временно, т. е. до тех
пор, пока не отключено питание. При отключении питания
информация в ОЗУ стирается.
Данная микросхема памяти, содержащая более 600
тыс. транзисторов и других компонентов, имеет емкость
256 К (килобит), или 272 144 бита, информации — это це-
лая глава из нашей книги. Каждый бит информации запи-
сан в отдельной ячейке памяти, состоящей из двух элек-
тронных компонентов: конденсатора, хранящего данные в
виде электрического заряда (наличие заряда соответствует
двоичной 1, его отсутствие — 0), и транзистора, который,
переключаясь, позволяет считать бит информации или
произвести запись нового бита в пустую ячейку.
Весь массив из 272 144 ячеек памяти поделен на четыре
равные прямоугольные секции, как видно на первых двух
фотографиях. В каждой секции ячейки выстроены по стро-
кам и столбцам. Благодаря такому расположению, подоб-
ному сетке на миллиметровой бумаге, каждая ячейка име-
ет свои координаты. Поиск ячейки с заданными координа-
тами осуществляется специальными дешифрующими
схемами, которые двумя полосами пересекают кристалл
по горизонтали и вертикали. Когда центральный процес-
сор компьютера сообщает адрес нужного байта (8 бит)
данных, горизонтальные дешифраторы указывают нуж-
ный столбец, а вертикальные — строку. Вся операция —
определение ячейки по заданному адресу и выборка из нее
байта данных — занимает менее миллионной доли
секунды.
Микросхема памяти и острие заточенного карандаша (внизу), сфотографированные с увеличением 14 раз. Красный прямоугольничек соответствует истин-
ным размерам кристалла — приблизительно 1,2 х 0,6 см.
78

На фотографии показана середина кристалла — там, где пересекаются полоски дешифраторов адреса. Ячейки памяти, несмотря на 70-кратное увеличение,
выглядят как едва различимые песчинки.
Схемы дишифраторов, расположенные в центре, отче гливо видны при 300-кратном увеличении. Изображение сделано цветным с помощью специальной
подсветки; на самом деле поверхность кристалла маз ово-серебряная.
79

Шедевры миниатюризации
Спектр
возможностей ИМС
Хотя существует много различных специализированных
микросхем для компьютеров (см. текст в рамке), выполняе-
мые ими функции можно объединить, создав полноценный
компьютер на одном кристалле. Показанная здесь ИМС —
это последний вариант устройства TMS-1000, разрабо-
танного фирмой «Тексас инструменте» в 1971—1974 гг.
В нем впервые были собраны воедино все основные ком-
поненты настоящего компьютера. При высокой степе-
ни интеграции и низкой цене (в 1975 г. микросхема стоила
6 долл.) этот так называемый монокристальный компью-
тер открыл микроэлектронике двери в самые разнообраз-
ные устройства: автомобильные панели управления, до-
машние приспособления, телефоны и музыкальные проиг-
рыватели.
Вариант схемы, изображенный здесь, предназначался
для управления карманным калькулятором. Посмотрев на
схему, мы видим, что все ее элементы, за исключением
двух, обычно изготавливаются в виде отдельных ИМС.
Постоянное запоминающее устройство (1), ПЗУ (память,
из которой можно только считывать данные; ее содержи-
мое сохраняется и при отключении питания), содержит
1024 бита раз и навсегда зафиксированной программы, вы-
полняющей операции счета. Оперативное запоминающее
устройство (2), ОЗУ (память с произвольной выборкой),
имеет объем 256 битов и предназначено для записи проме-
жуточных данных, необходимых в процессе вычисления.
Дешифратор команд (3) разбивает инструкции, хранящиеся
в ПЗУ, на шаги, которые выполняет арифметико-логиче-
ское устройство, АЛУ (4); при вычислениях, АЛУ вместе
с дешифратором команд составляет центральное процес-
сорное устройство, или микропроцессор. Схемы тактовых
импульсов (5) соединяют микросхемы с внешним кристал-
лом кварца, колебания которого синхронизуют работу
всех компонент компьютера. Блок ввода-вывода (6) осу-
ществляет связь с внешними устройствами калькулято-
ра—кнопками на панели и индикатором на жидких кри-
сталлах.
Монокристальный микрокомпьютер (на фотогра-
фии справа сильно увеличен) в своих истинных
размерах — 0,25 см2. Верхнее пластмассовое по-
крытие слегка приподнято, чтобы показать сам
кристалл и паутину металлических соединений,
по которым проходят электрические сигналы.
Эти соединения заканчиваются двумя рядами
выводов (по 14 выводов в каждом), которые,
словно ножки гусеницы, торчат из корпуса мик
росхемы; их вставляют в специальные гнезда на
плате калькулятора, управляемого микропро-
цессором.
80

«Разделение труда»
Обычно персональный компьютер со-
стоит не менее чем из полудюжины раз-
личных ИМС. Они относятся к следую-
щим основным типам.
Генератор тактовых импульсов следит
за регулярностью импульсов, поступаю-
щих от кристалла кварца (воздуждаемо-
го электрическим путем) и формирует на
их основе тактовые импульсы различной
частоты, синхронизующие выполнение
миллионов различных операций.
Интерфейсные микросхемы переводят
входные сигналы, возникающие, напри-
мер, при нажатии на клавиши, на двоич-
ный язык компьютерной электроники.
Они также преобразуют выходные сиг-
налы в данные, которые высвечиваются
на экране в виде букв и цифр.
Микропроцессор, мозговой центр ком-
пьютера, работает под управлением
программы, хранимой в микросхемах
памяти. Выполняет все вычисления и
принимает логические решения, необхо-
димые в процессе обработки информа-
ции. Эти действия выполняются глав-
ным образом в арифметическом устрой-
стве микропроцессора, но он содержит
также схемы управления, регулирующие
выполнение операций, и регистры, где
временно хранятся данные, поступаю-
щие в микропроцессор и выходящие из
него.
Микросхема ПЗУ (память только для
считывания) содержит набор неизмен-
ных инструкций для микропроцессора.
Поскольку эти инструкции «впаивают-
ся» в микросхему в процессе изготовле-
ния, микропроцессор может лишь счи-
тывать их, но не в состоянии вносить в
них какие-либо изменения.
Микросхемы ППЗУ (перепрограммируе-
мые постоянные запоминающие устрой-
ства) позволяют время от времени видо-
изменять первоначально записанные в
ПЗУ инструкции. В одних ППЗУ старые
данные стираются при воздействии уль-
трафиолетового излучения, в других —
при помощи электрических сигналов.
Микросхема ОЗУ (оперативная память)
хранит данные лишь до тех пор, пока
они нужны микропроцессору для каких-
либо операций. Эти данные можно не
только считывать, но и заменять други-
ми. При записи в ОЗУ новых данных
старые автоматически стираются. При
отключении питания информация в ОЗУ
пропадает.
I

Шедевры миниатюризации
Составление
карты ИМС
Маска
для металлизации
Маска
для контактов
Разработка ИМС требует высокой квалификации и боль-
шой затраты труда специалистов, использующих также
специальные компьютеры. Поскольку схема изготавлива-
ется постепенно, слой за слоем, планирование ее ведется
также по слоям. Обычно конструкторы рисуют главную
карту каждого слоя с помощью компьютера, который хра-
нит в памяти стандартные способы размещения компоне-
нтов и показывает возможные способы их соединения. Так
как готовая ИМС имеет размеры порядка 1 см2, схемы ри-
суются с увеличением в десятки тысяч раз, а затем при
Маска
для поликристаллического
кремния
Маска
для диффузионного
процесса
Показанные здесь фотомаски предназначены для изготовле-
ния простой четырехслойной микросхемы усилителя. Через
эти маски, накладываемые по очереди, ультрафиолетовое
излучение создает на подложке четыре различных отпечат-
ка. Они (начиная с нижней маски) используются для следу-
ющих целей: легирования кристалла примесями в целях
создания зоны проводимости; образования слоя поликри-
сталлического кремния, через который проходят сигналы;
травления отверстий для металлических контактов; наконец,
для заполнения этих отверстий металлом — образовавшиеся
после его очистки металлические дорожки выполняют роль
соединений.
Сидя за пультом компьютера, инженер, проектирующий
микросхему, внимательно изучает два слоя кристалла, нало-
женные друг на друга. Перед ним стоят две задачи: найти
оптимальные пути соединения всех элементов и разместить
эти элементы в минимальном пространстве. Пользуясь элек-
тронным пером, он рисует схемы на контактном планшете,
и они тотчас появляются на экране. Компьютер запоминает
точное положение каждого компонента ИМС.
82

фотографировании приводятся к истинным размерам. За-
тем карта каждого слоя переносится на стеклянную пла-
стинку для изготовления фотомасок. Эти маски, подобно
фотографическому негативу, дают возможность при помо-
щи ультрафиолетового облучения «отпечатывать» карту
на поверхности кристалла. Карта определяет области, где
должно производиться химическое покрытие, добавление
примесей или нанесение металлических проводящих доро-
жек шириной в несколько микрон.
При массовом производстве ИМС карта каждого слоя
размножается в сотнях экземпляров на одной стеклянной
пластинке. Затем фотомаски каждого слоя накладываются
на кремниевую пластину диаметром около 15 см. Для про-
ектирования простых ИМС (подобных четырехслойной
микросхеме, маски которой показаны слева) небольшой
группе инженеров обычно требуется несколько недель ра-
боты. Однако, чтобы создать ИМС сложной конструкции,
состоящую из сотен тысяч электронных компонентов,
большим коллективам специалистов приходится упорно
трудиться на протяжении более года.
83

Кремниевые пластины толщиной всего 0,1 мм выходят из
огнедышащей печи, где при высокой температуре стерилизу-
ется их поверхность и сглаживаются небольшие шерохова-
тости, оставленные алмазной пилой, которой распиливался
слиток.
Более миллиона интегральных микросхем, ИМС, можно из-
готовить из одного слитка кристаллического кремния дли-
ной около 60 см и диаметром 15 см. Хотя кремний имеет
матовый серый цвет, на этом снимке гладкая поверхность
слитка ярко блестит, освещенная голубым светом.
В диффузионной камере (вид через ее окно) кремниевые пла-
стины подвергаются обработке горячими ионизированными
парами фосфора, ионы которого, попадая в кремний, фор-
мируют в нем полупроводниковые зоны л-типа.
84

Шедевры миниатюризации
От слитка к пластине
Помещения предприятия, где изготавливают кристаллы,
напоминают скорее образцовые больничные палаты, чем
производственные цеха. Все работы проводятся в специ-
альных «чистых помещениях» с почти абсолютной сте-
рильностью. Даже воздух в них тщательно очищается от
пыли и других загрязнителей специальными фильтрующи-
ми насосами. Рабочие носят белоснежные шапочки и хала-
ты, женщинам строжайше запрещается пользоваться кос-
метикой. Не разрешается даже иметь карандаши, чтобы
микроскопические частички графита не засоряли воздух.
Такие, казалось бы, слишком строгие меры совершенно
необходимы для того, чтобы избежать загрязнения изде-
лий. Одна-единственная частичка пыли, попавшая на по-
верхность кристалла на любой стадии обработки, может
испортить микросхему. Даже само сырье должно быть аб-
солютно чистым. Кремний очищают от обычного песка,
расплавляют и выращивают (как кристаллы сахара) в
слитки (вверху слева), степень чистоты которых достигает
99,99999999%. От слитков отпиливают тончайшие пласти-
ны, которые проходят термическую обработку для очист-
ки и шлифовки поверхности (внизу слева). Единственный
дозволенный вид «загрязнения» — добавление ничтожных
количеств примесей, которые и придают кремнию способ-
ность проводить ток (внизу).
85
2
Под действием лучей, прошедших
через «диффузионную» маску, фо-
торезист затвердевает. Области,
оставшиеся под непрозрачными
частями маски, остаются неза-
Верхний слой двуокиси
кремния удаляется при об-
работке горячим газом.
Остается лишь сверхтон-
кий изолирующий слой.
Кремниевый субстрат
p-типа покрывают изоли-
рующим слоем двуокиси
кремния (желтый) в газо-
вой печи при очень высо-
Накладывая слой фоторезистив-
ного материала (синий) —
эмульсии, чувствительной толь-
ко к ультрафиолетовому излуче-
нию, подготавливают кристалл
Растворителем смывают
необлученный фоторезист,
обнажая оксидный слой с
затвердевшей структурой
фоторезиста.
Накладывается слой поликри-
L-образная структура фоторе-
Перед облучением кристалла
Необлученный фоторезист
Лишний поликремний и
сталлического кремния (оран-
жевый). Этот синтетический
кремний служит затвором
через вторую фотомаску по-
ликремний покрывают плен-
кой фоторезиста.
зиста затвердевает под дей-
ствием света; остальную
часть поверхности закрывает
смывают растворителем;
остается лишь затвердевшая
L-образная структура.
очень тонкий оксидный
слой удаляют травлением,
обнажая кремниевую
транзистора.
маска.
основу (белая).
На третьей стадии про-
Пленка фоторезиста подготав
При облучении через маску
фото- При
удалении незатвердевше-
Эти пятна удаляют кисло-
цесса новый слой двуоки-
си кремния изолирует
структуру транзистора от
ливает микросхему к формиро-
ванию углублений, через кото-
рые к поликремниевому затвору
резист затвердевает везде, кроме
трех маленьких окон (черные),
служащих для подведения кон-
го фоторезиста обнажаются
три пятна оксида (желтые) в
местах, предназначенных для
той, открывая окна к
кремниевым областям
л-типа (зеленые) и поли-
тактов.
металлизации.
и зонам полупроводника л-типа
подводятся металлические
контакты.
Растворителем смывают неза-
Всю поверхность покрывают
Фоторезист подготавливает
При облучении через маску
тонким слоем алюминия, ко-
микросхему к наложению сле-
фоторезист над алюминиевы-
твердевший фоторезист, обна-
кремниевому затвору
(оранжевы
В результате последнего
травления металл остает-
торый заполняет и окна для
дующей, последней маски, с
ми дорожками затвердевает;
жая лишний металл, подлежа-
ся лишь в окнах, ведущих
электрических контактов.
помощью которой наносится
карта расположения алюми-
по этим дорожкам к транзи-
стору (и от него) подводится
щий удалению.
к зонам л-типа и на со-
единительных дорожках,
ниевых проводников.
ток.
проложенных на по-
верхности.
86

Изготовление
транзистора
Химический растворитель уда-
ляет затвердевший фоторе-
зист, обнажая неровную по-
верхность двуокиси кремния.
После удаления оставшегося
фоторезиста над поверхнос-
При введении фосфора в
кремниевые углубления в
кремниевой подложке р-типа
образуются зоны л-типа
(зеленые).
тью возвышается поликрем-
ниевая структура — затвор
транзистора.
На этой серии рисунков в упрощенном виде показаны эта-
пы изготовления интегральной микросхемы. На самом де-
ле в ходе этого чрезвычайно сложного, продолжающегося
до двух месяцев процесса обработке подвергается сразу не-
сколько сот ИМС, размещенных на единой кремниевой
пластине, подобной той, что изображена на рисунке (1).
Здесь же мы рассматриваем лишь один транзистор — кро-
шечную часть ИМС, увеличенную в 2500 раз. Этот транзи-
стор условно является представителем миллионов элемен-
тов и соединений, которые в действительности изготавли-
ваются одновременно.
Процесс под названием «фотолитография» начинается
с пластины кремния толщиной всего 0,1 мм, к которому
добавляются примеси (в данном примере — атомы бора),
создающие «дырки» — области с недостатком электро-
нов, — которые ведут себя как носители положительного
заряда. На каждом из четырех основных этапов изготовле-
ния ИМС (здесь эти этапы представлены четырьмя ряда-
ми рисунков) подложка из кремния /7-типа покрывается
тонким слоем светочувствительной эмульсии и облучается
ультрафиолетовым светом, проходящим через маску. В ре-
зультате последовательных процессов травления, введения
примесей, химического покрытия и металлизации поверх-
ности кристалла создается 4 слоя, каждый из которых по
толщине не превосходит сотой доли самого кристалла.
Готовый транзистор {внизу справа) относится к так на-
зываемому л-МОП-типу (структура металл—окисел—
проводник л-типа). Поскольку он потребляет меньше элек-
троэнергии и выделяет меньше тепла, чем аналогичный
прибор p-типа, он применяется в схемах, где на одном
кристалле требуется уместить тысячи компонентов.
Оставшийся фоторезист уда-
ляют. Две области л-типа (зе-
леные) служат истоком и
стоком.
Удаляется затвердевший фо-
торезист — транзистор готов,
как и все остальные компо-
ненты на пластине.
Как работает готовый транзи-
стор. Этот рисунок, на котором
показано несколько сечений, по-
могает понять, как транзистор
действует в качестве переключате-
ля. В отсутствие заряда на поли-
кремниевом затворе (Л) между
истоком л-типа и стоком л-типа
(соответственно В и С) ток не
проходит. Но при подаче на за-
твор положительного заряда
(красная стрелка) он, действуя
через сверхтонкий оксидный слой
(желтый), временно создает ка-
нал л-типа и включает транзи-
стор. Теперь ток (синяя стрелка)
протекает от истока к стоку и че-
рез алюминиевый проводник D
проходит к другим компонентам
схемы.
87

Шедевры миниатюризации
При проверке только что изготовленных микро-
схем (еще не отделенных от пластины с другими
микросхемами) используются очень тонкие ком-
пьютеризованные щупы. До 70% готовых мик-
росхем не выдерживают этой строгой первой
проверки, что обусловлено отклонениями от тех-
нологии в процессе изготовления или дефектами
самого кристалла кремния. Бракованные микро-
схемы помечают и, разрезав пластину на части,
выбрасывают.
88
Illlllll.
III..II1IIIIIIIII
IM

MfT1 ALTAIR 0800
I МП ALTAIR BBQ I
90

ЗОЛОТОЙ ВЕК
ПРЕДПРИНИМАТЕЛЕЙ
Получив в свое распоряжение персональ-
ные компьютеры («Альтаир»), люди
вступили в новую эпоху — «свободы вы-
числений». Художник изобразил их на
фоне перфокарт, магнитных лент и бу-
мажных распечаток. Эта полная граж-
данского пафоса картина, сделанная по
заказу фирмы, производившей компьюте-
ры «Альтаир» и получившая название
«Народный компьютер», была помещена
на обложке журнала Interface за декабрь
1975 г.
В период 1975—1981 гг. компьютерная технология претерпела настолько глубокие
изменения, что эти годы ознаменовали собой поворотный пункт не только в исто-
рии вычислительной техники, но и во всей современной культуре. Благодаря крем-
ниевому кристаллу некогда слоноподобный компьютер стал резко уменьшаться в
размерах и цене, пока из слона не превратился в кролика, сравнявшись с этим жи-
вотным также по темпам размножения и распространения. Это преображение со-
провождалось не менее значительным изменением в отношении людей к вычисли-
тельным машинам.
В 1975 г. идея персонального компьютера — машины, принадлежащей одному че-
ловеку, а не большой организации, — была лишь мечтой отдельных, наиболее ярых
энтузиастов электроники. Предпринимателя, вознамерившегося в течение года про-
дать по почте 800 компьютерных комплектов типа «сделай сам», финансировавшие
его банкиры сочли безумцем; они ожидали, что количество покупателей будет вчет-
веро меньше. Но уже спустя 6 лет отношение к таким небольшим компьютерам
в корне изменилось. Довольно разношерстная группа, как правило, молодых пред-
принимателей сколачивала на них состояния в сотни миллионов долларов (правда,
некоторые из них тут же разорялись). Одна из новых фирм по производству персо-
нальных компьютеров, удивила финансовый мир, стремительно вторгшись в список
крупнейших 500 американских фирм (Fortune 500); она сделала это быстрее, чем ка-
кая-либо из компаний за всю историю их существования. В первое пятилетие компа-
ния «Эпл компьютер» (Apple Computer) выросла из частного предприятия, почти
не имевшего капитала и состоявшего из двух студентов, бросивших колледж и соби-
равших ЭВМ в одном из калифорнийских гаражей, в корпорацию, владеющую капи-
талом, который, по оценкам специалистов, превосходил миллиард долларов.
В 1981 г., когда электронные вычислительные машины стали привычной принад-
лежностью школьных классов, деловых контор и даже квартир, количество продан-
ных персональных компьютеров перевалило за миллион. На каждом углу, словно
грибы после дождя, появились магазины по продаже компьютеров, а газетные киос-
ки приняли дополнительный груз десятков журналов, выпускаемых с помощью
ЭВМ. Более того, производство персональных компьютеров так разрослось и стало
приносить такие огромные прибыли, что привлекло внимание осторожного гиганта,
изделия которого преобладали на рынке больших компьютеров. В 1981 г. фирма
ИБМ подтвердила важное техническое, экономическое и культурное значение персо-
нальных компьютеров, заявив о намерении начать производство собственной моде-
ли настольной ЭВМ.
История этого удивительного взлета — это история виртуозных технических ре-
шений, утопических фантазий и коммерческой дерзости. Это история сообщества
хэкеров (как называют себя энтузиасты вычислительной техники), каждый из кото-
рых мечтал о собственном компьютере; история мечтателей, усмотревших в ком-
пьютерной революции возможности тех общественных преобразований, пути к которым
они безуспешно искали в увлечении политикой, наркотиками, коммуннами или религией
в 60-х —начале 70-х годов. Но это была и история трезво мыслящих, напористых
дельцов, готовых идти на риск, которые верили, что мечты хэкеров и мятежников 60-х
годов можно осуществить с большой выгодой для всех — в том числе и для общества.
91

Возможно, главным побудительным мотивом к столь
широкому распространению персонального компьютера
была та парадоксальная смесь восхищения и досады, кото-
рую вызвали у людей большие ЭВМ первых поколений.
Эти электронные колоссы могли творить чудеса, но из-за
своей огромной стоимости и технической сложности рабо-
тали лишь в строго определенных условиях и были до-
ступны лишь немногим избранным. Заключенные в поме-
щения со специальным кондиционированием, обслуживае-
мые квалифицированными специалистами — «жрецами
вычислительной техники», как называли их многие недо-
вольные пользователи, — ЭВМ первого и второго поколе-
ний вызывали глубокое чувство досады именно у тех, кого
они больше всего интересовали. Помешанные на компью-
терах студенты таких институтов, как Станфордский или
Массачусетский технологический, которые мечтали само-
стоятельно поработать с этими чудесными машинами, по-
трогать их руками, вынуждены были прибегать к помощи
посредников, отдавая операторам свои программы, наби-
тые на колодах перфокарт, а затем часами, а то и сутками
ожидая результатов. Подобно фотографам, которых не
допускали к проявлению и печатанию сделанных ими
снимков, или механикам, которым запрещалось загляды-
вать под капот автомобиля, они чувствовали себя обману-
тыми и оскорбленными.
Мини-комптьютеры, машины нового класса, появив-
шиеся в середине 60-х годов, лишь слегка изменили поло-
жение дел. Будучи меньше и дешевле своих предшествен-
ников, занимавших целые залы, мини-компьютеры все
равно оставались достаточно крупными и дорогостоящи-
ми. Стоимость большинства первых моделей выражалась
шестизначными числами, а сами они были достаточно
громоздкими и требовали помещений приличного размера.
Мини-компьютеры ознаменовали важный шаг вперед, но
лишь незначительно поколебали позиции «компьютерного
жречества» и не перешли в руки пользователей. Это могло
произойти только с появлением микро-ЭВМ, т. е. персо-
нального компьютера.
Хотя персональный компьютер очень быстро завоевал
мир, на его создание ушло довольно много времени. До
Генри Форда, впервые наладившего серийное производ-
ство автомобилей, было много кустарей, пытавшихся сде-
лать безлошадные экипажи, а братьям Райт, первыми
поднявшимся в воздух на своем самолете, предшествовало
множество изобретателей, экспериментировавших с лета-
тельными аппаратами. Точно так же сотни людей, увле-
ченных электроникой, пытались построить собственные
примитивные вычислительные машины, прежде чем по-
явился коммерческий персональный компьютер. Еще в
1966 г. Стефен Б. Грей, редактор журнала Electronics, объ-
явил об учреждении любительского компьютерного обще-
ства, в которое первоначально вступило 110 энтузиастов.
Немало и профессиональных инженеров, занимавшихся
компьютерами по службе, в свободное от работы время
без устали трудились в гаражах и домашних мастерских,
конструируя ЭВМ для себя лично. И все же потребовалось
еще целых 8 лет, прежде чем прогресс, достигнутый в
микроэлектронной технологии, увенчался созданием ком-
мерческого изделия, пользующегося большим спросом.
В 1974 г. в мартовском выпуске журнала радиолюбите-
лей QST сообщалось о новом компьютере, который по-
строила фирма «Селби» (Scelbi), шт. Коннектикут, кон-
сультировавшая научные учреждения по вопросам приме-
нения вычислительной техники. Спустя всего четыре
месяца у машины «Селби-8Н» появился первый конкурент.
В журнале Radio Electronics была помещена статья, в кото-
рой рассказывалось о создании машины «Марк-8». Обе
эти машины были основаны на новой интегральной мик-
росхеме фирмы «Интел» — микропроцессоре 8008. Не-
смотря на ажиотаж, вызванный этими компьютерами сре-
ди энтузиастов-электронщиков, они, образно говоря, лишь
подняли занавес перед началом спектакля.
А начался он за неделю до рождества 1974 г., когда
появился январский выпуск (уже за 1975 г.) журнала Po-
pular Electronics (теперь он называется Computer and Ele-
ctronics). На обложке журнала красовалась фотография
машины, подпись к которой гласила: «Первый в мире ми-
ни-компьютерный комплект, который может соперничать
с промышленными образцами». Сообщалась цена набора:
379 долл. В собранном виде компьютер продавался по це-
не 498 долл. «На наш взгляд, это как раз то, что нужно
нашим читателям, — писал редактор журнала, — совре-
менный мини-компьютер, который по возможностям не
уступает существующим машинам, но стоит значительно
дешевле».
«АЛЬТАИР» ИЗ АЛЬБУКЕРКЕ
Эта машина, получившая название «Альтаир-8800», была
построена на основе микропроцессора «Интел-8080», более
мощного «потомка» версии 8008. С самого начала машина
принесла огромный успех фирмам, производившим персо-
нальные компьютеры, предвещая им многомиллионные
прибыли. Как «Селби-8Н» и «Марк-8», Альтаир не был
уроженцем Кремниевой долины — области западной Кали-
форнии, протянувшейся от Сан-Франциско до Сан-Хосе,
которая стала почти синонимом полупроводниковой про-
мышленности США. Его родиной не был и Кембридж
(шт. Массачусетс) — обитель всемирно известных специа-
листов по вычислительной технике из Гарвардского уни-
верситета и Массачусетского технологического института
(МТИ). По компьютерным меркам «Альтаир» произошел
«ниоткуда»: его построил в Альбукерке (шт. Нью-Мекси-
ко) молодой дородный человек в очках, офицер ВВС США
с дипломом инженера-электронщика.
Прикомандированный к Лаборатории вооружений на
военно-воздушной базе в Кертлэнде, лейтенант Эдвард Ро-
бертс в свободное от службы время занялся организацией
частной компании, которая, как он надеялся, поможет ему
разбогатеть за счет его давнего увлечения электроникой.
Свой первый компьютер — устройство, собранное из реле
и шаговых переключателей и предназначенное для управ-
ления клапаном аппарата искусственного дыхания, —
Робертс построил еще подростком. Затем, уже во время
92

военной службы, находясь в Техасе, он стал владельцем и
единственным сотрудником фирмы, занимавшейся кон-
струированием электронной аппаратуры для рождествен-
ской иллюминации в витринах магазинов г. Сан-Антонио.
После перевода в Альбукерке Робертс вместе с тремя при-
ятелями организовал новую компанию, которая начала с
производства транзисторных световых и радиопередатчи-
ков, продавая их по почте радиолюбителям, занимавшим-
ся изготовлением моделей ракет. В 1969 г. компания полу-
чила официальный статус и название «Микроинструмен-
тейшн энд телеметри системе» (Micro Instrumentation and
Telemetry Systems, MITS) в надежде на то, что акроним
MITS поможет фирме обрести научный престиж, сравни-
мый с тем, которым пользовался MIT (Массачусетский
технологический институт), находившийся в 2000 милях от
Альбукерке.
МИТС не принесла партнерам больших прибылей. Ни
устройства для моделей ракет, ни последовавшие за этим
ИК-радиотелефоны, ни лазерные наборы не пользовались
широким спросом. Однако усилия не пропали даром. На-
бор для радиотелефона попал на обложку журнала Popular
Electronics', редакция попросила создателей набора напи-
сать о нем статью и заплатила гонорар. Форрест Мимс,
один из основателей фирмы МИТС, наделенный литера-
турным даром, старался поддерживать добрые отношения
с редакцией журнала, и проекты МИТС стали довольно
регулярно появляться на его страницах.
В 1971 г. фирме наконец повезло с комплектом элек-
тронного калькулятора, тоже описанным на страницах
Popular Electronics. Калькулятор оказался не простой зате-
ей. Его конструкция потребовала трех печатных плат, ци-
фровой клавиатуры и цифрового электролюминесцентного
дисплея японского производства. Это был первый в США
мощный интегральный комплект калькулятора, а цена
его составляла лишь 179 долл, (в собранном виде —
275 долл.). Изделие пользовалось таким успехом, что в
мае 1972 г. Робертс покинул ВВС, решив всецело посвя-
тить себя компании, которая стала продавать калькуля-
торные комплекты по почте. Некоторое время фирма про-
цветала, и Робертс попробовал заняться калькуляторами
других моделей, предназначенных в основном для любите-
лей подобных игрушек.
В 1973 г. МИТС начала продавать собранные калькуля-
торы торговой фирме оптом, по 5000 штук в месяц. Но
через некоторое время в продаже появилась аналогичная
продукция более крупных фирм, предлагавших свои каль-
куляторы несколько дешевле. Конкурировать с ними ока-
залось не под силу. За год фирма МИТС продала кальку-
ляторов на сумму 1,2 млн. долл., затратив на их произ-
водство 1,4 млн. долл. «Войдя во вкус крупного произ-
водства, — вспоминал Робертс десятилетие спустя, —
трудно было идти на попятную. Предприниматели — это
создатели империй с непомерными амбициями. Сразу и не
заметишь, как попал в тупик, а потом уже слишком поз-
дно». Фирме грозило банкротство, когда Робертс решился
на последнюю, отчаянную авантюру — бросив калькулято-
ры, перейти к новому, значительно более мощному уст-
ройству, небольшому, доступному по цене цифровому
компьютеру.
Хотя, как выяснилось впоследствии, идея оказалась
очень удачной, она могла бы и не принести успеха, если
бы не поддержка со стороны Popular Electronics. С тех пор
как основной конкурент этого издания, журнал Radio Ele-
ctronics, поместил на обложке июльского выпуска за 1974 г.
рекламу компьютера «Марк-8», главный редактор Popu-
lar Electronics Артур Солсберг решил подыскать для об-
ложки своего журнала нечто более впечатляющее. Ком-
пьютер Робертса, построенный на основе нового микро-
процессора «Интел-8080», был идеальным в этом
отношении. Солсберг поручил редактору, ведущему техни-
ческий раздел, Лесли Соломону описать это устройство в
январском выпуске журнала за 1975 г.
Лесли Соломон слыл весельчаком и балагуром. Он со-
чинял невероятные истории о своей жизни, которые увле-
кали его слушателей, но не вызывали доверия. Он, напри-
мер, любил рассказывать, как вместе с М. Бегином борол-
ся за создание государства Израиль, вспоминал о
прозрении, снизошедшем на него после того, как в одном
латино-американском индейском племени его напоили на-
стоями трав, вызывающими галлюцинации, и посвятили
в мистические тайны. Он утверждал также, что способен
вызывать перемещение тяжелых предметов одним лишь
усилием воли.
После того как машина Робертса уже вошла в легенды,
Соломон поведал о том, как возникло ее название. Исто-
рия, рассказанная им, весьма любопытна, но вряд ли кто
поручится за ее правдивость. По версии Соломона, он с
самого начала хотел придумать более привлекательное на-
звание вместо РЕ-8, которое Робертс дал своему творе-
нию в честь журнала Popular Electronics. Увидев, как его
12-летняя дочь увлеченно смотрит научно-фантастический
телефильм «Звездный поход», Соломон решил назвать но-
вую машину фирмы МИТС так же, как именовался ком-
пьютер «Энтерпрайза», межзвездного корабля из фильма.
На что дочь возразила, что тот компьютер не имел назва-
ния, но предложила свое — «Альтаир», в честь звезды, к
которой в фильме направлялся корабль.
Однако, по словам Форреста Мимса, написавшего руко-
водство по использованию компьютера «Альтаир», истин-
ная история происхождения его названия была другой. Со-
гласно его версии, Джон Маквей, один из редакторов
Popular Electronics предложил назвать новый компьютер
именем какой-нибудь звезды, тем самым как бы подчерки-
вая, что его создание явилось «звездным часом». Так или
иначе, но Робертс довольно равнодушно принял это пред-
ложение. Он был слишком озабочен перспективой бан-
кротства, чтобы вникать в такие пустяки, как выбор на-
звания для машины.
В тот самый момент, когда завершалась работа над
первым «Альтаиром», изображению которого суждено
было украсить обложку Popular Electronics, Робертс был
занят поисками банка, который ссудил бы ему 65 тыс.
долл., чтобы предотвратить надвигающееся банкротство.
Он был немало удивлен и обрадован, когда ему согласи-
93

лись предоставить ссуду, очевидно, в надежде вернуть 250
тыс. долл., вложенных в фирму МИТС. Но в самый по-
следний момент разразилась катастрофа. Единственный
законченный образец машины «Альтаир» был утерян ком-
панией по доставке грузов на пути из шт. Нью-Мексико
в нью-йоркское отделение журнала Popular Electronics. По-
скольку номер журнала нужно было отправлять в печать
и времени на сборку еще одного компьютера не остава-
лось, фирма МИТС и редакция в отчаянии решились на
подлог.
«Альтаир», сфотографированный на обложке журнала,
на самом деле был пустым ящиком, лишенным электрон-
ных схем и, естественно, не мог производить никаких вы-
числений. Однако он выполнил свою миссию. Как только
журнал поступил в продажу, дела фирмы МИТС резко по-
шли в гору. При цене микропроцессора 8080 фирмы «Ин-
тел» 360 долл, стоимость компьютера «Альтаир» —
397 долл. — выглядела смехотворно низкой, купить его было
«все равно, что украсть» (в действительности Робертс забла-
говременно заключил с фирмой «Интел» весьма выгод-
ную сделку, договорившись о закупке микропроцессоров
оптом, в больших количествах, но по цене всего 75 долл,
каждый). Заказы на компьютеры посыпались в Альбукер-
ке, как из рога изобилия, и маленькая компания была не
в состоянии все их удовлетворить. Когда незадолго до
этого Робертс уверял своих банкиров, что сможет прода-
вать до 800 «Альтаиров» в год, он едва ли сам верил в
это. И спустя лишь три месяца после того, как появилось
первое сообщение о персональном компьютере, изготов-
ленном его фирмой, у него скопилось 4000 неудовлетво-
ренных заявок. По словам одного из первых покупателей
машины, «это был абсолютный, мгновенный, безумный
успех».
Этот успех открыл дорогу и другим компаниям, кото-
рые заняли теперь прочные позиции в производстве персо-
нальных компьютеров. В июле в западной части Лос-Анд-
желеса открылся первый в стране магазин по продаже
компьютеров, где машину «Альтаир» мог купить каждый
желающий. Затем один магазин превратился в два, и, на-
конец, выросла целая система магазинов, торгующих ком-
Все мощнее и все меньше
1954 г.
Фирма ИБМ впер-
В 50-е годы начали проявляться две
взаимосвязанные тенденции в развитии
компьютерного производства. Продажа
компьютеров расширялась с ростом
числа потребителей, а сами машины,
ведущие свою родословную от колос-
сов военного времени, становились
меньше по мере того, как инженеры
находили способы увеличивать их мощ-
ность, одновременно уменьшая разме-
ры и стоимость. Магнитная память,
транзисторы и интегральные схемы
способствовали появлению в 60-х годах
вые запустила в
массовое производ-
мини-компьютеров. Десятилетием поз-
же достижения в области интегральных
микросхем, привели к созданию микро-
компьютеров, называемых также персо-
нальными компьютерами. И наконец,
когда программисты разработали
соответствующее математическое обе-
спечение, эти машины завоевали
мир.
ство компьютер
средней мощности
IBM-650. За 15 лет
было продано 1500
таких машин.
1953 г.
Джей Форрестер из
МТИ изобрел магнит-
ные запоминающие
устройства, гораздо
меньшие по размерам
и более быстродей-
ствующие, чем сущест-
вовавшие тогда систе-
мы на электронных
лампах.
1954 г.
Гордон Tki из фир-
мы «Тексас инстру-
менте» (Texas
Instruments) нашел
способ изготовления
транзисторов из
сравнительно деше-
вых кремниевых
кристаллов.
94

пьютерами. Тем временем вице-президент фирмы МИТС
Дэвид Баннел стал редактором издания Computer Notes,
первого периодического бюллетеня, целиком посвященного
персональным компьютерам. Первоначально он был рас-
считан на сотрудников компании, но вскоре его внешний
тираж достиг 12 тыс. экземпляров. Специальная «агитбри-
гада» сотрудников фирмы МИТС отправилась в турне по
стране в автофургоне с надписью «Митсмобил», демон-
стрируя свое творение новым и потенциальным владель-
цам. Везде, где побывал «Митсмобил», возникали ком-
пьютерные клубы.
Энтузиазм, с которым общественность встретила про-
дукцию фирмы МИТС, был особенно удивительным, если
учесть, что «Альтаир» страдал весьма существенными не-
достатками, а возможности его были довольно ограниче-
ны. Из соображений экономии многие покупатели приоб-
ретали компьютер в виде набора деталей, а затем собира-
ли его собственными силами. Чтобы собранный таким
образом компьютер работал как надо, от его владельца
требовались немалые познания и практические навыки в
электронике. Но, даже если опытным любителям удава-
лось правильно собрать компьютер и запустить его в ра-
боту, на нем мало что можно было сделать. «Альтаир»
имел очень небольшую оперативную память —всего 256
байт. Это, конечно, мизер по сравнению с запоминающи-
ми устройствами в сотни килобайт, которые встраивались
в персональные компьютеры десятилетие спустя. Более
того, машина не имела ни клавиатуры, ни экрана. Пользо-
ватели вводили программы и данные в двоичной форме,
щелкая набором маленьких ключей, которые могли зани-
мать два положения — вверх и вниз; результаты считыва-
ли также в двоичных кодах — по светящимся и темным
лампочкам. Фирма Робертса, изо всех сил стараясь удов-
летворить как можно больше заказов, не торопилась с
разработкой программного обеспечения и внешних
устройств, которые дали бы пользователям возможность
не просто обладать компьютером, но и решать с его по-
мощью более или менее серьезные задачи.
К счастью для Робертса и его компании, первые поку-
патели довольствовались тем, что имеют собственный

1956—1959 гг.
Роберт Нойс, Джин
Херни, Джек Килби
и Курт Леховец. Все
они принимали учас-
тие в разработке
первых интеграль-
ных схем.
1955 г.
«Традис» — первый
транзисторный ком-
пьютер фирмы
«Белл телефон лабо-
раторис» — содер-
жал 800 транзисто-
ров, каждый из ко-
торых был заключен
в отдельный корпус.
1961 г.
Стивен Хофстейн
изобрел полевой
(МОП-) транзи-
стор, используе-
мый в интеграль-
ных микросхемах.
95

компьютер — пусть маленький и несовершенный, — и ми-
рились со всеми его изъянами. К тому же людей, готовых
заказать по почте компьютерный набор, узнав о нем лишь
из журнальной статьи, не пугали технические трудности и
недостатки «Альтаира». Энтузиасты писали собственные
программы для машины и дополняли ее различными пе-
риферийными устройствами.
Робертс предусмотрительно позаботился о том, чтобы
его «Альтаир» можно было легко дополнять, как и ком-
мерческие мини-компьютеры того времени. От считал,
что пользователь должен иметь возможность связывать
машину с любыми другими устройствами, просто встав-
ляя в нее дополнительную плату с микросхемами. Для осу-
ществления связи между дополнительной платой и основ-
ными схемами компьютер снабжался системой шин — ка-
налов для ввода данных или инструкций. Система
открытой шины —она называлась «Альтаир-100», по-
скольку состояла из 100 линий, — позволяла вставлять до
16 дополнительных плат, служивших интерфейсом к пери-
ферийным устройствам или дополнительной памятью. Се-
ро-голубой корпус машины был достаточно велик, чтобы
вместить дополнительные платы, а блок питания доста-
точно мощный, чтобы обеспечить энергией добавочные
устройства.
Шина «Альтаира» создавалась в спешке. Не хватало
времени на то, чтобы исключить наводки от близко распо-
ложенных проводников. Однако умельцы, привыкшие де-
лать все самостоятельно, до отказа набили «Альтаир» все-
возможными устройствами. (Шину «Альтаир-100» в даль-
нейшем переименовали в S-100 конкурирующие фирмы,
которые заимствовали ее конструкцию для собственных
машин. И, к большой досаде Робертса, новое название ут-
вердилось.)
СОЗДАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ ОТРАСЛИ
Другие энтузиасты вычислительной техники, вдохновлен-
ные успехом «Альтаира», также стали превращать свои
разработки в коммерческий продукт, который в изобилии
пошел на рынок, неожиданно открытый Робертсом. Пол
Аллен, молодой программист из Бостона, в содружестве
1971 г.
1965 г.
Фирма «Диджитал
эквипмент» (Digital
Equipment) выпу-
стила первый ком-
мерческий мини-
компьютер PDP-8
стоимостью 20 000
долл.
Эдвард Хофф
разработал микро-
процессор
«Интел-4004» —
монокристальную
интегральную мик-
росхему, содержа-
щую все основные
компоненты цент-
рального про-
цессора.
1968 г.
Фирма «Барроуз»
(Burroughs) выпу-
стила первые ком-
пьютеры на инте-
гральных схемах,
В2500 и В35ОО.
1974 г.
Эд Робертс по-
строил микроком-
пьютер «Альта-
ир», который про-
давался в виде
комплекта (стои-
мостью 397 долл.)
по почтовым
заказам.
96

со студентом Гарвардского университета Уильямом Гейт-
сом написали программу, реализующую для Альтаира по-
пулярный язык Бейсик (BASIC, от Beginners All-Purpose
Symbolic Instruction Code — символический универсальный
язык программирования для начинающих). Таким обра-
зом, владельцы компьютера получили очень удобный
язык, значительно облегчивший составление программ.
Когда Аллен приехал в Альбукерке, чтобы показать Ро-
бертсу свое творение, тот предложил ему возглавить — а
по существу, создать — отдел программного обеспечения
фирмы МИТС. Впоследствии Гейтс и Аллен основали соб-
ственную фирму «Микрософт» (Microsoft), ставшую за-
тем одной из самых преуспевающих компаний по про-
граммному обеспечению в области персональных компью-
теров. Одновременно существенные сдвиги произошли в
аппаратной части компьютеров: двое студентов из Стан-
форда разработали устройство, позволившее выводить
графическую информацию с «Альтаира» на цветной теле-
визионный экран. Вскоре созданная ими компания вышла
за рамки создания дополнительных устройств к компьюте-
ру «Альтаир» и в 1976 г. начала выпускать конкурирую-
щую модель персонального компьютера, Z-2.
«Альтаир» с воодушевлением приняли тысячи экспе-
риментаторов и любителей электронщиков, мечтавших о
собственном компьютере. Но, как говорится, аппетит
приходит во время еды. После успехов фирмы МИТС лю-
ди стали мечтать о большем. Сочетание двух побудитель-
ных мотивов, толкнувших в свое время Робертса на со-
здание собственной фирмы, — а именно увлечение техни-
кой и стремление разбогатеть — стало источником
энергии, которая породила совершенно новую отрасль
промышленности. По прошествии всего года с момента
появления первого «Альтаира» в производство персо-
нальных компьютеров включилось более двух десятков
компаний.
Вместе с новыми машинами появились и другие, тесно
связанные с ними виды предпринимательства. Стали из-
даваться журналы, целиком посвященные персональным
компьютерам. Организовывались выставки персональных
компьютеров, начиная с первой Всемирной конференции
1977 г
В этом году были запущены в массо-
вое производство три персональных
компьютера: «Эпл-2», TRS-80 (фирма
| «Рэдио шэк») и РЕТ (фирма «Ком-
модоре»).
1975 г.
Студенты Пол Аллен
и Билл Гейтс впервые
использовали язык
Бейсик для программ-
ного обеспечения пер-
сонального компьюте-
ра «Альтаир».
1979 г
Компания «Софту-
эар артс» (Software
Arts) разработала
первый пакет де-
ловых программ
«Визикалк» (Visi
Calc) для персо-
нальных ком-
пьютеров.
1981 г.
Фирма ИБМ, дол-
гие годы лидиро-
вавшая в области
мощных ЭВМ, вы-
пустила свой пер-
сональный ком-
пьютер IBM PC.
97

по компьютерам «Альтаир», состоявшейся в Альбукерке
в 1976 г. На выставках демонстрировались новые модели
машин, происходил обмен идеями.
Фирма МИТС была не подготовлена к столь большо-
му спросу на ее продукцию и не имела достаточного опы-
та, чтобы поддерживать ее на высоком техническом уров-
не. Успех сопутствовал фирме лишь в течение двух с по-
ловиной лет. В 1977 г. Робертс продал за 6,5 млн. долл,
свою еще процветавшую компанию корпорации «Пертек
компьютер» (Pertec Computer), производившей ранее ком-
поненты для больших ЭВМ.
Какое-то время Робертс продолжал работать у новых
владельцев фирмы, но, когда здесь не одобрили его про-
ект портативного персонального компьютера, покинул
их. «Они были уверены, что я не разбираюсь в этом де-
ле», — вспоминал он позже. Но даже когда он решил осу-
ществить свою старую мечту — получить степень докто-
ра наук, — его предпринимательская жилка и увлечен-
ность электроникой принесли новые плоды. В 1983 г.,
вернувшись к теме своих ранних изобретений, он органи-
зовал компанию по производству недорогих электронных
приборов для медицинской диагностики.
В производстве персональных компьютеров, оборудо-
вания и программного обеспечения для них, развернув-
шемся после успехов фирмы МИТС и создания «Альтаи-
ра», не обошлось, конечо, без столкновений и соперниче-
ства. Сам Робертс к одним изготовителям дополнитель-
ного оборудования для «Альтаира» относился благо-
склонно, других считал «паразитами». Однако в основном
компании, возникшие после появления «Альтаира», были
скорее коллегами, нежели конкурентами. В то время со-
стояние рынка способствовало спокойному, коллегиаль-
ному стилю работы. Шутливые названия компаний, на-
пример «Кентукки фрайд компьютере», «Итти-битти ма-
шине» (Kentucky Fried Computers, Itty Bitty Machines) и
т. п., как бы говорили о том, что они относятся к себе
не с традиционной для большого бизнеса серьезностью,
а весьма иронически. Как и МИТС, эти фирмы в основ-
ном работали на любителей, среди которых было приня-
то свободно делиться идеями, опытом и энтузиазмом,
поскольку увлечение компьютерами у них намного пере-
силивало стремление к наживе. Если, скажем, в названии
фирмы ИБМ буква «Б» (бизнес) предшествовала «М»
(машина), то в мире персональных компьютеров все бы-
ло наоборот. Большинство первых компаний в этой обла-
сти, подобно фирме МИТС, было сильнее в техническом
отношении, чем в деловом и финансовом.
ОТ ЛЮБИТЕЛЕЙ К ПРОФЕССИОНАЛАМ
Первой стала выпускать персональные компьютеры на
чисто деловой основе фирма ИМСАИ (IMSAI, от Infor-
mation Management Science Associates, Incorporated), бази-
рующаяся в Сан-Леонардо, шт. Калифорния. Возглавляе-
мая бывшим директором по сбыту корпорации ИБМ Уи-
льямом Миллардом, эта фирма, занимающаяся обработ-
кой научной информации, предприняла ряд мер, стремясь
придать компьютерам внешний блеск и заинтересовать
На этой рекламной фотографии
1979 г. инженер-предприниматель
Джордж Морроу с хитрой улыбкой
демонстрирует свои новые платы
памяти на 8 К, которые предназна-
чались для расширения памяти
компьютера «Альтаир». Позже
Морроу создал собственный персо-
нальный компьютер.
Как свидетельствует обложка «Журнала док-
тора Доббса», это издание предназначалось
для энтузиастов компьютерного дела и мог-
ло служить им справочным пособием. Впер-
вые изданный в 1976 г. некоммерческой орга-
низацией «Народный компьютер» этот жур-
нал содержал советы, начальные сведения и
упражнения, пропагандируя экономные спосо-
бы программирования, не требующие боль-
шого объема памяти.
98

ими деловой мир. Пренебрегая интересами любителей,
благодаря которым родилось производство персональных
компьютеров, фирма твердо решила ориентироваться не
на индивидуальных покупателей, а на организации, нуж-
дающиеся в оптовой закупке персональных компьютеров
и использовании их для обработки конторской информа-
ции, а не в качестве занятной игрушки.
Активность и честолюбие, отличавшие работу Миллар-
да, отчасти были приобретены им на курсах Эрхарда по
подготовке бизнесменов, ставивших своей задачей более
полное раскрытие человеческих способностей. Там Мил-
лард уверовал в собственную неуязвимость, исключаю-
щую даже мысли о возможности неудач. На руководящие
посты фирмы он пригласил людей, прошедших те же кур-
сы и разделявших его мнение, что уверенность в успехе от-
крывает безграничные горизонты в мире бизнеса. Полу-
официальным лозунгом фирмы стали слова «Сотвори чу-
до», которые часто произносили менеджеры ИМСАИ, ста-
вившие перед собой, казалось бы, фантастические цели и
неуклонно стремившиеся к их достижению.
И они действительно многого достигли. Фирма
ИМСАИ, организованная вскоре после того, как Робертс
продемонстрировал свой «Альтаир», приступила к выпуску
компьютеров в конце 1975 г. и уже через год стала одним
из лидеров этой новой отрасли. Но хотя продажа компью-
теров в течение некоторого времени стремительно росла,
над компанией начали сгущаться тучи. При всей своей на-
пористости менеджеры фирмы не могли пробудить у пред-
принимателей тот энтузиазм по отношению к персональ-
ным компьютерам, который продемонстрировали любите-
ли. В отличие от хэкеров, расхватывавших «Альтаиры»
быстрее, чем фирма МИТС их производила, деловые люди
и администраторы отнюдь не лелеяли мечты о свержении
касты «компьютерных жрецов» и совсем не жаждали по-
трогать руками микросхемы или печатные платы и пора-
ботать с языками программирования. Их интересовала
лишь немедленная практическая отдача. Однако машины
фирмы ИМСАИ — почти полностью копировавшие «Аль-
таир» и лишь немногим удобнее его — поступили в прода-
жу за три года до того, как был написан программный
комплекс «Визикалк» (VisiCalc), который позволял без
труда проводить финансовые расчеты, превратив тем са-
мым персональный компьютер в серьезный деловой ин-
струмент. Поскольку компания ИМСАИ не располагала
такими полезными программами, круг ее клиентов в
основном ограничивался любителями электроники, хотя и
не лишенными деловых амбиций.
Как это ни парадоксально, одним из факторов, мешав-
ших успеху фирмы ИМСАИ был как раз акцент на чисто
финансовый стороне дела. Сильная там, где конкуренция
была слаба, фирма спасовала там, где конкуренция оказа-
лась сильнее. Другие фирмы-пионеры, увлеченные прежде
всего технической стороной дела, не слишком углублялись
в вопросы финансовой стратегии. В то же время Миллард
и его единомышленники-менеджеры, стремясь добиться
чудес в продаже машин, не уделяли должного внимания
инженерному отделу фирмы, который, подгоняемый сбы-
том, выбрасывал на рынок машины не прошедшие долж-
ной проверки.
Само по себе это, видимо, не было столь уж роковым
недостатком. Владельцы первых моделей персональных
компьютеров привыкли к их «капризам» и малой надеж-
ности. Но они привыкли также к участию производителей
компьютеров, их готовности прийти на помощь своим
клиентам, разрешить вместе с ними технические проблемы
и устранять недостатки. Открытое пренебрежение менед-
жеров ИМСАИ интересами любителей, конечно, мало спо-
собствовало добрым отношениям с ними. Еще меньше
фирма могла рассчитывать на симпатии обычных деловых
людей, которые составляли немалую часть их клиентуры.
Пережив стремительный взлет и не менее стремитель-
ное падение, фирма ИМСАИ окончательно разорилась в
1979 г. — примерно в то самое время, когда корпорация
«Пертек» начала сворачивать производство компьютеров
«Альтаир».
ЗНАМЕНАТЕЛЬНЫЙ ГОД
Как видим, ни МИТС, ни ИМСАИ не достигли равновесия
между техническим уровнем разработок и финансовой
стратегией, которое позволило бы им удерживать столь
быстро завоеванные позиции. Однако три другие фирмы
имели все необходимое для успеха, и в 1977 г. они вступи-
ли в борьбу. В последующие два года две более или менее
установившиеся фирмы, «Тэнди рэдио шэк», ТРШ (Tandy
Radio Shack, TRS) и «Коммодоре интернэшнл» (Commo-
dore International), лидировали в продаже микрокомпьюте-
ров. Но молодая компания со странным названием «Эпл
компьютере» [Apple (яблоко) Computers] едва сводила кон-
цы с концами.
Фирма «Коммодоре» первой выпустила свой компью-
тер «Пет» (РЕТ, от Personal Electronic Transactor —
персональное электронное устройство обработки данных),
о создании которого она сообщила в январе 1977 г. (хотя
в продажу он поступил несколько позже). Основателем
фирмы был Джек Трэмиел, переживший ужасы Освенцима
и приехавший в США после второй мировой войны еще
подростком. Динамичный и требовательный, он начинал
со сборки пишущих машинок, затем перешел к производ-
ству электронных калькуляторов, которые вытеснили фир-
му Робертса из этой отрасли производства. В 1976 г. Трэ-
миел устремился в новую область, купив небольшую ком-
панию «МОП-текнолоджи» (MOS-Technology), основатель
которой Чак Педдл разработал микропроцессор 6502. Рас-
полагая солидной «технической базой» в лице Педдла и
приобретя еще фирму «Фронтиер мэнифекчуринг» (Frontier
Manufacturing), Трэмиел подготовился к штурму рынка
микрокомпьютеров.
Случилось, однако, так, что подобные планы вынаши-
вала еще одна компания. «Тэнди рэдио шэк» владела
сетью магазинов в Техасе, торговавших электронными де-
талями и комплектами для различных устройств, начиная
от любительских радиоприемников до стереофонических
проигрывателей. Таким образом, фирма имела возмож-
ность привлечь к своей продукции любителей электроники,
99

мечтавших о собственном компьютере. Оставалось лишь
создать саму машину. В июле 1976 г. компания заключила
контракт со Стивеном Лейнинджером, инженером с ди-
пломом Университета Пердью, работавшим до этого на
предприятии «Нэйшнл семикондактор» (National Semi-
conductor) в Кремниевой долине, которое занималось про-
изводством интегральных микросхем. В течение последую-
щих 6 месяцев Лейнинджер с небольшой группой сотруд-
ников не покладая рук трудились в штаб-квартире фирмы
ТРШ в Форт-Ворсе, пытаясь создать машину, способную
конкурировать с «Альтаиром».
Еще в Кремниевой долине Лейнинджер подрабатывал
в одном из первых компьютерных магазинов «Байт». Бо-
лее того, он проводил много времени в компьютерном
клубе «Хоумбрю» (домашняя брага), общаясь с группой
хэкеров, которые впоследствии оказали заметное влияние
на развите новой отрасли производства. Таким образом,
в лице Лейнинджера фирма ТРШ обрела сотрудника, кото-
рый не только хорошо разбирался в технической стороне
дела, но и был знаком с людьми, увлеченными компьюте-
рами. По его совету компания отказалась от своего перво-
начального намерения продавать компьютерные комплек-
ты и решила разработать готовую модель. Такая модель
должна была расширить возможности пользователя, не
вынуждая его возиться с ручными переключателями и счи-
тывать данные по мигающим огонькам. Лейнинджер
практически в одиночку разработал не только архитектуру
нового компьютера, но и его встроенное программное
обеспечение.
Первая модель TRS-80 была построена на основе но-
вейшего микропроцессора Z-80, весьма похожего на «Ин-
тел-8080», но с лучшими рабочими характеристиками.
(Z-80 производила компания «Зайлог» (Zilog), основанная
бывшими сотрудниками фирмы «Интел», — это обстоя-
тельство привело впоследствии к судебной тяжбе.) Для
удобства ввода и вывода данных Лейнинджер соединил
компьютер с телевизионным видеомонитором и клавиш-
ным устройством типа пишущей машинки, добавив также
кассетный магнитофон, на котором были записаны про-
граммы и данные.
Галерея чемпионов
1 Микропроцессор	"Интел-4004"			"Интел-8080"	"МОП—текнолоджи 6502"			"Моторола-68000"			
		I 1				* • •»					
									Mb	nt.		
											
Год выпуска	1971			1974	1975			1979			
। Число элементов	2250			4500	4300			70 000			
Быстродействие	Складывает два 4-бит числа за 11 мкс			Складывает два 8-бит числа за 2,5мкс	Складывает два 8-бит числа за 1 мкс			Умножает два 16-бит числа за 3,2 мкс			
Значение	Первый ми кро процессор			Первый универсальный микропроцессор; стал стандартом ми кро ко м пьютерной технологии	Быстродействующий и дешевый; широко применялся в домашних компьютерах			Один из самых мощных и универсальных 16-бит ми препроцессоров; производит умножение как одну операцию, а не путем повторных сложений			

2 февраля 1977 г., после круглосуточной работы в тече-
ние нескольких дней подряд, Лейнинджер продемонстри-
ровал свой компьютер Чарлзу Танди, главе компании
ТРШ. На удивление, все работало как надо. Попыхивая в
экран компьютера сигарой, Танди выразил полное удов-
летворение. Кто-то спросил, столько штук следует изгото-
вить: 2000 или 2500? В ответ глава фирмы заявил: «У нас
3500 торговых точек. Думаю, столько и нужно сделать.
Если даже их не удастся продать, мы воспользуемся ими
для бухгалтерских подсчетов».
«Модель-1», первый микрокомпьютер, продававшийся
Микропроцессоры, перечисленные в этой таб-
лице, отражают важнейшие этапы развития
этой отрасли. Первый из микропроцессоров
«Интел-4004», выпущенный в 1971 г., рассчи-
танный на 4 бит, обрабатывал за одну опе-
рацию 4 бита данных. С этого времени бы-
стродействие, сложность и вычислительная
мощность микропроцессоров возрастали по
экспоненциальному закону. В 1981 г. фирма
«Хьюлетт-Пакард» (Hewlett Packard) выпу-
стила первый 32-битный «суперчип».
со всеми компонентами — что теперь уже кажется само собой
разумеющимся, — поступил в продажу в сентябре 1977 г.
Только за первый месяц пришло 10 тыч. заявок, и спрос
все время оставался настолько высоким, что компания не
могла удовлетворить его почти в течение года. К концу
1978 г. компания ТРШ с ее прекрасно налаженной систе-
мой распределения продукции опередила фирму «Коммо-
доре» по числу проданных компьютеров.
Однако в это соперничество двух машин вмешалась
третья — компьютер фирмы «Эпл». Образованная весной
1976 г., эта поначалу малопреуспевающая компания не
смогла завоевать мир своей первой машиной «Эпл-1»,
продав лишь 200 экземпляров. Однако несколько лет спу-
стя компания настолько уверенно заняла господствующее
положение на рынке персональных компьютеров и покры-
ла себя такими легендами, что многие люди были искрен-
не убеждены, что «два Стива», основатели фирмы Стефен
Возняк и Стивен Джобс, были также основателями всей
отрасли — производства персональных компьютеров.
ОСНОВАТЕЛИ ФИРМЫ «ЭПЛ»
Возняк и Джобс, прославившиеся благодаря успеху своего
предприятия, в паре представляли собой некий сплав ка-
честв, отличавших фирмы МИТС и ИМСАИ. Общее межу
ними заключалось только в том, что оба увлекались элек-
троникой, жили в Лос-Анджелесе, ходили в одну школу и
были друзьями. Возняк (или Воз, как его звали друзья)
был четырьмя годами старше Джобса, которому в 1983 г.,
когда фирма «Эпл» вошла в список 500 крупнейших амери-
канскийх компаний, исполнилось лишь 27 лет. Воз придер-
живался весьма строгих взглядов, резко осуждая, напри-
мер, употребление наркотиков, столь распространенное
среди его сверстников. Его мать была активным членом
республиканской партии, и однажды ему посчастливилось
сфотографироваться вместе с кандидатом в губернаторы
шт. Калифорния Ричардом Никсоном и попасть таким об-
разом на первую полосу местной газеты. Уже в старших
классах школы и на протяжении одного года учебы в Ко-
лорадском университете (это его первая попытка получить
высшее образование), где он нахватал неудовлетворитель-
ных оценок, Возняк был настолько увлечен техникой, пре-
жде всего компьютерами, что у него практически не оста-
валось времени ни на учебу, ни на общение со сверст-
никами.
Однако для Джобса компьютеры и электроника были
лишь одним из многочисленных интересов. В поисках
смысла жизни, интеллектуального, эмоционального и ду-
ховного удовлетворения он испробовал многое: наркотики,
вегетарианство, голодание, медитацию, писал стихи, меч-
тая о литературной карьере. В колледже он проучился
лишь один семестр и, прежде чем вернуться в Лос-Андже-
лес, существовал на случайные заработки. Интересуясь
восточными религиями и тяготея к мистике, он несколько
раз побывал в Индии, где посещал храмы и участвовал
в религиозных празднествах. Занявшись бизнесом, он от-
дался делу почти с религиозным рвением человека, нашед-
шего в конце концов смысл жизни.
101

Возняк, который никогда не сомневался, что смысл
жизни заключается в компьютерах, любил проделывать
всевозможные трюки, что резко контрастировало с его
серьезным отношением к науке. Свои познания и практиче-
ские навыки в электронике он нередко использовал для
озорных затей. Еще подростком он однажды провел ночь
в полицейском участке за то, что подсунул поддельную
бомбу в тумбочку своего школьного товарища. Позднее,
собрав оригинальное электронное устройство, он подклю-
чил его к своему телефону. И каждый, кто набирал его
номер, слышал в ответ какую-нибудь шутку. Возняк был
польского происхождения, и его номер телефона вскоре
стал популярным среди американцев польского происхож-
дения, живших в окрестностях Сан-Франциско, которых,
естественно, привлекал польский юмор. Однажды он при-
думал, как бесплатно позвонить в Ватикан, и, подражая
голосу государственного секретаря Генри Киссинжера, по-
просил к телефону Папу Римского. Однако акцент выдал
его, и попытка, хоть и удавшаяся технически, не увенча-
лась успехом.
Компьютеризованная переключательная система теле-
фонной компании АТТ вызывала у Возняка такое восхище-
ние, что он активно включился в подпольное движение
«телефонных пиратов». В нем участвовали люди, либо по-
мешанные на возможностях электроники, либо враждебно
относящиеся к миру бизнесменов и администраторов. Они
«вламывались» в телефонную сеть, совершая длительные
и бесплатные «путешествия» по ее кабелям, проводам и
спутниковым каналам связи. «Ключом», открывавшим
систему, был так называемый «синий ящик» — электрон-
ное устройство, сигналы которого были тщательно отка-
либрованы и имитировали сигналы сети. Компьютеры
системы принимали эти сигналы за свои и бесплатно от-
крывали каналы дальней связи.
Кое-кто из телефонных пиратов угодил за такие про-
делки в тюрьму. Возняк же организовал бизнес. Это было
их первое совместное предприятие с Джобсом. Не взирая
на угрозу попасть под суд, Возняк изготавливал «синие
ящики», а Джобс занимался закупкой необходимых дета-
лей и сбытом готовой продукции. Таким образом, еще за
несколько лет до того, как они приступили на законных
основаниях к разработке персональных компьютеров, «два
Стива» заколачивали тысячи долларов, снабжая телефон-
ных пиратов искусно сделанной «электронной контра-
бандой».
Оба они поступили на работу в престижные фирмы
Кремниевой долины. Джобс программировал видеоигры
для компании «Атари» (Atari), основатель которой моло-
дой человек по имени Нолан Бушнелл, доказывал, что из
компьютерных развлечений можно извлекать миллионные
прибыли. Возняк получил должность инженера в более со-
лидной компании «Хьюлетт-Пакард» (Hewlett Packard).
В 1975 г., когда Возняк и Джобс решили создать собствен-
ный персональный компьютер, два будущих миллионера,
не гнушающиеся порой неблаговидными поступками, вы-
несли нужные им детали с предприятий фирм, где ра-
ботали.
ПЛОДОТВОРНАЯ АНАРХИЯ
КОМПЬЮТЕРНОГО КЛУБА
Возняк, выполнявший основную часть работы по констру-
ированию новой машины, черпал вдохновение в клубе
компьютерных любителей «Хоумбрю», более 20 членов
которого впоследствии стали предпринимателями Крем-
ниевой долины. Движущей силой клуба была группа акти-
вистов-технократов, считавших персональные компьютеры
тем средством, которое «передаст власть народу». «Тре-
тейским судьей» в бурных спорах участников клуба обыч-
но выступал Ли Фелзенстейн, инженер-электронщик, одно
время работавший редактором издания «Берли барб», ко-
торый позднее сконструировал первый портативный ком-
пьютер «Осборн-1». Для Фелзенстейна компьютерная ре-
волюция была действительно революцией, которая каждо-
му давала возможность приобщиться к средствам обра-
ботки информации, находившимся прежде в руках сильных
мира сего. Он во многом способствовал установлению в
клубе веселой, дружеской атмосферы, которая благоприят-
ствовала обмену аппаратурой, идеями и даже секретами
корпорации, касающимися новых разработок, интересо-
вавших членов клуба.
Возняка привлекала компания любителей, разделявших
его увлеченность вычислительной техникой. Стив Лей-
нинджер из фирмы ТРШ вспоминал атмосферу этих сбо-
рищ: «Все были похожи друг на друга: те же выцветшие
джинсы, те же бороды. Однако в них чувствовалось что-то
особенное, казалось, эти люди искрились идеями». Воз-
няк называл встречи в клубе «Хоумбрю» «самым важным
событием в своей жизни». При моральной поддержке и
технической помощи Джобса он начал работать над но-
вым компьютером, желая похвастаться им в клубе. Это
была не первая его попытка сконструировать компью-
тер— в возрасте 13 лет он завоевал несколько призов на
местных выставках научно-технического творчества, про-
демонстрировав свою несложную машину под названием
«Десятибитный параллельный сумматор-вычитатель». В
школе вместе с приятелем он собрал «крем-содовый ком-
пьютер», названный так в честь напитка, который они по-
глощали литрами, работая над этой машиной. Предвку-
шая сенсационный успех и рассчитывая на газетные анш-
лаги, эти вундеркинды пригласили на демонстрацию
своего творения репортера и фотографа из той самой газе-
ты, на первой странице которой несколько лет красовалась
фотография Возняка с Никсоном. Однако их мечты о сла-
ве в буквальном смысле слова рассеялись как дым, так как
компьютер «погиб» на глазах у представителей прессы:
густой дым повалил из блока питания и все электронные
схемы сгорели.
НЕБЛЕСТЯЩИЙ ДЕБЮТ
Машина, продемонстрированная Возняком на одном из
собраний клуба «Хоумбрю» осенью 1975 г., хотя и не под-
вела своего создателя, была встречена без особого энтузи-
азма. Так много любителей приносили до него подобные
самоделки, что Возняк и его машина не произвели на изба-
лованную публику сильного впечатления. Лишь немногие
102

Первоначальная плата компьютера
«Эпл-1» под шуточным названием
«наш основатель» была вставлена в
рамку и вывешена в главной конторе
компании в 1977 г. Большую часть при-
мерно из 200 машин «Эпл-1» покупате-
ли со временем обменяли на машины
«Эпл-2».
его коллеги заинтересовались тем, как он использовал но-
вый микропроцессор 6502 фирмы «МОП-текнолоджи».
Хотя это устройство было менее известно, чем популяр-
ный процессор «Интел 8080», применявшийся в компьюте-
рах «Альтаир», стоило оно значительно дешевле — всего
20 долл. Возняк поделился секретами своей конструкции со
всеми желающими и даже помог некоторым построить
собственные варианты машины. Идея сделать эту машину
коммерческой принадлежала Джобсу. Он уговорил друга
наладить производство компьютера для продажи членам
клуба, а также для поставки в только что появившиеся в
округе компьютерные магазинчики. В апреле 1976 г. дру-
зья подписали контракт, тем самым официально оформив
свое давнишнее партнерство. Так родилась компания «Эпл
компьютере». (Третий партнер, Рон Уэйн, которому было
поручено написать руководство для пользователей, вышел
из предприятия уже через несколько месяцев.)
Как и в случае с «Альтаиром», история происхождения
названия «Эпл» (apple — яблоко) не до конца ясна. Его
предложил Джобс как альтернативу более строгим, «тех-
ническим» вариантам, которые обсуждались молодыми
партнерами. Поклонник группы «Битлз», Джобс, возмож-
но, предложил назвать компьютер по имени фирмы, выпу-
скавшей пластинки этой группы. А может быть, он вспом-
нил ферму-коммуну, где долгими часами работал в ябло-
невом саду после того, как бросил колледж. Не исключено,
что название было навеяно воспоминанием о фруктовой
диете (и множестве съеденных яблок), которой он придер-
живался по возвращении из Индии. В любом случае это
безобидное и симпатичное имя вполне подходило для ком-
пании, начальный капитал которой (1300 долл.) образовал-
ся за счет продажи «фольксвагена» и замысловатого про-
граммируемого калькулятора. «Так или иначе, это назва-
ние поставило нас впереди «Атари» в телефонном
справочнике», — говорил впоследствии Джобс.
Первое рабочее помещение фирмы «Эпл» размещалось
в лишней спальне дома, принадлежавшего родителям
Джобса. Там «два Стива» собрали 50 машин для продажи
в компьютерном магазине «Байт», где работал Стив Лей-
нинджер. По мере расширения дела они перебрались в га-
раж и там продолжали сборку машин. В то же самое вре-
мя Возняк усовершенствовал конструкцию компьютера —
это был шаг к знаменитой модели «Эпл-2», которую ожи-
дал феноменальный успех.
Осенью 1976 г. «штаб-квартиру» фирмы Джобса и Воз-
няка, располагавшуюся в гараже, посетили представители
компании «Коммодоре». Президент этой фирмы Трэмиел,
вознамерившись выйти на рынок персональных компьюте-
ров, выкупив компанию «Эпл», направил для переговоров
Чака Педдла и еще одного сотрудника своей компании.
«Эпл» и «Коммодоре» не пришли к соглашению, одна-
ко суммы, названные в ходе переговоров, не шли ни в ка-
кое сравнение со скромными прибылями, которые получа-
ли молодые партнеры от продажи компьютеров «Эпл-1».
Начав мыслить более крупными категориями, Джобс за-
нялся поисками денег и талантов, которые позволили бы
фирме завоевать столь же блестящую репутацию, какую
имела машина Возняка. Он отыскал нескольких специали-
103

стов по рекламе, готовых также вложить капитал. Одним
из них был Майк — А. К. Маркулла, бывший администра-
тор фирмы «Интел», который, заработав миллионы, оста-
вил службу в возрасте чуть больше 30 лет. Маркулла посе-
тил гараж: ему понравилось это сочетание виртуозной
конструкторской работы Возняка и беспокойного тщесла-
вия Джобса. Он вложил в их дело немного денег, став по
существу третьим партнером фирмы «Эпл», и, пользуясь
своими связями в деловом мире, привлек дополнительные
капиталовложения и хороших администраторов. Под руко-
водством Маркуллы «Эпл» превратилась в корпорацию.
Это произошло в первую неделю 1977 г. — немногим бо-
лее года после того, как Возняк отвез свой первый ком-
пьютер «Эпл» в клуб «Хоумбрю».
ДВЕНАДЦАТИФУНТОВАЯ СУПЕРЗВЕЗДА
Через неслько месяцев новое изделие корпорации, «Эпл-2»,
было продемонстрировано на Компьютерной ярмарке,
состоявшейся в Сан-Франциско. Заключенная в красивый
пластмассовый корпус машина весила всего 12 фунтов
(около 5 кг), имела систему цветной графики, содержала
минимум микросхем и была выполнена, как в конструк-
торском, так и в коммерческом отношении, безукоризнен-
но и на невиданном доселе уровне. Теперь принято счи-
тать, что именно «Эпл-2» раз и навсегда открыл широкую
дорогу перед новой индустрией — производством персо-
нальных компьютеров. За один только год корпорация
продала продукции на 2,7 млн. долл. В течение ряда по-
следующих лет фирмы первого поколения (МИТС и ИМ-
САИ) прекратили свое существование, тогда как «Эпл»
продолжала разрастаться невероятными темпами. К 1980 г.,
когда корпорация «Эпл» вышла на Уолл-стрит с самым
крупным капиталом в акциях (со времен автомобильной
компании «Форд»), ее годовой доход составлял 117 млн.
долл.
В результате выхода корпорации в мир большого би-
знеса Возняк и Джобс стали обладателями капитала, в
сумме составлявшего около 400 млн. долл. Их стремитель-
ный взлет на высший уровень породил многочисленные
легенды. О них «кричали» обложки самых популярных
американских журналов, а гараж семьи Джобсов стал сво-
его рода музеем первопроходцев XX в. Однако пик успеха
компьютеров фирмы «Эпл » пришелся как раз на период,
когда завершалась целая эпоха в индустрии, рожденной
этим успехом.
Уже в следующем году корпорация ИБМ изготовила
свой персональный компьютер — IBM PC, с появлением
которого началась новая эпоха. Уже сам факт, что ИБМ
занялась персональными компьютерами, рассеял послед-
ние сомнения в том, что они вошли в жизнь общества
всерьез и надолго, поскольку, как было известно всем и
каждому, эта фирма не занималась пустяками и все делала
основательно. Но выход на арену ИБМ означал также ко-
нец «самодеятельности», неформального любительского
стиля работы, оживлявшего эту индустрию на первых эта-
пах ее развития. Персональные компьютеры, символизи-
ровавшие раньше хэкеров, которым был ненавистен круп-
Компьютеры «Эпл-2» на сборочном конвейе-
ре в 1981 г., когда в продаже появились пер-
сональные компьютеры фирмы ИБМ. Успех
компьютера «Эпл-2» был обусловлен прежде
всего тем, что при его создании ни аппарат-
ная часть, ни операционная система машины
не держались в секрете, что позволяло разра-
батывать для нее различное программное
обеспечение.
ный бизнес, теперь сами превратились в бизнес. «Каста
жрецов» инженерно-технического персонала в белых хала-
тах, обслуживавших ЭВМ, была свергнута, однако ей на
смену пришла новая иерархия — администраторов в ко-
стюмах-тройках. За удивительно короткий период време-
ни, с середины 70-х до начала 80-х гг., новая индустрия
перекочевала из гаражей хэкеров в залы, где проходят со-
вещания директоров корпораций.
Но хотя подобные перемены огорчили некоторых энту-
зиастов, непрерывное совершенствование техники сдела-
ло персональный компьютер доступным для широких кру-
гов пользователей. За короткий период, прошедший с де-
бюта «Альтаира» до появления персонального компьюте-
ра IBM PC, к вычислительной технике приобщилось боль-
ше людей, чем за все долгие годы — с момента первых,
еще неясных мыслей Чарлза Бэббиджа об Аналитической
машине до изобретения интегральных электронных схем.
Персональные компьютеры, разумеется, претерпели су-
щественные изменения за время своего победного шествия
по планете, но они изменили и сам мир.
104


АНАТОМИЯ
КОМПЬЮТЕРА

Компьютеры, способные решать множество разнообраз-
ных сложных задач, причем с молниеносной быстротой, ^^1
приводят непосвященных в трепет. Наверное, даже анализ ~т.~
электронных схем компьютера не может до конца объяс-
нить его поразительных возможностей. А между тем, как
мы увидим в дальнейшем, его внутренняя структура и
принципы работы, казалось бы, сами по себе просты.
Каждому из основных компонентов вычислительной
системы (см. с. 106) отведены определенные функции, ко-
торые выполняются определенным способом. Два таких
компонента впервые были описаны в 1833 г. Чарлзом Бэб-
биджем в проекте Аналитической машины. Бэббидж ввел
понятие устройства, названного «мельницей», в котором
производятся действия над величинами, и понятие запоми-
нающего устройства, «склада», где хранятся значения ве-
личин и результаты выполняемых «мельницей» операций.
В наше время — это соответственно арифметико-логиче-
ское устройство (АЛУ) и оперативное запоминающее уст-
ройство (ОЗУ). АЛУ является частью центрального про-
цессорного устройства компьютера, которое выполняет
инструкции, а также управляет информацией, поступаю-
щей в машину от таких устройств, как клавиатура или све-
товое перо, и выводимой из нее, например, на печатающее
устройство (принтер) или телевизионный экран (видео-
монитор).
Все компоненты компьютера в основном работают по
принципу последовательной обработки данных. Идет ли
речь о персональном компьютере или о мощном суперком-
пьютере, оба они решают задачи в незамысловатой после-
довательной манере, шаг за шагом, в каждый момент вре-
мени анализируя и выполняя лишь одну инструкцию, по-
сле чего переходят к следующей. Даже решение
простеньких задачек — типа сложить два и два или перей-
ти от строчных букв к прописным — требует сотен мелких
процедур. Но каждый такой крошечный шаг совершается
гораздо быстрее, чем «в мгновение ока», и буквально за
считанные секунды эти бесчисленные мелкие операции сла-
гаются в решение задачи — будь то вывод на экран упоря-
доченного по алфавиту списка или изображение сбитого
летательного аппарата напавших на Землю инопланетян в
увлекательной видеоигре. На рисунках (с. 108—117) рас-
сматривается задача, предшествующая всему, — проце-
дуры, которые выполняет компьютер в процессе подго-
товки к работе.
105

Анатомия компьютера
Общий вид
вычислительной
системы
Схематические изображения, представленные на этих двух
страницах, помогают понять внутреннее устройство и
принципы действия типового персонального компьютера,
однако, по существу, данные элементы характерны для
любой вычислительной системы. Например, клавиату-
ра—самое распространенное устройство для ввода в ма-
шину данных и программ, телевизионный дисплей и прин-
тер — стандартные устройства вывода информации.
Большинство систем содержат также устройства, анало-
гичные накопителю на магнитных дисках, в котором запи-
сывается информация, предназначенная для длительного
хранения, и размещается дополнительное программное
обеспечение, не умещающееся в оперативной памяти ком-
пьютера. Все эти внешние устройства (слева) подключают-
ся к системному блоку компьютера, электронные компоне-
нты которого показаны в развернутом виде на рисунке
(справа).
Основная системная плата содержит центральное про-
цессорное устройство (ЦПУ) — микропроцессор, управля-
ющий работой всех компонентов компьютера. Каждая ин-
струкция сначала анализируется центральным (а иногда и
вспомогательным) процессором, после чего исполняется.
Важной частью системной платы является кварцевый гене-
ратор тактовых импульсов, своеобразные «часы» систе-
мы, координирующие и синхронизирующие работу множе-
ства электрических цепей компьютера. При включении ма-
шины под действием электрического тока кварцевый
кристалл, имеющий строго определенные размеры, начи-
нает вибрировать с постоянной частотой, достигающей в
ряде случаев миллионов колебаний в секунду. При каждом
колебании кристалл генерирует импульс напряжения. Эти
регулярно повторяющиеся импульсы вместе с другими сиг-
Принтер
Главная роль в персональном компьюте-
ре принадлежит его системному блоку,
Накопитель
на магнитных
дисках
внутренняя плата которого показана в
развернутом виде на следующей страни-
це. Все остальные компоненты подключа-
ются к системному блоку через порты
ввода-вывода. Так называемый модем
(слева внизу) дает компьютеру возмож-
106

налами задают темп работы устройств и обеспечивают
синхронное срабатывание различных электронных эле-
ментов.
На системной плате имеются также порты для связи
с устройствами ввода-вывода, а также микросхемы двух
типов внутренней памяти: постоянного запоминающего
устройства (ПЗУ), служащего лишь для считывания дан-
ных, или оперативного запоминающего устройства (ОЗУ),
используемого как для считывания, так и для записи ин-
формации. (Эта память называется также запоминающим
устройством с произвольной выборкой, ЗУПВ, но на прак-
тике чаще используется термин ОЗУ.) ПЗУ содержит ин-
струкции, которые не подлежат изменению. ОЗУ хранит
программы и данные только до тех пор, пока не отключа-
ется питание. Пользователь может свободно стирать и за-
писывать данные в ОЗУ, но при отключении питания вся
хранящаяся там информация пропадает.
Каждая микросхема памяти содержит информацию в
форме двоичных разрядов (битов), закодированных в виде
электрических зарядов. Эта заряды хранятся в определен-
ных ячейках, т. е. распределены в микросхемах по опреде-
ленным адресам. Адрес также выражается в двоичном ви-
де. Центральный процессор генерирует последователь-
ность электрических импульсов, определяющих конкрет-
ный адрес в памяти; информация, найденная по этому
адресу (она также закодирована в виде импульсов), посту-
пает в процессор для обработки. Коды адресов передают-
ся по параллельным проводящим линиям, образующим в
совокупности адресную шину. Информация передается в
центральный процессор по параллельным линиям шины
данных. Дешифратор адреса и специальный набор пере-
ключателей (на них зафиксированы некоторые важные
адреса) помогают направлять электрические импульсы по
назначению.
Два основных компонента компьютера — это блок
питания, преобразующий переменный ток в постоян-
ный определенного напряжения, и генератор такто-
вых импульсов. Некоторые генераторы вырабатыва-
ют импульсы нескольких частот, координируя рабо-
ту элементов с различным быстродействием.
107

Анатомия компьютера
Начальная
последовательность
действий
При включении компьютера электрические сигналы прохо-
дят через всю систему, жестко предопределяя последова-
тельность действий. Кварцевый генератор тактовых им-
пульсов посылает сигналы во все схемы компьютера с ча-
стотой порядка нескольких миллионов импульсов в
секунду. Эти импульсы (не зависимые от других управля-
ющих сигналов машины) точно синхронизируют каждое
действие. На первом же такте сигнал сброса автоматичес-
ки очищает все внутренние ячейки ЦПУ для временного
хранения данных (регистры) от случайных зарядов, воз-
никших при скачках напряжения или оставшихся от пред-
шествующей работы машины. При очищении специально-
го регистра ЦПУ, называемого программным счетчиком,
его содержимое становится равным нулю (см. рисунок).
Теперь машина готова к процессу, называемому началь-
ной загрузкой, который протекает в несколько этапов. При
следующем тактовом импульсе в программный счетчик за-
носится адрес, подготовленный еще при конструировании
компьютера. Адрес обычно устанавливается при помощи
набора ручных переключателей. Адрес — серия высоких и
низких уровней напряжения (на рисунке представлена в ви-
де двоичных разрядов 11110010)— указывает ячейку ПЗУ,
в которой записана первая инструкция программы
начальной загрузки. (На рисунке показан адрес, состоящий
всего из 8 бит, в действительности же у большинства мик-
рокомпьютеров адрес содержит 16—20 бит.)
Программы начальной загрузки различны у разных ма-
шин. Иногда компьютер сразу же обращается к внешней
памяти, накопителю на магнитных дисках, и следует запи-
санным там инструкциям. В рассматриваемой здесь систе-
ме компьютер начинает с проверки внутренних компонен-
тов схем.
Центральный процессор выполняет программу началь-
ной проверки, совершая тысячи мелких шагов; в данном
случае каждый шаг заключается в обработке байта дан-
ных. Этот байт может представлять собой часть адреса,
код инструкции или элемент данных, найденный по опре-
деленному адресу (скажем, цифру или букву алфавита).
Байт — это набор сигналов с высоким или низким уровнем
напряжения, которые передаются либо по адресной шине
(желтая полоса), либо по шине данных (красная).
При включении питания (вверху) в машине начинается цепочка операций,
выполняемых настолько быстро, что они кажутся почти одновременными.
По первому тактовому импульсу поступает сигнал сброса, очищающий все
регистры ЦПУ и устанавливающий программный счетчик на нуль. Про-
граммный счетчик, выступающий в роли диспетчера, указывает ЦП, где
искать следующую инструкцию. На следующем такте (внизу) заранее заго-
товленный фиксированный адрес поступает в программный счетчик. В дан-
ном примере этот адрес указывает на ячейку ПЗУ, где хранится первая ин-
струкция неизменяемой программы начальной проверки и загрузки. При
следующем тактовом сигнале ЦП выставляет адрес, содержащийся в про-
граммном счетчике (11110010), на адресную шину (желтая полоса). К кон-
цу этого сигнала в программном счетчике появляется адрес следующей ин-
струкции программы.
108


Анатомия компьютера
110
По приходу тактового импульса на линиях адресной шины фиксиру-
ются высокие и низкие уровни напряжения, представляющие адрес
первой инструкции программы начальной проверки. (Адрес следую-
щей инструкции уже подготовлен в программном счетчике.) На сле-
дующем такте схемы дешифратора адреса определяют, где находит-
ся ячейка с данным адресом. Очередной тактовый импульс активи-
зирует соответствующую микросхему ПЗУ.
По мере прихода очередных тактовых импульсов управляющие схе-
мы ПЗУ обращаются к нужной ячейке памяти (ее биты изображе-
ны в виде желтых кружочков) в выбранном кристалле. Как показа-
но на рисунке, двоичная цепочка, представляющая адрес, отличается
от цепочки, представляющей информацию, которая хранится по
этому адресу: адрес лишь указывает, где хранится элемент данных,
но не сами данные. В показанном здесь случае затребованная це-
почка данных представляет собой код первой инструкции в началь-
ной последовательности команд. ЦПУ хотело бы «прочитать» этот
код, но должно ждать специального разрешающего сигнала и оче-
редного тактового импульса.

Анатомия компьютера
112

На следующем такте ЦПУ посылает сигнал «чтение» микросхеме
ПЗУ, которая мгновенно подает информацию в шину данных. Это
тщательно скоординированное сочетание управляющих сигналов и
тактовых импульсов гарантирует, что на шину не поступит никакой
информации, прежде чем устройство, для которого она предназна-
чена, не будет готово к приему. Благодаря тому, что тактовый им-
пульс и сигнал «чтение» проходят через один и тот же логический
вентиль И (см. с. 73), информация не может попасть на шину дан-
ных до тех пор, пока на обеих линиях сигналы не будут соответ-
ствовать логическому значению «истина».
Попав на шину данных, байт информации, извлеченный из ПЗУ в
соответствии с начальным адресом программы, поступает в ЦП.
На следующем такте ЦП фиксирует байт данных, принятый по ши-
не, и посылает его в свои регистры. Поскольку это первый элемент
данных, полученный процессором с момента включения питания,
он воспринимается как код инструкции, который дешифрируется
при следующем тактовом импульсе. Последовательность — про-
граммный счетчик, адресная шина, ПЗУ, шина данных, дешифрация
команды — повторяется сотни раз, пока все байты, составляющие
программу начальной проверки, не будут один за другим переданы
процессору и выполнены.
113

Анатомия компьютера
Проверка
в несколько
миллионов шагов
Шаги машинного цикла, описанные на предыдущих стра-
ницах, хорошо иллюстрируют последовательности дис-
кретных действий, которые повторяются многократно при
чтении очередной инструкции центральным процессором.
Каждое действие происходит за время порядка 30 нс (на-
носекунда; 1 нс = 10"9 с). Рисунки, помещенные на этом
и следующем разворотах, позволяют взглянуть на про-
грамму начальной проверки в более крупном временном
масштабе, однако характер действий остается по существу
тем же.
На данном развороте показано, как компьютер прове-
ряет работу микросхем ОЗУ. Эта процедура состоит из
миллионов отдельных шагов и в зависимости от объема
памяти компьютера занимает до нескольких секунд. Про-
верка ОЗУ сложна по двум причинам. Во-первых, каждая
микросхема ОЗУ обычно содержит 64 К информации
(1К = 1024 бит), т. е. 65 536 бит. Во-вторых, в этих кро-
шечных, плотно упакованных микросхемах информация
хранится иначе, чем в ПЗУ. Как показано на двух предыду-
щих разворотах, восьмибитный элемент данных, считыва-
емый процессором из ПЗУ, содержится в одной микросхе-
ме. В ОЗУ 8 бит (1 байт) данных записаны в определенной
последовательности в 8 различных микросхемах. Такая
организация оперативной памяти позволяет наиболее эф-
фективно пользоваться адресным пространством памяти и
оптимально планировать схему системной платы.
Чтобы убедиться, что ни одна микросхема ОЗУ не вы-
шла из строя, ЦПУ обращается к ним, задавая адреса на
адресной шине (желтая). Дешифратор адреса определяет
те 8 микросхем, которые должны хранить 8 бит, составля-
ющих пробный байт данных, и эти биты поступают по
шине данных. Далее ЦПУ обращается к ОЗУ, чтобы про-
честь только что записанные там данные. Дешифратор
адреса активирует 8 микросхем, каждая из которых дол-
жна послать 1 бит по шине данных (синяя) в централь-
ный процессор. Процессор сверяет принятый таким обра-
зом байт с тем, который записан в память. Эти байты
должны совпадать. Для проверки всех ячеек одной микро-
схемы ЦП должен повторить этот тест 65 536 раз (с раз-
личными адресами). Разумеется, в то же самое время про-
веряются другие семь микросхем ОЗУ. Обнаружив ошибки,
процессор запоминает, что определенные области ОЗУ не-
исправны и ими не следует пользоваться.
Для проверки оперативной памяти ЦПУ «записывает», т. е. посы-
лает, пробный элемент данных в каждую ячейку (вверху). Чтобы
записать байт данных в ОЗУ, дешифратор адреса отыскивает 8 от-
дельных микросхем, в каждой из которых хранится один бит от
байта, записанного по данному адресу. После того как эти пробные
данные попали в ОЗУ на доли секунды, ЦП сигнализирует, что хо-
чет снова прочесть байт данных и поместить его в один из своих
регистров (справа). Микросхемы, содержащие по одному биту от
этого байта, передают их на шину данных. Далее байт данных по-
ступает в ЦПУ для сравнения — цикл повторяется, пока не закон-
чится проверка всех ячеек во всех микросхемах ОЗУ.
114


Анатомия компьютера
Закончив проверку своей оперативной памяти, компьютерная система
приступает к аналогичной проверке портов ввода-вывода. Программа,
управляющая этой процедурой, извлекается из ПЗУ согласно инструк-
ции, как это было описано на с. 108—115. Теперь ЦПУ посылает по-
следовательность сигналов в порты, расположенные на задней стороне
системной платы. Процессор по очереди проверяет функционирование
портов для экрана, принтера и других внешних устройств.
Последние несколько инструкций начальной программы проверки дают
ЦПУ информацию от том, по какому адресу в ПЗУ находится очеред-
ная инструкция. С этого адреса начинается программа, реализующая
«встроенный» язык программирования — обычно Бейсик или какую-
либо встроенную специализированную программу, например для обра-
ботки текстов. Таким образом, уже через несколько секунд после вклю-
чения питания управление в компьютере передается этой программе
или языку. На экране появляется сообщение, что машина готова к ра-
боте. Форма подобных сообщений различна у разных машин, но обыч-
но они «звучат» довольно приветливо. В данном случае в верхней стро-
ке экрана над ярко светящимся курсором (указателем) появляется сооб-
щение: READY (готов).
116

к


Часть II
ОБЩЕНИЕ С
КОМПЬЮТЕРОМ
Гибкие системы в мире информации
От чисел к тексту
На пути к совместимости компьютеров
Машины в медицине и другие чудеса
За пределами возможного

И1ШМ
ГИБКИЕ СИСТЕМЫ
В МИРЕ
ИНФОРМАЦИИ
Перфолента (вверху), двоичные числа
(справа) и дискретная графика, плавно
сливающиеся в единую поверхность листа
Мёбиуса, — три из многих форм, в кото-
рые облекается информация при вводе ее
в компьютер и выводе из него.
Публичная демонстрация изделия корпорации «Груммэн аэроспейс» (Grumman Aero-
space Corporation), экспериментального истребителя Х-29, началась в духе времени,
в столкновении старого и нового: сначала духовой оркестр сыграл несколько па-
триотических маршей, а затем его сменила ритмичная электронная музыка с модер-
нистскими световыми эффектами. Это событие состоялось летом 1984 г. в Колвер-
тоне, Лонг-Айленд. Выступивший на открытии выставки вице-президент США
Джордж Буш, в прошлом летчик морской авиации, долго и слегка недоуменно раз-
глядывал новый самолет, а затем шутливо заметил: «Прекрасная модель, но кры-
лья у нее поставлены задом наперед».
Действительно, создавалось впечатление, что Х-29 собран неправильно, «шиво-
рот навыворот». Обычно крылья самолета, располагаясь под углом к корпусу, на-
правлены к хвосту, а у Х-29 они смотрели вперед, что выглядело весьма непривыч-
но. Однако никакой ошибки в конструкции самолета, конечно, не было. Специали-
сты давно поняли, что такое расположение крыльев аэродинамически более
выгодно: оно обеспечивает увеличение подъемной силы, уменьшает сопротивление,
устраняет опасность зависания крыльев при крутом взлете и позволяет делать рез-
кие повороты на сверхзвуковых скоростях. Тем не менее до недавнего времени два
основных препятствия мешало внедрению в практику направленного вперед крыла
у сверхзвуковых самолетов. Во-первых, материалы, используемые для изготовления
крыльев обычных самолетов, были либо слишком непрочными, либо слишком тя-
желыми, чтобы реализовать конструкцию направленного вперед крыла. И во-вто-
рых, неустойчивость в полете самолета нового типа оказалась слишком значитель-
ной для обычных систем автоматического управления.
Первую проблему удалось решить, создав высокопрочный, легкий материал для
крыльев. Вторую проблему — управление полетом неустойчивого самолета —
помогли решить успехи, достигнутые в вычислительной технике. По существу само-
лет Х-29 был задуман как летающая лаборатория для изучения крыльев нового ти-
па. И примечательна она была своими не столько бортовыми компьютерами, сколь-
ко их периферийными устройствами ввода-вывода, которые непрерывно снабжали
компьютеры значениями наиболее важных параметров полета и мгновенно переда-
вали соответствующие команды системам управления. Благодаря этому рулевые по-
верхности могут менять свое положение много раз в секунду, а самолет
не разваливается в воздухе на куски.
Разработка устройств ввода-вывода данных —это практическая область, тес-
но связанная с вычислительной теорией и техникой. Своими историческими
корнями она уходит еще глубже, чем компьютеры, а ее развитием занимались
лучшие умы компьютерной эры. Найденные учеными и инженерами эффектив-
ные решения двух главных вопросов — как вводить данные и инструкции
в компьютер и как извлекать из него обработанную информацию в наи-
121

более удобной форме — воплотились в создании разнооб-
разных аппаратных и программных средств. Эти изобре-
тения позволили расширить сферу применения компьюте-
ров почти до пределов человеческого воображения — от
детального конструирования искусственной кости до ис-
полнения музыкальных произведений или управления «не-
управляемым» самолетом.
Благодаря многолетнему труду инженеров и програм-
мистов появилась возможность вводить информацию в
машину самыми разнообразными способами: при помощи
ручных переключателей, печатая на алфавитно-цифровой
или цифровой клавиатуре, рисуя ручкой по электронному
планшету, говоря в микрофон или прикасаясь кончиком
пальца к экрану дисплея. Во многих случаях компьютеры
способны принимать информацию от других машин без
вмешательства человека. Так, метеорологические спутники
передают информацию непосредственно наземным ком-
пьютерам, которые преобразуют ее в красивые цветные
карты погоды.
Устройства вывода данных также удивительно многоо-
бразны. В ряде компьютеров первого поколения результа-
ты в закодированном виде высвечивались лампочками.
Для расшифровки здесь требовались немалые навыки, и
вскоре на смену этим системам пришли более понятные
и удобные в пользовании. Некоторые устройства вывода,
например дисплеи на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ)
лучше всего подходят для представления временных, т. е.
быстро меняющихся данных. Они предпочтительны, ска-
жем, для показа текста в процессе набора или редактиро-
вания. Когда же документ готов, в ход идут уже печатаю-
щие устройства, или принтеры, управляемые компьюте-
ром, которые создают «твердую копию» — отпечатан-
ный на бумаге текст. С помощью громкоговорителей ком-
пьютеры могут выводить информацию и в звуковой фор-
ме — искусственной речи и других звуковых сигналов. В
тех случаях, когда у компьютера нет непосредственной
связи с пользователем, он может передавать информацию
другой машине в виде электрических сигналов. Примером
такого рода и является система Х-29 — по существу, само-
лет управляется сигналами с компьютера.
В последние годы технология устройств ввода-вывода,
кажется, начинает опережать собственно вычислительную
технику. Периферийные устройства ныне отличаются
большим разнообразием, зачастую они даже дороже и за-
нимают больше места, чем сам компьютер. Современные
устройства ввода-вывода передают данные почти с такой
же молниеносной быстротой, как компьютер производит
расчеты. Однако так было не всегда.
ПЕРВЫЕ НЕУКЛЮЖИЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Многие из устройств, которые впервые использовались
для ввода и вывода данных, были изобретены еще до по-
явления компьютеров, а потом их просто приспособили к
компьютерам. В результате подобной «подгонки» обычно
получались системы, с одной стороны, неудобные для поль-
зователя, а с другой — не позволяющие полностью рас-
крыть возможности компьютера. В эпоху, предшествовав-
шую стандартизации, устройство каждого типа требовало
собственной системы кодирования информации, а также
специальной разработки аппаратной части и программно-
го обеспечения, которые позволили бы передавать закоди-
рованные данные в компьютер и получать от него резуль-
таты их обработки. Однако главным недостатком этих
приспособлений было слишком низкое быстродействие.
Что толку от того, что компьютер выполняет тысячи опе-
раций в секунду, если на ввод и вывод данных требуются
минуты, часы и даже дни?
Здесь будет уместно совершить некий экскурс в
прошлое.
Наибольшее значение среди приспособленных к ком-
пьютеру устройств ввода информации имели те, которые
работали с перфокартами, применявшимися еще в XVIII в.
для автоматизации производства шелковых тканей. В
1804 г. француз Жозеф Мари Жаккар изобрел механиче-
ский ткацкий станок, управляемый последовательностями
перфокарт. В соответствии с положениями отверстий на
карте челнок совершал определенные движения, придавая
ткани ту или иную структуру.
В XIX в. английский математик Чарлз Бэббидж и его
помощница Огаста Ада Байрон, графиня Лавлейс, решили
воспользоваться перфокартами Жаккара для программи-
рования гигантского парового механизма, названного Ана-
литической машиной (см. ч. I, гл. 1). Но прекрасная мечта
о такой машине опередила свое время — и гигантский ме-
ханический компьютер удалось построить лишь частично.
Однако система ввода данных с перфокарт впоследствии
нашла широкое применение в различных устройствах об-
работки информации.
Отцом современной компьютерной перфокарты являет-
ся американский изобретатель и предприниматель Герман
Холлерит. В 1890 г. Холлерит, решив механизировать об-
работку данных по переписи населения США, разработал
систему табуляции перфокарт. С помощью ее возросшее
население страны было подсчитано и классифицировано
по категориям в три раза быстрее, чем это сумела сделать
целая армия чиновников десятью годами ранее. По метко-
му замечанию одного современника Холлерита, результа-
ты были получены «тогда, когда они еще представляли
интерес».
После триумфа устройства Холлерита табуляторы с
перфорационным вводом данных стали одним из основ-
ных инструментов американского делового мира. Сам
Холлерит основал компанию по производству табуляцион-
ных машин, которая впоследствии, слившись с нескольки-
ми другими фирмами, превратилась в корпорацию
ИБМ — гигант компьютерной индустрии. На протяжении
первой половины XX в. фирма ИБМ и ее конкуренты по-
лучали солидные прибыли благодаря возрастающей по-
требности делового мира в счетно-вычислительных
устройствах. К началу 30-х годов развитие техники авто-
матической табуляции достигло такого уровня, что, напри-
мер, в одном из супермаркетов Питтсбурга было установ-
лено 250 терминалов, разбросанных по всему магазину,
которые соединялись телефонными линиями с централь-
122

ным банком табуляторов. Товары имели специальные цен-
ники в виде жетончиков с перфорированными отверстия-
ми, и закодированная в них информация автоматически
передавалась табуляторам, которые фиксировали акт по-
купки и выдавали покупателям квитанции, отпечатанные
на автоматических пишущих машинках, входящих в состав
терминалов.
В 40-х годах, на заре компьютерной эры, многие даже
весьма изобретательные инженеры по-прежнему полага-
лись на перфокарточные устройства ввода данных просто
потому, что они были испытанным средством; определен-
ную роль здесь сыграла и приверженность им консерва-
тивного гиганта — фирмы ИБМ. Перфокарта представля-
ла собой прямоугольник из жесткой бумаги, более жест-
кой, чем обычная писчая, но более тонкой и гибкой, чем
картон. Как и в первой системе Холлерита, информация
пробивалась на карте в виде небольших отверстий, кото-
рые располагались в строки и столбцы (на карте часто пе-
чатались также предупреждения, что во избежание искаже-
ния нанесенных данных ее не следует сгибать или мять).
Обычно карты вводились в компьютер колодами по не-
сколько сот штук в каждой, как это делалось и в табуляци-
онных машинах. Устройство считывания перфокарт, ана-
логичное тому, которое изобрел еще Холлерит, анализиро-
вало каждую карту, прижимая ее к плоской металлической
пластине и проводя по ней чувствительными щеточками из
тонкой проволоки. Когда щеточки, проходя по поверхнос-
ти карты, натыкались на отверстия и входили в контакт
с расположенной под перфокартой металлической пластин-
кой, замыкая электрическую цепь, возникал сигнал. Каж-
дый сигнал компьютер воспринимал как элемент информа-
ции. Специальное устройство проверяло правильность на-
битых оператором данных, а при износе карты заменяли
новыми путем дублирования.
Поскольку правильность результатов, полученных ком-
пьютером, зависела от строгого соблюдения определенной
последовательности введения перфокарт, вероятность
ошибок была велика. Если, например, незадачливый опе-
ратор случайно ронял колоду карт и порядок их располо-
жения нарушался, то решение задачи становилось невоз-
можным. (Со временем на оборотной стороне перфокарт
начали ставить порядковые номера, чтобы облегчить вос-
становление колоды в исходном порядке.)
Первой альтернативой перфокартам, как носителям
данных ввода-вывода, стала перфорационная бумажная
лента; ее преимущество заключалось в том, что закодиро-
ванные данные записывались на непрерывный носитель, а
не на отдельные карты большой колоды. Предшественни-
ками компьютерной перфоленты были движущиеся бу-
мажные ленты, применявшиеся на телеграфных приемных
аппаратах в XIX в.; несколько позже бумажная лента ста-
ла применяться и в телепайпе — электрической пишущей
машинке, разработанной в начале XX в. в Чикаго двумя
инженерами — отцом и сыном, Чарлзом и Говардом Кра-
мами. Их изобретение, в котором использовалась перфо-
рационная бумажная лента и синхронизированная с ней
клавиатура, печатающая сообщения в символьном виде,
произвела революцию в телеграфной связи, для обслужи-
вания которой прежде требовались квалифицированные
операторы на обоих концах линии, передававшие и прини-
мавшие сообщения в виде точек и тире азбуки Морзе.
Приспособленная к табуляторам, а затем и к экспери-
ментальным компьютерам, перфолента выполняла те же
функции, что и перфокарты, и данные считывались с нее
аналогичными устройствами. Обычно перфорированная
лента свертывалась петлей и концы ее склеивались. Под-
программы — небольшие программы, вложенные в боль-
шую, — кодировались на отдельных петлях перфоленты и
считывались разными устройствами. Однако бумажная
лента, очевидно, имела серьезный недостаток: она могла
легко порваться. Порванная перфолента означала не мень-
шее бедствие, чем рассыпавшаяся колода перфокарт. Что-
бы избежать обрывов, ленту протягивали через считываю-
щее устройство медленно, с небольшим натяжением, и, ко-
нечно, пользователи, жаждущие максимального
быстродействия, были не удовлетворены.
Один из пионеров электронной вычислительной техни-
ки Джордж Стибиц из фирмы «Белл телефон лаборато-
рис» воспользовался бумажной лентой в «калькуляторе
комплексных чисел», который он изобрел незадолго до
второй мировой войны. Машина Стибица, впоследствии
получившая название «Модель-1», была основана на элек-
тромеханических реле, которые фирма «Белл телефон ла-
бораторис» применяла с начала 20-х годов в автоматиче-
ских телефонных станциях. Стибиц разработал систему,
решавшую математические задачи путем срабатывания по-
следовательности реле, действовавших в двоичной системе
счисления. Стибиц сконструировал машину таким обра-
зом, что вычисления в ней производились за счет много-
кратного высокоскоростного замыкания и размыкания пе-
реключателей (включенное состояние переключателя соот-
ветствовало 1, выключенное — 0). Пользователь вводил,
например, два 8-разрядных числа с клавиатуры телетайпа,
давал команду калькулятору разделить одно число на дру-
гое и приблизительно через 30 с тот же самый телетайп
печатал ответ.
Вторая мировая война ускорила —в частности, благо-
даря правительственному финансированию — развитие мо-
лодой вычислительной техники во многих перспективных
направлениях. Однако устройства ввода-вывода данных
основывались главным образом на старой, доброй, прове-
ренной технике, как можно видеть на примере проекта
«Ультра» (см. ч. I, гл. 3). Специалисты, занятые в этом
проекте, построили несколько гигантских по размерам ма-
шин, в которых электромеханические реле (применявшиеся
в устройстве Стибица и других машинах того времени)
были заменены электронными лампами, что повысило
быстродействие машин. Однако информация (перехвачен-
ные вражеские сообщения) вводилась в «Колосс» — так на-
зывались машины этой серии — старым способом: в виде
символов, отперфорированных на петле бумажной ленты.
В целом проект оказался успешным, но случались и непри-
ятности. Бумажная лента не только легко рвалась при вы-
сокой скорости считывания («Колосс» мог читать до 5000
123

символов в секунду), но и представляла опасность для опе-
раторов, ибо на такой скорости оторванный край мог ре-
зануть, как циркулярная пила.
УСТРОЙСТВА ВВОДА-ВЫВОДА
И АРТИЛЛЕРИЙСКАЯ НАВОДКА
Во время второй мировой войны развитие вычислитель-
ной техники в США было ускорено острой потребностью
в решении задач артиллерийской баллистики. Поскольку
для управления наиболее совершенными артиллерийскими
системами того времени использовались считывающие
устройства на перфолентах, компьютер мог рассчитать се-
рию тестов, необходимую для пристрелки нового орудия,
а результаты выдать на перфоленту, которую впоследст-
вии применяли бы в системе наводки орудий.
Машина «Эниак», разработанная в годы войны и озна-
меновавшая этап в развитии вычислительной техники, рас-
считывала траекторию снаряда быстрее, чем сам снаряд
долетал до цели. «Эниак», созданный в Высшем техниче-
ском училище Пенсильванского университета, поднял эф-
фективность использования вакуумных электронных ламп
на новый уровень, но его системы ввода-вывода работали
черепашьими темпами по сравнению с самим компьюте-
ром. Данные вводились в машину при помощи перфокарт,
а программа набиралась вручную: прежде чем компьютер
мог приступить к решению задачи, которое производилось
молниеносно, обслуживающий персонал вынужден был
долгие часы заниматься переключением многочисленных
ручных тумблеров и штепсельных разъемов, чтобы по-но-
вому соединить различные компоненты компьютерной
системы.
Первые предвестники радикальных перемен в конструк-
циях систем ввода-вывода наиболее очевидно проявились
в другом компьютере, также предназначенном для воен-
ных целей и получившем вполне подходящее название
«Вихрь». Эта машина была создана в Массачусетском тех-
нологическом институте (МТИ). В 1944 г. командование
ВМС США поручило группе специалистов МТИ во главе
с Дж. У. Форрестером разработать компьютер для реше-
ния задач устойчивости и управления самолетом в новом

тренажере. В результате появилось сооружение чудовищ-
ных размеров, занимавшее целый двухэтажный дом, от
подвала до крыши. На его постройку ушло 6 лет, но к
этому времени ВМС потеряли интерес к проблеме, и фи-
нансирование «Вихря» взяли на себя только что созданные
независимые ВВС США, которым предстояло в спешном
порядке модернизировать систему противовоздушной обо-
роны США. В машине «Вихрь» в качестве средств ввода-
вывода впервые использовались два устройства, заимство-
ванные из других отраслей техники: электронно-лучевая
трубка (ЭЛТ) и пишущая машинка с перфолентой, «флек-
сорайтер».
ЭЛТ служила в «Вихре» для вывода данных на экран,
подобный телевизионному; это была большая электронно-
вакуумная трубка, в которой пучок электронов, попадая на
покрытую фосфором внутреннюю поверхность экрана, вы-
зывал его свечение. Чтобы сохранить выводимую инфор-
мацию, ее можно было отпечатать на электрической пи-
шущей машинке, подобной телетайпу. Эта машинка, пред-
шественниками которой были, с одной стороны,
механическое пианино, а с другой — телетайп, обладала
способностью как печатать текст, так и перфорировать бу-
мажную ленту. В свою очередь она сама стала предшест-
венником будущего устройства ввода-вывода, о котором в
то время можно было лишь мечтать, — устройства обра-
ботки текстов.
В 50-х годах «Вихрь» стал прообразом целого ряда
компьютеров, позволивших создать развитую систему
противовоздушной обороны США — «Сейдж» (SAGE).
Эта полуавтоматическая система, способная одновременно
обрабатывать данные, поступающие из 23 региональных
центров США и Канады, обслуживала гигантскую сеть ра-
диолокаторов и других детекторов. В каждом региональ-
ном центре оператор набирал данные на клавиатуре, следя
за круглыми экранами, на которых отображались погод-
ные условия, траектории движения самолетов и прочая ин-
формация, необходимая для работы системы ПВО. В то
же время целая батарея устройств ввода-вывода системы
«Сейдж» поддерживала по телефонным линиям непрерыв-
ную связь между соседними центрами, объединяя систему
в неразрывное целое. Первый компьютер «Вихрь» был
списан в МТИ в 1959 г., однако некоторые его потомки
продолжали действовать в середине 80-х годов.
Творческая активность в области электронной вычисли-
тельной техники, стимулированная второй мировой вой-
ной, не затихла по обе стороны Атлантики п после пре-
кращения военных действий. В Великобритании в Кем-
бриджском университете группа инженеров под руко-
водством Мориса Уилкса продемонстрировала в 1949 г.
первый в мире мощный компьютер «Эдсак», у которого
программы хранились в собственной памяти. Данные вво-
дились в машину с помощью перфоленты.
В годы войны Уилкс занимался разработкой военной
радиолокационной техники, в области которой Великобри-
тания тогда лидировала. Однако случилось так, что все
важные послевоенные применения устройств, заимствован-
ных из радиолокационной техники, к компьютерам были
предложены другим английским исследователем, Ф. С. Уиль-
ямсом. Во время войны Уильямс работал над пробле-
мой представления радиолокационных данных на экране
ЭЛТ и в конце 40-х годов присоединился к группе инжене-
ров Манчестерского университета, занимавшихся создани-
ем компьютера, который получил название «Манчестер-
ский Марк-1». Замысел, возникший у Уильямса еще в во-
енные годы, реализовался в новом выводном устройстве;
оно состояло из нескольких экранов, на которых можно
было просматривать содержимое памяти компьютера и
изменять его по мере того, как машина выполняла про-
грамму.
Один из программистов, познакомившись в Манчестере
с изобретением Уильямса, применил его в новых целях,
написав программу игры в шашки, которая показывала
изображение доски и фигур на экране машины «Манче-
стерский Марк-1». Помимо визуального программа гене-
рировала также звуковой вывод, исполняя через громкого-
воритель после каждой сыгранной партии мелодию гимна
«Боже, храни короля».
Применение, казалось бы, легкомысленное, однако это
новшество в технике ввода-вывода знаменовало собой зна-
чительный шаг вперед. Кроме вывода данных на экран
ЭЛТ «Манчестерский Марк-1» мог передавать их на бу-
мажной перфоленте или печатать в виде текста на теле-
принтере. Ввод данных осуществлялся непосредственно с
клавиатуры (без промежуточного этапа — перфоленты), а
также с перфоленты. Однако этот компьютер и его уст-
ройства ввода-вывода были трудны для обслуживания.
Отдельные устройства системы находились на разных эта-
жах, поэтому приходилось бегать туда-сюда по лестни-
цам: переключать тумблеры в одном помещении, заря-
жать перфоленту — в другом, при этом моля бога, чтобы
грузовики, громыхавшие по улице и сотрясавшие здание,
не свели результат всех усилий к нулю.
В США физик Джон У. Мочли и инженер-электронщик
Дж. Преспер Экерт — ведущие специалисты группы, по-
строившей компьютер «Эниак» в Пенсильванском универ-
ситете, — приступили после окончания войны к разработке
более совершенной модели под названием «Эдвак». Более
компактная, но вместе с тем более мощная, чем «Эниак»,
эта машина при подготовке к выполнению новой програм-
мы требовала меньше ручной работы по переключению
тумблеров и коммутации кабелей. В 1946 г. Мочли и
Экерт покинули университет, желая организовать соб-
ственное дело и продавать свои универсальные компью-
теры крупным частным фирмам и государственным орга-
низациям. Не добившись большого успеха в качестве биз-
несменов, они тем не менее опять блестяще проявили себя,
разработав две системы, сыгравшие впоследствии очень
важную роль в развитии устройств ввода-вывода.
Одна из этих систем, созданная в 1949 г., получила на-
звание «Бинак» (BINAC, Binary Automatic Computer —
двоичный автоматический компьютер). Построенная по
заказу авиационной компании «Нортроп» (Northrop), она
была достаточно компактной (1,5 х 1,2 X 0,3 м), чтобы
разместиться на борту самолета. «Бинак» мог принимать
125

данные с клавиатуры электрической пишущей машинки
или с магнитной ленты. Устройства ввода на магнитной
ленте, применявшиеся в некоторых калькуляторах до со-
здания цифрового компьютера, действовали по тому же
принципу, что и популярные тогда магнитофоны: тонкая
пластмассовая лента покрывалась слоем специального
магнитного материала, на котором информация записыва-
лась методом магнитной индукции — наведения магнитно-
го поля электрическими сигналами. Как и в обычном маг-
нитофоне, магнитную ленту компьютера можно было
многократно стирать и вновь использовать для записи ин-
формации.
По ряду причин «Бинак» так и не вступил по-настояще-
му в эксплуатацию, однако Мочли и Экерт уже начали ра-
ботать над еще более совершенной машиной — «Юнивак»
(см. ч. I, гл. 3). Сооружение этой системы было завершено
в 1951 г., а ее производство и продажу взяла на себя фир-
ма «Ремингтон Рэнд» — до этого один из крупнейших про-
изводителей табуляторов на перфокартах, — которая по-
глотила фирму Мочли и Экерта, попавшую в тяжелое фи-
нансовое положение.
«Юнивак» — это первый в США компьютер, предназна-
ченный для коммерческого применения, и своим успехом
он был в немалой степени обязан удобным компонентам
ввода-вывода данных. Мочли и Экерт задались целью раз-
работать для машины «Юнивак» накопитель на магнитной
ленте, которым можно было бы пользоваться как для вво-
да, так и для вывода информации. В отличие от недоста-
точно прочной пластмассовой ленты, применявшейся в
компьютере «Бинак», в «Юниваке» использовалась метал-
лическая. Более того, устройство было компактным: на
одну бобину наматывалось до 400 м ленты шириной в 1,2
см, причем на каждом сантиметре ленты хранилась ин-
формация в количестве более 40 десятичных разрядов. Та-
ким образом, на одной бобине ленты удавалось записать
более миллиона символов, что эквивалентно десяткам ты-
сяч перфокарт.
Мочли и Экерт разработали также электронное устрой-
Соревнование технологий
Конструкторы первых компьютеров в ка-
честве устройств ввода-вывода данных
применяли все, «что попадалось под ру-
ку», приспосабливая для новых целей
старые счетные и пишущие устройства,
например телетайп, и носители информа-
ции типа перфоленты и перфокарты. По-
добные гибридные системы, объединяв-
шие в себе традиционные механические
устройства и новые электронные приспо-
собления, конечно, позволяли взаимо-
действовать с машиной, но делалось это
в лучшем случае неуклюже. По мере раз-
вития вычислительной техники компью-
теры стали обрастать специально разра-
ботанными устройствами. Основные эта-
пы этого процесса проиллюстрированы
далее.
1939 г.
Немецкий инженер Кон-
рад Цузе пробивал зако-
дированные инструкции
для своего компьютера
Z-2 на старой 35-милли-
метровой кинопленке.
1939 г.
В машине «Модель-1»
фирмы «Белл телефон ла-
бораторис», прародителе
цифрового компьютера,
для ввода и вывода дан-
ных использовался те-
летайп.
1942 г.
В компьютер Атанасоф-
фа — Берри данные посту-
пали с перфокарт, кото-
рые проходили через счи-
тывающее устройство,
расположенное слева от
консоли управления.
I
126

ство «Юнисерво» (UNISERVO), которое выводило данные
на магнитную ленту и вводило с нее со скоростью, предве-
щавшей революционные изменения в технике ввода-
вывода. Устройство «Юнисерво» могло считывать 12,5
тыс. символов в секунду, однако металлическая лента ока-
залась слишком грубой для чувствительных магнитных го-
ловок быстродействующего устройства, и в последующих
модификациях металлическая лента была заменена пласт-
массовой, изготовленной из материалов, достаточно проч-
ных, но вызывающих меньшее разрушение магнитной
головки.
РОЖДЕНИЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ
ПЕЧАТАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Возможно, самым удачным устройством в системе ввода-
вывода компьютера «Юнивак» был быстродействующий
принтер. Потребность в таком принтере не вызывала со-
мнений с самого начала, поскольку машина предназнача-
лась для крупных организаций, где она могла использо-
ваться для расчета заработной платы, составления финан-
совых отчетов и инвентаризации. К этому времени уже
существовали довольно совершенные печатающие устрой-
ства. Еще в годы войны на одной из захваченных немец-
ких подводных лодок был обнаружен любопытный при-
нтер, в котором молоточки прижимали бумагу к непре-
рывно вращающемуся печатающему цилиндру. Несколько
американских фирм предпринимали попытки усовершен-
ствовать это устройство, когда группа, разрабатывавшая
«Юнивак», решила создать собственный принтер.
Разработка принтера была поручена одному из руково-
дителей проекта Эрлу Мастерсону; совместно с Дж. Прес-
пером Экертом ему удалось сконструировать первый ком-
мерческий высокоскоростной принтер. Позже Мастерсон
вспоминал, что предложение создать новый принтер по-
ступило из торгового отдела фирмы «Ремингтон Рэнд»:
«Там заявили, что не смогут более заполучить ни одного
покупателя, если «Юнивак» не обретет способность печа-
тать огромные тома выходной информации. На нас ока-
1946 г.
Программирование гигантско-
го компьютера «Эниак» осу-
ществлялось вручную: опера-
торы устанавливали в нужное
положение около 6000 пере-
ключателей, а затем переклю-
чали кабели. На подготовку
задачи, с решением которой
машина справлялась за 20 с,
иногда требовалось два дня.
1945—1951 гг.
Машина «Вихрь», созданная
в МТИ, была первым ком-
пьютером, обрабатываю-
щим данные в реальном
масштабе времени. Данные
вводились в машину на лен-
те, перфорируемой флексо-
райтером (справа внизу), а
результаты высвечивались
на экране ЭЛТ (внизу) или
выводились на тот же флек-
сорайтер.
127

зывали мощное давление, торопя завершить разработку
принтера».
Когда вступил в эксплуатацию первый «Юнивак» — в
1951 г. его приобрело бюро переписи населения США,—
Мастерсон еще трудился над опытным образцом своего
изобретения. Но к 1954 г. он завершил разработку маши-
ны, и заложенные в ней принципы легли в основу будущей
технологии устройств ввода-вывода. «Юнипринтер» Ма-
стерсона работал построчно, отпечатывая целую строку из
120 символов практически одновременно, а не по одному
символу, как это делали все принтеры с тех пор, как еще
в XIX в. появилась пишущая машинка.
Идея построчного принтера стала практически осу-
ществимой прежде всего благодаря весьма остроумному
устройству — вращающемуся барабану. На барабан нано-
сились полные шрифтовые наборы символов — на каждую
из 120 позиций приходилось по одному шрифтовому набо-
ру. По мере того как барабан быстро вращается вокруг
горизонтальной оси, молоточек на каждой позиции прижи-
мает бумагу к красящей ленте, а последнюю — к соответ-
ствующей букве. Принтер Мастерсона работал на элек-
тронных лампах, потреблявших 14 кВт электроэнергии.
Информацию, обработанную компьютером, он считывал
с магнитной ленты и печатал со скоростью 600 строк в
минуту, что в 4 раза превышало скорость «соперничающе-
го» устройства — табулятора, используемого фирмой
ИБМ в качестве принтера.
В 50-е годы правительственным организациям и фир-
мам было продано всего 46 машин первой модели «Юни-
вака». И хотя этот принтер был лишь дополнительной (а
не обязательной) частью оборудования, его, как с гордос-
тью вспоминал Мастерсон, «покупал почти каждый, кто
покупал компьютер».
НА АРЕНУ ВЫХОДИТ ИБМ
Словно сытый ленивый великан, отдыхающий, но все же
посматривающий вокруг одним глазом, фирма ИБМ неко-
торое время наблюдала за развитием вычислительной тех-
1951 г.
Бобины с металлической маг-
нитной лентой длиной 400 м
и шириной 1,2 см, применяв-
шиеся в компьютере «Юни-
вак» как для ввода, так и для
вывода данных, позволяли
производить считывание и за-
пись со скоростью
12 500 символов в секунду.
MARY ADAMS
WALTSR ADAMS
!••• OCVOM AVCHWC
|A«ATO*A «ЛксГОКЦА
1952 г.
В машине IBM-701 данные за-
писывались на пластмассовой
магнитной ленте, которая
двигалась быстрее металличе-
ской и в меньшей степени
разрушала чувствительные го-
ловки для чтения-записи.
DAMS
W-
ч/оооооо юоо/

128

ники и устройств ввода-вывода, казалось бы, не реагируя.
Возможно, ее руководители полагали, что, когда принци-
пиально новые разработки будут сделаны другими, фирма
сможет удержать свое положение лидера в области произ-
водства конторских машин, просто приспособив новое
оборудование к своим прибыльным калькуляторам на пер-
фокартах. А может быть, руководители ИБМ боялись на-
рушить законы, регулирующие темпы развития компью-
терной техники.
Так или иначе, но в течение ряда послевоенных лет
фирма ИБМ не предпринимала никаких разработок в об-
ласти компьютеров, хотя и участвовала ранее в компью-
терных исследованиях, проводившихся в Гарвардском уни-
верситете и Массачусетском технологическом институте.
Более того, компания пренебрегла возможностью купить
фирму Мочли и Экерта, прежде чем они обратились к кор-
порации «Ремингтон Рэнд». Фирма ИБМ считалась на-
столько консервативной, что, когда один ученый, уйдя с
государственной службы, решил поступить в ИБМ, колле-
ги предупреждали его, что «эта перфокарточная компания
никогда не сделает ни одного компьютера».
Однако немногие предсказания оказываются столь да-
лекими от действительности. В течение всего этого перио-
да в ИБМ «за кулисами» проходили скрытые процессы,
и, как ни странно, именно достижения в области устройств
ввода-вывода «разбудили» компанию. Инженеры фирмы
настойчиво стремились возродить у администрации инте-
рес к происходящей компьютерной революции, и наконец,
им удалось найти заинтересованного слушателя в лице То-
маса Дж. Уотсона-младшего, вице-президента фирмы и
сына председателя ее правления. На Уотсона-младшего,
военного летчика в годы второй мировой войны, очень
сильное впечатление произвело совершенство радиолока-
ционной и другой военной техники, с которой он столкнул-
ся в армии, и, очевидно, он употребил все свое влияние,
чтобы повернуть фирму лицом к новейшим достижениям
в электронике.
К 1949 г. руководство санкционировало работы по изу-
1961 г.
На электрической пишущей
машинке фирмы ИБМ обыч-
ные рычажки с литерами бы-
ли заменены вращающимся
шариком, который произвел
революцию в печатающих
устройствах.
1962 г.
Световое перо, созданное кор-
порацией «Итек» (iiek) и
впервые использованное в ми-
ни-машине PDP-1 корпорации
«Диджитэл экуипмент», поз-
воляло оператору рисовать
прямо на экране ЭЛТ.
I95S I.
। poiuTBO «Эрма»
(ERMA, от Electronic
Recording Method of
Accounting — метод электрон-
ной записи бухгалтерских рас-
четов), разработанное в Стан-
фордском научно-
исследовательском институте
для «Бэнк оф Америка», счи-
тывало данные, записанные
«магнитными чернилами».
129

чению магнитной ленты с целью выяснить перспективы ее
использования в системах конторского оборудования, ко-
торые приносили фирме огромные доходы. Кое-кто из ру-
ководителей фирмы сомневался, что магнитная лента мо-
жет приобрести сколько-нибудь важное значение в области
деловых машин —ведь в отличие от перфокарт, которые
можно было проверять вручную, проверка магнитной лен-
ты требовала специальной аппаратуры. Кроме того, ИБМ
сделала громадные капиталовложения — и ей принадлежа-
ла большая часть патентов — в разработку технических
средств на перфокартах. Однако исследования продолжа-
лись, и, создавая машины для проверки возможностей
магнитной ленты, инженеры фирмы ИБМ закладывали
основы ее будущего в вычислительной технике.
СИСТЕМ А-П РАРО Д ИТЕЛ Ь Н И ЦА
В 1952 г. корпорация ИБМ представила свой первый пол-
ностью электронный цифровой компьютер, получивший в
дальнейшем название «Модель-701». Хотя в этой машине
по-прежнему использовались перфокарты, она включала
также целый набор новых, перспективных устройств вво-
да-вывода, в том числе мониторы на ЭЛТ, быстродей-
ствующие построчные принтеры и накопители на пласт-
массовой магнитной ленте. За первой машиной вскоре по-
следовала «Модель-702». Предназначенная для широких
коммерческих применений, она предусматривала варианты
ввода данных в машину — с перфокарт и с магнитной лен-
ты, — а также вывода информации — на магнитную ленту
или на печатающее устройство. К середине 50-х годов ин-
женеры фирмы уже занимались разработкой магнитных
дисков для хранения информации и так называемого син-
хронизатора данных, который управлял взаимодействиями
периферийных устройств компьютера и его центрального
процессора (ЦП). Таким образом, консервативный гигант
и юная наука вместе шагнули в будущее.
130

ПУТИ вводимых
И ВЫВОДИМЫХ ДАННЫХ
Даже самая совершенная стереофоническая система оказы-
вается абсолютно бесполезной, если не может считывать —
звуковую информацию с поверхности носителя — пластин- =2-::'
ки или магнитной ленты. Точно так же от нее не будет
никакого прока, если она не снабжена качественными
громкоговорителями, которые преобразуют записанную
информацию в богатый обертонами и насыщенный звук.
Компьютер при всей своей мощи, тоже останется беспо-
лезным нагромождением электронных схем, если не смо-
жет принимать данные, хранить их в процессе обработки
и перевоплощать полученные результаты в какие-то опера-
ции или визуальные символы, нужные человеку-оператору.
В отличие от стереофонических проигрывателей, выпол-
няющих лишь одну функцию, компьютеры должны обла-
дать способностью обрабатывать всевозможную информа-
цию. Подают эту информацию в компьютер так называе-
мые устройства ввода-вывода данных. Они могут быть
либо универсальными, как, например, клавиатура или
«мышь», либо специализированными, предположим, дат-
чиками, измеряющими давление воздуха в аэродинамиче-
ской трубе или температуру в ракетном двигателе. Часто
информацию, получаемую датчиками, приходится перево-
дить на знакомый компьютеру язык нулей и единиц —
только тогда он сможет ее обработать. Этот перевод осу-
ществляет аналого-цифровой преобразователь, АЦП (см.
с. 134—135). Без него компьютер не смог бы «понять» по-
казания датчиков. Обработанные компьютером данные
поступают на выводные устройства: телевизионные экра-
ны, принтеры или графопостроители. Выходные данные
можно использовать и другими способами — например,
осуществлять, следуя им, автоматическое управление са-
молетом или вращать стальную деталь в полностью авто-
матизированном заводском цеху.
Как показано на приведенном здесь рисунке, процессы
ввода-вывода информации в компьютере складываются из
определенных основных элементов независимо от того,
имеем ли мы дело с мощным суперкомпьютером, скром-
ной настолькой машиной или с целой системой компьюте-
ров, управляющих полетом экспериментального реактив-
ного самолета. На нескольких последующих страницах мы
познакомимся с тем, каким образом данные поступают в
компьютер и выводятся из него, а также опишем различ-
ные методы оптимизации процессов ввода и вывода.

Пути вводимых и выводимых данных
Преобразование
физических явлений
в аналоговые
сигналы
На самом первом этапе процесса ввода в компьютер ин-
формация может быть самого разнообразного типа: све-
товое излучение, звук, теплота, давление и целый ряд дру-
гих явлений физического мира. Характеристики всех этих
явлений по существу непрерывны, плавно изменяются от
точки к точке в пространстве или от одного момента к
другому во времени. Поэтому, прежде чем вводить данные
в компьютер с его дискретной логикой, следует перевести
их в другую форму. Вводные устройства — датчики —
132

начинают процесс преобразования характеристик физиче-
ских явлений в электрические сигналы соответствующего
напряжения.
Аналоговые сигналы переменного напряжения отража-
ют флуктуации наблюдаемых или измеряемых характери-
стик реальных физических явлений. Например, датчик тем-
пературы, термопара, вырабатывает сигнал более высоко-
го напряжения, когда температура растет, и соответ-
ственно более низкого, когда она падает; световой датчик
(фотоэлектрический элемент) реагирует на рост или паде-
ние интенсивности света.
Однако переменный аналоговый сигнал — это лишь
первый шаг, поскольку в большинстве современных ком-
пьютеров используется двоичная логика: их схемы работа- ^=~=
ют лишь по принципу «включен-выключей». Поэтому до ШИЛ §
того, как аналоговый входной сигнал завершит свое путе- --   I
шествие по системе, он должен претерпеть еще несколько
изменений.
От явления к аналоговому сигналу. Здесь в символи-
ческой форме показано происхождение аналогового
сигнала: характеристики явлений реального мира,
«снимаемые» с поверхности Земли, как кожура с яб-
лока, проходят через «ворота» некоего датчика. По-
следний генерирует аналоговый электрический сиг-
нал, флуктуации которого — пики и впадины — точ-
но соответствуют вариациям в показаниях,
снимаемых датчиком.

133

Пути вводимых и выводимых данных
От аналоговых
сигналов
к цифровой логике
Прежде чем электронный цифровой компьютер сможет
интерпретировать подлежащий обработке аналоговый сиг-
нал, последний должен быть переведен на двоичный язык
компьютера. Это достигается при помощи аналого-цифро-
вого преобразователя (АЦП), который трансформирует
изменяющееся напряжение сигнала в быстрые последова-
тельности импульсов типа «включен-выключен». Эти им-
пульсы соответствуют как компьютерной логике — с ее
значениями «да-нет» или «истина-ложь», — так и двоично-
му представлению чисел, позволяющему выразить любое
число независимо от того, насколько оно велико, в виде
комбинации нулей и единиц (см. врезку). В цифровом ком-
пьютере нули и единицы представлены двумя состояниями
микросхем, на которых построено центральное процессор-
ное устройство (ЦПУ), а также внутренняя память и дру-
гие блоки компьютера.
Чтобы представить аналоговый сигнал в цифровой
форме, АЦП периодически считывает его, т. е. снимает с
него выборочные показания, преобразуя измеренное в каж-
дый момент напряжение в двоичное число. После того как
непрерывный аналоговый сигнал преобразован в дискрет-
ные цифровые данные, их вводят в компьютер для после-
дующей обработки.
Перевод в цифровую форму. Чтобы превратить непрерыв-
ный аналоговый сигнал в дискретный цифровой код, анало-
го-цифровой преобразователь через строго определенные ин-
тервалы измеряет амплитуду аналогового сигнала. Интерва-
лы должны быть очень малыми — такими, чтобы частота
выборки вдвое превышала высокочастотную составляющую
аналогового сигнала и преобразование таким образом не ис-
кажало сигнала. В лучшем случае цифровой код лишь при-
ближенно соответствует аналоговому сигналу. По мере то-
го, как преобразователь молниеносно снимает показания,
каждому интервалу ставится в соответствие определенное
число (см. рисунок справа) — чем выше измеренное напря-
жение, тем больше число и наоборот.
134

Двоичные числа
В двоичной системе счисления при перемеще-
нии на одну позицию влево значение числа
увеличивается вдвое. Например, в двоичном
числе 10110000 единицы стоят в позициях,
представляющих десятичные числа 128, 32 и
16. Складывая эти числа, получаем 176.
Один двоичный разряд называется битом, 8
битов составляют байт. Максимальное деся-
тичное число, которое можно представить
одним байтом, — это 255 (11111111). Ком-
пьютеры оперируют единицами информации,
называемыми словами, длина которых в раз-
личных машинах составляет от 8 до 60 бит.
00000000
со тг еч чо со Tj- еч г-
еч чо го г-
Аналого-цифровой преобразователь. Действуя
так называемым методом последовательных
приближений, этот простой 8-битный преобра-
зователь «пытается» определить входное на-
пряжение, генерируя пробные уровни напряже-
ния от 0 до 255. При этом АЦП меняет уро-
вень напряжения каждый раз на 1 бит. Среднее
пробное значение 10000000 (или 128) оказывает-
ся слишком низким, а при добавлении следую-
щего бита уровень 11000000 (192) становится
слишком высоким. Приравнивая этот бит ну-
лю, а следующий — единице, АЦП получает
число 101
ШИН
|, или 160, которое меньше ам-
плитуды сигнала. Но при добавлении следую-
щего бита получается подходящее число
10110000, или 176.
о
I 00000000 |
176
10110000
со^-сччосо^-ечт-
еч чо го V-
128
I 10000000 |
192
I 11000000 |
160
I 10100000
-1-11111111
- -10110000
176
| 10110000
135

Пути вводимых и выводимых данных
Шеренги битов
и колонны байтов
Как только информация закодирована в виде двоичных
импульсов, она может быть введена в компьютер через
так называемые порты либо в последовательном, либо в
параллельном режиме. Иначе говоря, порты бывают по-
следовательными или параллельными в зависимости от
способа передачи битов.
При последовательном способе ввода биты, составляю-
щие машинное слово (будем считать словом 8 бит, или 1
байт), поступают по очереди по одному и тому же каналу
Последовательный
.порт
Параллельный
порт
136

(слева вверху). Пройдя через порт, биты выстраиваются
в шеренги, образуя единицы информации той длины, кото-
рая соответствует слову данного компьютера. Дальше от-
дельные биты, составляющие слово, движутся параллель-
но друг другу как единое целое.
В параллельный порт биты поступают уже в виде ше-
ренги (внизу слева), причем каждый бит идет по своему
каналу. Такая передача данных намного быстрее последо-
вательной, но имеет и серьезные недостатки. При расстоя-
ниях свыше 30 м синхронизировать параллельные сигналы
трудно, да и стоимость параллельных кабелей довольно
высока. Поэтому в случаях, когда сигналы проходят боль-
шие расстояния — например, тысячи километров по теле-
фонным линиям связи, — разработчики компьютеров
предпочитают более медленный последовательный способ
передачи данных.
Естественность
цифрового ввода
Не все данные, вводимые в компью-
тер, имеют аналоговое происхожде-
ние. Значительная часть информации,
обрабатываемой компьютером, изна-
чально является цифровой и вводится
с таких устройств, как клавиатура
или накопители на магнитной ленте.
Здесь в упрощенном виде показано
действие цифрового вводного устрой-
ства; число 10110000, двоичный экви-
валент числа 176, набирается с по-
мощью ручных переключателей, име-
ющих два положения: одно
соответствует 1 (включен), а дру-
гое — 0 (выключен).
137 <=*

Пути вводимых и выводимых данных
«Дорожная карта»
внутренней части
системы
Компьютеры могут быть более сложными и менее слож-
ными, но некоторые их компоненты в принципе одинако-
вы. Они могут иметь различные размеры: от одной мик-
росхемы до целых блоков величиной в несколько десятков
сантиметров, состоящих из большого числа микросхем,
однако функции этих компонентов остаются неизменными.
Главная часть любого компьютера — его центральное
процессорное устройство (ЦПУ), или просто центральный
процессор (ЦП). По существу это — «мозг» машины, вы-
полняющий инструкции и управляющий потоками инфор-
мации в процессе ее обработки. Инструкции и данные, с
которыми работает ЦП, хранятся в компьютерной памяти
двух типов: постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ)
и оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ; его также
называют ЗУПВ — запоминающее устройство с произ-
вольной выборкой). Содержимое ПЗУ неизменно и сохра-
няется при выключении машины. Информацию в ОЗУ
можно изменять произвольным образом (например, при
загрузке в машину программы из внешней памяти); она
полностью уничтожается при отключении питания.
Среди других компонентов, общих для всех компьюте-
ров, назовем следующие: генератор тактовых импульсов,
синхронизирующий внутренние операции (иногда он встро-
ен в кристалл ЦПУ); шины — электронные схемы, соеди-
няющие компоненты компьютера, и порты ввода-вывода.
В стилизованной схеме, изображенной на рисунке, пред-
ставлены также два дополнительных элемента: контрол-
лер ввода-вывода и устройство прямого доступа к памяти
(ПДП), которые встречаются не в каждом компьютере.
Когда информация извне поступает в компьютер через
порты, она идет по шинам к центральному процессору, ко-
торый направляет ее далее в ОЗУ. В дальнейшем ЦП мо-
жет извлечь эту информацию, чтобы обработать ее со-
гласно указаниям (программе), хранящимся в памяти. Ре-
зультаты обработки либо остаются в памяти, либо
направляются через порты вывода на периферийное уст-
ройство, где они либо записываются на тот или иной но-
ситель данных, либо преобразуются в те или иные опера-
ции. На следующих трех разворотах детально описаны
три основных способа, которыми компьютер управляет
вводом и выводом: опрашивание, прерывание и прямой
доступ к памяти.
Порт
Порт
Контроллер
ввода-вывода
138
ЦП
Контроллер
пдп
ОЗУ
Порт
ПЗУ
Порт
Основные компоненты
компьютера
Порты, через которые информация поступает в ком-
пьютер и выводится из него. Порты бывают вход-
ными, выходными и универсальными, совмещающи-
ми обе функции, а также последовательными и па-
раллельными.
Шины — это внутренние каналы для информации:
управляющие сигналы проходят по шине управле-
ния; информация движется по шине данных по адре-
су, заданному сигналами с адресной шины.
Тактовый генератор посылает регулярные электриче-
ские сигналы по шине управления, синхронизируя
все внутренние операции компьютера.
ПЗУ — постоянная внутренняя память компьютера,
содержащая важную служебную информацию, напри-
мер инструкции программы начальной проверки и
загрузки.
ОЗУ — временная память, где хранятся программы
и данные, которые использует (и может изменять)
ЦП.
Центральный процессор (ЦП) — мозг компьютера,
выполняющий все арифметические и логические
операции.
Контроллер ввода-вывода — дополнительное устрой-
ство, которое обычно применяется в больших систе-
мах, рассчитанных на много пользователей. Это уст-
ройство берет на себя управление некоторыми опе-
рациями по вводу-выводу, выполняемыми при его
отсутствии центральным процессором.
Контроллер ПДП — еще одно дополнительное уст-
ройство; может, минуя ЦП, обеспечить прямую
связь между ОЗУ и периферийными устройствами.
139

Пути вводимых и выводимых данных
Два способа
управления
вводом-выводом
основной функции — обработке данных. Когда порт готов
к вводу или выводу, он посылает соответствующий сиг-
нал—что-то вроде звонка в дверь — центральному про-
цессору, который в данном случае лишь ненадолго прервет
процесс обработки данных, чтобы обслужить порт, запро-
сивший прерывания. Чтобы избежать путаницы при одно-
Управление процессом ввода данных в машину может осу-
ществляться тремя способами. Основные этапы двух на-
иболее распространенных способов ввода-вывода —
опрашивание и прерывание — схематически проиллюстри-
рованы на приведенных здесь рисунках.
При опрашивании центральный процессор проверяет
(опрашивает) состояние каждого порта, определяя, посту-
пила ли в него вводимая информация или готов ли он при-
нять данные для последующего вывода. О состоянии по-
рта сообщают обычно однобитные электронные сигналы,
называемые флажками. Способ опрашивания прост, но
это медленный процесс, на который расходуется ценное
рабочее время ЦП, поскольку приходится каждый раз пре-
рывать выполнение основной программы, чтобы опросить
все порты — на тот случай, если потребуется отреагиро-
вать на определенное состояние какого-то из них. Это на-
поминает ситуацию, когда хозяин дома должен то и дело
спускаться по лестнице и открывать парадную дверь, что-
бы узнать, не пришел ли очередной гость.
Способ ввода-вывода по прерыванию требует более
временном поступлении нескольких запросов на прерыва-
ние, для различных устройств устанавливаются разные
уровни приоритета. Пользователь имеет возможность «за-
маскировать» (т. е. игнорировать) прерывания, за исклю-
чением одного — вызванного внезапным отключением пи-
тания. Это немаскируемое прерывание сообщает ЦП, что
у него есть в запасе всего несколько микросекунд на запо-
минание данных, пока не отключится вся система.
Оба названных способа управления используются как
для ввода, так и для вывода данных и не требуют какого-
либо специального контроллера ввода-вывода. Для про-
стоты изображения на рисунках последовательность дейст-
вий иллюстрирует лишь процесс ввода. Вывод, по суще-
ству, представляет собой обратный процесс. Способ ввода
по прерыванию рассмотрен здесь при участии контроллера
ввода-вывода,
функционирует
что позволяет продемонстрировать, как
этот дополнительный элемент системы^
сложных аппаратных и программных средств, но обеспе-
чивает более эффективную работу ЦП. При использовании
этого способа ЦП сосредоточен на выполнении своей
Прерывания: сложнее,
но зато эффективнее/
о
По шине управления
// порт посылает контроллеру
7 ввода-вывода запрос на
прерывание, сообщая о прибытии
данных. В случае нескольких
/	/ /	По адресной и
// управляющей шинам
// контроллер ввода-вывода
/ связывается с ЦП, сообщая
:му адрес порта, нуждающегося
в обслуживании, и адрес
ОЗУ, где хранится начало
прерываний контроллер
программы, обслуживающей
распределяет их по приоритетам.
прерывания от данного порта.
140

Опрашивание: просто, но медленно
Когда ЦП в очередной
раз обращается к порту,
по всем трем шинам идут
сигналы. Однако электронный
флажок «опущен», т. е. в порте
нет данных для передачи в ЦП.
Ду Проверив следующий
Ду порт, процессор находит
работу: его ждет байт
у	данных 10110000. По
шине данных он передается
в ЦП для временного хранения.
И опять работают все три шины.
/ Ду Теперь импульсы,
представляющие байт
у у	10110000, поступают по
шине данных в ОЗУ. Байт
г записывается в ячейку, адрес
которой указан на адресной ши-
не. В это время команда «запись»
передается по управляющей шине.
для того;
на запрос
временно
' Ду При одновременной
работе всех трех шин
сигналы, соответствующие
г введенным данным (10110000),
мгновенно пробегают по
системе от входного порта до ЦП.
Освобождаясь
/у чтобы ответить
прерывания, ЦП
заносит в ОЗУ «состояние
системы» — текущую инструкцию
программы и содержимое
некоторых регистров процессора.
/у Вновь пользуясь всеми
F тремя шинами, процессор
передает только что
принятый байт данных в ОЗУ,
затем «вспоминает» состояние
системы, записанное долей
секунды раньше, и продолжает
прерванное выполнение программы.
141

Пути вводимых и выводимых данных
Более короткий путь
к памяти
На многих пригородных шоссейных дорогах имеются вы-
сокоскоростные полосы, по которым автомобилисты мо-
гут проноситься мимо еле двигающихся в часы пик пото-
ков транспорта. Прямой доступ к памяти (ПДП) дает сис-
темам ввода-вывода компьютера аналогичное преимуще-
ство, ибо в этом случае данные мгновенно попадают в па-
мять и выводятся из нее без вмешательства ЦП, что по-
требовало бы больше времени. На самом деле часть функ-
ций ЦП по управлению потоками информации в системе
шин компьютера берет на себя контроллер ПДП.
Такая «подмена» ЦП может осуществляться нескольки-
ми способами. Чаще всего контроллер ПДП получает за-
прос на прерывание от периферийного устройства и посы-
лает центральному процессору сообщение, что тот должен
временно приостановить свои операции. ЦП, ответив сиг-
налом «подтверждение останова», временно уступает
управление шинами и устраивает себе небольшую пере-
дышку. Тем временем контроллер ПДП прогоняет данные
между ОЗУ и устройствами ввода-вывода информации.
Главное преимущество использования ПДП — быстро-
действие. В отличие от ЦП, представляющего собой уни-
версальное устройство, рассчитанное на решение разно-
образных задач, контроллер ПДП выполняет лишь одну
функцию, к которой и приспособлены его электронные схе-
мы. ПДП обычно используется при работе с такими пери-
ферийными устройствами, как терминалы с цветными гра-
фическими дисплеями, быстродействие которых слишком
велико, чтобы ЦП мог эффективно управлять ими. ПДП
играет полезную роль и при других операциях, например
при загрузке в память информации с современных быстро-
действующих дисковых накопителей, выдающих информа-
цию большими «плотноупакованными» порциями.
Серия верхних рисунков иллюстрирует последователь-
ность действий, выполняемых контроллером ПДП при
вводе данных, а на нижних рисунках показано, как кон-
троллер ПДП, руководствуясь тем же принципом, управ-
ляет выводом, пересылая данные через порт для последу-
ющей передачи периферийному устройству, которое либо
записывает их на какой-нибудь носитель, либо изображает
на дисплее, либо преобразует в ту или иную операцию.
Получив байт данных,
входной порт посылает
сигнал по шине управления
ожидающему контроллеру ПДП.
Ввод с помощью ПДП:
из порта
прямо в память
Получив сообщение, что
выводное устройство готово
принять байт из системы,
порт вывода посылает по шине
управления сигнал контроллеру ПДП.
Вывод с помощью ПДП:
непосредственно из ОЗУ
в порт
142

У/ Теперь контроллер ПДП
/у посылает сигнал по управля-
у ющей шине с запросом на
входные данные и указывает,
куда они должны поступить —
в ячейку ОЗУ с адресом,
выставленным на адресной шине.
Также по шине управления
ЦП получает от контроллера
ПДП запрос на останов.
ЦП подтверждает останов и
высвобождает управление шинами.
Попт отправляет
г	поступившие в
него данные по всем
трем шинам: шина данных
несет информационный
байт; адресная шина
направляет его по месту
назначения в ОЗУ; шина
управления передает команду
записи байта данных в память.
'О
в режиме ввода
/ Чтобы начать вывод,
f /контроллер ПДП активирует
Г ячейку ОЗУ. Шина управления
несет команду считывания
данных из ОЗУ, а адресная шина
указывает порт, в который
следует направлять данные.
/ Как и
(^Контроллер ПДП переводит
процессор в пассивное
состояние при помощи шины
управления, и ЦП посылает
подтверждение. Таким образом
контроллер ПДП захватывает
шины — можно начинать вывод.
Пока контроллер ПДП
владеет системой шин, ОЗУ
посылает байт (10110000)
непосредственно порту вывода,
совершая тем самым последний
шаг в процессе ввода-вывода.
143

Пути вводимых и выводимых данных
Обратный переход —
от данных
к явлениям
Как и входная информация, предназначенная для обработ-
ки центральным процессором, выходная информация в за-
висимости от типа устройства вывода может принимать
либо аналоговую, либо цифровую форму. Синтезаторы,
позволяющие компьютеру выводить данные в форме речи,
переводят цифровую информацию на выходе в аналоговые
сигналы, поступающие в громкоговоритель. В отличие от
этого электронно-лучевые трубки, высвечивающие данные
на телевизионном экране, или принтеры, печатающие ре-
зультаты на бумаге, преобразуют дискретные единицы ци-
фрового выхода компьютера не в аналоговые, а также в
дискретные (соответствующей формы) результаты, кото-
рые выводятся на экран или бумагу.
Еще одно цифровое устройство вывода данных —
графопостроитель, показанный здесь в стилизованном ви-
де. Графопостроитель превращает двоичные сигналы с вы-
хода компьютером в точные координаты точек, между ко-
торыми проходит световое перо, рисуя графическое изо-
бражение.
Аналоговый вывод
Аналоговый вывод — это процесс, в точ-
ности противоположный процессу преоб-
разования аналогового входа в цифровые
сигналы. Как показано на рисунке, циф-
ро-аналоговый преобразователь превра-
щает дискретные двоичные сигналы в не-
прерывный аналоговый сигнал. Сначала
преобразователь ставит в соответствие
каждому байту (слову) цифровых данных
уровень напряжения, эквивалентный зна-
чению двоичного числа. В результате по-
лучается пилообразная кривая резко ме-
няющегося напряжения. Затем кривая
пропускается через специальный элек-
тронный фильтр, который сглаживает ее,
превращая в непрерывный аналоговый
сигнал. Этот сигнал может приводить в
действие аналоговое устройство вывода,
например громкоговоритель или руку ро-
бота манипулятора.
144

145

ОТ ЧИСЕЛ
К ТЕКСТУ
Ничто так не занимало студентов, буквально заполнивших в конце 50-х годов вы-
числительный центр Массачусетского технологического института, как поиски но-
вых применений тем удивительным машинам, к которым они получили доступ. Эти
молодые энтузиасты, одни из первых, кто стал называть себя хэкерами, увлеченно
экспериментировали с учебным компьютером ТХ-0. Как-то раз, в 1959 г., один из
них обнаружил, что может воспользоваться аппаратурой ввода-вывода компьютера
для подготовки письменных работ к учебным занятиям.
Машина ТХ-0 была довольно совершенной по тем временам системой, построен-
ной на транзисторах, а не на громоздких электронных лампах, которые еще преоб-
ладали тогда в компьютерах. Она предназначалась специально для эксперименталь-
ных целей в отличие от большинства машин, выполнявших только численные расче-
ты. В периферийное оборудование ТХ-0 входил и так называемый «флексорай-
тер» — устройство, подобное пишущей машинке, использованной в системе «Сейдж»
и компьютерах «Вихрь» (см. с. 125), которое одновременно с перфорированием ко-
довых отверстий на бумажной ленте печатало символы. В действительности флексо-
райтеры изначально предназначались для печати писем-формуляров, предшествен-
ников современной массовой официальной почты с ее псевдоперсональными обра-
щениями. Специальные коды, пробитые на перфоленте, автоматически
останавливали машинку во время печати, давая возможность оператору вставить
конкретные имена, адреса и приветствия в идентичные, составленные по шаблону
письма.
Сначала студенты пользовались флексорайтером, чтобы записывать компьютер-
ные программы и печатать полученные результаты. При подготовке письменных
работ эта машинка имела неоспоримое преимущество: ведь, пользуясь ее механиз-
мом остановок и запусков, можно было перфорировать исправления на ленте, а не
заниматься утомительной перепечаткой целых страниц текста. Исправленная перфо-
лента вставлялась в автоматический считыватель, расшифровывавший записанные
на ней коды, и флексорайтер печатал текст работы уже без ошибок.
Осенью 1961 г. МТИ получил новый мощный компьютер PDP-1 (аббревиатура
от Programmed Data Processor — программируемый процессор данных). Машина бы-
ла подарена институту корпорацией «Диджител экуипмент» (Digital Equipment), ко-
торую возглавлял бывший выпускник МТИ Кеннет Олсен. В то время как устрой-
ство считывания с перфоленты у флексорайтера было механическим и его скорость
не превышала 10 символов в секунду, считывающее устройство машины PDP-1
было построено на фотоэлементах и его быстродействие достигало 400 симво-
Пишущие машинки вошли в компьютерную
эру, взяв на себя функции двух типов: ввода,
символически представленного на рисунке в
виде клавиатуры, и вывода, символизируемо-
го здесь матричной печатью и «ромаш-
кой» — деталью компьютерного принтера.
Эти функции, усиленные мощью самого ком-
пьютера, сделали возможным одно из самых
полезных применений электронной вычисли-
тельной техники — обработку текстов.
147
ММИеОШВй
лов в секунду. Естественно, эти преимущества не остались
без внимания.
Стефен Пайнер, один из наиболее изобретательных сту-
лентов-хэкеров МТИ, вскоре написал программу для PDP-
1, которая помогала студентам редактировать текст со-
ставленных ими программ для компьютера, а также — это
было предусмотрено — курсовые проекты. Пайнер шутли-
во окрестил свою программу «дорогая пишущая машин-
ка», подчеркивая тем самым, что столь сложная и дорого-
стоящая машина используется для работы, которая обыч-
но выполнялась при помощи простой пишущей машинки.
Время, отпущенное студентам для работы с PDP-1, бы-
ло настолько ценным, что Пайнер и его товарищи при
подготовке черновых вариантов своих работ все-таки до-
вольствовались флексорайтером. «Мы еще как-то могли
оправдать то, что пользовались компьютером для исправ-
ления уже подготовленных текстов или программ, —
вспоминал позже Алан Коток, сокурсник Пайнера, — но
пользоваться компьютером для написания исходного текс-
та считалось уже неприличным и предосудительным».
ИСТОРИЯ ПИШУЩИХ УСТРОЙСТВ
Вряд ли осознавая до конца значение своих экспериментов,
хэкеры из МТИ прокладывали дорогу в будущее. «Дорогая
пишущая машинка» Пайнера была одной из первых в ми-
ре программ для обработки текстов, за ней последовали
другие. Сегодня многие пользователи такого компьютера
чаще применяют его именно как универсальную (хотя уже
не такую дорогую) пишущую машинку, чем для каких-
либо других целей. Люди различных профессий сидят за
клавиатурами компьютеров, быстро перебирая по ним
пальцами, и следят за тем, как на экране, будто по мано-
вению волшебной палочки, возникают слова. Секретари
подготавливают на них безукоризненно отпечатанные
письма, писатели пишут и переделывают свои романы — и
конечно же, новому поколению студентов они очень облег-
чают работу над курсовыми.
Компьютеры для подготовки текстов появились срав-
нительно недавно, однако попытки придумать механиче-
ские устройства для письма начались почти три столетия
назад. В 1714 г. британская королева Анна санкционирова-
ла выдачу патента инженеру по имени Генри Милл, удо-
стоверявшего, что тот изобрел «искусственную машину,
или метод нанесения букв, по одной или последовательно
одну за другой, как при ручном письме». К сожалению,
в теории осуществить это оказалось проще, чем на практи-
ке. Милл не сумел построить работающую пишущую ма-
шинку; подобная участь постигла и десятки других изобре-
тателей, пытавшихся реализовать на практике ту же идею.
Это не удавалось сделать вплоть до 60-х годов прошлого
столетия, когда газетный редактор и издатель из шт. Ви-
сконсин (США) Кристофер Л. Шоулс решил, наконец,
проблему.
В характере Шоулса было что-то сближающее его с со-
временным хэкером. Получив государственную должность
начальника таможни порта Милуоки, он оставил газетную
деятельность, однако часто вспоминал долгие часы, прове-
Первая пишущая машинка, созданная в
1873 г. Шоулсом и Глидденом, была до-
статочно привлекательна внешне, но не
совсем удобна в работе. У машинки этой
конструкции молоточки с литерами уда-
ряли по валику снизу, и машинистка не
могла видеть печатаемого текста.
денные за написанием и переписыванием статей, когда
единственным его орудием труда было гусиное перо или
ручка со стальным наконечником. Должен же существо-
вать более удобный способ, и Шоулс был полон решимос-
ти найти его. Поскольку новая работа не требовала боль-
ших усилий — Милуоки не был крупным международным
портом, — Шоулс находил достаточно времени для люби-
мого занятия — технического изобретательства. Работая в
местной мастерской, Шоулс и его компаньон Карлос Глид-
ден придумали аппарат для последовательной нумерации
книжных страниц. От этого простого устройства и ведет
свое начало пишущая машинка.
Шоулс запатентовал свое устройство в 1867 г. Шестью
годами позже машинку Шоулса и Глиддена стала произво-
дить фирма «Ремингтон энд сане», солидная оружейная
компания, которая в дальнейшем превратилась в «Реминг-
тон рэнд» и в 1951 г. начала производить и продавать
«Юнивак», первый коммерческий компьютер в США. По-
сле Гражданской войны в США (1861—1865) фирма «Ре-
мингтон», расширив ассортимент своей продукции, кроме
оружия начала выпускать швейные машинки. Это отрази-
лось и на моделях пишущих машинок: их украсили веселы-
ми цветочными узорами и стали крепить на станину швей-
ной машинки таким образом, что нажатие на педаль вы-
зывало возврат каретки.
У первой модели пишущей машинки были серьезные
недостатки. Машинка стоила по тем временам довольно
дорого, 125 долл., а печатать на ней можно было только
прописными буквами. Кроме того, поскольку литеры, при-
водимые в движение клавишами, были спрятаны под ка-
реткой, чтобы увидеть отпечатанный текст, ее приходи-
лось поднимать.
Успех к пишущей машинке пришел не сразу, но некото-
рые из первых покупателей оценили ее очень высоко. Сре-
ди них и бывший типографский наборщик Сэмюэл Кле-
менс, писавший книги под псевдонимом Марка ТЬена. Уда-
148

ряя по клавишам одним пальцем (слепая система
машинописи была придумана несколькими годами позже),
Твен отпечатал письмо своему брату:
Я ПЫТАЮСЬ ПРИВЫКНУТЬ к этой новомод-
ной ПИШУЩЕЙ МАШИНКЕ, НО ПОКА, ПОХОЖЕ,
БЕЗ ОСОБОГО УСПЕХА. ОДНАКО ЭТО МОЯ ПЕРВАЯ
ПОПЫТКА И Я ВСЕ ЖЕ ДУМАЮЧТО Я СКОРО И
ЛЕГКО НАУЧУСЬ ПОЛЬЗОВАТЬСЯ ЕЮ... Я ПОЛА-
ГАЮ, ЧТО ОНА БУДЕТ ПЕЧАТАТЬ БЫСТРЕЕ, ЧЕМ Я
МОГУ ПИСАТЬ. ОНА УМЕЩАЕТ УЙМУ СЛОВ НА
ОДНОЙ СТРАНИЦЕ. ОНА ПИШЕТ ОТЧЕТЛИВО, НЕ
МАЖЕТ И НЕ САЖАЕТ ЧЕРНИЛЬНЫХ КЛЯКС.
А еще через несколько лет Марк Твен первым из писа-
телей представил в издательство машинописную рукопись.
(По воспоминаниям самого Твена, это были «Приключе-
ния Тома Сойера», однако историки установили, что
«Жизнь на Миссисипи».) Твен так увлекся механическими
устройствами для машинописи и набора, что позже вло-
жил 300 тыс. долл, в наборную машину. Она оказалась
непрактичной — и Твен разорился.
Другие компании вскоре выпустили свои модели пишу-
щих машинок, в том числе и такие, которые позволяли
сразу же видеть отпечатанный текст, а также модели со
сменой регистра, на которых можно было печатать и
строчными и прописными буквами. Эффективность усо-
вершенствованных моделей и тот факт, что они «не мажут
и не сажают чернильных клякс», в конце концов рассеяли
все сомнения предпринимателей, и пишущая машинка ста-
ла распространенным орудием труда.
Одним из упорных противников новой техники была
развивающаяся фирма «Сиирс робак» (Sears, Roebuck),
торговавшая по почтовым заказам. Руководство фирмы
считало, что машинописные письма слишком обезличены,
и даже после того, как в 90-х годах прошлого века пишу-
щая машинка получила широкое распространение, секрета-
ри фирмы продолжали писать всю корреспонденцию от
руки, дабы не оскорбить чувства своей традиционно фер-
мерской клиентуры новомодными «машинными»
письмами.
Пишущая машинка не только произвела революцию в
конторской работе, но и изменила состав конторских слу-
жащих. Обеспечив женщин приемлемым в социальном от-
ношении занятием, помимо домашнего хозяйства, пишу-
щая машинка стала мощным орудием их эмансипации, от-
крыв двери туда, где раньше работали исключительно
мужчины. Пишущая машинка, заметил Кристофер Шоулс
незадолго до своей смерти в 1890 г., «очевидно, стала бла-
гословением для всего человечества, в особенности для
женской его половины. Мое изобретение оказалось гораз-
до мудрее, чем я мог подумать».
Однако вскоре женщины начали понимать, что они
освободились от кухонной печи лишь для того, чтобы
стать рабынями пишущей машинки. Это устройство не
прощало ошибок: стоило случайно нажать не ту клавишу
и всю страничку приходилось перепечатывать. Появление
в 20-х годах нашего столетия электрической пишущей ма-
шинки не решило проблемы. Она работала быстрее и бы-
ла удобнее для пальцев, однако по-прежнему один нечаян-
ный удар не по той клавише неминуемо вызывал ошибки.
Когда после второй мировой войны появились перые
компьютеры, модифицированные пишущие машинки,
естественно, стали применяться для печати выводной ин-
формации центрального процессора. Приблизительно че-
рез десять лет их использовали уже и для подготовки дан-
ных. Однако проблема ошибок и связанного с ними уто-
мительного перепечатывания оставались, что выглядело
еще более досадным на фоне высокого быстродействия
центрального процессора ЭВМ.
ПРОБЛЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Пионеры вычислительной техники искали решения скорее
в программном обеспечении, нежели в аппаратных сред-
ствах. Устав кодировать каждую инструкцию на двоичном
языке внутренней логики компьютера — «да» или «нет», 1
или 0, — они занялись поисками более удобного способа
общения с машиной. Первым результатом их усилий в
этом направлении были новые коды, составленные из букв
и коротких слов, взятых из английского языка. Морис
Уилкс, работавший в Кембриджском университете, счита-
ется создателем одного из так называемых языков ассемб-
лера. В 1949 г. он разработал такой язык для машины
«Эдсак», первого действующего компьютера, программы
которого хранились в его внутренней памяти. Приблизи-
тельно в то же время исследователи в МТИ занимались
разработкой более совершенного языка программирования
для своего еще незаконченного компьютера «Вихрь».
Обычно язык ассемблера состоит из команд с легко за-
поминающимися символами. Например, буквы SU означа-
ют команду вычитания (Subtract), TS — запись в память
(Transfer to Storage) следующего за командой элемента дан-
ных и т. д. Каждое такое мнемоническое обозначение за-
меняло в программе длинную цепочку нулей и единиц.
Эти символы автоматически преобразовывались в двоич-
ные коды машинного языка, понятного компьютеру, при
помощи специальной программы, называемой ас-
семблером.
Общение с системой на таком, пусть даже рудиментар-
ном, человеческом языке, заменившем язык нулей и еди-
ниц, было первым шагом на пути к созданию языка про-
граммирования высокого уровня — и очень важным эта-
пом на пути к применению компьютера для обработки
текстов. Дальнейший прогресс был достигнут в 1955 г. в
Линкольновской лаборатории МТИ, когда вступил в строй
компьютер ТХ-0, с которым несколько лет спустя начали
экспериментировать студенты. ТХ-0 был поистине мечтой
программиста того времени. Помимо большой по тогдаш-
ним меркам памяти — 65 536 байт, — он имел самые со-
временные устройства ввода-вывода: дисплей на ЭЛТ и
фоточувствительное устройство, называемое световым пе-
ром, которое позволяло изменять изображение на экране.
Кроме того, усовершенствованный флексорайтер этого
компьютера работал в режиме on line, т. е. был непосред-
ственно подключен к компьютеру, и все данные, набран-
149

ные на его клавиатуре, немедленно вводились в машину,
минуя этап набивки и последующего считывания пер-
фоленты.
Когда в МТИ вернулся молодой авиационный инженер-
исследователь Джек Гилмор, служивший в морской авиа-
ции во время корейской войны, его уже ждал новый ком-
пьютер ТХ-0. Будучи еще аспирантом, Гилмор написал в
1951 г. первую программу-ассемблер для компьютера
«Вихрь». Теперь коллеги предложили ему поработать с
компьютером ТХ-0, сказав: «Интересно, что ты сможешь
сделать с этой штукой».
Гилмор ответил на этот вызов, написав прежде всего
ряд служебных программ — утилит. Их назначение, по
словам Гилмора, заключалось в том, «чтобы помочь нам
делать грязную работу»; они позволили программисту мо-
дифицировать и отлаживать (т. е. исправлять обнаружен-
ные ошибки) свои программы, когда они находились уже
в памяти компьютера. Как метод общения между про-
граммистом и машиной программы Гилмора явились
«прародителями» современных операционных систем, т. е.
наборов программ, выполняющих, помимо всего прочего,
такие функции, как отслеживание местоположения данных
в памяти, на диске или магнитной ленте. Одна программа
под названием FIND (находить) давала пользователю воз-
можность отыскивать в другой программе определенные
слова или инструкции. Оператор мог также быстро распе-
чатать программу или данные, набрав на клавиатуре клю-
чевое слово PRINCE.
Система служебных программ Гилмора могла даже за-
давать вопросы, став таким образом предвестником того
типа взаимодействия между человеком и машиной, кото-
рое ныне называют интерактивным режимом работы. На-
пример, при выполнении подпрограммы выдачи данных
на перфоленту — эту подпрограмму Гилмор назвал
PUNCHY (от punch — перфорировать) — компьютер спра-
шивал: «Будет ли заголовок?» Если программист отвечал
«да», то программа спрашивала: «Каким будет заголо-
вок?», и тогда пользователь набирал на клавиатуре какое-
нибудь имя.
В процессе работы над своим следующим проектом
Гилмор вплотную приблизился к компьютерной обработке
текстов в современном смысле этого понятия. Намерева-
ясь сконструировать более совершенное устройство ввода
для машины ТХ-2, модернизированного варианта ТХ-0 (ма-
шина ТХ-1 не была построена), Гилмор написал в 1957 г.
экспериментальную программу, которая позволила вос-
производить при помощи светового пера буквенные и ци-
фровые символы на экране ЭЛТ. Экран размерами
20 x 20 см содержал 512x512 элементов изображения
(точек). «Мы заполняли экран точками», — вспоминал
позже Гилмор, — а затем, пользуясь световым пером, вы-
борочно убирали часть точек, рисуя тем самым символ».
КЛАВИАТУРА НА ЭКРАНЕ
Гилмор и его коллеги создали так называемую программу-
редактор, которая давала возможность манипулировать
этими символами. Программа выводила на нижнюю по-
ловину экрана изображение клавиатуры с 200 клавиша-
ми — приблизительно втрое больше, чем у флексорайтера.
Каждая клавиша была представлена точкой на экране. При
касании одной из этих точек световым пером на верхней
половине экрана, представляющей собой печатную стра-
ничку, появлялась соответствующая буква или цифра, на-
пример 8. Пользуясь этим устройством ввода, можно бы-
ло даже ставить верхние и нижние индексы, например, на-
писать 35 °C или НгО.
Возможно, самая интересная особенность программы-
редактора заключалась в наличии так называемых функци-
ональных клавиш — непременной принадлежности совре-
менной компьютерной клавиатуры. Здесь были клавиши с
функциями, аналогичными возврату каретки у пишущей
машинки: табуляции, вертикальных и горизонтальных
пропусков.
Программа позволяла также быстро редактировать и
исправлять текст, который световое перо уже запечатлело
на моделируемой страничке. К нужному месту в тексте
можно было подойти при помощи специального указате-
ля, курсора, который передвигался по экрану, так что при
касании клавиши световым пером соответствующая буква
занимала позицию, указанную курсором. Пользуясь свето-
вым пером, можно было также уничтожить символ, а в
более позднем варианте программы — передвигать слова
или целые абзацы текста по экрану.
Некоторые средства экспериментальной программы
Гилмора двумя годами позже были включены в систему
ввода, разработанную для компьютера ТХ-2. Новое уст-
ройство представляло собой усовершенствованную модель
флексорайтера с расширенной клавиатурой, в которую бы-
ли включены буквы греческого алфавита, математические
символы, верхние и нижние индексы. Устройство могло
поддерживать и непосредственную связь с компьютером,
и выводить символы на перфоленту.
Едва ли осознавая это, Гилмор и его коллеги заложили
основу для быстрой обработки текстов, отправляясь от
которой Стефен Пайнер совершил еще один шаг вперед —
написал программу под названием «Дорогая пишущая ма-
шинка». Исследователи из МТИ, как и многих других вы-
числительных центров, в основном занимались расчетны-
ми задачами, т. е. обработкой числовых данных. Они изо-
бретали новые устройства ввода не для обработки
текстовой информации, а для того, чтобы «усовершен-
ствовать язык, на котором человек «разговаривает с ма-
шиной», как отмечал Гилмор в одном из отчетов в 1959 г.
В этом смысле ученые определенно добились успеха.
Но хотя прогресс в программном обеспечении не вызывал
сомнений, практические приложения метода машинной об-
работки текстов последовали лишь за очередным новше-
ством в аппаратуре.
Это новшество представляло собой некий гибрид новой
компьютерной техники и старой доброй пишущей машин-
ки, о подобных которому мы уже не раз рассказывали.
Однако на этот раз авторами новшества были не универ-
ситетские исследователи, а «фирмачи». Корпорация ИБМ,
лидирующая в области систем компьютерной обработки
150

данных, несколькими годами раньше занялась производ-
ством электрических пишущих машинок, купив в годы эко-
номического кризиса небольшую компанию «Электрома-
тик». Инженеры ИБМ изобрели даже перфорационную
систему ввода-вывода, на основе которой другие специали-
сты потом создали флексорайтер.
ПОЯВЛЕНИЕ НЕПОДВИЖНОЙ КАРЕТКИ
В 1961 г. фирма ИБМ выпустила машинку «селектрик»,
которая не только коренным образом изменила конструк-
цию электрической пишущей машинки, но и стала важней-
шим компонентом новой системы обработки текстов. Са-
мым очевидным новшеством в машинке «селектрик» был
ее печатающий механизм. Литеры всех букв, цифр и зна-
ков, обычно прикрепляемые к отдельным рычажкам, здесь
были собраны на едином печатающем шаровидном эле-
менте величиной с мяч для гольфа. Более того, этот сфе-
рический элемент быстро передвигался по странице, тогда
как остальные компоненты машинки сохраняли неподвиж-
ность. До этого почти во всех моделях пишущих машинок
движущейся частью была каретка. (Единственное примеча-
тельное исключение составляла первая примитивная элект-
рическая машинка, запатентованная в 1872 г. Томасом
Эдисоном.)
С появлением селектрика установился новый стандарт
для конторских печатающих устройств, а вскоре на его
основе были созданы терминалы для работы с компьюте-
ром. Как во вводном устройстве, в этой машинке исполь-
зовались простые комбинации кодов, в соответствии с
котооыми при каждом нажатии на клавишу печатающий
элемент совершал определенные вращения. В качестве уст-
ройства вывода эта машинка обладала двумя выгодно от-
личавшими ее свойствами: во-первых, скорость ее печати
достигала 15 символов в секунду, что на 50% превышало
скорость обычной пишущей машинки, и, во-вторых, у нее
была неподвижная каретка, благодаря чему бумага протя-
гивалась в машинку более плавно.
Еще до начала широкого коммерческого производства
селектрик продемонстрировал свои возможности как прин-
тер в системе мощного компьютера IBM-7030, получив-
шего название «Стретч». Эта машина была разработана
в конце 50-х годов для выполнения расчетов по заданию
Комиссии по атомной энергии США, а также для обслу-
живания особо секретных шифровальных систем Службы
государственной безопасности. В то время это была самая
быстродействующая ЭВМ в мире, и само ее название
«Стретч» (stretch — напрягаться, максимально усиливать)
говорит о том, что, создавая эту машину, фирма ИБМ по-
пыталась превзойти тогдашний уровень вычислительной
техники.
Хотя «Стретч» был предназначен для решения особо се-
кретных государственных заданий, фирма ИБМ устроила
его публичную демонстрацию в одной из своих лаборато-
рий в Паукипси (шт. Нью-Йорк) за несколько месяцев до
официального представления пишущей машинки селект-
рик. Чтобы на время сохранить в тайне новый сфериче-
ский печатающий элемент, служащие ИБМ прикрыли от-
крытую часть пишущей машинки системы «Стретч» обыч-
ным куском картона. Несколько посетителей, хотя и
заглянули под картон, очевидно, не поняли сути новше-
ства, которое было у них перед глазами.
В коммерческом отношении машина «Стретч» потерпе-
ла неудачу, принеся компании 20 млн. долл, убытка. Одна-
ко ее печатающее устройство, селектрик, пользовалось ог-
ромным спросом как пишущая машинка. А в 1964 г., через
три года после создания этой пишущей машинки, инжене-
ры ИБМ применили печатающий элемент селектрика в
системе, которая ознаменовала самый значительный шаг
вперед (после изобретения Шоулса) на пути автоматизации
обработки текстов: они объединили селектрик с накопите-
лем на магнитной ленте для хранения данных. Эта лента
была по существу электронным аналогом перфоленты,
применявшейся в старом флексорайтере, только вместо от-
верстий двоичным разрядам (единицам и нулям) соответ-
ствовало наличие или отсутствие намагниченных зон на
пластмассовой ленте, покрытой магнитным материалом.
Комбинацией из 7 бит электронной информации кодиро-
вался тот или иной символ: буква, цифра или знак.
Выходные данные с клавиатуры селектрика одновре-
менно печатались на бумаге и записывались на магнитную
ленту. Если набивался ошибочный символ, печатающий
элемент просто возвращался на одну позицию назад и по-
верх неправильного символа записывал правильный. И хо-
тя на бумаге наложение символов было заметно, на маг-
нитной ленте оставался лишь правильный символ, потому
что при возвращении печатающего устройства назад ста-
рый символ автоматически стирался.
Таким образом, магнитное запоминающее устройство
позволяло печатающему элементу работать быстрее, не
опасаясь ошибок, которые можно было легко исправлять.
Откорректированный текст затем отпечатывался на се-
лектрике или сохранялся на магнитной ленте. Позже фир-
ма ИБМ усовершенствовала эту систему, заменив ленту
магнитными картами, более удобными в обращении. На
каждой карте умещалось 5000 символов — немногим боль-
ше полной печатной страницы, отпечатанной через один
интервал.
Первое время служащие ИБМ, говоря о работе этого
устройства, использовали термин «автоматизированная
печать», а в 1965 г. один из сотрудников немецкого филиа-
ла фирмы Ульрих Штайнхильфер применил термин, точ-
нее описывающий электронный процесс манипулирования
словами: textverarbeitung, что в переводе с немецкого озна-
чает «обработка текстов», и этот термин прижился.
Селектрик обеспечил фирме ИБМ лидирующее положе-
ние вплоть до начала 70-х годов. Но к тому времени вы-
числительная техника стала двигаться вперед семимильны-
ми шагами. По мере того как аппаратура становилась все
компактнее и дешевле благодаря массовому производству
интегральных микросхем, стали появляться и быстро сме-
нявшие друг друга все более совершенные системы обра-
ботки текста. Их, как правило, производили мелкие фир-
мы, которые в отличие от ИБМ никогда ранее не занима-
лись выпуском конторского оборудования. В 1971 г.
151

Привычка, которую трудно преодолеть
Старая, «медленная»
клавиатура
Общепринятое расположение букв на машинке с
латинским шрифтом (внизу), называемое
QWERTY (по буквам первого ряда клавиатуры)
вряд ли способствует высокой скорости машино-
писи. Изобретатель машинки Кристофер Шоулс
первоначально расположил буквы на клавиатуре
в алфавитном порядке. Вскоре, однако, выясни-
лось, что примитивные, неповоротливые дере-
вянные рычажки с литерами (справа) не успева-
ют возвращаться на место и, цепляясь друг за
друга, блокируют машинку. Этот недостаток
проявлялся все чаще, по мере того как скорость
печатания возрастала. Поэтому Шоулс переста-
вил буквы на клавиатуре так, чтобы наиболее
часто встречающиеся буквы находились подаль-
ше от указательных пальцев, которыми в основ-
ном печатали до изобретения слепой печати. Та-
кое специально замедляющее работу расположе-
ние букв было принято последующими
поколениями машинисток, печатавших уже всле-
пую, и дошло до наших дней практически без
изменений.
□□тзшвшииа
с	г
Наиболее распространенные буквы латинско-
го алфавита — Е, Т, А, О, N, I — разброса-
ны по краям клавиатуры QWERTY.

152

Клавиатуры давно уже делаются не из деревянных и же-
лезных деталей, а из пластмассы и кремния, однако распо-
ложение клавиш QWERTY за 100 лет нисколько не измени-
лось. Устаревшая и неэффективная клавиатура QWERTY
(внизу слева) все так же дорога машинисткам и по-прежне-
му остается общепринятым стандартом, хотя еще несколь-
ко десятилетий назад были предложены более удобные
расположения, обеспечивающие большую скорость печати.
Одну из таких систем, «упрощенную клавиатуру Двора-
ка» (внизу справа), ее изобретатель Август Дворак проде-
монстрировал в 1932 г. Профессор статистики Вашингтон-
ского университета, Дворак расположил наиболее часто
встречающиеся буквы в среднем ряду клавиатуры, где
пальцы печатающего находятся в исходном положении.
Пользуясь клавишами только этого ряда, можно напеча-
тать около 3000 наиболее употребимых английских слов,
тогда как средний ряд клавиатуры QWERTY дает лишь
около 100 слов.
Еще более далека от расположения QWERTY система
P.C.D.-Maltron (внизу) — электронная клавиатура, создан-
ная в конце 70-х годов англичанами Лилиан Молт и Сте-
феном Хобдеем. На разделенной пополам клавиатуре,
удобно расположенной для каждой руки в отдельности,
клавиши подняты на различную высоту с учетом естест-
венного различия в длине пальцев. Здесь тоже чаще всего
встречающиеся знаки расположены под самыми сильными
пальцами.
Сторонники двух последних клавиатур убедительно до-
казывают, что производительность при работе на таких
машинках значительно выше. Например, скорость печати
на клавиатуре Дворака на 50% выше по сравнению с кла-
виатурой QWERTY, а профессиональные машинистки, пе-
□®®®®ИЕИ)®®®Ш
□®©®®®®®Е®®0
□И©®®®®®®®®®
на клавиатуре Дворака чаще всего употреб-
ляемые латинские буквы расположены в
среднем ряду.
0®®@®О
®s®@®®
Q®®®®®
На расщепленной клавиатуре «Молтрон» на-
иболее распространенные буквы расположе-
ны под самыми сильными пальцами: клави-
ша, соответствующая пробелу, попадает под
правый большой палец, буква Е — под ле-
вый большой палец. Эту клавиатуру можно
переключать на QWERTY простым нажатием
клавиши M/Q..
решедшие на клавиатуру «Молтрон», достигают скорости
200 слов в минуту —по сравнению с обычной скоростью
60 слов в минуту на клавиатуре QWERTY. Однако, несмот-
ря на лучшие показатели, ни та ни другая клавиатуры не
смогли вытеснить клавиатуру QWERTY. Современные
электронные клавиатуры можно легко перепрограммиро-
вать, чего не сделать с людьми, привыкшими к старому
расположению букв.
153

э
a

3* 4} CD
*
v
auots
aoioMai HMiogedQO hiaiqiohd
nut/ EhBtfee bEHtMdj


Японская письменность представляет собой
сложное смешение символов трех видов. Во-
первых, это идеограммы китайского проис-
хождения — каньдзи-, около 3000 из них упот-
ребляются часто. Во-вторых, существуют не-
сколько десятков фонетических знаков, подоб-
ных стенографическим обозначениям, — так
называемых кана. И наконец, 26 букв латин-
ского алфавита, называемых ромадзи. Людей,
умеющих хорошо печатать на японской пишу-
щей машинке, так мало, что до недавнего вре-
мени почти вся корреспонденция в Японии
была рукописной. Теперь с помощью систем,
подобных показанным на рисунке, символы
японского языка генерирует компьютер.
Первая система основана на использова-
нии чувствительного к прикосновению планше-
та (1), на который нанесены 3327 идеограмм
каньдзи, а также все знаки кана и ромадзи.
Процесс набора символов с помощью «каран-
даша» протекает очень медленно, если человек
плохо помнит расположение символов на кла-
виатуре.
Вторая система с планшетом, переводя-
щим рисунок в цифровую форму (2), действует
быстрее; человек пером пишет на планшете
знаки, форма знаков передается компьютеру,
который сравнивает их со стандартными фор-
мами, хранящимися в его памяти. Если ком-
пьютер не может распознать знака он высве-
чивает на экране квадратик (Д первая строч-
ка), который заменяется правильным сим-
волом после того, как человек повторно напи-
шет его (вторая строчка).
Большинство японцев, работающих с кла-
виатурами, предпочитают пользоваться мето-
дом преобразования фонем (3). Вводя слоги
при помощи знаков кана или букв латинского
алфавита (С, первая строчка), оператор уда-
ряет по специальной клавише, после чего ком-
пьютер пытается найти правильные идеограм-
мы в таблице, записанной в его памяти. До-
вольно часто — как в рассматриваемом здесь
примере — слог из латинских букв может
быть представлен неоднозначно, несколькими
различными идеограммами каньдзи, звучащи-
ми одинаково, но имеющими различное смыс-
ловое значение. Компьютер высвечивает все
возможные в данном случае интерпретации
каньдзи (вторая строчка), и оператор выби-
рает нужный символ. Слог ромадзи пропада-
ет, и на его месте возникает выбранный знак
каньдзи (третья строчка). Таким образом за-
вершается фраза — заголовок к этой иллю-
страции: Буншо но сакусей (что означает «со-
ставление документа»).
корпорация «Лекситрон» (Lexitron) предложила первую коммерческую систему обра-
ботки текста, снабженную дисплеем на ЭЛТ. В 1972 г. корпорация «Видек» (Vydec)
сделала сразу два шага вперед, предложив первую комплексную систему, включаю-
щую экран на ЭЛТ, электрические принтеры и накопители информации на гибких
магнитных дисках (флоппи-дисках) для хранения программ и данных. Пластмас-
совый диск со специальным покрытием, который был изобретен в ИБМ для
больших компьютеров, обладал большой информационной емкостью и меньшим
временем доступа (т. е. поиска данных) по сравнению с магнитными картами или
лентой.
ВЫЗОВ ГИГАНТУ
Наиболее серьезный вызов устаревшей системе селектрика бросил Ан Ванг, физик,
родившийся в Китае и переехавший в 1945 г. в США. Получив степень доктора фи-
лософии Гарвардского университета, он позднее принял американское гражданство.
В 1951 г. Ванг основал свою собственную фирму «Ванг лабораторис» (Wang Labor-
atories), которая первоначально размещалась в единственной комнате над магазином
электротоваров в Бостоне. Там он изготовлял уникальное электронное оборудование
по заказам.
В 1972 г. фирма «Ванг» начала выпускать системы обработки текстов, в которых
использовались кассетные магнитофоны и машинки селектрик фирмы ИБМ для вво-
да и вывода данных. «Одно время мы были самым крупным оптовым покупателем
пишущих машинок фирмы ИБМ, — вспоминал один из бывших сотрудников фирмы
«Ванг». — Мы выбрасывали из них быстро изнашивавшиеся части и заменяли свои-
ми, а старые отвозили на городскую свалку».
Уже через 5 лет система обработки текстов Ванга, СОТ (WPS, аббревиатура от
Word Processing System), могла обслуживать сразу несколько рабочих мест, а ее про-
граммы можно было легко видоизменять, приспосабливая для работы с иностран-
ными языками. СОТ имела экран с ЭЛТ для вывода текста и средства, позволявшие
избегать случайного стирания информации. Любой человек, умевший печатать, по-
сле небольшой тренировки мог легко научиться работать с этой системой. К 1980 г.
компания, когда-то умещавшаяся в одной комнате, превратилась в гиганта, произ-
водящего треть мировой продукции в области средств обработки текстов и опере-
дившего даже ИБМ.
Появление микрокомпьютеров расширило сферу применения устройств обработ-
ки текстов. Теперь их можно было увидеть не только в конторах, но и в домашней
обстановке. Широкое распространение программ обработки текстов позволяло пре-
вращать в СОТ даже самый дешевый персональный компьютер.
В рядах первых энтузиастов нового стиля работы оказались профессиональные
писатели. Еще в 1973 г. романист Джон Херси, едва попробовав писать за термина-
лом компьютера в Йельском университете, сразу же принял «новую веру». За ним
последовали другие. И хотя некоторых серьезных писателей шокировала сама идея
творить искусство на машине, быстродействие компьютера и возможность изба-
виться с его помощью от скучного и утомительного процесса писания помогли в
конце концов преодолеть сопротивление большинства писателей. К началу 80-х го-
дов программы обработки текстов, помимо своих обычных функций, корректирова-
ли также правописание авторов. Писатели, работавшие дома, были даже избавлены
от необходимости ходить на почту, чтобы отправлять рукописи. Подсоединив свои
системы обработки текстов к специальным устройствам — модемам, они могли пе-
редавать свои произведения — закодированные компьютером в виде электронных
импульсов — в издательство по телефонным линиям связи.
Независимо от того, на каком языке написано произведение, весь его текст,
буква за буквой должен быть переведен на общий язык всех компьютеров,
т. е. представлен в двоичном коде. Для английского языка, в алфавите кото-
155

рого лишь 26 букв, этот процесс относительно несложен.
Американский стандартный код обмена информацией
ASCII, введенный в 1961 г., ставит в соответствие каждо-
му символу (букве, цифре или знаку) семь двоичных разря-
дов (восьмой бит, стоящий в начале цепочки, либо игнори-
руется, либо используется для контроля за правильностью
передачи данных; 8 двоичных разрядов, битов, составляют
1 байт). В коде ASCII можно выразить 128 различных
символов — более чем достаточно, чтобы закодировать
все строчные и прописные буквы латинского алфавита, де-
сятичные числа и другие знаки, употребляемые в англий-
ском и большинстве других языков стран Запада*.
В отличие от них языки, основанные, подобно китай-
скому или японскому, на иероглифах, кодировать чрезвы-
чайно трудно. Чтобы представить тысячи графических
символов такого языка, требуются длинные цепочки дво-
ичных разрядов. Каждому символу должна соответство-
вать цепочка из двух или более байтов.
Из-за этих сложностей Япония несколько отстала в раз-
работке программного обеспечения для своего собственно-
го языка, хотя она лидирует в производстве компьютеров.
Любопытно, что ряд наиболее совершенных программ для
обработки текстов японского языка были созданы в США.
ИЗОБИЛИЕ ПРИНТЕРОВ
В течение нескольких лет после дебюта селектрика появил-
ся ряд других устройств. Важный шаг вперед представлял
новый принтер с печатающим элементом «ромашкой».
Это устройство произвела в 1970 г. фирма «Диабло сис-
темз», основанная бывшими сотрудниками Фрайденского
филиала корпорации «Зингер», которая в свое время выпу-
стила первый флексорайтер. В печатающем механизме но-
вого принтера литеры располагались на концах «спиц»,
подобных лепесткам ромашки, отходившим от плоского
вращаемого диска. Когда по литерам ударяет молоточек,
они —через красящую ленту — отпечатывают на бумаге
символ. Принтер «ромашка» работал вдвое быстрее, чем
селектрик, и как устройство высококачественной печати
вскоре вытеснил пишущие машинки со сферическим печа-
тающим элементом.
В 1971 г., когда «ромашка» еще продолжала бурно цве-
сти, другая новая компания, «Сентроникс», выпустила бо-
лее быстродействующий настольный принтер. Это было
устройство так называемой матричной печати. Его печата-
ющая головка наносила на бумагу определенные мозаич-
ные конфигурации точек, форма которых соответствовала
буквам алфавита или цифрам. Фирма ИБМ изучала воз-
можность использования точечной печати для формирова-
ния букв еще в начале 50-х годов. Однако этот принцип
стал коммерчески выгодным лишь с изобретением микро-
процессора. Микропроцессор, запоминая информацию, по-
ступающую от центрального компьютера, управляет дви-
* Системы кодирования символьной информации, используемые в нашей
стране, построены на основе стандарта ИСО (ISO, International Standards
Organisation — Международная организация по стандарттации), являюще-
гося фактически расширенным вариантом кода ASCII, предусматривающим
возможность введения национальных алфавитов.— Прим. ред.
156
жением набора иголок, расположенных в печатающей го-
ловке. Каждая иголка по сигналу от микропроцессора
ударяет по красящей ленте, оставляя на бумаге одну точку.
Определенные сочетания этих точек дают нужные бук-
вы — курсивные или прямые в зависимости от команд, по-
лученных принтером. В отличие от принтеров «ромашка»
матричные принтеры могут также строить сложные гра-
фические изображения, например фотографические или ри-
сунки (см. с. 168).
С началом автоматизированного массового производ-
ства микропроцессоров их стоимость стала стремительно
падать, и в конце 70-х годов матричные принтеры япон-
ского производства заполнили рынок микрокомпьютеров.
К середине 80-х годов около 40% принтеров, продаваемых
в США, принадлежали компании «Эпсон» (Epson), входя-
щей в состав гигантского японского конгломерата «Сейко-
Эпсон». Название «Эпсон» и исходный плацдарм в обла-
сти компьютерных печатающих устройств фирма получи-
ла довольно любопытным образом. В 1964 г. компания
«Сейко» взялась за разработку электронных часов для
Олимпийских игр, проводившихся тогда в Японии. Со-
зданное в итоге устройство, «прародитель» очень популяр-
ных ныне наручных кварцевых часов, было связано с
принтером, печатавшим результаты состязаний. Принтер,
зарекомендовавший себя блестяще во время игр, позже
был включен в системы настольных калькуляторов и кас-
совых аппаратов. Он получил коммерческое название
ЕР-101 (от Electric Printer — электрический принтер). Так
родилась компания, производящая теперь почти 12 млн.
принтеров в год. Новый филиал фирмы «Сейко» получил
название Epson, поскольку матричный принтер был «сы-
ном» (sori) устройства ЕР-101.
С ТОЧНОСТЬЮ ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА
Обычный матричный принтер достигает быстродействия
порядка 600 символов в секунду, однако отчасти в ущерб
качеству печати: точек, из которых состоят знаки, не на-
столько много, чтобы буквы выглядели такими же четки-
ми, как на высококачественной пишущей машинке. Однако
этот недостаток не распространяется на новые, более бы-
стродействующие матричные системы печати — лазерные
принтеры. Первый коммерческий лазерный принтер был
создан фирмой ИБМ в 1975 г. Вместо печатающей головки
с набором иголок в нем применяется управляемый микро-
процессором лазерный луч в сочетании с обычным фото-
копированием. При этом быстродействие возрастает при-
мерно до 215 страниц текста в минуту (см. с. 169). Такое
печатающее устройство наносит на одну страницу около
8 млн. микроскопических точек — более чем достаточно,
чтобы текст по качеству печати не уступал хорошим типо-
графским изданиям.
Лазерный принтер — это еще один шаг на пути к во-
площению мечты первых энтузиастов: расширить границы
применения компьютера, сделать его доступным более
широкому кругу людей путем упрощения взаимосвязи че-
ловека с машиной — когда он сообщает информацию на
естественном человеческом языке и в таком же виде полу-
чает результаты.
СЛАЖЕННЫЙ
ОРКЕСТР
ИНСТРУМЕНТОВ
Вероятно, наиболее важная отличительная особенность со-
временных компьютеров заключается в возможности по-
чти мгновенного взаимодействия между системой и опера-
тором-человеком. В большинстве систем это взаимодейст-
вие осуществляется при помощи клавиатуры и экрана
(называемого монитором); кроме того, для вывода резуль-
татов на бумагу используется принтер. На протяжении
многих лет механизмы связи между компьютером и пишу-
щей машинкой, а также между компьютером и телевизо-
ром непрерывно видоизменялись, все более совершенству-
ясь. В результате этой эволюции, как показано на следую-
щих нескольких разворотах, компьютерные клавиатуры,
мониторы и принтеры превратились в сложные, совершен-
ные устройства ввода и вывода информации.
Клавиатуру и монитор можно связать с компьютером
как отдельные устройства для ввода и вывода соответ-
ственно или соединить в терминал, связанный с компьюте-
ром как единое целое. (Терминалы широко применяются
в системах коллективного пользования, с которыми могут
одновременно работать сотни людей, разделяя между со-
бой ресурсы одного и того же центрального компьютера.)
При любой конфигурации клавиатура обычно служит па-
нелью управления, с которой оператор вводит данные и
задает команды. При этом на мониторе высвечиваются
как вводимые оператором данные, так и ответы ком-
пьютера.
Компьютерные клавиатуры имеют ряд существенных
отличий от обычной пишущей машинки. Во-первых, у
компьютерной клавиатуры есть несколько дополнитель-
ных клавиш, выполняющих специальные функции в про-
цесс взаимодействия человека с машиной. Кроме того,
клавиатуры оснащены собственными микропроцессорами,
координирующими прохождение цифровых сигналов меж-
ду клавиатурой и компьютером. Коды сигналов сами по
себе не имеют фиксированного значения — компьютер ин-
терпретирует их в зависимости от принятых соглашений
и от выполняемой программы. Пользуясь одной и той же
клавиатурой, можно, например, мгновенно перейти от ла-
тинских букв к греческим.
Наконец, в компьютерной системе процессы набора
текста на клавиатуре и печати его на бумаге разделены и
независимы друг от друга, тогда как в пишущей машинке
они неразрывно связаны. Когда мы нажимаем клавишу на
компьютерной клавиатуре, символ появляется на экране, а
не на бумаге, заряженной в принтер. Чтобы вывести текст
на печать, требуется специальная команда. Это свойство
во многом определяет те удобства при работе с текстом,
которые обеспечивает компьютер. Например, оператор
может составить письмо-формуляр, записать его в память
и затем отпечатать нужное число экземпляров со скорос-
тью, намного превышающей возможности человека, печа-
тающего на машинке.
157

Слаженный оркестр инструментов
(g(LDM[P(6W©(fK
Секреты
компьютерной
клавиатуры
Компьютерная клавиатура выглядит, как передняя полови-
на пишущей машинки: она представляет собой панель с
клавишами, которые обозначены буквами, цифрами, на-
званиями команд и другими символами. Но на этом сход-
ство кончается. Клавиша пишущей машинки действует
просто как спусковой механизм — стоит нажать на нее, как
на бумаге появляется соответствующий символ. Клавиши
компьютерной клавиатуры имеют более общее назначе-
ние: они возбуждают электрические сигналы, фиксирую-
щие положение клавиш и порядок, в котором нажимал на
них оператор. В дальнейшем компьютер интерпретирует
эти сигналы тем или иным образом, причем оператор мо-
жет даже не видеть немедленного результата.
Хотя чаще всего компьютерные клавиатуры имеют та-
кие же клавиши, как у пишущих машинок, существует
много клавиатур другой конструкции — мембранного ти-
па. Под сплошной пластмассовой поверхностью, на кото-
рой изображены знаки, находятся чувствительные к при-
косновению переключатели. Мембранные панели чаще все-
го применяются, когда компьютер управляется
относительно небольшим количеством входных сигналов.
И на заводах, и в ресторанах клавиши могут быть помече-
ны одинаковыми командами, например СТАРТ или СТОП,
либо, скажем, символическими обозначениями имеющихся
в меню блюд — сосисок или мороженого. Поскольку мем-
бранные панели чрезвычайно чувствительны к прикоснове-
нию пальцев и не годятся для слепой печати, ими не по-
льзуются в системах, где требуется ввод большого количе-
ства данных.
Под компьютерной клавиатурой находится
решетка из проводников. Каждая клавиша
расположена над пересечением двух провод-
ников и при нажатии замыкает электриче-
скую цепь. Поскольку ток при этом
проходит как по вертикальному, так и по
горизонтальному проводнику решетки, мик-
ропроцессору, встроенному в клавиатуру, до-
статочно следить лишь за «строками» решет-
ки, которых меньше, чем «столбцов». Мик-
ропроцессор проверяет, не нажата ли
какая-нибудь клавиша, посылая ток по каж-
дой строке тысячи раз в секунду (слева). Та-
кое опрашивание происходит непрерывно не-
зависимо от того, работает оператор с кла-
виатурой или нет.
Получив после непрерывного опрашивания
решетки миллионы отрицательных результа-
тов, микропроцессор, возможно, обнаружит
наконец строку, цепь которой замкнута. Что-
бы выяснить, какая из множества клавиш,
находящихся в этой строке, вызвала замыка-
ние цепи, микропроцессор, запомнив номер
строки, начинает теперь опрашивать
столбцы.
Поскольку лишь одна клавиша может
замкнуть одновременно цепи строки и столб-
ца, микропроцессор однозначно определяет
ее, как только обнаруживает активный стол-
бец. Запомнив нажатую клавишу, микропро-
цессор передает ее «код» компьютеру. В по-
исках новой нажатой клавиши микропроцес-
сор «игнорирует» уже обнаруженную до тех
пор, пока оператор не отпустит ее. Таким
образом, клавиатура фиксирует новые удары
по клавишам, хотя первая нажатая клавиша
еще не отпущена.
159

Получив код расположения клавиши, компьютер
обращается к специальной таблице, хранящейся в
его памяти, чтобы определить значение клави-
ши. В данном случае таблица перекодировки да-
ет код, соответствующий букве R — это двоич-
ное число 01010010.
Если работа ведется на языке, в котором не ис-
пользуется латинский алфавит, то компьютер об-
ращается к другой таблице перекодировки. В
рассматриваемом здесь случае таблица содержит
коды букв греческого алфавита. Прописной букве
0 (тета) в двоичном представлении соответству-
ет 01001011.
Клавише не обязательно должна соответствовать
буква. Например, специальная таблица для кла-
виатуры кассового аппарата, используемого в ре-
сторане, может присвоить клавише значение
«мороженое». При 8-битном двоичном коде ком-
пьютер может распознавать таким образом 256
различных наименований.
160

Слаженный оркестр инструментов
От кодов клавиш
к их значению
Когда микропроцессор клавиатуры посылает сигнал ком-
пьютеру, он лишь сообщает положение нажатой клавиши.
Чтобы обработать сигнал, компьютер должен перевести
его код в смысловое значение, соответствующее данной
клавише. В специальном электронном списке — таблице
перекодировки — каждому коду, описывающему располо-
жение клавиши, поставлено в соответствие двоичное чис-
ло, служащее кодом определенного символа, например
буквы или цифры. В дальнейшем в процессе обработки
данных используется именно это двоичное число.
Таблица перекодировки может храниться в постоянной
памяти компьютера или его клавишного устройства.
Обычно она определяет значения клавиш согласно стан-
дартным функциям большинства компьютеров: например,
вводу числовых данных или обработке текстов с использо-
ванием определенного алфавита. Однако некоторые про-
граммы требуют других таблиц перекодировки, в которых
клавишам ставятся в соответствие новые значения. Так, :
компьютер, обычно интерпретирующий нажатие кла- ~ ~
виш как буквы латинского алфавита и цифры, может
истолковывать нажатие тех же клавиш как коды това-
ров, имеющихся в продаже, или как математические сим-
волы.
Как правило, в западных странах компьютеры, предна-
значенные для конторского применения, преобразуют ко-
ды клавиш в коды ASCII. В этом стандарте используется о
128 различных двоичных чисел для представления строч-
ных и прописных букв латинского алфавита, арабских
цифр, типографских знаков и ряда кодов команд, по кото-
рым компьютер выполняет такие функции, как возврат на
одну позицию на экране или звуковой сигнал. Существуют
стандартные коды и для других алфавитов. Они были
установлены международной организацией стандартов
(International Standards Organization, ISO).
161

Слаженный оркестр инструментов
Точечная
мозаика
Выходная информация компьютера представляется на
экране или на бумаге в определенных графических фор-
мах— буквах, цифрах или рисунках. Обычно эти формы
состоят из точек — светящихся на экране или отпечатан-
ных на бумаге, — координаты и цвет которых закодирова-
ны двоичными числами. В большинстве компьютеров
текстовая и графическая информация выводится по-
разному.
Вывод текста, как правило, осуществляется специаль-
ной интегральной микросхемой — генератором символов.
Эта микросхема получает коды символов, которые требу-
ется вывести, и один за другим переводит их в стандарт-
ного размера блоки из нулей и единиц (внизу). Каждый
О или 1 управляет одной точкой изображения (экран состо-
11110 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
11110 0
1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 1 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
11110 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
11110 0
1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
0 1110 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
10 10 10
10 0 10 0
0 110 10
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 1110 0
0 0 0 0 1 0
0 11110
1 0 0 0 1 0
0 11110
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 11110
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
0 11110
0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 1 0
11110 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
11110 0
10	0	10	0
1 0	0	0	1	0
1 0	0	0	1	0
0 0	0	0	0	0
0 0	0	0	0	0
1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
11110 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
11110 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
10 1110
1 1 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 11110
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 0 0
11110 0
0 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
1 1
0 0
0 0
0 0
о о
0 1
1 о
1 о
1 о
0 1
о о
о о
о о
о о
0 1
1 о
0 1
о о
0 1
о о
о о
111110
0 0 1 0 0 0
0 0 1 0 0 0
0 0 1 0 0 0
0 0 1 0 0 0
0 0 1 0 0 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 0
В рассматриваемом примере генератор символов
выдает блок двоичных чисел для формирования
точечного изображения буквы R. Двоичная еди-
ница означает наличие точки на экране или на
листе бумаги, а нуль — ее отсутствие. Блоки,
применяемые для построения букв латинского
алфавита, состоят из 9 горизонтальных рядов
чисел и 6 вертикальных столбцов (шестой стол-
бец остается незаполненным, создавая интервал
между буквами). Для построения «рукописных»
букв, скажем, японского или арабского языка
обычно требуются блоки большего размера,
24x24.
162

ит из многих тысяч освещенных или темных точек, назы-
ваемых пикселами, от английского picture element — эле-
мент изображения). В совокупности нули и единицы блока
представляют собой «карту» данного символа. Благодаря
тому что эта карта хранится в готовом виде в памяти ге-
нератора символов, экономится время работы центрально-
го процессора и место в главной памяти. Форма каждого
символа кодируется 54 двоичными разрядами, и каждый
раз, когда нужно вывести тот или иной символ, компью-
тер обращается к готовой форме при помощи короткого
И
—1-----------1—	—	•—	-----
idi д)
Мо.
о oioft
о
О'ТГ
ем
Графическое изображение, например вишен,
также состоит из крошечных точечных эле-
ментов. В рассматриваемом случае изображе-
ние создается наложением четырех отдель-
ных точечных структур (справа), по одной
на каждый из четырех цветов — красный, си-
ний, желтый и черный, — составляющих изо-
бражение. В картинах, выводимых на экран,
интенсивность каждого цвета можно варьи-
ровать, расширяя тем самым диапазон цве-
тов и оттенков.
г141 111 .1
!
- ’ «i । о
кода символа (например, восьмибитного кода ASCII).
Аналогичные блоки-шаблоны используются иногда для
часто выводимых небольших графических форм, например
символических изображений ракетных кораблей в видеоиг-
рах. Однако в большинстве случаев графическое изобра-
жение строится в «единственном экземпляре» — компью-
тер не пользуется какими-либо готовыми массивами ци-
фровых данных. Кроме того, графическое изображение ча-
ще выводится на экран как единое целое, а не строится
компьютером по частям, точка за точкой.
Ш.Ф
• •Оее
♦
163

Слаженный оркестр инструментов
Создание
изображения
на телеэкране
Электронная
пушка
Отклоняющая
система
Слой люминофора
У большинства компьютеров информация выводится на
экран посредством ЭЛТ — устройства, аналогичного тому,
которое применяется в бытовых телевизорах (внизу слева).
Экраны ЭЛТ, часто называемые мониторами, на протяже-
нии многих лет постоянно совершенствовались —
увеличивалась их контрастность и цветовая насыщен-
ность. Возможно, наибольших успехов удалось добиться в
их разрешении — способности воспроизводить мелкие де-
тали изображения. Специализированные телевизионные
В ЭЛТ пучок электронов, вылетающий из элек-
тронной пушки, расположенной в цоколе трубки,
попадает на экран, покрытый изнутри люмино-
фором, который вспыхивает на короткое время
под ударами электронов. На пути к экрану пу-
чок проходит через электромагнитную отклоняю-
щую систему, которая управляет его движением
в соответствии с изменениями величин горизон-
тально и вертикально направленного магнитного
поля. Управляя этими изменениями, компьютер
тем самым определяет характер рисунка, кото-
рый создает на экране электронный луч. В цвет-
ной ЭЛТ генерируются три отдельных луча,
каждый из которых вызывает свечение опреде-
ленного цвета.
Электронные
лучи
ЭЛТ растрового типа создает изображение, перемещая луч
на экране слева направо и сверху вниз. В монохромном мо-
ниторе электронный луч, проводя строку, быстро «включа-
ется» и «выключается», высвечивая лишь часть пикселов,
тогда как другие остаются темными; таким образом созда-
ются контрасты и в конечном счете — изображение. В цвет-
ном мониторе три луча, возбуждающие красное, зеленое
или синее свечение пикселов, также очень быстро «включа-
ются» и «выключаются», варьируя таким образом интенсив-
ности трех основных цветов; в результате создается до
16 млн. различных цветовых оттенков.
ЭЛТ векторного типа рисует изображение непре-
рывным лучом, а не пульсирующим, как в ЭЛТ
растрового типа. В такой трубке отклоняющая
система направляет луч от точки к точке не
только по горизонтали или вертикали, но и по
диагонали. Получаемые изображения, состоящие
из четких, тонких линий, наиболее пригодны для
инженерного проектирования. Однако таким ме-
тодом изображение строится довольно медленно,
и нарисовать реалистическую, «сплошную», кар-
тинку трудно.
164

Плоские дисплеи представляют собой решетку из
тысяч крошечных электронных элементов, «вы-
строенных» по строкам и столбцам. Элементы
могут быть темными либо светлыми — в зави-
симости от того, приложено ли к ним напряже-
ние. Изображения строятся путем перевода дво-
ичного выхода компьютера в команды включе-
ния-выключения отдельных элементов решетки.
Существуют плоские дисплеи трех основных ти-
пов: на жидких кристаллах, элементы которых
темнеют при прохождении тока; на газовой
плазме и электролюминисцентные дисплеи, эле-
менты которых при прохождении тока светятся.

аппараты на ЭЛТ, используемые в производстве видео-
фильмов, способны выводить на экран до 9 млн. пикселов.
Для сравнения заметим, что телевизионные мониторы
персональных компьютеров обычно имеют 64 000 пиксе-
лов. Изображение на телевизионных экранах, имеющих
высокое разрешение, не уступают по четкости фотографи-
ям в иллюстрированном журнале.
Стремление уменьшить габариты монитора, сделать
его портативным, привело к созданию плоских дисплеев
(внизу справа). Будучи меньше и легче мониторов на ЭЛТ,
такие дисплеи отличаются также большей прочностью; по
конструкции они гораздо проще и компактнее, чем сте-
клянная вакуумная трубка с ее тонко настроенными ком-
понентами.
165

Слаженный оркестр инструментов
Принтеры
контактного
действия
Принтеры — устройства вывода информации для долго-
временного хранения на бумаге — делятся на две катего-
рии: контактного, или ударного, действия, печатающие пу-
тем прижатия красящей ленты к бумаге, и неконтактного,
или безударного, действия. Выбор подходящего принтера
обычно зависит от таких факторов, как желаемое качество
печати, быстродействие и стоимость.
Принтеры контактного типа либо сразу отпечатывают
Молоточек
Литера
Лента
/
Бумага
полностью сформированные знаки (внизу слева), либо со-
здают их из отдельных точек (внизу справа). Принтеры
второго типа, называемые матричными, обычно более
экономичны. Кроме того, их можно запрограммировать
на любой шрифт и использовать для вывода графических
изображений. Принтеры, печатающие знаки целиком, ши-
роко варьируются по скорости: от устройств, печатающих
по одной букве со скоростью порядка 10 знаков в секунду,
до построчных принтеров, воспроизводящих сразу целую
строчку, производительность которых достигает несколь-
ких тысяч страниц в минуту. Диапазон матричных принте-
ров также велик: от дешевых моделей, печатающих около
100 знаков в секунду, до дорогих высокопроизводительных
устройств, работающих со скоростью до 600 строк в
минуту.
В некоторых принтерах неконтактного типа ( см. сле-
дующий разворот) также используется принцип точечных
матриц, тогда как другие основаны на принципах, приме-
няемых в фотокопировальных машинах. Последние соче-
тают в себе гибкость матричных принтеров с таким же
высоким качеством печати, как у принтеров контактного
типа, печатающих по одному знаку.
Основные элементы символьного принтера ударного
действия: молоточек, литера, красящая лента и бу-
мага. При ударе молоточка все эти элементы сопри-
касаются, в результате чего на бумаге появляется
отпечаток. В принтерах, печатающих символ за сим-
волом, литеры обычно расположены по периметру
сферического печатающего элемента — «ромашки».
При ударе молоточка литера устанавливается в нуж-
ное положение вследствие быстрого вращения «ро-
машки». В некоторых принтерах построчного типа
литеры, составляющие строку, расположены на гиб-
кой металлической ленте и при ударе молоточка бу-
мага прижимается к нужной букве.
166

о\о\о
4O.V.V
Выравнивание скоростей
О
0 1
(
Оо
о 1
о
о
о
о
о о
о
о
0 0 0 0 1
о
о
10101
о
о
о
О
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
с
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о 1
о 1
о 1
о 1
о
о
о 1
о
о
о
о
°0°
О 1
о
о
о
о
о
о
О
ч о о '
о\ о

О 1
1 о
ДО 1
О
О О
1 о
О 1 “

о

01

I О 1
0 0 0 1
001 1 °
001
Так называемая буферная память позволяет ре-
шить проблему несоответствия в скорости дей-
ствия компьютера и его устройств ввода-вывода.
Скорость работы принтеров ограничена, в част-
ности, наличием механических частей; вследствие
этого принтер отстает от компьютера. Буфер
вывода принимает данные от компьютера с той
же скоростью, с какой тот их вырабатывает, и,
запомнив их, передает на внешнее устройство с
меньшей скоростью. Такой прием дает возмож-
ность компьютеру работать с обычной скорос-
тью и исключает опасность частичной потери
выводимых данных из-за более медленной рабо-
ты выводного устройства.
Печатающая головка матричного принтера удар-
ного типа состоит из набора иголок, располо-
женных в одну или более вертикальных колонок.
Каждая иголка действует как независимый моло-
точек и, прижимая красящую ленту к бумаге,
отпечатывает точку. По мере движения головки ^
вдоль строки иголки сотни раз ударяют .в самых
различных комбинациях, соответствующих фор-
ме печатаемых символдв<-Нарисунке показана
головка с 9 игрлкайиГ которая только что завер-
шила печатание пяти колонок точек, составляю-
щпхоукву R.
Бумага
Лента
Иголки
167

Слаженный оркестр инструментов
Неконтактные способы
печати изображений
Печатающая
головка
Распрыскиватель
Принтер с печатающей головкой, состоящей из
четырех распрыскивателей, строит изображение
из точек, образованных крошечными капельками
цветных чернил, которыми распрыскиватели
стреляют в бумагу. Очевидно, данный метод хо-
рош для построения цветных изображений. В го-
ловке — 4 распрыскивателя: красных, желтых,
синих и черных чернил. При движении головки
по горизонтали распрыскиватели тонкими струй-
ками наносят чернила на бумагу в последова-
тельности, координируемой микропроцессором
принтера. Этим методом удается получать очень
четкие, детальные изображения при нанесении
порядка 100 чернильных точек на сантиметр.
168

Электрографические (лазерные) принтеры одно-
временно запечатывают всю страницу целиком.
Миниатюрный лазер (1) включается и выключа-
ется микропроцессором миллионы раз в секунду.
При этом световой луч отражается от шести-
угольного зеркала (2). Отраженный луч нейтра-
лизует положительно заряженные участки по-
верхности печатающего барабана (3), формируя
скрытое негативное изображение. Затем на бара-
бан напыляется мелкий положительно заряжен-
ный порошок (4), который «пристает» только к
нейтральным участкам (5). Когда отрицательно
заряженная бумага (6) входит в контакт с бара-
баном, порошок притягивается к ней и прилипа-
ет, создавая нужное изображение (7). Изображе-
ние закрепляется на бумаге под воздействием
тепла и давления (8). Когда изображение готово
(9), барабан нейтрализуется, очищается от по-
рошка и перезаряжается для нового цикла
печати.
2
169

•Т гАХ’

170

НА ПУТИ
КСОВМЕСТИМОСТИ
КОМПЬЮТЕРОВ
7 апреля 1964 г. представители ИБМ, гиганта компьютерной индустрии, провели
77 пресс-конференций в 15 странах мира, сделав, как выразился глава фирмы Томас
Уотсон-младший, «самое важное объявление за всю историю компании». Если при-
нять во внимание лидирующее положение фирмы в производстве вычислительной
техники, а также отсутствие у ее руководства склонности к преувеличениям, то эти
слова звучали многообещающе. Дальнейшее развитие событий подтвердило такой
прогноз.
Действительно, в тот день ИБМ объявила о создании не одной какой-нибудь ма-
шины, а целого их семейства. «Система-360» — так была названа серия —
дебютировала сразу шестью моделями, различавшимися по мощности и стоимости.
По оценкам специалистов, на исследования, разработку и внедрение в производство
одновременно шести машин компания затратила около 5 млрд, долл., что вдвое
превышало расходы США во время второй мировой войны на Манхэттенский про-
ект, целью которого было создание атомной бомбы.
С позиций сегодняшнего дня решение ИБМ вложить такой капитал в «Систему-
360» представляется естественным и почти неизбежным, однако в то время оно вы-
глядело весьма рискованным. Это решение встретило упорное сопротивление части
сотрудиников фирмы и было встречено скептически ее конкурентами. По существу
ИБМ поставила на карту не больше, не меньше как само свое существование, свой
капитал и честь, сделав ставку на проект, осуществление которого сделало бы все
остальные компьютеры фирмы безнадежно устаревшими. Разработка «Системы-
360» означала решительный отход от сложившихся технических стандартов, предве-
щая изменение самого принципа организации ввода-вывода в вычислительной
технике.
Возможно, самым убежденным сторонником этого рискованного шага был один
из руководителей корпорации Винсент Лирсон, который с момента своего прихода
в компанию в 1935 г. был занят исключительно новыми разработками. В 1959 г.
Лирсон, импозантный мужчина двухметрового роста, стал вице-президентом фир-
мы, в непосредственном подчинении у которого были два главных инженерно-
технических центра компании: общий отдел продукции в Эдинкотте, шт. Нью-Йорк,
и отдел систем данных в Паукипси. Ни один из этих центров не отличался особой
Изображенная здесь стыковка разъема с
портом компьютера символизирует важ-
нейший шаг в развитии вычислительной
техники — появление так называемых
совместимых машин. Созданные в 1964 г.
фирмой ИБМ стандартные компоненты
обусловили дальнейший бурный рост
производства и применения систем ввода-
вывода.
171
©ММРОЖВЙ
смелостью или оригинальностью в разработках. Хотя кор-
порация ИБМ бесспорно лидировала в вычислительной
технике того времени, своим успехом она в большей мере
была обязана своей торгово-финансовой политике и хоро-
шему обслуживанию клиентов, нежели высокому техниче-
скому уровню продукции. Такое положение дел все больше
беспокоило Лирсона, Уотсона и других руководителей
фирмы.
Оно усугублялось внутренней междоусобицей, вызван-
ной разногласиями в оценках различных моделей машин,
выпускаемых фирмой. По этой и ряду других причин Уот-
сон и Лирсон в конце 1961 г. решили выработать общую
техническую стратегию фирмы. Они привлекли на помощь
комитет, состоявший из представителей всех основных от-
делов фирмы: системного программирования, исследова-
ний, конструирования, внедрения и т. д. Уотсон и Лирсон
«заперли» 13 членов комитета в мотеле неподалеку от
Гринвича, шт. Коннектикут, заявив, что не выпустят их,
пока не удастся в общих чертах наметить, каким должно
быть следующее поколение машин фирмы ИБМ. Под
председательством Боба Эванса, руководившего вопроса-
ми планирования и разработок в отделе систем данных,
комитет непрерывно работал в течение 60 дней.
Страсти особенно разгорелись при обсуждении двух
принципиально новых подходов к разработке будущих
компьютеров ИБМ. Согласно первому из них, любая но-
вая машина должна быть универсальной, т. е. справляться
с широким спектром проблем — от решения логических и
вычислительных задач научного характера до обработки
данных в сфере управления и бизнеса (название серии
«360» указывало именно на способность машин работать
во всех направлениях — в пределах 360°). Однако до нача-
ла 60-х годов компьютеры конструировались в расчете ли-
бо на научные, либо на управленческие применения. Тем
не менее к этому времени компьютеры, предназначенные
для научных исследований, все чаще стали применяться в
сфере бизнеса, и наоборот. Эта тенденция не осталась не-
замеченной в ИБМ.
МАШИНЫ, РАБОТАЮЩИЕ СОВМЕСТНО
Второй подход предполагал, что новые компьютеры дол-
жны быть совместимы друг с другом. В те годы в фирме
ИБМ насчитывалось около 20 конструкторских бюро, раз-
рабатывавших машины, мало приспособленные для обме-
на данными или программами между собой. Несовмести-
мость машин различных моделей была характерна для
компьютерной индустрии — каждая модель имела свой
собственный центральный процессор и систему ввода-
вывода, т. е. аппаратуру и правила связи между компьюте-
ром и такими устройствами, как клавиатура или принтер.
Программы, написанные в соответствии с внутренними
инструкциями центрального процессора одной машины,
были непригодны для других центральных процессоров.
Периферийные устройства, предназначенные для какого-то
одного типа системы ввода-вывода, нельзя было подклю-
чать к другим машинам.
С точки зрения рыночных взаимоотношений несовме-
стимость была, как говорится, палкой о двух концах. По-
скольку покупка компьютера другой модели влекла за со-
бой необходимость отказа от имеющихся дорогостоящих
периферийных устройств и программного обеспечения,
было маловероятно, что клиенты ИБМ обратятся к какой-
нибудь другой фирме. Однако по тем же причинам клиент,
желающий заменить компьютер ИБМ более мощной мо-
делью, не всегда мог это себе позволить.
Не все участники совещаний в Гринвиче верили в воз-
можность создания серии совместимых машин и в целесо-
образность создания компьютеров универсального типа.
Менеджеры ИБМ опасались, что, погнавшись за машиной,
способной выполнять как научные, так и деловые опера-
ции, они получат неуклюжие гибриды, не пригодные для
качественного выполнения ни той, ни другой работы. Как
вспоминал Эванс, возникали сомнения, не начнет ли ИБМ
в таком случае выпускать «машины посредственного уров-
ня», открывая тем самым простор для конкурентов.
Один из наиболее убедительных доводов в пользу со-
здания серии совместимых компьютеров сводился к тому,
что таким образом фирма ИБМ облегчит тяжелое бремя
расходов, связанных с разработкой и обслуживанием боль-
шого количества несовместимых друг с другом моделей
компьютеров. В сложившейся ситуации компания тратила
ббльшую часть капиталовложений на разработку различ-
ных моделей центральных процессоров в ущерб программ-
ному обеспечению и периферийным устройствам. Однако
потенциальные возможности вычислительной системы не-
льзя было полностью реализовать при недостаточно высо-
ком уровне этих компонентов.
В начале января 1962 г. комитет представил свои за-
ключения администрации фирмы. «Заслушав доклад, —
вспоминал Эванс, — администрация одобрила его, и все
мы получили задания по реализации планов, намеченных
в докладе». Так родилась «Система-360». Принятие столь
рискованного в финансовом смысле решения резко контра-
стировало с осторожным поведением компании в
прошлом.
Технология «Системы-360» действительно явилась тем
поворотным пунктом, о котором говорил Уотсон, хотя бы
по той причине, что совместимость ее моделей позволяла
более гибко использовать их ресурсы. До появления «Сис-
темы-360» пользователи были скованы готовыми конфигу-
рациями аппаратуры и программного обеспечения, кото-
рые поставлял изготовитель. Теперь владельцы вычисли-
тельной техники могли сами подбирать комплект
аппаратуры и программного обеспечения, наиболее подхо-
дящий для конкретных условий. Вероятно, самое важное
заключалось в том, что информационные службы фирм-
клиентов получили возможность добавлять и заменять
различные элементы вычислительной системы в зависи-
мости от условий, не прекращая полностью работу систе-
мы обработки информации до получения нового про-
граммного обеспечения.
Огромное влияние ИБМ в мире вычислительной техни-
172

Томас Уотсон-младший, председатель
правления фирмы ИБМ (слева) и пре-
зидент компании Винсент Пирсон у од-
ной из машин серии «Система-360».
Создание этой серии — самое крупное
рискованное предприятие фирмы за
всю ее историю. «Система-360» (семей-
ство машин, способных работать с
одним и тем же программным обеспе-
чением и одними и теми же устройст-
вами ввода-вывода) «дебютировала» в
апреле 1964 г.; с ее выходом все
остальные компьютеры фирмы ИБМ
оказались морально устаревшими.
ки открыло перед «Системой-360» широкие горизонты: ее
распространение привело к созданию новой отрасли про-
мышленности — производству полностью совместимых
модулей вычислительных комплексов. Другие компа-
нии — производители вычислительной техники быстро по-
няли, что в модульной компьютерной системе, компоне-
нты которой соответствуют общим стандартам, не обяза-
тельно все модули должны изготовляться одной и той же
фирмой. Почуяв большие прибыли, они бросились делать
устройства, пригодные для «стыковки» с компьютерами
серии «Система-360», т. е. полностью совместимые с ма-
шинами фирмы ИБМ. Эти устройства не требовали специ-
альных программ или аппаратной «подгонки» — доста-
точно было соединить их кабелем с компьютером ИБМ
(или любой другой совместимой машиной), и они начина-
ли обмен информацией. Теперь ИБМ могла предложить
своим клиентам более универсальные и эффективные пери-
ферийные устройства и программное обеспечение. В то же
время другие компании приступили к массовому производ-
ству устройств, совместимых с машинами новой серии,
которые быстро завоевали господствующее положение в
вычислительной технике.
НОВАЯ ЭРА ГИБКОСТИ
Создав «Систему-360», ИБМ ввела вычислительную техни-
ку в новую эру —расцвета технологии устройств ввода-
вывода. В 60—70-х годах производство другими фирмами
устройств, совместимых с машинами ИБМ, настолько воз-
росло, что ИБМ уступила этим конкурентам около 13%
производства периферийных устройств к своим же ком-
пьютерам. И все же успех «Системы-360» был столь ве-
лик, что доходы фирмы ИБМ продолжали расти быстры-
ми темпами, а ее лидирующее положение в компьютерной
промышленности стало прочнее, чем когда-либо. Даже те-
перь, двадцать лет спустя, более половины доходов фир-
мы так или иначе связаны с прямыми потомками
«Системы-360».
Поворот компании ИБМ к стандартизации не только
предоставил невиданную прежде свободу маневра органи-
зациям, применявшим вычислительную технику, но и от-
крыл большие возможности для ее индивидуальных поль-
зователей. Начало 60-х годов было особенно плодотвор-
ным периодом в развитии вычислительной техники, по-
скольку многие исследования и проекты финансировались
из правительственных источников. Особой щедростью от-
личалось Агентство перспективных исследований ARPA
(Advanced Research Projects Agency) министерства
обороны США, которому конгресс выделил огромные
средства; это произошло в конце 50-х годов после запуска
в 1957 г. первого советского искусственного спутника Зем-
ли, вызвавшего немалое беспокойство в США. Исследова-
тельским организациям, финансируемым из фондов ARPA,
не вменялось в обязанность заниматься лишь прикладны-
173

ми исследованиями, или, как говорилось, «работать на
хлеб с маслом», им дозволялось дать простор воображе-
нию и разрабатывать самые фантастические проекты, по-
лучившие название «синее небо».
Среди организаций, воспользовавшихся щедростью
ARPA, был исследовательский центр ARC (Augmentation
Research Center) в Менло-парке (шт. Калифорния), который
представлял собой небольшое ответвление Станфордского
исследовательского института — мозгового центра, финан-
сируемого Станфордским университетом. В период 60—70-х
годов специалисты ARC предложили так много новых
идей, что задали работу всей компьютерной промышлен-
ности на долгие годы.
НАЧАЛО ДОЛГОГО «КРЕСТОВОГО ПОХОДА»
Своим названием центр ARC был обязан увлечению его
основателя Дугласа Энджелбарта тем, что он называл
«технологией расширения возможностей человека»
(augmentation буквально означает расширение, наращива-
ние). С электроникой Энджелбарт познакомился в годы
второй мировой войны, когда служил во флоте техником
на радиолокационной установке. После войны он начал ра-
ботать в одной из калифорнийских фирм, выполнявших за-
казы Национального консультативного комитета по аэро-
навтике — предшественника НАСА (NASA, National Aero-
nautics and Space Administration — Национальное
управление по аэронавтике и исследованию космического
пространства). В 1951 г. Энджелбарт, оставив службу, по-
ступил в аспирантуру в Калифорнийском университете в
Беркли, где специализировался в области электроники.
В то время когда студенты технических колледжей ра-
ботали на компьютерах, занимавших целые залы, Энджел-
барт размышлял о таких неслыханных вещах, как приме-
нение вычислительных машин в учебном процессе и новые
способы взаимодействия человека с машиной. «Впервые
услышав о компьютерах, — вспоминал он позже, — по
опыту моей работы с радиолокатором я сразу понял, что,
если эти машины способны выдавать информацию на пер-
фокарты и распечатывать на бумаге, то они смогут также
писать или рисовать ее на экране». Задолго до того, как
появились соответствующие технические средства,
Энджелбарт описал систему, с помощью которой компью-
теры могли высвечивать символы на экране электронно-
лучевой трубки. Так был сделан первый шаг в долгом
«крестовом походе».
В 1957 г. Энджелбарт поступил на работу в Станфорд-
ский исследовательский институт, а еще через полгода уго-
ворил руководство организовать центр ARC и умудрился
получить небольшую субсидию от управления ВВС по на-
учным исследованиям. В течение нескольких лет ARC не
имел возможности нанять сотрудников, и Энджелбарт
трудился по существу в одиночестве. «В своей работе я
чувствовал себя очень одиноко, не с кем было даже поде-
литься мыслями», — говорил он. В 1963 г. он изложил не-
которые из этих мыслей в работе «Основные концепции
исследований по расширению интеллектуальных возмож-
ностей человека». Это была декларация его технического
кредо, где перечислялись проблемы, которыми, по мнению
Энджелбарта, должен был заниматься центр ARC.
В качестве примера человеческой деятельности, где це-
лесообразно использование мощной электронной аппара-
туры, Энджелбарт выбрал литературное творчество, опре-
делив его как задачу, которая решается одновременно на
многих уровнях человеческого интеллекта. На нижнем
уровне иерархии — простые механические удары по клави-
шам, в результате которых на бумаге появляются буквы,
а на верхнем уровне — воображение, организация мыслей
и составление структуры будущего текста. Более чем за 15
лет до того, как системы обработки текстов получили ши-
рокое распространение, Энджелбарт уже думал о пишущей
машинке, которая, автоматизируя работу на низшем уров-
не иерархии, позволит писателю более эффективно исполь-
зовать верхние уровни своего интеллекта. «Например, —
писал он, — набросок будущей работы можно быстро со-
ставить из перестроенных фрагментов старых набросков,
дополнив их новыми словами или абзацами, которые лег-
ко вставить, пользуясь клавиатурой».
Энджелбарт проанализировал также теоретическую
основу манипулирования символами и изображениями.
«Представим себе компьютер, с которым люди могли бы
взаимодействовать легко и быстро, — рассуждал он. —
Предположим, что компьютер соединен с трехмерным
цветным дисплеем, посредством которого можно строить
чрезвычайно сложные изображения, причем компьютер
способен выполнять самые разнообразные операции над
любой частью изображения или менять его целиком, сле-
дуя командам человека».
Научная общественность, связанная с вычислительной
техникой, оставила без внимания высказывания Энджел-
барта. Одним из немногих, кто разделял его взгляды, был
Роберт Тэйлор, финансовый директор отдела методов об-
работки информации ARPA. В 1964 г. Тэйлор выделил
Станфордскому исследовательскому институту и его цент-
ру ARC годовой бюджет в полмиллиона долларов для
этих исследований. Наконец, Энджелбарт получил воз-
можность попытаться воплотить свою теорию на практи-
ке. В течение следующих четырех лет с коллективом ода-
ренных специалистов он фантазировал и экспериментиро-
вал, создавал и испытывал новые системы. В 1968 г.
Энджелбарта пригласили выступить на представительной
конференции по вычислительной технике, которая должна
была состояться осенью того же года в Сан-Франциско.
Энджелбарт решил воспользоваться этим предложением,
чтобы продемонстрировать плоды своих почти двадцати-
летних трудов и размышлений.
ВПЕЧАТЛЯЮЩАЯ ДЕМОНСТРАЦИЯ
Очевидцы этого события обычно рассказывают о нем в
выражениях, более подходящих для концертов рок-музы-
ки, чем для научных конференций. Один из пионеров ком-
пьютерной графики Эндриес ван Дэм из Брауновского уни-
верситета охарактеризовал доклад как «нечто потрясаю-
174

Hoi фоне собственного увеличенного
изображения на экране Дуглас Энджел-
барт проводит повторную демонстра-
цию своего изобретения; первая состоя-
лась осенью 1968 г. на конференции по
вычислительной технике в Сан-Франци-
ско. Там Энджелбарт буквально потряс
аудиторию, показав в действии устрой-
ства, намного облегчившие взаимо-
действие человека с компьютером. Па-
нель управления (вверху) состояла из
обычной клавиатуры, с которой вво-
дился текст, набора клавиш для переда-
чи команд компьютеру и указательного
устройства «мышь» для выбора симво-
лов на экране.
175

щее». В самом деле, эта демонстрация представляла собой
сложную, комплексную постановку, которую осуществляла
«за кулисами» целая команда специалистов по телекомму-
никации и визуальным эффектам. Надев наушники,
Энджелбарт восседал за необычной панелью управления
(консолью) на сцене большого зала заседаний. Он обра-
щался к аудитории через микрофон, одновременно слушая
в наушники, что говорят техники «за кулисами». С по-
мощью СВЧ-антенны, установленной на холмах, прилега-
ющих к Менло-парку, поддерживалась связь между пуль-
том управления и компьютером, расположенным на рас-
стоянии 40 миль в помещении центра ARC. Телевизионное
изображение Энджелбарта проектировалось на семиметро-
вый экран за его спиной, а в это время он вместе со своим
партнером, сидящим за второй консолью в лаборатории
ARC, по очереди «извлекали» из памяти машины образцы
обработанных компьютером текстов, которые проектиро-
вались на тот же экран.
Зрители, возможно, даже не осознавая того, наблюдали
сцены из будущего. Хотя демонстрационная аппаратура
была кустарной и несовершенной, представления Энджел-
барта о взаимодействии человека с машиной в тот день
как бы ожили перед аудиторией. Люди увидели, как легко
и естественно два оператора манипулировали изображени-
ями, изменяли текст, быстро переходя от одного файла
данных, хранимого в памяти компьютера, к другому. Го-
дами Энджелбарт пытался выразить свои идеи словами.
В тот день в Сан-Франциско он ничего не объяснял, а про-
сто показал все на сцене.
На протяжении демонстрации лицо Энджелбарта время
от времени исчезало с экрана — вместо него появлялось
изображение консоли. Тогда публика могла наблюдать,
как Энджелбарт отдает команды компьютеру. Одной ру-
кой он манипулировал небольшим вводным устройством,
напоминающим часть клавиатуры фортепьяно, а дру-
гой—крутил и щелкал аппаратом величиной с колоду
игральных карт. Аппарат, передвигающийся на скрытых
роликах, имел сверху пару кнопок и соединялся кабелем с
консолью. Это устройство с техническим названием «ука-
затель х—у-позиции для дисплея» Энджелбарт изобрел че-
тырьмя годами раньше и окрестил его «мышью» — из-за
маленьких размеров и кабеля, похожего на хвост. Держа
«мышь» (и публику тоже) в руках, Энджелбарт заставлял
световой указатель двигаться по экрану, и по щелчку кноп-
ки целый абзац текста менял положение. Вне сомнений,
этот способ взаимодействия человека с машиной в корне
отличался от того, что давала обычная клавиатура.
По завершении полуторочасового «представления» пуб-
лика устроила Энджелбарту настоящую овацию. И тем не
менее —как это произошло практически со всеми идеями
Энджелбарта — внедрение продемонстрированных уст-
ройств в коммерческое производство произошло намного
позже, и плоды изобретений талантливого ученого пожи-
нали уже другие.
В начале 70-х годов из-за растущего недовольства об-
щественности США войной во Вьетнаме бюджетные ассиг-
В 1973 г. специалисты центра PARC фир-
мы «Ксерокс» в Пало-Альто создали
программу, которая превратила экран
компьютера в электронный холст и па-
литру художника. Пользуясь электрон-
ным указателем, можно было выбрать
нужную краску из «палитры», помещен-
ной в верхней части экрана, и «кисть» из
набора, расположенного слева.
176

Для рабочих совещаний, проходивших в
центре PARC в начале 70-х годов, была
характерна свободная, неформальная ат-
мосфера, способствовавшая коллективно-
му творческому мышлению. Некоторые
сотрудники в целях удобства даже заме-
нили кресла для посетителей гигантскими
подушками.
нования на военные исследования стали предметом острых -------==:
разногласий. В конце концов в 1975 г. ARPA прекратило ==.= 11
финансировать работы Энджелбарта. Персонал ARC со-
кратился с 35 человек до 12, а затем до одного— ==-~^=
Энджелбарт снова работал в одиночестве. А два года спу-
стя ушел и он.
В каком-то смысле ARC стал промежуточной вехой на
пути от мира крупногабаритных компьютеров, предназна-
ченных для большого бизнеса, к более романтичному ми-
ру персональных компьютеров, появившихся в конце 70-х
годов. Компьютеры, с которыми Энджелбарт работал в
ARC, были слишком большими и дорогостоящими для ин-
дивидуальных пользователей. Однако прогрессивные кон-
цепции развития аппаратуры и программного обеспечения,
заложенные в его лаборатории, вывели вычислительную
технику на качественно новый уровень.
Историю многих изобретений, рожденных в ARC и
впоследствии нашедших широкое применение в персональ-
ных компьютерах, можно далее проследить в другом уч-
реждении, располагавшемся неподалеку. Основанный в
1970 г. корпорацией «Ксерокс» исследовательский центр в
Пало-Альто (PARC, Palo Alto Research Center) привлек
много талантливых ученых, ранее работавших с Энджел-
бартом, которые и вывели этот центр в лидеры в целом
ряде областей вычислительной техники.

СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ
КУРСОРОМ
При взаимодействии человека с компьютером важную
роль играет маленький светящийся маркер, курсор, указы-
вающий позицию на экране, с которой выводится следую-
щий элемент текста или графического изображения. Поло-
жением курсора управляют с помощью клавиатуры. Если
набрать какую-то букву, то курсор переместится на одну
позицию вправо. Нажимая специальные клавиши, можно
перемещать курсор в одном из четырех направлений:
вверх, вниз, вправо, влево. Для многих приложений ком-
пьютера этих средств вполне достаточно, однако когда
курсор нужно переместить сразу на несколько позиций или
когда в управлении курсором требуется быстрота и удоб-
ство, как, например, в видеоиграх, то клавишное управле-
ние не годится. На рисунках, помещенных на этом и сле-
дующем разворотах, показан ряд устройств, альтернатив-
ных клавишному управлению курсором, которые
обеспечивают более быстрое и свободное перемещение его
по экрану.
Наиболее распространенное из этих устройств —
«мышь» (справа), которую держат в руке и двигают по
плоской поверхности, перемещая при этом курсор на экра-
не в любом направлении. «Мыши» бывают двух
оптические (на противоположной странице,
ханические (там же, внизу), Кнопк
дают возможность выбират
манду из выведенного н
конечную точку лини
и ме-
г на корпусе устройства
имер, ту или иную ко-
экран «меню» или фиксировать
исуемой на экране.
При перемещении «мыши» по плоской поверх-
ности курсор движется по экрану в соответ-
ствующем направлении. Скорость и шкалу пе-
рехода от движения «мыши» к движению кур-
сора можно регулировать с помощью
программы. Если «мышь» достигает границы
отведенной ей площадки, прежде чем курсор
займет требуемую позицию, то «мышь» мож-
но вернуть в исходную точку и прокатить еше
раз, чтобы довести курсор до нужного места.
178
«И®
Кнопки
Планшет
Зеркало
Светодиод
Светод!
Цилиндр
179
Фототранзисторы
Диск с прорезями
Шарик
Светодиод



Средства управления курсором
Набор управляющих
устройств
для видеоигр
«ограниченном режиме», то при отведении рычага в край-
нее левое нижнее положение курсор переместится на какое-
то расстояние влево, но не обязательно до края экрана.
Абсолютный режим удобнее для быстрого перемещения
курсора на сравнительно большие расстояния, ограничен-
ный— предпочтительнее для более тонкого управления.
Некоторые устройства можно переключать с одного режи-
Для перемещения курсора или изображения на экране при-
ма на другой.
меняется несколько устройств. С помощью вращающейся
ручки курсор передвигается в любом направлении вдоль
одной оси. Двух ручек достаточно, чтобы переместить
курсор в любую точку. Есть устройство с управляющим
Кнопка
Кнопка
Потенциометр
Плечо
Контакты
Кнопка
Это устройство действует так же, как ручка
регулировки громкости радиоприемника. Плечо
ручки, скрытое в корпусе, движется вдоль по-
тенциометра. Прибор, измеряющий изменение
напряжения, определяет скорость и направле-
ние перемещения курсора. Кнопка на верхней
поверхности корпуса служит для передачи
команд.
В этой старой модели цифрового джойстика
стержень крепится на крестовине, имеющей
электрические контакты на четырех концах.
Когда стержень перемещается, скажем, с запа-
да на восток или с севера на юг, замыкается
контакт в соответствующей точке и курсор
движется в одном из четырех направлений.
Чтобы курсор двигался в каком-то промежу-
точном направлении, стержень нужно накло-
нить между двумя концевыми точками, чтобы
замкнулись оба контакта. Кнопки для команд
помещаются либо на ручке стержня, либо на
корпусе.
рычагом, так называемый «джойстик». Первые цифровые
модели джойстика позволяли перемещать курсор в восьми
направлениях. Новые джойстики, цифровые и аналоговые,
дают возможность передвигать курсор в любом направле-
нии, как и устройства с шариком, который можно вра-
щать пальцами.
Положение курсора, соответствующее крайнему поло-
жению устройства управления, зависит от того, имеется
ли абсолютное соответствие между ходом рычага устрой-
ства и размером экрана. Например, если джойстик работа-
ет в «абсолютном режиме», то крайнее левое нижнее по-
ложение рычага соответствует крайней левой нижней пози-
ции курсора на экране. Если же устройство работает в

180

У этого аналогового устройства основание
стержня проходит через валик, соединенный с
одним потенциометром, и подвеску, соединен-
ную с другим, расположенным под прямым
углом к первому. Один потенциометр реги-
стрирует движение в вертикальной плоскости,
другой — в горизонтальной. Когда джойстик
приходит в движение, валик вращается в одной
плоскости, тогда как подвеска поворачивается
в другой. Компьютер регистрирует меняющее-
ся напряжение с каждого потенциометра и пре-
образует эти данные в перемещение курсора на
экране.
Устройство с шариком действует по сути ана-
логично механической «мыши» (см. предыду-
щий разворот). Однако здесь шарик вращается
не в результате катания по плоской поверхнос-
ти, а приводится в движение пальцем.
«Мышь» как бы перевернута вверх ногами.
Диски с прорезями на концах двух цилиндров
прерывают лучи от двух светодиодов. Фото-
элементы, регистрируя световые импульсы, пе-
редают соответствующую информацию ком-
пьютеру.
181

Рисунок Алана Кея. Дети играют с план-
шетами, представляющими персональный
компьютер будущего — «Дайнабук».
Этот компьютер, по замыслу Кея, дол-
жен был заменить бумагу, карандаш и
даже книги.
ЩЕДРЫЕ СУБСИДИИ КОРПОРАЦИИ
Корпорация «Ксерокс» организовала мозговой центр
PARC, прежде всего преследуя коммерческие цели, но в
расчете на отдаленную перспективу. Добившись крупных
успехов со своими фотокопировальными машинами, ком-
пания предоставила центру крупные средства и значитель-
ную свободу выбора в надежде, что проводимые им иссле-
дования принесут прибыль лет через 10. Для руководства
лабораторией вычислительной техники центра PARC фир-
ма «Ксерокс» пригласила Боба Тэйлора, чиновника из
ARPA, финансировавшего работы Энджелбарта в ARC и
проявившего незаурядное чутье в подборе молодых та-
лантливых специалистов по вычислительной технике. По-
лучив щедрые субсидии от своих новых хозяев, Тэйлор су-
мел собрать в комфортабельных помещениях центра с ви-
дом на Станфордский университет коллектив специалистов
мирового класса. Один из сотрудников лаборатории как-то
похвастался, что из 100 ведущих специалистов мира по вы-
числительной технике 58 работало в PARC.
Это высказывание принадлежало одному из самых эру-
дированных сотрудников лаборатории Алану Кею. Вырос-
ший в интеллигентной семье —его мать была художни-
цей, отец — ученым-физиологом, — Кей научился читать в
возрасте двух с половиной лет, а несколько позже едва не
стал победителем детской радиовикторины. Несмотря на
незаурядные способности и знания, Кей учился без особо-
го старания, занимаясь лишь тем, что его интересовало.
В возрасте 15 лет он увлекся музыкой, поглощавшей его
целиком, пока лет через десять в его жизнь не вошли ком-
пьютеры. Отныне он в равной степени отдавался этим
двум увлечениям.
Приобщившись к компьютерам в период службы в
ВВС США, Кей страстно увлекся программированием. За-
кончив военную службу, Кей поступил в Колорадский уни-
верситет, где изучал математику и биологию, затем посту-
пил в аспирантуру в университете шт. Юта, где его руко-
водителем был пионер компьютерной графики Дэвид
Эванс. Эванс взял Кея под свою опеку не без колебаний.
«Оценки у него были неважные, и как студент он не бли-
стал, — вспоминал позже Эванс. — Но он делал кое-что
интересное в театре и был хорошим музыкантом. Я поду-
мал, что неплохо было бы иметь такого человека в лабо-
ратории».
Когда осенью 1966 г. Кей появился в университете,
Эванс предложил ему познакомиться с диссертацией, напи-
санной несколькими годами ранее блестящим выпускником
МТИ Иваном Сазерлендом. В диссертации описывалась
программа «Скетчпэд» (Sketchpad — буквально «Блокнок
для набросков»), которая превращала компьютер в элек-
тронный эквивалент карандаша и бумаги. Эта программа
открыла Кею глаза на потенциальные возможности ком-
пьютера не только в области графики, но и с точки зрения
нового типа взаимодействия человека с машиной, разви-
тию которого он посвятил следующие десять лет.
УРОКИ «ФЛЕКСА» И ЛОГО
В университете шт. Юта Кей быстро зарекомендовал себя
думающим, изобретательным специалистом. В качестве
182

диссертационной работы он взялся за создание языка и
прочего программного обеспечения для машины «Флекс»,
аппаратная часть которой была разработана другим аспи-
рантом. Программное обеспечение Кея по существу сдела-
ло «Флекс» прототипом персонального компьютера, одна-
ко эта машина так и не была пущена в производство —
главным образом потому, что система Кея требовала от
пользователя знания очень сложных команд. Такой урок
не прошел для Кея даром.
Занимаясь докторской диссертацией, Кей познакомился
также с работой Сеймура Пейперта из МТИ, создавшего
язык программирования Лого (LOGO), в котором приме-
нялись интересные графические средства, помогавшие обу-
чать детей программированию. Как и «Флекс», язык Лого
оказал большое влияние на Кея, который постепенно стал
понимать, каким должен быть компьютер будущего. К
1969 г., почти за 8 лет до появления персональных ком-
пьютеров, Кей пришел к убеждению, что разработанная
им система должна быть достаточно мощной, чтобы слу-
жить в качестве персонального компьютера, и в то же вре-
мя настолько простой, чтобы ей могли пользоваться дети.
Защитив в 1969 г. диссертацию, Кей покинул универси-
тет шт. Юта и поступил в лабораторию искусственного
интеллекта Станфордского университета. А в 1971 г., бук-
вально перейдя через дорогу, он оказался в исследователь-
ском центре PARC фирмы «Ксерокс», который привлек
его атмосферой творческой свободы, отсутствием заботы
о быстром получении прибылей и возможностью изба-
виться от преподавательской работы. В центре заботливо
культивировался дух утопического сообщества мыслите-
лей. Никто не отмечал время прихода или ухода сотрудни-
ков, тем не менее они работали по 60—70 ч в неделю, и
их фанатическая приверженность к исследованиям сочета-
лась с поразительной творческой плодовитостью.
За все 10 лет работы Кея в центре число сотрудников
в его группе никогда не превышало 10—12 человек. К кон-
цу этого периода теоретический прототип персонального
компьютера Кея принял более определенные очертания и
даже получил имя: «Дайнабук» (Dynabook — сокращение
от «динамическая книга»). Не превышая по своим разме-
рам студенческий блокнот для записей, он должен был об-
ладать развитыми средствами обработки текстов и графи-
ческих изображений, а также служить устройством связи,
с помощью которого можно было подключаться к любым
базам данных и библиотекам мира. Эта машина представ-
лялась Кею столь же доступной для любого человека, как
телефон или телевизор. Но это означало также низкую
стоимость — по прикидкам Кея, около 500 долл. — и про-
стоту в обращении.
По опыту работы с системой «Флекс» в университете
шт. Юта Кей пришел к убеждению, что компьютеры до-
лжны управляться более простым путем, чем передача ко-
манд с клавиатуры. Как и Дуглас Энджелбарт, Кей — он
был свидетелем удивительного зрелища, устроенного
Энджелбартом в Сан-Франциско, — стремился к тому, что-
бы компьютерные программы выполнялись посредством
таких простейших действий, как выбор команд или симво-
лов на экране. По мнению Кея, человек должен иметь воз-
можность сосредоточиться на самой задаче, на думая о
том, какие команды следует отдать компьютеру для ее ре-
шения. Как-то он сказал: «Если человеку при работе с ма-
шиной придется листать руководство по эксплуатации, то
эта система обречена».
Воплощение в жизнь замысла системы «Дайнабук» ока-
залось очень сложной задачей даже для такого прекрасно
оснащенного исследовательского центра и его талантли-
вых, трудолюбивых сотрудников. Наиболее близок к ма-
шине, о которой мечтал Кей, был «Альто», «промежуточ-
ный Дайнабук», как называл его Кей, — маленький ком-
пьютер, создание которого стало возможным в конце
1971 г. благодаря появлению микропроцессоров.
Своими богатыми возможностями «Альто» был обя-
зан визуально ориентированному языку программирова-
ния Смолток (Smalltalk), созданному Кеем в 1972 г. Рас-
считанный на устройство типа «мышь» (эту идею PARC
позаимствовал у Энджелбарта), Смолток позволял выво-
дить на экран сразу несколько текстовых документов или
графических изображений в «окнах» — секциях экрана, об-
ладавшего очень высоким разрешением. Здесь не нужно
было запоминать множество заковыристых команд —
достаточно просто вызвать на экран «меню», т. е. список
возможных операций, и выбрать одну из них, указав на
нее с помощью «мыши». Позже в центре PARC были вве-
дены специальные графические символы, представляющие
команды и операции. Например, при работе с «деловым»
вариантом Смолтока, чтобы приступить к набору или ре-
дактированию документа, надо было указать курсором на
символическое изображение листа бумаги, торчащего из
папки. Благодаря тому что картинки взяли на себя часть
функций, которые раньше выполняли исключительно текст
и числа, язык Смолток не только сделал компьютер «Аль-
то» разносторонним инструментом, но и облегчил процесс
взаимодействия человека с машиной, особенно для но-
вичков.
УПУЩЕННАЯ ВОЗМОЖНОСТЬ
«Альто», созданный за два года до официальной демон-
страции в 1975 г. «Альтаира», может по праву претендо-
вать на звание первого в мире персонального компьютера.
Однако корпорация «Ксерокс» так и не пустила машину
в массовое производство, опасаясь малого спроса на нее.
Было изготовлено всего 2000 машин, в основном для внут-
реннего пользования. Позже несколько машин фирма по-
ставила в правительственные учреждения, в частности в
Конгресс и Белый дом. Сам Кей не считал, что какая-либо
машина, уступающая по мощности его воображаемому
«Дайнабуку», может получить широкое распространение.
«Чего я совершенно не понимал, думая о микрокомпьюте-
рах, — говорил он позже, — так это безграничного жела-
ния людей приобрести хоть какой-нибудь компьютер».
Лишь в 1972 г. фирма «Ксерокс» начала готовиться к
массовому производству компьютеров, построенных на
183

основе «Альто». В 1981 г. компания выпустила компьютер
«Стар-8010», похожий на «Альто» и предназначенный для
управленческих нужд. С помощью графических средств от
моделировал обстановку конторы — на экране появлялись
символические изображения документов, картотек, мусор-
ной корзины и т. п. Однако высокая цена компьютера
(16 тыс. долл.) отпугивала покупателей; несмотря на все
его графические прелести, продажа шла вяло. К 1980 г., еще
до того, как «Стар» поступил в продажу, старожилы цент-
ра PARC стали разбредаться кто куда. Сам Кей ушел в
корпорацию «Атари», новое «светило» на рынке компью-
теров, получавшее колоссальные прибыли от продажи ви-
деоигр, которые «ввели» компьютеры в дома. Многих
бывших коллег Кея переманило калифорнийское отделение
компьютерной компании «Эпл».
Когда в 1979 г. фирма «Эпл» приступила к разработке
нового компьютера административно-управленческого на-
значения, группа специалистов фирмы во главе с одним из
ее основателей Стивеном Джобсом посетила PARC, где
познакомилась с возможностями компьютера «Альто» и
языка Смолток. Находясь под глубоким впечатлением уви-
денного, Джобс и его коллеги сразу же заложили эти нов-
шества в проекты своих новых машин. Подобно тому как
десятью годами ранее PARC поглотил бывших коллег
В компьютере «Альто», созданном в 1973 г. в
центре PARC фирмы «Ксерокс», нашли свое во-
площение многие черты гипотетического ком-
пьютера «Дайнабук» Алана Кея. Однако «Аль-
то» был слишком громоздким и дорогостоящим.
Тем не менее благодаря языку Смолток, разра-
ботанному Кеем, «Альто» выводил текст и гра-
фические изображения сразу в несколько окон
экрана, имеющего высокое разрешение. Это поз-
воляло человеку отдавать команды компьютеру,
просто выбирая на экране с помощью «мыши»
символы, изображающие те или иные операции.
184

Энджелбарта по лаборатории ARC, компания «Эпл» пере-
манила теперь 15 из 20 специалистов фирмы «Ксерокс» на
разработку своего нового компьютера «Лиза», с которым
связывала большие надежды.
Система окон на экране, «мышь» и интерфейс, основан-
ный на символических изображениях действий, — все это
не оставляло сомнений, что в компьютере «Лиза» было
многое заимствовано из разработок центра PARC фирмы
«Ксерокс». В 1983 г. машина поступила в продажу, но из-
за высокой цены (10 тыс. долл.) не пользовалась большим
спросом. Поняв, что дороговизна делала машину недо-
ступной для большинства потенциальных покупателей,
Джобс вскоре занялся разработкой «компьютера для
масс», также с графическим интерфейсом и устройством
«мышь». Новая машина получила название «Макинтош».
Фирма «Эпл» представила ее в начале 1984 г., сразу
развернув мощную рекламу. «Если уж компьютеры так
умны, — говорилось в одной из реклам, —- то не лучше ли
научить их общаться с человеком, чем учить людей об-
щаться с компьютером?»
«Мак», как вскоре окрестили поклонники новую маши-
ну, быстро принес фирме «Эпл» успех: за первые 9 меся-
цев было продано 275 тыс. машин. Все восхищались пред-
видением фирмы, которая, применив новые методы ввода-
вывода, сделала «Мак» столь удобным для пользования.
Конечно, как отмечал Кей и другие специалисты, эти ме-
тоды уже не были новыми, однако с появлением «Мака»
вся компьютерная индустрия перевернулась вверх ногами.
Владельцы компьютеров других типов завидовали графи-
ческим средствам «Мака» и простоте обращения с ним.
Программы, позволявшие использовать «окна» и «мышь»
в компьютерах других моделей, раскупались нарасхват.
Двадцать лет потребовалось для того, чтобы семена
коренного изменения в стиле взаимодействия человека и
машины, посеянные Дугласом Энджелбартом и взращен-
ные Аланом Кеем, принесли, наконец, первые плоды. Но
как после появления клавиатуры и экрана невозможно бы-
ло предсказать «окна» на экране, «мышь» или «джой-
стик», так и создание этих средств не позволяет нам су-
дить о будущих тенденциях в развитии взаимоотношений
человека и машины. «Дайнабук» будет последней стадией
в развитии компьютеров как таковых, — сказал как-то Кей
о машине своей мечты. — На следующей стадии они про-
сто исчезнут».
185


МАШИНЫ
В МЕДИЦИНЕ
И ДРУГИЕ ЧУДЕСА
III IIIIIIIIIIII
Крошечная по сравнению со станком, охватывающим ее почти со всех сторон, тита-
новая отливка медленно принимает новую форму под действием быстро вращающе-
гося резца, который движется вдоль ее поверхности, снимая с нее стружку. Затем,
словно исполняя чинный менуэт, резец отходит от детали, занимая новое положе-
ние, в то время как отливка поворачивается к нему другой гранью. Всеми этими
движениями управляет компьютер, а деталь в конце концов приобретает форму од-
ного из самых экзотических «творений» компьютера —- искусственного тазобедрен-
ного сустава, сделанного точно по размерам и предназначенного для конкретного
пациента.
Раньше искусственные суставы и другие протезы изготовлялись либо полностью,
либо частично вручную. Многие чаще всего используемые протезы производятся в
массовом количестве и имеют несколько стандартных размеров, но все равно нуж-
даются в подгонке. Если, например, по рентгеновскому снимку видно, что для дан-
ного пациента стандартный искусственный коленный сустав нужно укоротить, перед
операцией его стачивают, доводя до требуемых размеров. Зачастую, однако, такая
подгонка весьма несовершенна, и хирургу в ходе операции приходится вносить допо-
лнительные поправки.
Оказывается, компьютеры вполне могут справиться с «ручной» стадией изготов-
ления протеза и, что еще важнее, устраняют возможность даже маленькой ошибки.
Сначала компьютерный осевой томограф (КОТ) рисует точную форму сустава, под-
лежащего замене. Вращаясь вокруг исследуемого участка тела, это массивное уст-
ройство испускает рентгеновское излучение. Оно не проецируется, как обычно, на
фотопленку, а, проходя через тело, попадает в специальные датчики, которые изме-
ряют интенсивность каждого пучка и передают информацию компьютеру, а тот пре-
образует полученные данные в трехмерное изображение исследуемого участка тела.
Все эти данные, по которым построено изображение, поступают в компьютер-
ную систему конструирования протезов. Она позволяет протезисту и хирургу на-
Как показано на этой компьютерной модели физиче-
ского эксперимента, при столкновении протона и ан-
типротона образуются пары более легких частиц,
которые разлетаются в противоположных направле-
ниях. Однако частицы, показанные здесь синими
пунктирными линиями, не имеют «двойников»,
движущихся в противоположном направлении. Это
загадочное явление может свидетельствовать о су-
ществовании каких-то неизвестных частиц или взаи-
модействий. При подобных исследованиях использу-
ются чувствительные датчики, информация от кото-
рых обрабатывается мощными компьютерами.
187

блюдать полученное томографом изображение на экране
и сравнивать его со стандартными моделями протезов,
хранящимися в памяти компьютера. Специалисты могут
либо воспользоваться одним из стандартных протезов, ли-
бо создать совершенно новый, подходящий для данного
пациента. За 15 мин или даже быстрее компьютер подго-
товит чертежи и другие необходимые данные для констру-
ирования механического протеза, основываясь на результа-
тах томографии и других факторах, в том числе возрасте
пациента и состоянии его здоровья. Одобренный хирургом
и протезистом чертеж конструкции передается в виде элек-
тронных сигналов на станок, изготовляющий протез. В
этом случае при операции, как правило, не выявляется ни-
каких несоответствий — протезирование оказывается ус-
пешным.
СИСТЕМЫ, ОСНОВАННЫЕ
НА СРЕДСТВАХ ВВОДА-ВЫВОДА
Описанный процесс изготовления искусственного титано-
вого протеза — прекрасная иллюстрация пути, пройденно-
го компьютерами, которые применяются теперь в сферах,
очень далеких от деловых контор и научно-исследователь-
ских лабораторий. Однако, проделав этот путь, компью-
тер зачастую теряет свою главенствующую роль, уступая
ее множеству порой довольно необычных устройств ввода-
вывода. Ныне компьютеры могут получать данные не с
перфокарт, клавиатуры или магнитной ленты, а с томо-
графов и датчиков других типов. Аналогичным образом
выходные данные компьютера, минуя традиционный
экран или печатающее устройство, могут непосредственно
управлять точными инструментами, регистрировать ре-
зультаты новейших физических исследований, контролиро-
вать обстановку в больших зданиях. Важно и то, что эти
сложнейшие системы функционируют при минимальном
вмешательстве человека, выполняя все операции последо-
вательнее, точнее и эффективнее, чем люди.
Во многих случаях подобные высокоавтоматизирован-
ные системы создаются на основе уже существующих ме-
ханических инструментов и электронных устройств. На-
пример, управляемый компьютером аппарат по изготовле-
нию искусственных суставов представляет собой
разновидность станка, т. е. принадлежит к той же катего-
рии устройств, что и токарные, сверлильные, фрезерные и
другие станки, широко применяемые на производстве.
Прежде всеми этими станками человек управлял вручную.
Однако в середине 50-х годов работа станков была частич-
но автоматизирована за счет применения управляющей
перфоленты, аналогичной той, которая используется в те-
летайпах и компьютерных устройствах ввода-вывода. Лен-
та с закодированными на ней командами вводилась в ав-
томатическое считывающее устройство, которое переводи-
ло коды в механические действия, необходимые для
изготовления той или иной детали.
Таким образом, последовательность команд, используе-
мых при изготовлении той или иной детали, можно было
закодировать и набить на ленту лишь один раз, а изгото-
вив нужное количество деталей, отложить ленту, пока
опять не потребуется данная деталь. Это значительно сни-
зило временные и материальные затраты производства.
Например, чтобы просверлить в детали 100 отверстий с
равными интервалами на станке с ручным управлением,
требовалось около 8 ч, а на станках, управляемых перфо-
лентой, та же работа занимала менее часа.
В 60-х годах себестоимость изделий удалось еще более
снизить; этому способствовало применение компьютеризо-
ванных систем автоматического проектирования и изго-
товления. Работая с такой системой, инженер мог пользо-
ваться графическими устройствами ввода типа светового
пера или «мыши» (см. с. 181), создававшими на экране и
в памяти компьютера подробное изображение детали —
клапана, ротора или лопасти турбины (см. с. 162—163).
В дальнейшем компьютер может использовать хранящиеся
в памяти данные на других этапах проектирования или пе-
ревести их в команды управления станком.
В начале 70-х годов управляемые компьютерами станки
стали объединять в комплексные гибкие производственные
системы, наиболее эффективно работающие там, где вы-
пускается разнообразная продукция сравнительно малыми
партиями. Эти системы состоят из дополняющих друг
друга машин, объединенных в комплексы, называемые
производственными ячейками. Они производят все опера-
ции, необходимые для изготовления сколь угодно слож-
ных деталей одинаковой конструкции.
Обычно каждая машина, входящая в ячейку, управляет-
ся своим микрокомпьютером. Микрокомпьютеры соединя-
ются с более мощным компьютером, координирующим
все операции в данной производственной ячейке. В свою
очередь эти компьютеры соединяются с главным компью-
тером, который управляет производственным процессом в
целом. Машины связаны конвейером, по которому детали
подаются.
В некоторых системах машины снабжены приборами,
проверяющими точность обработки детали. Специальные
датчики следят за процессом формирования детали, пере-
давая соответствующую информацию микрокомпьютеру.
Компьютер сравнивает поступающие данные с хранящи-
мися в его памяти стандартами и при необходимости вно-
сит мгновенные и тонкие поправки в работу машины. При
таком управлении режущие инструменты обрабатывают
металлические детали при допусках порядка четверти мил-
лиметра. Подобные компьютеризованные предприятия
могут работать круглосуточно при численности персонала
в несколько раз меньшей, чем на обычных заводах. Стоит
загрузить на конвейер заготовки, подлежащие обработке,
как они начинают автоматически и в правильной последо-
вательности перемещаться от одной производственной
ячейки к другой. Такой конвейер можно загружать и раз-
гружать лишь раз в день, а в течение остального времени
188

В феврале 1959 г. командование
ВВС США преподнесло в качестве сувени-
ров десятки таких алюминиевых пепель-
ниц, символизирующих новое техническое
достижение. Это — первые предметы,
спроектированные и изготовленные с по-
мощью компьютерной системы, исполь-
зующей язык программирования APT.
Этот язык, разработанный специалиста-
ми из МТИ, предназначен для управле-
ния производственными процессами.
здесь достаточно одного человека, наблюдающего за рабо-
той автоматов. Когда машины, управляемые компьютера- — - - j 1
ми, связаны в единую систему, коэффициент их использо-
вания (т. е. та часть рабочего времени, в течение которой -=
станки действуют) достигает 50—90%, тогда как коэффи-
циент загруженности отдельных машин, даже с компью-
терным управлением, составляет лишь 10—30%.
БЫСТРОЕ РЕАГИРОВАНИЕ НА СПРОС
Гибкие производственные системы (ГПС) позволяют бы-
стро реагировать на изменения рыночной ситуации, прак-
тически мгновенно расширять или сворачивать производ-
ство изделия или заменять его другим. Предприятия, не
имеющие такой системы, приходится приостанавливать
минимум на несколько часов, чтобы перенастроить или за-
менить станки в связи с изменением характера производ-
ственного процесса. На предприятиях с ГПС для перехода
на новую продукцию достаточно просто заменить про-
граммы, управляющие той или иной ячейкой.
Легкость перевода конвейера на выпуск новой продук-
ции дает возможность производить множество различных
моделей изделия, что раньше было просто немыслимо.
Например, завод компаний «Дженерал электрик» в Со-
мерсворсе, шт. Нью-Гэмпшир, оснащенный гибкой ком-
пьютеризованной системой, может выпускать 2000 различ-
ных моделей счетчиков электроэнергии, максимально при-
способленных к самым разнообразным условиям
применения с учетом порядка оплаты, способов подачи
электроэнергии в здание и т. д.
Еще одно преимущество ГПС заключается в беспреце-
дентных возможностях модификации выпускаемой продук-
ции. Например, фирма «Дир энд компани», изготавливаю-
щая сельскохозяйственное и промышленное оборудование,
таким образом организовала процесс сборки тракторов,
что может создавать разные модификации, снабжая их те-
ми или иными двигателями, колесами, передачами в соот-
ветствии с заказами торгующих фирм. Эти компоненты
извлекаются со складов и подаются на сборочный конвей-
ер в нужный момент и в нужных количествах, благодаря
чему фирма «Дир» может держать в запасе лишь неболь-
шое число готовых тракторов различных моделей. Анало-
гичным образом автомобилестроительные компании, вы-
нужденные прежде иметь большое количество разнообраз-
ных запасных частей для машин старых моделей, теперь
могут производить эти запчасти по мере надобности, фак-
тически сведя к нулю расходы на хранение и производство
избыточной продукции.
Точные обрабатывающие инструменты, применяемые в
гибких производственных системах, — хороший пример
специализированных устройств вывода, которые составля-
ют основу управляемых компьютерами комплексов. В дру-
гих приложениях, наоборот, ведущую роль играют устрой-
ства ввода. Специализированные датчики, например, спо-
собствовали значительному прогрессу в области физики
189

ПРОВЕРКА РЕАКЦИЙ
БЫСТРОЙ ОБРАТНОЙ
СВЯЗЬЮ
Человек, садящийся за руль испытательного автомобиля
в западно-берлинском исследовательском центре фирмы
«Даймлер-Бенц», попадает в чрезвычайно сложное ком-
пьютерное устройство ввода-вывода — тренажер. Пользу-
ясь методами, разработанными для обучения пилотов ре-
активных лайнеров, эта автомобилестроительная компа-
ния создала тренажер, в котором машина оказывается в
мире залитых дождем шоссейных дорог и беспечных пеше-
ходов. Человек «ведет» автомашину, реагируя на фиктив-
ные события —так формируется замкнутая цепь собы-
тие-реакция. Специалисты надеются, что эта система
поможет изучить, как ведет себя водитель в сложных или
опасных ситуациях, встречающихся в реальной жизни, и
в конечном итоге позволит создать более безопасные авто-
машины.
Этот необычный автомобиль крепится к куполу
8-метрового тренажера, поддерживаемого шестью гидравли-
ческими поршнями. Шесть проекторов, расположенных на
своде купола, показывают движущиеся сцены (скажем,
изображение ночного шоссе) па экране, охватывающем ав-
томобиль спереди. Водитель управляет автомобилем, а
тем временем датчики, связанные с рулем и педалями, по-
сылают соответствующую информацию быстродействую-
щему компьютеру, который рассчитывает динамику изме-
нения ситуации в реальном масштабе времени, решая каж-
дые 10 мс около 2000 уравнений. Результаты расчетов
поступают затеям во вторичные компьютеры, которые
управляют не только меняющимся изображением, но и
звуковыми эффектами, например визгом покрышек при
торможении. Эти компьютеры регулируют также движе-
ние самого купола, который качается и поворачивается на
гидравлических ногах, что создает у водителя реальное
ощущение движения. Новые изображения и звуки выво-
дятся 50 раз в секунду — настолько быстро, что водитель
не замечает ни смены кадров, ни временной задержки.
Пункт управления. Операторы, управляю-
щие работой тренажера, находятся непода-
леку в пункте управления (слева). Шесть
телевизионных мониторов, установленных
над приборной панелью, показывают сце-
ны, создаваемые шестью проекторами ку-
пола, а на экранах в центральной части па-
нели демонстрируется то, что происходит
на самом тренажере. Операторы поддержи-
вают связь с компьютером через термина-
лы, расположенные по обе стороны от
центральных мониторов. Орудуя многочис-
ленными переключателями и рычагами,
«экзаменатор» может менять условия ис-
пытаний, скажем вместо дождливой пого-
ды сделать солнечную, или вообще прекра-
тить испытание.
G 0 С 0 0 (1 G
Внутри тренажера. Иллюзия реаль-
ности (слева) создается у водителя
прежде всего благодаря использова-
нию настоящего корпуса автомоби-
ля «мерседес-бенц». Интерьер ма-
шины полностью соответствует на-
стоящему, но двигатель, коробка
передач и оси заменены датчиками,
регистрирующими повороты руле-
вого колеса, движение ручки тормо-
за и т. д. Специальные гидравличе-
ские устройства имитируют сопро-
тивление рулевого колеса и
педалей. Создаваемые компьюте-
ром движущиеся картины дороги
проектируются на экран, который
охватывает переднюю половину ав-
томашины. Единственное отличие
от реальной обстановки — отсутст-
вие заднего обзора.
190

Тренажерный комплекс. Тренажерный ком-
плекс занимает целое здание (внизу), цент-
ральное место в котором принадлежит соб-
ственно тренажеру (7), состоящему из 6 про-
екторов (2), и учебному автомобилю (3).
Сложная гидравлическая система (4) раскачи-
вает и наклоняет тренажер, создавая у води-
теля ощущение движения. Иногда учебный
легковой автомобиль заменяют кабиной гру-
зовика (5), на что уходит около часа. Опера-
торы на пункте управления (6), расположен-
ном на втором этаже, контролируют ход
испытаний с помощью центрального
компьютера (7).

высоких энергий. В гигантских ускорителях элементарных
частиц, главном инструменте исследований в этой обла-
сти, субатомные частицы концентрируются в пучки, кото-
рые затем ускоряются до скоростей, близких к скорости
света, и направляются навстречу друг другу. При столкно-
вениях частиц мгновенно выделяется излучение, регистри-
руемое электронными приборами, чувствительность кото-
рых так велика, что они обнаруживают следы отдельных
частиц, например пионов, протонов или электронов. Эти
данные, переданные компьютеру, превращаются в яркие
цветные изображения (см. с. 186); тем самым перед нами
как бы открывается окно в невидимый мир частиц, основ-
ных строительных кирпичиков материи и носителей
энергии.
Иногда управляемые компьютерами системы обраба-
тывают данные от многих разнообразных датчиков. К та-
ким системам относятся, например, компьютеры, коорди-
нирующие работу крупных городских учреждений. В боль-
шинстве городов мира с виду обычные здания пронизаны
«нервной системой» телефонных линий, микроволновых
каналов, волоконно-оптических «проводов» — сверхтонких
стеклянных волокон, по которым информация передается
в виде световых импульсов. И эта всевидящая, вездесущая
система управляется компьютером, играющим роль мозга.
КОМПЬЮТЕР УПРАВЛЯЕТ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ
В зданиях с наиболее высокой автоматизацией централь-
ный компьютер координирует работу целого ряда подсис-
тем, которые следят за потреблением электроэнергии,
обеспечивают охрану здания, в том числе противопожар-
ную. Центральный компьютер можно запрограммировать
так, чтобы он осуществлял определенные действия перед
приходом сотрудников, например регулировал температу-
ру в здании соответственно внешним погодным условиям,
данные о которых поступают от датчиков, расположенных
в «опорных» точках. Если на улице необычно холодно,
компьютер включает отопительную систему раньше; если
требуется кондиционирование, компьютер решает, какой
способ вентиляции экономичнее — за счет внешнего по-
ступления воздуха или внутренней циркуляции.
Помимо информации от датчиков температуры и
влажности воздуха, на центральные компьютеры многих
автоматизированных зданий поступают также сигналы от
детекторов дыма. При возникновении пожара эти детекто-
ры срабатывают, посылая сигнал компьютеру, а тот уже
автоматически оповещает пожарную охрану. Затем ком-
пьютер, включив магнитофонную запись, может через
громкоговоритель обратиться к персоналу, советуя поль-
зоваться лестницами, а не лифтами. Все лифты он может
отправить на первый этаж и заблокировать кнопки вызо-
ва, чтобы лифтами могла пользоваться только пожарная
охрана. Автоматические аварийные системы по сигналу
компьютера начнут нагнетать воздух на лестничные клет-
ки и этажи, прилегающие сверху и снизу к горящему эта-
жу, чтобы дым не распространялся по зданию; в то же
время вентиляционная система должна отводить дым не-
посредственно из зоны, охваченной пожаром.
В компьютеризованных зданиях охрана осуществляется
различными способами без вмешательства человека. На-
пример, специальные детекторы инфракрасного излучения,
которое испускает человеческое тело, могут включать и
выключать свет, когда кто-то входит (или выходит) в по-
мещение. Они также посылают сигнал центральному ком-
пьютеру, если в здание проник нарушитель.
Благодаря электронным карточкам-ключам можно
ограничить доступ в те или иные помещения. Существуют
две разновидности таких карточек: одни имеют крошеч-
ные магниты, расположенные определенным образом; в
других используется магнитная лента с записанным на ней
двоичным кодом, идентифицирующим хозяина. В памяти
центрального компьютера хранятся номера или располо-
жения магнитов на карточках всех сотрудников. Микро-
процессор, встроенный в стенную панель у входа в поме-
щение с ограниченным доступом, следит за тем, кто вхо-
дит, а в некоторых системах и запоминает, кто и в какое
время находится в помещении. Например, если админи-
страция обнаружит пропажу каких-то изделий со склада,
то компьютер всегда может подсказать, кто и когда там
побывал. (Предъявление такой карточки может внести
коррективы в работу системы отопления и кондициониро-
вания воздуха: скажем, если кто-то пришел поработать в
выходной день, компьютер автоматически переключает
систему отопления или кондиционирования из режима вы-
ходного дня в будничный.)
Компьютеры помогают также различными способами
экономить расходы, например на освещение и отопление.
Центральный компьютер может регулировать подачу
электроэнергии в помещения и системы, увеличивая или
уменьшая ее в зависимости от потребления в других ме-
стах. В случае надобности — например, в часы пикового
потребления энергии — освещение во второстепенных по-
мещениях может быть ослаблено, отключены некоторые
вентиляторы и снижена температура горячей воды. Когда
потребление опять снизится, компьютер вернет системы в
нормальный режим работы, следя за тем, чтобы суммар-
ное потребление не превысило установленного предела.
От компьютеров и устройств ввода-вывода, регулирую-
щих условия работы и обитания в автоматизированных
зданиях, иногда в буквальном смысле слова зависит жизнь
находящихся там людей — например, если система пожар-
ной тревоги не сработает должным образом. Но все же
в основном эти системы устанавливаются из соображений
экономии и удобств. А вот космические аппараты самим
своим существованием обязаны компьютерам и сверх-
сложной аппаратуре ввода-вывода. В суровых условиях от-
крытого космоса системы КА должны мгновенно реагиро-
вать на изменение давления или температуры, обнаружи-
192

вать возгорание или присутствие токсичных газов в отсеке,
где находятся люди. Помимо выполнения этих относи-
тельно несложных функций, компьютеры должны прини-
мать участие в том, что раньше мог делать только пи-
лот, — в управлении полетом.
В обычном самолете пилот сидит в кабине перед па-
нелью управления. Глядя на показания приборов и реаги-
руя на происходящее за бортом, пилот управляет
устройствами, которые регулируют работу двигателя, ме-
няют положение рулевых поверхностей, а следовательно,
скорость, наклон и направление движения самолета. Одна-
ко «космические челноки» (корабли типа «Шаттл»), запу-
скаемые НАСА, часто оказываются неустойчивыми в по-
лете, особенно в критический момент входа в плотные
слои атмосферы, когда они движутся с такой высокой ско-
ростью, что человек просто не способен синхронно реаги-
ровать. Лишь благодаря мгновенной реакции компьютера
и целому ряду разнообразных специализированных
устройств ввода-вывода, космические челноки могли ус-
пешно проходить слой атмосферы между Землей и
космосом.
СЧЕТВЕРЕННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
Системы управления полетом американских космических
кораблей серии «Шаттл» подключены к четырем универ-
сальным цифровым компьютерам, называемым орбиталь-
ными. Датчики высоты, скорости, угла наклона постоянно
передают информацию в компьютеры. Каждый из четы-
рех компьютеров обрабатывает информацию независимо
от других и посылает команды на выводные устройства,
например гидравлические системы управления рулями. На
космическом корабле эти выводные устройства служат
также последним рубежом защиты от возможных ошибок
компьютеров. Поскольку все четыре компьютера одновре-
менно обрабатывают одни и те же данные, каждый из них
должен посылать одни и те же сигналы управления на ру-
левые поверхности. Если сигналы, поступающие от како-
го-то одного компьютера, не согласуются с сигналами от
трех других, то его выходные данные путем «электронно-
го голосования» признаются недействительными. Если
расхождения сохраняются, то компьютер, посылающий не-
правильные сигналы, отключается.
Бортовые компьютеры корабля должны получать дан-
ные не только от датчиков режима полета во время входа
в плотные слои атмосферы, но и от других датчиков во
время запуска. Важность последних была лишний раз про-
демонстрирована в июле 1985 г., когда приблизительно че-
рез 6 мин после, казалось бы, безупречного старта косми-
ческого корабля «Чэлленджер» обнаружились неполадки в
одном из трех его основных двигателей.
Проносясь высоко над Атлантическим океаном со ско-
ростью около 19 тыс. км в час, «Чэлленджер» следовал
командам с Земли, предписывающим выход на орбиту в
специально предусмотренном аварийном режиме. В этом
случае экипаж пытается продолжать вывод корабля на
орбиту, даже если она отличается от расчетной. Если бы
двигатель прекратил работу на 33 с раньше, «Чэлленджер»
уже не смог бы достичь первой космической скорости и
вынужден был бы приземлиться на запасной посадочной
полосе, которая находится в Испании недалеко от города
Сарагосы. Благодаря тому что остальные два двигателя
работали на 86 с дольше, чем предусмотрено нормальным
режимом, а также за счет дополнительной тяги, создавае-
мой парой менее мощных двигателей, предназначенных
для маневрирования на орбите, командир экипажа Гордон
Фаллертон сумел вывести корабль на круговую орбиту,
высотой 304 км над Землей, что на 80 км ниже запланиро-
ванной. Хотя эта орбита не была оптимальной, семь чело-
век экипажа «Чэлленджера» смогли выполнить программу
научных исследований без особых проблем и через 8 дней
вернулись на Землю с большим количеством ценных ас-
трономических данных.
В ПОИСКАХ СЛАБОГО ЗВЕНА
Несмотря на успешное завершение программы, «Чэлленд-
жеру», бесспорно, грозила серьезная авария. За 19 преды-
дущих полетов кораблей серии «Шаттл» и 50 проведенных
в США запусков космических кораблей с людьми на борту
это был первый случай, когда один из главных двигателей
аппарата раньше времени прекратил работу. Однако по-
следующее расследование показало, что отказал не сам ог-
ромный двигатель, а установленные в нем тепловые
датчики.
Каждый из трех главных двигателей корабля серии
«Шаттл» управляется своим собственным компьютером.
К устройствам ввода каждого из компьютеров подключе-
ны по два тепловых датчика — тонкие проволочки, элект-
рическое сопротивление которых повышается с ростом
температуры. При сильном перегреве двигателя компью-
тер должен его отключить. Однако, находясь длительное
время в контакте с горячим газом, датчик может выгореть
и в результате сообщить компьютеру сильно завышенное
значение температуры. Чтобы компьютер по ошибке не
отключил двигатель, он запрограммирован так, чтобы
можно было распознавать случаи завышения температуры
вследствие повреждения датчиков и игнорировать эти
ошибочные данные.
Специалисты, восстановив последовательность собы-
тий, происшедших на борту «Чэлленджера», пришли к вы-
воду, что один из датчиков температуры центрального
двигателя явно вышел из строя и компьютер проигнориро-
вал его ошибочные показания. Но затем был поврежден
второй датчик, и ему удалось «обмануть» компьютер, по-
тому что его показание превышало порог безопасности
(1390 °F, или 754,4 °C), но было ниже значений, которые
компьютер воспринял бы как неправдоподобные. Показа-
193

ние, таким образом, было принято как правильное, и ком-
пьютер, считая, что двигатель действительно перегрелся,
отключил его на 3 мин раньше.
Инженеры НАСА устранили эту проблему при запуске
следующего «челнока», установив датчики из более тер-
мостойкого материала. Тем не менее этот инцидент еще
раз свидетельствовал, что даже самая совершенная ком-
пьютерная система хорошо выполняет свои функции толь-
ко тогда, когда получает правильную информацию. В дан-
ном случае известный принцип «мусор на входе —мусор
на выходе» едва не привел к катастрофе.
194

НАДЕЖНЫЙ
ВТОРОЙ ПИЛОТ
Быстродействие — одно из ценных свойств любой ком-
пьютерной системы, но в некоторых ситуациях практичес-
ки мгновенное прохождение информации от устройства
ввода через процессор к устройствам вывода совершенно
необходимо. В подобных случаях говорят, что компьютер
работает в реальном масштабе времени. Такой режим ра-
боты широко применяется для управления производствен-
ными процессами с целью повышения их эффективности.
Но, пожалуй, самые высокие требования в этом смысле
предъявляются к компьютерным системам реального вре-
мени, используемым там, где малейшая задержка может
привести к катастрофе, например при управлении экспери-
ментальным реактивным истребителем, который без по-
мощи компьютера вообще не способен летать.
Сверхзвуковой истребитель Х-29, о создании которого
корпорация «Груммэн аэроспейс» сообщила в 1984 г. (см.
с. 121), существенно отличается от прочих: его стреловид-
ные крылья направлены вперед, и у него отсутствуют хво-
стовые стабилизаторы. Лишь в передней части самолета,
перед крыльями, видна пара небольших крыловидных
аэродинамических поверхностей, создающих дополнитель-
ную подъемную силу. Благодаря такой необычной кон-
струкции Х-29 превосходит по маневренности любой тра-
диционный реактивный истребитель. Направленные впе-
ред крылья также снижают лобовое сопротивление, а это
означает, что Х-29 не нуждается в таком мощном и тяже-
лом двигателе, какой был бы необходим для истребителя
обычной конструкции, обладающего сравнимыми характе-
ристиками.
Однако за эти преимущества приходится расплачивать-
ся. В полете Х-29 ведет себя примерно так же, как стрела,
пущенная оперением вперед, т. е. он в высшей степени не-
устойчив. Возникающие вокруг необычного летательного
аппарата воздушные потоки могут с такой силой развер-
нуть его, что он развалится на куски менее чем за пятую
долю секунды. Чтобы эффективно противодействовать не-
устойчивости, приходится производить маленькими перед-
ними «крыльями» и другими рулевыми поверхностями до
40 коррекций в секунду — это не под силу даже самым
опытным пилотам.
Как показано на нескольких последующих страницах,
пилот управляет самолетом Х-29 с помощью компьютер-
ной системы, работающей в реальном масштабе времени.
Имеющие сложнейшее программное обеспечение три ци-
фровых компьютера управляют целой сетью высокочув-
ствительных устройств ввода-вывода. Компьютер практи-
чески мгновенно реагирует на изменение условий полета,
анализируя показания датчиков и посылая соответствую-
щие команды на рулевые поверхности, что позволяет воз-
вращать истребитель Х-29 в режим устойчивости полета,
едва он начинает от него отклоняться.
195

Надежный второй пилот
Анатомия
безотказной системы
Система, поддерживающая Х-29 в полете и не даю-
щая ему развалиться в воздухе, состоит из трех иден-
тичных наборов устройств, выполняющих независимо
друг от друга все действия по управлению самолетом.
Такой тройной запас прочности гарантирует, что ни-
какой случайный сбой не приведет к аварии. «Серд-
цем» системы служат три цифровых компьютера. Ес-
ли в одном из них происходит сбой, два других отме-
няют его ошибочные команды. В маловероятном
случае — при выходе из строя еще одного компьюте-
ра — в дело вступают три аварийных аналоговых
компьютера. Они не обеспечивают оптимального
управления, но помогают самолету благополучно до-
браться до аэродрома.
Каждый цифровой компьютер получает данные от
своего набора датчиков. Три компьютера, сравнивая
эти данные, выбирают усредненное значение каждого
измеряемого параметра и обрабатывают их по про-
грамме, содержащей формулы для любой комбинации
входных данных. Результирующие команды преобра-
зуются в аналоговые сигналы. Поскольку уровень
аналоговых сигналов меняется от компьютера к ком-
пьютеру, на устройства, управляющие рулевыми по-
верхностями, поступают усредненные сигналы. Не-
Модель с направленными вперед крыльями
Самолет традиционной конструкции устойчив в по-
лете, потому что подъемная сила, создаваемая кры-
льями, компенсируется у него направленной вниз си-
лой давления воздуха на хвостовые стабилизаторы.
Поскольку истребитель Х-29 не имеет хвостовых
стабилизаторов, он легко отклоняется то вверх, то
вниз, а маленькие передние крылья, увеличивающие
подъемную силу, делают его еще более не-
устойчивым.
смотря на всю сложность, компьютерная систем ис-
требителя Х-29 хорошо прошла все испытания
сначала на Земле, на тренажере, а затем в полете
Клмяыт.1 пиплтя
Система управления самолетом Х-29 состоит из трех
цифровых компьютеров, соединенных с избыточным
числом устройств ввода-вывода. Каждый компьютер
имеет по два микропроцессора: один контролирует
ввод-вывод, включая команды пилота, другой вы-
полняет программу, которая следит за точным и
своевременным выходом сигналов-команд.
Рулевые поверхности
197
Надежный второй пилот
Сбор данных
от сети
датчиков
Слежение за скоростью, углом атаки и другими парамет-
рами полета истребителя Х-29 осуществляется с помощью
датчиков, расположение которых соответствует их функ-
ции. Сигналы от сети датчиков поступают в три цифро-
вых и три аналоговых компьютера, расположенных в но-
совой части самолета. Поскольку датчики регистрируют
реальные физические явления, они в большинстве своем
являются аналоговыми приборами, непрерывный выход-
ной сигнал которых меняется с изменением окружающих
условий.
Важное значение имеют приборы, регистрирующие
аэродинамические параметры. На носу и по бокам перед-
ней части корпуса самолета установлены флюгеры угла
атаки, ориентация которых относительно корпуса меняет-
Г ироскоп
угла крена

Масса
Пружин а
Измерение ускорения
Акселерометр измеряет темп изменения скорости. По мере увеличе-
ния (или уменьшения) скорости самолета откалиброванная масса
внутри прибора действует с большей (или меньшей) силой на пру-
жины, ограничивающие ее движение.
Г ироскоп
угла тангажа
Г ироскоп
угла рыскания
Измерение скорости поворотов относительно
осей
Быстро вращающийся гироскоп оказывает сопротивление любому
воздействию, ведущему к изменению ориентации оси вращения (си-
ние стрелки). Анализируя величины сопротивления, зарегистриро-
ванные гироскопами угла рыскания, тангажа и крена, бортовые
компьютеры определяют скорость поворотов самолета относитель-
но вертикальной, поперечной и продольной осей.
198
находятся в одном
при измерении это-
в наиболее жесткой
ся под влиянием воздушного потока, когда самолет накло-
няется вниз или вверх. Рядом с этими приборами располо-
жены трубки Пито, измеряющие давление набегающего
потока воздуха; по их показаниям рассчитывается ско-
рость самолета.
В центральной части корпуса под крыльями находятся
9 акселерометров — по 3 на каждое из 3 направлений,—
которые измеряют ускорение самолета в продольном, по-
перечном и вертикальном направлениях. За спиной пилота
расположены 12 гироскопов — по 6 на каждый из двух
измеряемых углов: рыскания и крена.
Измерение угла атаки
Давление
встречного потока
Флюгер угла атаки фиксирует наклон корпуса самолета к направле-
нию полета. Последнее определяется направлением воздушного по-
тока (стрелки). Как и большинство самолетов, истребитель Х-29
обычно «задирает» нос даже при горизонтальном полете.
Трубка Пито измеряет скорость самолета относительно воздуха,
сравнивая две величины: статическое давление воздуха на боковые
отверстия трубки и динамическое давление набегающего воздушно-
го потока.
Статическое
давление воздуха
Флюгер угла атаки
ена
Датчики скорости
воздушного потока
Еще 6 гироскопов измеряют угол тангажа, т. е. накло-
на самолета относительно горизонтали — важный в смыс-
ле безопасности параметр для полета истребителя Х-29.
Чтобы избежать малейших искажений
го параметра, гироскопы размещены
части корпуса — перед шасси.
Шесть гироскопов каждого набора
и том же корпусе, так что расхождение в их показаниях
должно быть минимальным. Корпуса изготовлены с боль-
шой точностью, благодаря чему гироскопы имеют одина-
ковую ориентацию.
Гироскопы
угла рисками

Надежный второй пилот
Пилотирование
неустойчивого
самолета
Садясь в кабину самолета Х-29, пилот попадает в привыч-
ную обстановку: ножные педали для управления углом
рыскания, джойстик (ручной рычаг) для управления накло-
ном и креном, приборная панель с множеством сигналь-
ных лампочек и циферблатов. На первый взгляд кабина
Х-29 мало отличается от кабины обычного реактивного
истребителя F-5, и это неудивительно: кабина Х-29 скопи-
рована с F-5.
Однако за внешним сходством скрываются важные
различия. Подобно гироскопам и другим устройствам сис-
темы управления самолетом, многое из того, что мы ви-
дим в кабине пилота истребителя Х-29, уже давно приме-
нялось в обычных самолетах с механическим управлением.
Однако в новом самолете вся эта техника приспособлена =
к особым требованиям, предъявляемым электронной сис- |
темой управления.	|
В обычном истребителе джойстик и педали, которыми |
манипулирует пилот, имеют прямую механическую связь -
с гидравлическими устройствами, управляющими положе-
нием внешних рулевых поверхностей — руля направления
и элеронов. В истребителе Х-29 рычаги управления явля-
ются лишь вводными устройствами компьютера — они не
связаны непосредственно с рулевыми поверхностями само-
лета. Наклоняя джойстик или нажимая на педали, пилот
лишь посылает сигналы, поступающие на вход компьюте-
ра. Для расчета управления рулевыми поверхностями ком-
пьютеры наряду с этими данными учитывают информа-
цию, поступающую от других устройств.
201
Надежный второй пилот
Пулеметные очереди
управляющих команд
Сорок раз в секунду компьютеры истребителя Х-29, при-
нимая информацию, производят вычисления и отдают ко-
манды. В результате этих электронных процессов осу-
ществляется механическое действие аэродинамических по-
верхностей самолета: рулей направления и высоты в
хвостовой части, элеронов на задней кромке крыльев и ма-
леньких передних крыльев за кабиной пилота.
Рулевые поверхности приводятся в движение специаль-
ными устройствами (активаторами), состоящими из ги-
дравлических цилиндров с поршнями, работа которых ре-
гулируется управляющими клапанами. Активатор каждой
рулевой поверхности имеет три управляющих клапана и
двойной гидравлический поршень. Управляющий клапан,
получая сигналы от трех цифровых компьютеров, прове-
ряет, чтобы все они были идентичными, после чего изме-
няет давление жидкости в цилиндре.
Каждая из подвижных поверхностей играет свою роль в
управлении истребителем Х-29. Например, маленькие перед-
ние крылья увеличивают подъемную силу' и вместе с рулями
высоты в хвостовой части определяют наклон самолета, или
угол тангажа. Комбинированные элероны, выполняющие
функции и обычных элеронов, и закрылков, управляют уг-
лом крена и создают дополнительную подъемную силу. Они
используются также для уменьшения кривизны крыла, когда
самолет достигает сверхзвуковых скоростей.
Анатомия
гидравлических «мускулов»
Управляющие клапаны активатора регулируют
давление жидкости в цилиндре, воздействуя та-
ким образом на рулевые поверхности. Подчиня-
ясь аналоговым сигналам компьютеров, клапаны
увеличивают или уменьшают давление на двой-
ной поршень. В свою очередь поршень, переме-
щаясь, изменяет положение соответствующей по-
верхности.
Гидравлический поршень
Механическая связь
Подвижные поверхности,
обеспечивающие устойчивость
Х-29 в полете
Управляющие поверхности истребителя Х-29 со-
стоят из обычного руля направления, поворачи-
вающего самолет вправо-влево, рулей высоты,
отклоняющихся вверх-вниз на 30°, двойных ком-
бинированных элеронов, изменяющих кривизну
направленных вперед крыльев, и маленьких пере-
дних крыльев, поворачивающихся на 30° вверх и
на 60° градусов вниз, изменяя тем самым угол
тангажа и подъемную силу.
202



ЗА ПРЕДЕЛАМИ
ВОЗМОЖНОГО
Пожалуй, не было ничего удивительного в том, что Роб Мэрине прибегал к помо-
щи компьютера, когда звонил по телефону, писал письма и разрабатывал новые
программы: в начале 80-х годов, когда Мэрине учился работать со своим компьюте-
ром «Эпл-2», подобные применения ЭВМ входили в привычку. Необычными были
средства ввода-вывода, которыми он пользовался. У Мэринса, пережившего авто-
мобильную катастрофу, отнялись руки и ноги, и связь с компьютером — а через
него и со всем миром — он осуществлял голосом.
В 1977 г. в возрасте 17 лет Мэрине попал под колеса грузовика. Вскоре после
катастрофы его старший брат Гэри, радиоинженер, начал конструировать электрон-
ные приспособления, которые помогли бы Робу в меньшей степени зависеть от
окружающих. Первое из таких приспособлений по свистку управляло телевизором
и телефоном. В 1980 г., полный решимости снабдить Роба более удобными сред-
ствами и заинтересованный рекламными проспектами фирмы «Эпл», создающей
«компьютеры для всех и для каждого», Гэри написал в компанию, и группа ее ин-
женеров вызвалась разработать для Роба специальную систему на основе компью-
тера «Эпл-2-плюс». Устройство ввода этой машины состояло из микрофона, соеди-
ненного с очень сложным аппаратом — так называемым голосовым терминалом.
Этот небольшой аппарат, состоящий из аналого-цифрового преобразователя и мик-
рокомпьютера, стал как бы частью самого Роба. Терминал разбивал слова Роба
на составляющие их звуки, а затем сопоставлял их сочетания с хранившимися в
его памяти представлениями примерно 200 голосовых команд. (Эти представления
в памяти машины Роб создавал, повторяя каждую команду по несколько раз.) Об-
наружив соответствие, терминал посылал компьютеру последовательность инструк-
ций, в результате чего выполнялись команды Роба. В устройства вывода входили
электронный синтезатор речи, с помощью которого компьютер отвечал Робу, а
также контроллеры, приводившие в действие ряд других устройств и механизмов.
Ядром системы был персональный компьютер «Хэл», названный так в честь гово-
рящего компьютера из научно-фантастического романа Артура Кларка «Космиче-
ская одиссея:2001» и одноименного фильма.
Эта одинокая танцующая фигурка символизирует но-
вую эру компьютеризованной хореографии — одной
из многих областей, получивших развитие благодаря
способности компьютера преобразовывать практи-
чески любые входные данные в почти любые выход-
ные. Хореографы надеются, что усовершенствован-
ные варианты подобных мультипликационных про-
грамм помогут в будущем записывать танцы,
поставленные ими. Такие программы переводят дви-
жения танцора в фигурки, движущиеся на экране.
205

Разговор Роба с компьютером проходил примерно так.
Роб: Поиск спутника.
Компьютер: Какого?
Роб: Сатком ФЗР.
Хэл: Да, хозяин!
В это время установленная за домом Мэринса четырех-
метровая чаша антенны приходит в движение, выслеживая
что-то в небесах, затем останавливается, сфокусировав-
шись на спутнике связи, движущемся по орбите над эква-
тором на высоте около 40 тыс. км. «Какую станцию вы
хотите принимать?» — спрашивает компьютер. «Атлан-
ты,» — отвечает Роб. И через несколько мгновений теле-
визор у подножия его кровати оживает — на экране появ-
ляются телевизионные новости станции шт. Джорджия
(столица Атланта), передаваемые через спутник связи.
Года через три Гэри заменил «Эпл-2-плюс» на более
мощный персональный компьютер IBM XT, который вы-
полнял команды Роба почти вдвое быстрее. Вместо старо-
го голосового терминала Гэри установил более совершен-
ную модель, и словарь «Хэла» вырос до 800 слов. Новая
система позволяла Робу регулировать температуру в кро-
вати, в комнате и даже в аквариуме, управлять электриче-
ским освещением комнаты, говорить по домашней систе-
ме связи и включать аварийный электрогенератор. У Роба
появилась возможность диктовать письма, играть в видео-
игры и даже писать программы для больших машин, свя-
зываясь с компьютерной сетью Университета Карнеги —
Меллона в расположенном неподалеку Питтсбурге. А
ночью, не желая беспокоить своих домочадцев, Роб прика-
зывал машине «сменить тон» т. е. перейти на шепот.
Система, с помощью которой Роб Мэрине поддержи-
вал связь с внешним миром, представляет собой яркий
пример компьютерных средств — как аппаратного, так и
программного обеспечения устройств ввода-вывода,— ко-
торые помогают людям делать немыслимые прежде ве-
щи. Эти системы облегчили общение с внешним миром
людям с серьезными физическими недостатками, напри-
мер парализованным или слепым. Они также неизмеримо
расширили возможности таких видов искусства, как музы-
ка и танец.
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ МЫШЦ
В начале 70-х годов Джерралд Петровски, специалист по
физиологии и медицинской биофизике из университета шт.
Миссури, изучал способы стимуляции и управления рабо-
той парализованных мышц. Сама по себе стимуляция мы-
шечных движений не вызывала серьезных затруднений —
еще в XVIII в. итальянский естествоиспытатель Луиджи
Гальвани продемонстрировал, как электрический заряд
приводит в движение парализованную мышцу. Другое де-
ло — как управлять этим движением: ведь даже простой
сгиб ноги в колене требует сложнейшего взаимодействия
мышц. Петровски сконструировал систему, состоящую из
электродов и датчиков, соединенных с компьютером, ко-
торый координировал посылку последовательности элект-
рических импульсов, приводящих в движение мышцы но-
ги. Перейдя в 1979 г. в Университет Райта, шт. Огайо,
Петровски продолжал работать над своей системой. В
1982 г. он опробовал ее на Нэнси Дэвис, студентке местно-
го университета, у которой с 1978 г. в результате автомо-
бильной аварии были парализованы нижние конечности. К
основным мышцам ног пациентки было подключено око-
ло 30 электродов и датчиков. Маленький настольный ком-
пьютер управлял электродами, стимулировавшими работу
тех мышц, которые позволяли Дэвис крутить педали ста-
ционарного велосипеда, восстанавливая мышечный тонус.
Затем Петровски и Дэвис приступили к ходьбе. На од-
ной из стадий эксперимента для этого использовалась
компьютерная программа из 2721 инструкций, повторяв-
шихся 250 раз в секунду. Датчики обеспечивали обратную
связь, благодаря чему компьютер следил за движениями
голени, колена и бедра, внося коррективы, помогавшие
пациентке удерживать равновесие. Компьютер изменял ве-
личину напряжения, приложенного к мышцам, четыре ты-
сячи раз в секунду. И хотя движение пациентки были неу-
клюжими и дерганными, система все же работала. В
1983 г. Петровски заменил настольную систему весом 60 кг
маленьким карманным компьютером размером с кошелек,
и на выпускной церемонии в университете Дэвис смогла по-
дойти к президиуму и получить свой диплом бакалавра —
под шумную овацию поднявшихся со своих мест восьми
тысяч человек. Впервые за пять долгих лет Дэвис обрела
способность самостоятельно двигаться.
Благодаря компьютерной системе мышечной стимуля-
ции и координации, разработанной Петровски, Нэнси Дэ-
вис встала на ноги. Управляемая голосом система, кото-
рую Гэри Мэрине построил для своего брата, дала воз-
можность парализованному Робу Мэринсу общаться с
окружающим миром. Многим другим людям компьюте-
ры, оснащенные сложными устройствами ввода-вывода,
позволили делать совершенно немыслимые прежде вещи.
Хомер Пейдж понял это в 1978 г., когда решил выдвинуть
свою кандидатуру на выборах в местные судебные
органы.
ПРЕДВЫБОРНАЯ КАМПАНИЯ
Пейдж, занимавшийся разработкой программ обучения
для инвалидов, страдал очень серьезным недостатком,
весьма редким для начинающих политиков,— он был сле-
пым. Но когда избиратели спрашивали его, причем неред-
ко, как он собирается читать огромное количество разного
рода юридических материалов, он рассказывал о замеча-
тельном устройстве, преобразившем всю его жизнь.
Пользуясь этим устройством размером с «дипломат»,
Пейдж во время предвыборной кампании без особого тру-
да изучал сотни различных документов и писем. Документ
укладывался текстом вниз на стеклянную поверхность уст-
ройства, и фотоэлементы строка за строкой сканировали
206

страницу, преобразуя формы букв в электрические сигна-
лы. Портативный компьютер анализировал сигналы, рас-
познавая каждую букву, а затем группируя их в слова. Со-
гласно правилам, заложенным в программу машины, ком-
пьютер определял, как должно произноситься каждое
слово, и приводил в действие речевой синтезатор (подоб-
ный тому, что имел Роб Мэрине), который мог произно-
сить до 225 слов в минуту. Пользуясь специальными кноп-
ками, Пейдж заставлял машину повторять или пропускать
какие-то фрагменты текста, либо помечать те места, ко-
торые он хотел снова прочесть позже.
Пейдж не набрал нужного количества голосов, но ре-
шил не бросать политику, убедившись, что вполне успеш-
но справляется с работой. Читающая машина, так помо-
гавшая Пейджу, и сама хорошо зарекомендовала себя. В
начале 80-х годов подобные устройства стали появляться
в общественных библиотеках. Люди со слабым зрением
или полной потерей его отныне не нуждались в «чтецах»
и могли сами читать матералы, не предназначенные спе-
циально для слепых.
Читающая машина была детищем молодого инженера
Рэймонда Керцвейла, отличавшегося новаторским подхо-
дом к конструированию специализированных устройств
ввода-вывода. Метод, заложенный в ее основу и позволяв-
ший машине читать практически любые печатные доку-
менты, привлек внимание Керцвейла еще в конце 60-х го-
дов, в период учебы в Массачусетском технологическом
институте. На занятиях по информатике любознательный
студент столкнулся с одной из самых трудных задач в об-
ласти искусственного интеллекта (ИИ): как запрограмми-
ровать компьютер, чтобы он мог улавливать общность в
различных версиях одного и того же объекта? Способ-
ность распознавать образы (как это называют специали-
сты по ИИ) дает компьютеру возможность, помимо всего
прочего, узнавать и печатные буквы, независимо от
шрифта.
Одна такая система распознавания букв начала приме-
няться еще в конце 50-х годов, когда банки стали пользо-
ваться магнитными чернилами для записи чисел на персо-
нальных чеках. Однако считывающее устройство могло
работать лишь со стилизованным шрифтом. Универсаль-
ная система чтения текстов должна была распознавать до
300 наиболее распространенных шрифтов различных раз-
меров и формы, причем ее не сбивали с толку текстура
и цвет бумаги, пятна и кляксы, не полностью пропечатан-
ные буквы и т. д.
Керцвейл был начинающим предпринимателем (он уже
разработал одну коммерческую программу для поступаю-
щих в колледжи, получив вместе с партнером за это около
100 тыс. долл.). Поэтому коммерческие перспективы чита-
ющей машины не ускользнули от его внимания. Закончив
в 1970 г. институт и став консультантом по программиро-
ванию, он долго прокручивал в уме эту идею. Решение
проблемы распознавания образов возникло у него не сра-
зу. «Это не явилось как озарение,— писал Керцвейг поз-
же,— мне пришлось долго и упорно работать, двигаясь
к цели методом проб и ошибок».
В 1973 г. Керцвейл смог приступить к разработке чита-
ющей машины как коммерческого изделия. Он организо-
вал собственную компанию «Керцвейл компьютер про-
дакте» и, походив по коридорам МТИ и Гарвардского
университета, собрал целый коллектив специалистов по
различным областям знаний, включая лингвистику, фоне-
тику, электронику, механику, программирование, оптику,
обработку изображений и педагогику. Молодое предприя-
тие страдало от недостатка средств, ютилось в одной
комнате обветшалого здания в Кембридже. Отсутствие
денег на выплату зарплаты и просроченные счета стали
привычным явлением. Тем не менее к началу 1975 г., спу-
стя лишь 18 месяцев после возникновения компании, дей-
ствующая модель читающей машины была готова. Через
год первый коммерческий образец поступил в продажу,
сразу завоевав всеобщее признание: это было самое важ-
ное изобретение для слепых со времени создания (1829)
Луи Брайлем специального рельефно-точечного шрифта.
МУЗЫКАЛЬНОЕ ВДОХНОВЕНИЕ
Новую задачу поставил перед Керцвейлом один из первых
обладателей машины, слепой рок-музыкант и певец Стиви
Уандер. Услышав о читающей машине, Уандер посетил
Керцвейла и был настолько поражен ее возможностями,
что тотчас приобрел это удивительное устройство.
На протяжении последующих нескольких лет Керцвейл
и Уандер поддерживали контакты. Изобретатель не раз
посещал Уандера в его студии в Лос-Анджелесе, и певец
внес ряд полезных предложений по усовершенствованию
читающей машины. В середине 1982 г. Уандер заявил, что
хотел бы иметь другую машину — электронный инстру-
мент, способный точно воспроизводить звуки фортепьяно
или любого другого музыкального инструмента. В то вре-
мя электронные синтезаторы музыки уже существовали,
но Уандера они не удовлетворяли, так как по красоте и
сложности звучания намного уступали музыкальным ин-
струментам. Керцвейл мало интересовался музыкой, хотя
его отец был дирижером симфонического оркестра, но все
же решил попробовать сделать устройство, о котором
мечтал Уандер. Однако если в первом своем изобретении
он, можно сказать, был первопроходцем, то здесь вступил
на уже исследованную территорию.
Хотя к началу 80-х годов компьютерная музыка еще
только зарождалась, собственно электронная музыка име-
ла длительную историю. Одним из первых инструментов,
производивших звуки чисто электрическими средствами,
была телгармония, сконструированная американским
предпринимателем Тадеушем Кахилом в конце 80-х годов
прошлого столетия. Это устройство передавало создан-
ную им «электрическую музыку» по телефонной сети в
квартиры, отели и рестораны, где она проигрывалась че-
207

рез мегафоны, соединенные с телефонным аппаратом. На
телгармонии можно было играть, как на обычном органе,
она имела двойную клавиатуру и несколько регуляторов,
позволявших регулировать тембр. Звук производили 35
специальных ротационных генераторов, каждый мощнос-
тью в несколько киловатт. Столь высокая мощность была
необходима ввиду больших потерь в сети трансляции.
Телгармония весила свыше 200 т и для ее транспортиров-
ки требовалось не менее дюжины железнодорожных
вагонов.
Один из этих чрезвычайно непрактичных музыкальных
инструментов был установлен в 1906 г. в концертном зале
Манхэттена, Нью-Йорк, вызвав поначалу изумление слу-
шателей. Никогда прежде им не приходилось слышать та-
ких чистых, с математической точностью построенных
звуков. Однако очень скоро новшество наскучило. Как за-
метил один из музыкантов, игравших на этом инструмен-
те, «его весьма своеобразное звучание, наполнявшее все
вокруг, быстро начинало действовать на нервы». С появ-
лением радио судьба изобретения Кахила была решена.
Однако принципы, лежащие в основе телгармонии, не
утратили своей силы и в течении нескольких десятилетий
находили применение то там, то здесь. Например, на Па-
рижской выставке 1929 г. Эдуард Е. Купле и Жозеф А.
Живле продемонстрировали свой «автоматический музы-
кальный инструмент на электрических генераторах» — че-
тырехголосый синтезатор звуков, управляемый перфолен-
той. Орган Хэммонда, «дебют» которого состоялся в
1935 г., по существу представлял собой осовремененный ва-
риант инструмента Кахила: огромные ротационные генера-
торы телгармонии были заменены устройствами разме-
ром с серебряный доллар, сигналы которых усиливались
электронными лампами. А в 50-х годах фирма FRC (Ame-
rican Radio Corporation) разработала синтезатор, в кото-
ром звук генерировался и видоизменялся электрическими
средствами.
НЕУКЛЮЖИЕ МУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
Внешне синтезатор ARC был похож на компьютеры того
времени: его электронные лампы и провода занимали це-
лую комнату. Однако по принципу действия он скорее на-
поминал электронный вариант «механического пианино»,
которое управлялось двоичными кодами, пробитыми на
широкой бумажной перфоленте. Даже его усовершенство-
ванная модель, синтезатор «Марк II», одновременно мо-
гла воспроизводить не более двух тонов. Сложные музы-
кальные фразы составлялись путем предварительной запи-
си пары тонов на пластинку, затем воспроизводились два
новых тона и одновременно проигрывалась пластинка; эта
комбинация звуков записывалась уже на другую пластин-
ку. Повторением таких циклов удавалось добиться много-
голосого звучания, однако процесс был длительным и
сложным. И все же фирма RCA надеялась сэкономить не-
малые деньги за счет такого дешевого музыкального со-
провождения к радио и телевизионным программам. По-
говаривали даже о том, чтобы записывать синтетическую
музыку на пластинки для широкой продажи.
Синтезатор фирмы RCA «Марк И» выглядел весьма
впечатляюще, но был слишком дорог и сложен, поэтому
электронная музыка оставалась в руках лишь узкого круга
специалистов. Компания RCA подарила один синтезатор
центру электронной музыки «Колумбия-Принстон», осно-
ванному в 1959 г. Американский композитор Мильтон
Бэббит, проявив смелость, одним из первых стал широко
использовать этот инструмент в своих сочинениях. В кон-
це 60-х годов электронная музыка начала завоевывать по-
пулярность.
Инструмент, вызвавший эти перемены, изобрел «неза-
висимый инженер» Роберт Моуг, живший тогда в Трум-
менсбурге, шт. Нью-Йорк. Моуг разрабатывал свое уст-
ройство по частям. Сначала по просьбе своего друга ком-
позитора Герберта Дейча он построил управляемые
напряжением генераторы и усилители. (Генератор создает
периодический электрический сигнал, частоту которого
можно регулировать, меняя напряжение на генераторе.)
Со временем отдельные компоненты были объединены в
аналоговый музыкальный синтезатор, что дало возмож-
ность управлять сразу многими одновременно звучащими
тонами. Более того, высоту тона можно было быстро из-
менять даже в процессе исполнения. Именно инструмент
Моуга впервые позволил сделать то, о чем мечтали созда-
тели «Марка II»,— записать пластинку электронной музы-
ки. В 1968 г. молодой музыкант Уолтер Карлос записал
серию пластинок с произведениями Иоганна Себастьяна
Баха, исполненными на электронном синтезаторе. Эти
пластинки и новый музыкальный инструмент так ярко
продемонстрировали возможности электронной музыки,
что долгие годы имя его изобретателя прочно связыва-
лось с любым синтезатором музыки. Вскоре композиторы
стали писать сочинения специально для синтезаторов Моу-
га, которые завоевывали все большую популярность у лю-
бителей музыки.
СВЯЗЬ С МАТЕМАТИКОЙ
Пока электронная музыка, создаваемая аналоговыми син-
тезаторами, внедрялась в массовую культуру, проводи-
лись эксперименты и по использованию для этих целей ци-
фровых компьютеров. Так называемая западная музыка,
построенная по четким законам математической гармо-
нии, легко поддается цифровому представлению. В конце
50-х годов, занимаясь исследованиями по искусственному
синтезу голоса, инженер фирмы «Белл телефон лаборато-
рис» Макс Мэтьюз начал экспериментировать с компьюте-
рами, в которых для генерирования звуков речи использо-
208

Ввод информации глазами
Благодаря тому, что электрические импульсы можно пре-
образовывать в цифровой код (именно на этом основаны
компьютерные системы ввода), удалось создать самые
разнообразные и удивительные устройства, к числу кото-
рых относится и система ввода информации «Айскен
комьюникейтор». Следуя за движениями глаза, устрой-
ство преобразует их в сигналы, передаваемые компьюте-
ру. Имея такую систему, люди, лишенные способности го-
ворить или пользоваться клавиатурой, могут общаться с
внешним миром при помощи компьютера.
Пока изготовлен лишь опытный образец устройства,
который выглядит обманчиво просто. Цилиндр размером
с маленькую солонку прикрепляется к линзе очков (внизу).
В основании цилиндра находится кольцо с шестью инфра-
красными светодиодами и шестью фотоэлементами. Внут-
ри кольца — дисплей шестиугольной формы, на который
нанесены буквы алфавита и знаки препинания. Когда чело-
век смотрит на дисплей и составляет слова, последова-
тельно фокусируя зрачок на определенных буквах, датчики
фиксируют изменения в направлении инфракрасного излу-
чения, отраженного от поверхности глаза. Электрические
сигналы передаются с датчиков по проводам либо обыч-
ному персональному компьютеру, либо специальному
микропроцессору с небольшим экраном. «Подключив-
шись» таким образом к компьютерным сетям, человек
может писать письма, звонить по телефону
и даже делать покупки. Однако,
как считает изобретатель этого
устройства Мартин Кинг,самое
полезное применение его,
видимо, совсем простое:
«Многим людям всего
лишь хочется иметь
возможность сказать
кому-то “Привет”».

В системе «Айскен комьюникейтор»
(вверху) для регистрации каждого знака,
выводимого на экран с помощью ком-
пьютера, используется так называемый
приницип двойной фиксации. Сначала
пользователь смотрит на шестиугольник,
содержащий желаемую букву (например,
А), а затем на шестиугольник, обведен-
ный тем цветом, который имела буква
(синий). При этом датчикам приходится
регистрировать лишь шесть основных
позиций зрачка, а не десятки. Команды
задаются двухбуквенными сочетаниями,
ошибочные знаки стираются направлен-
ной назад стрелкой («клавишей
возврата»).
209

вался цифро-аналоговый преобразователь. Мэтьюз, увле-
кавшийся игрой на скрипке, быстро оценил возможность
применения полученных им результатов в музыке и вовлек
в это дело других.
В 1960 г. Мэтьюз и его коллеги создали программу
«Мьюзик» (MUSIC), следуя которой компьютер синтези-
ровал музыкальные и другие звуки. Вскоре в фирме «Белл
телефон лабораторис» было написано первое музыкальное
произведение. Пьеса, которая содержала также фрагмен-
ты не очень качественной синтезированной речи, называ-
лась «Вариации тона». Исполненная лишь несколько раз
перед сравнительно узкой аудиторией, она не вызвала осо-
бого восторга у слушателей. Как заметил один из коллег
Мэтьюза, пьеса была «остроумно и тонко построена, но
это не дошло до слушателя».
Однако Мэтьюз и его коллега, инженер Джон Пирс, не
сдавались. Они сочинили еще несколько пьес, в более тра-
диционном стиле. 1961 г. они записали пластинку под на-
званием «Музыка математики» и разослали ее таким
крупным музыкальным авторитетам, как Аарон Копланд,
в надежде, как выразился Пирс, «пробудить интерес среди
настоящих композиторов». Но Копланд в вежливой фор-
ме дал понять, что не склонен к подобным новациям:
«Возвожности тут открываются головокружительные, и,
будь мне 20, я бы несомненно заинтересовался ими, но в
моем возрасте я могу оставаться лишь наблюдателем, с
интересом ожидающим, что произойдет дальше».
А дальше последовала длительная борьба за призна-
ние. Мэтьюз продолжал совершенствовать свои програм-
мы для синтеза музыки. В 1969 г. он создал программу
«Мьюзик V», которая превращала большой универсаль-
ный компьютер типа «Системы-360» фирмы ИБМ или
PDP-10 в музыкальный инструмент. По существу, сочине-
ние музыкального произведения с помощью программы
происходило в два этапа. Сначала требовалось математи-
чески описать характеристики тех музыкальтых инстру-
ментов, которые компьютер должен был имитировать.
После этого писалась партитура, в которой соединялись
партии имитируемых инструментов. Затем, как и в любой
компьютерной программе, вся информация переводилась
в двоичные числа — но только в данном случае эти числа
представляли не текст или какие-нибудь другие данные
обычного типа, а частоты и амплитуды музыкальных зву-
ков. Компьютер обрабатывал эти числа, получая новые,
которые в совокупности составляли звуковой файл, запи-
санный на магнитной ленте. Эту запись можно было мо-
дифицировать. Когда музыкант хотел прослушать свое со-
чинение, компьютер отыскивал нужный файл и, считав
его, передавал двоичные сигналы на цифро-аналоговый
преобразователь, соединенный с усилителем.
Система была мощной, но действовала крайне медлен-
но: чтобы синтезировать музыкальную фразу продолжи-
тельностью в 1 с, требовалось огромное количество вы-
числений, и композитору после ввода всех параметров его
сочинения в компьютер приходилось ждать минутами и
даже часами, пока магнитная запись будет готова для
прослушивания.
Несмотря на все трудности и неудачи компьютерного
музыкального творчества того времени, пионерские экспе-
рименты Мэтьюза в этой области привлекали внимание
молодых композиторов, которые стали приезжать в 60-х
годах в «Белл телефон лабораторис», чтобы попрактико-
ваться. Поскольку при использовании программ Мэтьюза
на вход компьютера не требовалось подавать звуков, гене-
рируемых аналоговыми устройствами, музыканты могли
придумывать все, что угодно. Одним из первых компанию
«Белл телефон лабораторис» посетил студент факультета
музыкальной композиции Станфордского университета
Джон Чаунинг, который, познакомившись с работами
Мэтьюза по компьютерной музыке, решил съездить к не-
му «за опытом».
КОРОТКИМ ПУТЕМ К СЛОЖНОМУ СИНТЕЗУ
Вернувшись в Калифорнию, Чаунинг зачастил в лаборато-
рию искусственного интеллекта Станфордского универси-
тета и не упускал любой возможности поработать с ком-
пьютером. Несколько лет он занимался исследованиями
«на стыке» музыки и вычислительной техники. В 1973 г.
Чаунинг опубликовал статью, которой суждено было ока-
зать заметное влияние на дальнейшее развитие компью-
терной музыки. Разработанная Чаунингом теория цифро-
вой частотной модуляции, ЦЧМ (см. с. 228—229), привела
к появлению программных методов, которые позволяли
синтезировать на компьютере богатые и сложные по зву-
чанию музыкальные произведения без долгих вычислений.
Прямое исполнение компьютерной музыки перестало ка-
заться несбыточной мечтой. В 1975 г. Чаунинг основал
Центр компьютерных исследований в музыке и акустике
(ЦКИМА), где вскоре закипела бурная деятельность ком-
позиротов и исполнителей. Аналогичные центры стали
организовываться по всем США и в Европе; молодых му-
зыкантов чрезвычайно привлекали творческие перспекти-
вы, открывавшиеся благодаря компьютеру. Один из ком-
позиторов, членов ЦКИМА, заявил: «Мы получили воз-
можность перемещать звуки в пространстве, добавлять
эхо, а голос певца, поющего в маленькой комнате, застав-
лять звучать так, словно он поет в огромном соборе».
В Париже известный композитор и дирижер Пьер Буле
организовал в 1977 г. Координационно-исследовательский
институт акустики и музыки. На протяжении нескольких
последующих лет Буле работал над музыкальной пьесой
«Ответ». Исполненная впервые в 1981 г., она была напи-
сана для оркестра, состоявшего из музыкантов трех
групп. Инструментальный ансамбль из 24 музыкантов
размещался на платформе в центре, лицом к дирижеру.
210

На этой ленте длиной около 20 м, кото-
рую держат в руках композитор Майкл
Мак-Набб (на переднем плане) и его кол-
леги по Центру компьютерных исследо-
ваний в музыке и акустике при Стан-
фордском университете, записана парти-
тура музыкальной пьесы. Ее можно
отпечатать как в стандартных нотных
знаках, так и в показанной здесь форме,
где продолжительность звучания нот
определяется длиной линий, измеряемых
по нанесенной на ленту шкале.
По бокам, тоже на платформах, располагались солисты.
Их инструменты (электроорган, цимбалы, виброфон, кси-
лофон и два фортепьяно) соединялись кабелями с цент-
ральной электронной системой. Расположенная за спина-
ми дирижера эта система, управляемая несколькими тех-
никами, группировалась вокруг центрального компьютера
марки 4Х, созданного в Институте акустических и музы-
кальных исследований. Действие музыкальной рабочей
станции 4Х (так называлась эта система) основывалось на
нескольких методах звукового синтеза, в том числе и ме-
тоде ЦЧМ. Она могла достаточно быстро видоизменять
звуки, исполняемые солистами, и, таким образом, сама
действовала как музыкальный инструмент. Пьеса «Ответ»
получила благоприятные отзывы специалистов (один из
критиков сравнил сложную симфонию звуков этого 18-
минутного концерта с «вращением гигантского колеса в
пространстве»), и Буле продолжал работать над ней, за
несколько лет увеличив ее продолжительность вдвое. Это
музыкальное произведение было ярким свидетельством
того, что компьютерная музыка готова покинуть стены
лаборатории. Крупногабаритные цифровые компьютеры,
с которыми приходилось иметь дело первопроходцам ком-
пьютерной музыки, Чаунингу и Мэтьюзу, не позволяли
проводить концерты на сцене. С появлением интеграль-
ных схем и дешевых полупроводниковых систем компью-
терной памяти размеры и стоимость музыкальных синте-
заторов значительно уменьшилось. Японская фирма
«Ямаха», занимавшаяся изготовлением аналоговых элек-
тронных синтезаторов, сходных с синтезаторами Моуга,
быстро оценила возможности цифровой ЧМ и приобрела
лицензию на право пользоваться патентами ЦКИМА. В
1980 г. компания разработала цифровой ЧМ-синтезатор с
клавиатурой размером, как у пианино. Синтезатор можно
было программировать на несколько разных голосов, ко-
торые записывались фирмой на магнитных карточках. По-
сле этого события развивались стремительно. По предло-
жению Уандера, Керцвейл организовал новую компанию,
которая к 1983 г. создала образец портативного синтеза-
тора-фортепьяно. Устройство было настолько совершен-
ным, что многие слушатели — даже профессиональные
музыканты — с трудом отличали его звучание от звуча-
ния концертного рояля. «Ямаха» продолжала выпускать
синтезаторы, совершенствуя их от модели к модели: они
уменьшались в размерах, становились все более универ-
сальными и дешевыми.
Обладая большей памятью и более сложным про-
граммным обеспечением, цифровые музыкальные синтеза-
торы по существу превращались в специализированные
компьютеры. Когда появились программы для сочинения
и исполнения музыки на универсальных микрокомпьюте-
рах, возникла проблема совместимости. В августе 1983 г.
ведущие компании по выпуску синтезаторов пришли к со-
глашению относительно общих стандартов в аппаратуре
211
Устройства
в помощь
космонавтам
Для экипажа космического корабля серии «Шаттл» любые
ремонтные или эксплуатационные работы, требующие вы-
хода в космос, сопряжены с большими трудностями. Гро-
моздкие скафандры стесняют движения, а в космической
невесомости инструменты и всяческие пособия вроде тех-
нического руководства могут легко уплыть в простран-
ство. Отчасти проблема решается за счет того, что неко-
торые вспомогательные средства встраиваются непосред-
ственно в костюм или шлем космонавта.
На этом и следующем разворотах показаны два вида
экспериментальных космических костюмов, разработан-
ных в НАСА. В первой модели (внизу) на внутреннюю по-
верхность «окна» шлема проецируется пара контурных
изображений, которые, не закрывая космонавту поля зре-
ния, представляют различные чертежи, схемы и другие
даннае, передаваемые бортовым компьютером. В другом
варианте костюма (справа) движущиеся изображения по-
казываются с помощью видеокамеры. За этими изображе-
ниями одновременно можно следить с Земли, из центра
управления полетом, что позволяет давать рекомендации
по ходу работы на орбите. В обоих вариантах использу-
ются система распознавания речи, которая дает космонав-
ту возможность менять изображения по звуковой коман-
де, освобождая его руки для работы.
В космическом костюме астронавтки, вышедшей
в открытый космос, имеется микропроцессор,
который преобразует радиосигналы в изображе-
ния, проецируемые на внутреннюю поверхность
шлема. Ее партнер (справа) снабжен видео- и
фотокамерами, а т«кже запоминающим устрой-
ством; данные с выходов всех этих устройств
Фотообъектив
Микрофоны
® J ft _ ~E
Экран фотоаппарата
Видеоэкран Видеокамера
Запоминающее
устройство




и программном обеспечении, что позволяло производить
обмен цифровыми данными между электронными музы-
кальными инструментами. Система стандартов МИДИ
(MIDI — Musical Instrument Digital Interface) дает возмож-
ность соединять синтезаторы друг с другом и с компьюте-
ром через специальные разъемы — порты МИДИ. В при-
нципе такие же разъемы используются для соединения
компьютеров с обычными устройствами ввода-вывода ти-
па принтера.
ОРКЕСТР СОГЛАСОВАННЫХ ИНСТРУМЕНТОВ
Решение проблемы совместимости синтезаторов между
собой и с компьютерами явилось знаменательным дости-
жением; подобное произошло двумя десятилетиями рань-
ше, когда фирма ИБМ разработала «Систему-360». Те-
перь, пользуясь одним синтезатором и его клавиатурой
как основным инструментом и программируя другие син-
тезаторы так, чтобы они имитировали звучание разноо-
бразных музыкальных инструментов, музыкант мог
управлять игрой целого оркестра. Подбирая нужные про-
граммы, один-единственный музыкант мог исполнять
сложные многоголосые произведения, что раньше было
под силу только оркестру, играющему в студии звукозапи-
си. Располагая компьютером с интерфейсом МИДИ, му-
зыкант может ввести ноты с клавиатуры (либо синтезато-
ра, либо компьютера — в зависимости от программного
обеспечения), записать их на магнитный диск или ленту,
затем отредактировать пьесу и проиграть ее на одном или
нескольких синтезаторах. По мнению Роберта Моуга, при-
ход компьютеров в музыку предвещает глубокие переме-
ны: «Я думаю, что мы вскоре увидим компьютерные до-
машние музыкальные системы, которые заменят детям,
занимающимся музыкой, пианино».
В отличие от музыки с ее математически точными за-
конами гармонии другие виды искусства, менее поддаю-
щиеся формализации, компьютеры «осваивают» труднее.
Что касается изобразительного искусства, то некоторые
художники-авангардисты уже начали разрабатывать при-
емы компьютерной графики, которая в 70-х годах прочно
вошла в телевидение и кинематограф. Реакция на новый
вид живописи была, мягко говоря, сдержанной, но в нача-
ле 80-х годов благодаря появлению персональных компью-
теров со средствами графического ввода компьютерная
графика получила широкое распространение и перестала
выглядеть чем-то необычным.
Компьютеры проникают также в искусство танца, ко-
торое, как говорят, не имеет своей «письменности». Хотя
существует несколько систем нотаций (обозначений) для
записи хореографии, они очень трудоемки. Редко кто хо-
рошо владеет этими системами, и даже самым квалифици-
рованным из них, чтобы уловить все движения, приходит-
Изобретатель Рэймонд Керцвейл демон-
стрирует компьютерную клавиатуру
«Керцвейл-250», воспроизводящую бога-
тое звучание пианино, гитары, трубы и
не менее 27 других инструментов. Секрет
устройства — банк памяти, в котором
хранятся сложные звуки каждого музы-
кального инструмента, представленные в
форме математических моделей.
216

Танцовщица имитирует позы фигурки на
экране компьютера. Специальные датчи-
ки (гониометры), закрепленные на суста-
вах танцовщицы, передают данные о
движении ее ног в компьютер. Эта систе-
ма — часть экспериментального обучаю
щего устройства, которое позволит в бу-
дущем записывать хореографию танцев и
демонстрировать их на экране с по-
мощью вполне правдоподобных танцую-
щих фигурок.
ся не менее четырех раз смотреть один и тот же танце-
вальный фрагмент. Поэтому на запись вручную даже
сравнительно короткой балетной постановки уходят иног-
да недели. Неудивительно, что письменного архива миро-
вого хореографического репертуара практически не суще-
ствует. Более того, ни одна система записи не дает «пар-
титуры», которой танцор мог бы следовать в своих
движениях подобно тому, как музыкант следует нотам,—
чтобы разучить танец, необходимо понаблюдать за его
исполнением.
В начале 70-х годов хореографы, объединив свои уси-
лия со специалистами по вычислительной технике, пред-
приняли попытку разработать систему, которая позволила
бы зафиксировать основные шаги и движения танца.
Одним из первых стал экспериментировать в этой области
Томас Калверт, специалист по биомедицинской технике из
Университета Саймона Фрейзера в провинции Британская
Колумбия (Канада), который специализировался на изуче-
нии движений; он решил соединить компьютерную графи-
ку с одной из наиболее распространенных систем хорео-
графической нотации.
Первые программы Калверта моделировали танец на
экране при помощи «фигурки из палочек», которая в ре-
альном темпе выполняла команды модифицированной хо-
реографической нотации, вводимые с клавиатуры. Однако,
глядя на эту символическую фигурку, зачастую трудно
было сказать, где у нее перед, где зад, поворачивается ли
она по часовой или против часовой стрелки. В начале 80-х
годов, когда с появлением более мощных компьютерных
средств несколько расширились возможности машинной
мультипликации, Калверт добился в изображении иллю-
зии глубины: у того края фигурки, который поворачивался
в сторону от наблюдателя, линии контура (теперь утол-
щенного) утончались, а у края, приближающегося к на-
блюдателю, возникали. Позу фигурки можно было ме-
нять, набирая на клавиатуре простые команды типа «про-
тянуть руку». Более сложные движения требовали целого
набора команд. Когда компьютер интерпретирует записи
хореографической нотации, движения на экране порой по-
лучаются угловатыми. Калверт попытался устранить этот
дефект, запрограммировав интерпретацию более 50 ко-
манд обычного английского языка; это позволило сгла-
дить движения при ходьбе или прыжках.
Затем Калверт начал работать над системой, которая
позволила бы вводить движения в компьютер без помощи
клавиатуры. В этой системе применяются гониометры,
прикрепленные к суставам танцора. Эти угломерные при-
боры, аналогичные датчикам, помогавшим Нэнсц Дэвис
(см. с. 206) удерживать равновесие, посылали через анало-
го-цифровой преобразователь электрические сигналы ком-
пьютеру, который заставлял фигурку на экране повторять
позу танцующего. Системы подобного рода можно приме-
нять для записи танца либо в форме нотации, либо в фор-
ме мультипликации, т. е. движений фигурки на экране.
217

Художественная
мозаика
Пожалуй, ни к одной другой форме компьютерного выво-
да не относятся столь скептически, как к компьютерной
живописи. Критики оспаривают ее достоинства уже в те-
чение двух десятилетий. Однако многие художники, вклю-
чая авторов представленных здесь работ, считают ком-
пьютер удобным инструментом. Дэвида Эма, например,
очень привлекает возможность управлять каждой точкой
изображения (внизу). Художники-мультипликаторы ком-
пании «Лукасфилм» стремятся к фотографическому ре-
ализму (вверху на противоположной странице), тогда как
известный художник Кит Хэринг просто испытывает удо-
вольствие, перенося свои произведения в новую среду
(внизу на противоположной странице). Хэролд Коэн, де-
лающий эскизы с помощью программы, которая рисует
произвольные линии (справа), интересуется не столько ко-
нечным результатом машинной живописи, сколько реак-
цией тех, кто наблюдает за работой машины, оценивая ее
художественные замыслы.
«Черепаха» — катящееся устройство с пе-
ром (справа), — управляемая художни-
ком Хэролдом Коэном с помощью ком-
пьютера, создает нечто, напоминающее

ЖИёЖШВЙ
Кит Хэринг сделал этот компьютерный
рисунок (справа) в Токио в 1982 г. Изо-
бражение было сфотографировано с экра-
на компьютера.
Этот рисунок, (слева), сделанный Дэви-
дом Эмом с помощью четырех объеди-
ненных графических программ, представ-
ляет собой один из кадров мультфильма.
Кадр из фильма «Приключения Андрэ и
Уолли П.» (вверху), созданного компани-
ей «Лукасфильм», полон вполне реали-
стичных деталей. Столь высокого каче-
ства изображения смогли добиться
десять программистов, работающих с
10 мощными мини-компьютерами и дву-
мя суперкомпьютерами «Крей».
219

Эти системы могут также взять на себя часть функций хо-
реографа; с их внедрением танцоры получают возмож-
ность разучивать основные движения танца, глядя на
экран, что освободит хореографа от рутинной работы.
Исследования Томаса Калверта в хореографии, а Мак-
са Мэтьюза и Джона Чаунинга — в музыке наглядно по-
казывают нам, какое мощное воздействие на общество
способны оказать компьютеры, оснащенные новыми усо-
вершенствованными системами ввода-вывода. Музыкаль-
ные синтезаторы не только изменили стиль популярных
музыкальных радиопередач, но и повлияли на само мыш-
ление современных композиторов и музыкантов, на их
подход к сочинению и записи своих произведений. Можно
надеяться, что подобным же образом возможность созда-
ния «хореографических библиотек» заметно повлияет на
искусство танца, ибо это облегчит передачу опыта от од-
ной группы к другой и от поколения к поколению.
220

НОВЫЕ СПОСОБЫ
УПРАВЛЕНИЯ МУЗЫКОЙ
И ЗВУКОМ
Музыка — это искусство облагораживать звуки, порожда-	:
емые человеческим голосом или механическими средства- -------
ми — например, вибрирующей струной или колеблющейся .. -Z-H
поверхностью барабана. Обычно композитор рассматри- -=
вает звуки, создаваемые голосом или инструментами, как
исходный материал, из которого можно строить ритм и
мелодию, устанавливая громкость звучания каждой ноты.
Звуки сами по себе, т. е. их тон и тембр, зависят от физи-
ческих свойств инструмента.
В распоряжении современных композиторов и исполни-
телей оказался совершенно новый инструмент — компью-
тер. Как средство музыкального выражения компьютер
отличается от остальных инструментов — он не имеет соб-
ственного, присущего только ему звучания. Без вспомо-
гательного аналогового оборудования, преобразующего
цифровой выход компьютера в нечто, воспринимаемое на
слух, эта машина нема. И все же при правильно подобран-
ных входных данных она может синтезировать звуковые
волны, имитирующие практически любой голос с такой
точностью, что он почти не отличим от естественного.
Еще важнее то, что компьютер открывает такие возмож-
ности для творчества, о которых раньше музыканты и не
подозревали. Он позволяет композиторам сочинять, запи-
сывать в память и проигрывать бесчисленные сочетания
звуков. Разрабатываются программы для построения ма-
тематических моделей невиданных, не похожих на суще-
ствующие музыкальных инструментов.
Мысль об использовании компьютеров в музыке —
сколь бы современной она ни выглядела — высказывалась
еще графиней Лавлейс, помогавшей Бэббиджу в создании
Аналитической машины (см. с. 12—13, 122). Отмечая мате-
матическую природу соотношений между музыкальными
звуками — например то, что любая нота одной октавы
ровно вдвое выше по частоте соответствующей ноты пре-
дыдущей октавы,— леди Лавлейс предполагала, что ма-
шина «способна сочинять тонкие и математически совер-
шенные музыкальные пьесы любой сложности». Как мы
увидим далее, Лавлейс опередила свою эпоху лет на 120.
221

Новые способы управления музыкой и звуком
VWV WWWVWW1
Низкая частота	Высокая частота
Выявление
тонкой структуры
звука
Энергия от пальцев пианиста переда-
ется через клавиши, молоточки и
струны резонатору фортепьяно, кото-
рый, начиная колебаться, порождает
пульсирующие сферические звуковые
волны.
Характерный «почерк»
синусоидальной волны
Синусоида — это симметричная волна с периоди-
чески чередующимися гребнями и впадинами;
она характеризуется частотой и амплитудой. Че-
ловеческое ухо обычно улавливает звуки, начиная
с частоты 25 Гц (колебаний в секунду), т. е. с ча-
стоты, немного меньшей, чем частота самой
низкой ноты пианино. Дети со здоровым слухом
способны слышать звуки частотой до 20 тыс.
Гц, для взрослых же верхний предел слышимос-
ти обычно не превышает 15 тыс. Гц, что соот-
ветствует свистящему звуку телевизора, когда
полностью убирается громкость. Амплитуда зву-
кового давления определяет интенсивность звука,
которая связана с его громкостью; последняя из-
меряется в децибеллах (дБ). Гудок в телефонной
трубке, вплотную прижатой к уху, имеет гром-
кость около 80 дБ, тогда как звук низко летяще-
го реактивного самолета достигает 120 дБ; это
болевой порог для человеческого уха.
WW VWV
Малая амплитуда	Большая амплитуда
222

Все музыкальные звуки, или тоны, как и любые шумы,
возникают просто в результате изменения давления возду-
ха. Однако в обычных шумах эти изменения хаотичны, а
в музыкальных повторяются в определенной закономер-
ности, которую можно описать. Например, колебания ка-
мертона вызывают такое движение молекул воздуха, что
его давление периодически то возрастает, то понижается.
Эти колебания распространяются в виде сферических
волн, которые человеческое ухо воспринимает как звук.
Волны давления можно представить графически как вол-
новые функции, простейшей из которых является синусо-
ида (слева внизу). Синусоида характеризуется двумя пара-
метрами — частотой и амплитудой. Частота определяет
число периодов (т. е. одного максимума и одного миниму-
ма) волны в 1 с. Этот параметр наш мозг и воспринимает
как высоту тона. Амплитуду волны, т. е. интенсивность
изменения давления, наше ухо и мозг воспринимают как
громкость. Как и все периодические колебания, музыкаль-
ные звуки состоят из десятков синусоид разной частоты. ===
В 1822 г. французский математик и физик Жан Батист
Фурье, исследовавший сложную структуру волн, разрабо-
тал мощный математический метод, позволяющий рас-
кладывать периодические функции на синусоидальные со-
ставляющие. Принципы анализа Фурье — как называют
этот метод — используются теперь в программах, с по-
мощью которых компьютер анализирует звуковую волну
подобно тому, как это автоматически делает слуховой ап-
парат человека.
Внутреннее ухо
Слуховой нерв
_	Среднее ухо
Барабанная
перепонка
Микрофон
Аналоговый сигнал
Цифровой сигнал
Анализ Фурье
Подобно уху, компьютерная система способна
разлагать сложные звуковые сигналы на основ-
ные составляющие — синусоидальные волны
(справа). Сначала микрофон преобразует энер-
гию сложной звуковой волны в аналоговый (т. е.
непрерывный) электрический сигнал, который
пропускается через аналогово-цифровой преобра-
зователь. Теперь содержащаяся в волне информа-
ция, представленная в виде последовательности
двоичных разрядов, обрабатывается программой
по методу фурье-анализа. На этой довольно
Аналого-цифровой преобразователь
упрощенной картинке показан результат подоб-
ной обработки: три синусоиды, каждая из кото-
рых характеризуется своими частотой и ам-
плитудой.
лны давления, проходя через внешнее ухо, ба-
абанную перепонку и косточки среднего уха, до-
игают заполненного жидкостью внутреннего
уха, имеющего форму улитки (внизу). Жидкость,
колеблясь, ударяется о мембрану, покрытую кро-
хотными волосками, ресничками. Синусоидаль-
ные составляющие сложного звука вызывают
колебания различных участков мембраны. Колеб-
лющиеся вместе с мембраной реснички возбуж-
дают связанные с ними нервные волокна; в них
возникают серии импульсов, в которых «закоди-
рованы» частота и амплитуда каждой составля-
ющей сложной волны; эти данные электрохими-
ческим способом передаются мозгу.
Синусоида
223

Новые способы управления музыкой и звуком
Построение звука
путем сложения
Если сложную звуковую волну можно разложить на прос-
тые составляющие методом Фурье-анализа, то возможно
и обратное — построить ее из отдельных составляющих.
Один из методов создания компьютерной музыки называ-
ется аддитивным синтезом. В этом процессе программы
генерируют цифровые описания отдельных синусоид, а за-
тем объединяют их в соответствии с математическими за-
конами в сложные волновые функции (внизу).
Каждое конкретное сочетание синусоидальных состав-
ляющих сложной волны определяет тембр звучания: один
и тот же тон может звучать по-разному, например, как
исполненный на фортепьяно или на трубе. Самая низкоча-
стотная синусоидальная составляющая сложного звука,
которая обычно звучит наиболее громко, называется
основной составляющей. Она определяет высоту сложного
звука. Составляющие более высоких частот, как правило,
звучащие слабее, называются обертонами. Еще одна ха-
рактеристика, определяющая тон того или иного инстру-
мента,— огибающая сложной волновой функции; в ней от-
ражены как частотная, так и амплитудная характеристики
звука (внизу справа). В огибающей можно выделить три
фазы: фаза нарастания звука от полной тишины до макси-
В этом упрощенном примере программа адди-
тивного синтеза генерирует пять синусоидальных
волн — основную низкочастотную составляющую
и четыре высокочастотных обертона, — которые
затем комбинирует. При совпадении максимумы
(как и минимумы) усиливаются, тогда как при
совпадении максимумов с минимумами они
взаимно гасятся. Результирующая волна имеет
сложный профиль. Тон звука определяется основ-
ной составляющей, а тембр — обертонами.
224

мальной громкости ноты; стационарная фаза, в пределах
которой громкость более или менее постоянна, и фаза за-
тухания. Для синтеза одной-единственной ноты, звучащей
на протяжении секунды, требуется произвести десятки ты-
сяч арифметических операций. Таким образом, описанный
метод весьма не экономен, это «грубый» подход к музы-
кальному синтезу.
Музыкальные звуки, создаваемые тремя различ-
ными инструментами, виолончелью, трубой и
бас-барабаном, характеризуются различными
огибающими волновой функции (справа), т. е.
разными частотами и амплитудами. У виолонче-
ли громкость нарастает более постепенно, чем
у трубы, звуки которой резко взрываются. Как у
виолончели, так и у трубы стационарная фаза Виолончель
более продолжительна, чем у барабана, где за
ней мгновенно следует продолжительное и хао-
тичное затухание.
Стационарный участок
Стационарный Затухание
участок
Бас-барабан
Нарастание
।
225

Новые способы управления музыкой и звуком
Построение звука
путем вычитания
Сложение синусоидальных волн — лишь один из возмож-
ных подходов к синтезу звука. При другом подходе исполь-
зуется вычитание. Компьютерная программа для синте-
за звука, основанная на методе вычитания, работает, как
Голос рождается из беззвучного потока воз-
духа, который, выходя из легких, проходит
через вибрирующие голосовые связки, распо-
ложенные в верхней части дыхательного гор-
ла. Вибрации передаются воздушному пото-
ку, создавая многочисленные звуковые волны
различной частоты. Частотный спектр изме-
няется при прохождении воздуха через голо-
совой тракт, который действует как акусти-
ческий фильтр, усиливая одни частоты и
приглушая другие. В результате хаотическая
смесь колебаний превращается в ноту
мелодии.
скульптор: отсекает ненужные частотные составляющие
от исходного шумового сигнала, представляющего собой
смесь составляющих всевозможных частот.
Метод синтеза путем вычитания во многом напомина-
ет процесс, в результате которого звучание человеческого
голоса становится пением. Воздух, выталкиваемый из лег-
ких, проходит через вибрирующие голосовые связки; в ре-
Г олосовая
щель
Частота человеческого голоса
Голосовые связки
Легкие
Хрящи
гортани
Голосовые
связки
Г олосовои
тракт
Дыхательное горло
Между голосовыми связками находится голосо-
вая щель, которая сужается и расширяется в
процессе пения. На одном из концов каждой
связки имеется подвижный хрящик. Чем чаще
движутся связки, тем выше частота колебаний
воздуха, проходящего через голосовую щель. Ча-
стота среднего мужского голоса равна примерно
120 ГЦ, среднего женского — 250 Гц
226


зультате в воздушном потоке возникают колебания широ-
кого спектра частот. По мере движения воздушный поток
проходит далее через голосовой тракт — участок пути от
голосовых связок до губ; при этом амплитуды определен-
ных частотных составляющих возрастают вследствие ре-
зонирования со стенками голосового тракта — они звучат
громче. Другие частотные составляющие ослабляются,
иногда совершенно затухая к моменту, когда воздух дохо-
дит до губ. Движения языка, челюсти, губ непрерывно ме-
няют характеристики резонатора, каковым является голо-
совой тракт.
Синтезируя пение, компьютер генерирует последова-
тельность чисел, которые образуют сложный пульсирую-
щий сигнал. Подобно звуку, рождаемому голосовыми
связками, этот сигнал содержит компоненты различных
частот. Он становится входом программы, в основе кото-
рой лежит метод анализа человеческого голоса, называе-
мый линейным предсказанием. По существу, такая про-
грамма действует подобно фильтру, выделяющему часто-
ты, наиболее ярко выраженные в том голосе, который
имитируется. Таким образом удается синтезировать, на-
пример, звучание сопрано, выделяя частоты вблизи ЗкГц.
Выходной сигнал фильтра — нота мелодии —
представлен в цифровой форме. Последователь-
ность чисел, кодирующих песню, обрабатывается
цифро-аналоговым преобразователем, который
генерирует последовательность дискретных уров-
ней напряжения. Последние сглаживаются с по-
мощью специального фильтра, превращаясь в не-
прерывный сигнал, который преобразуется гром-
коговорителем в слышимые звуки.	Громкого-
воритель
Импульсный
сигнал
Отфильтро-
ванный
сигнал
На первом этапе синтеза человеческого голоса
методом вычитания компьютер генерирует слож-
ный пульсирующий сигнал, состоящий из многих
синусоидальных составляющих — гармоник.
(Этот сигнал, порождающий гласные звуки,
можно комбинировать с другим, напоминающим
«белый», т. е. случайный, шум, который по сво-
им характеристикам близок к согласным в чело-
веческой речи.)
Далее сигнал проходит через математический
фильтр, который может быть построен на осно-
ве анализа голоса певца. Анализ выявляет соче-
тания частот, свойственные естественно звучаще-
му тону. Эти частоты усиливаются, а другие
приглушаются.
Цифровой фильтр
Цифро-аналоговый
преобразователь
227
М1ЙЯИ
Новые способы управления музыкой и звуком
Эффективный
метод
синтеза —
умножение
Метод цифровой частотной модуляции (ЧМ) позволяет
получить звуки богатого тембра без больших вычислений.
В отличие от аналоговой ЧМ, используемой в радиосвязи,
цифровая ЧМ — чисто математический процесс. Подпро-
граммы, называемые генераторами ЧМ, создают синусои-
ды различных частот. В зависимости от порядка включе-
ния генераторы могут вырабатывать либо модулирую-
щую, либо несущую (подвергаемую модуляции) волну.
Модулирующий сигнал проходит через генератор, вы-
рабатывающий несущую; в результате образуется слож-
ная модулированная волна (внизу). Этот процесс напоми-
нает умножение. Модулированная волна имеет основную
частотную составляющую —- несущую и многочисленные
обертоны, привнесенные в процессе модуляции. Модули-
рованный сигнал может даже содержать случайный шум,
неизбежный при звучании обычных музыкальных инстру-
ментов. Для воспроизведения звука на протяжении секун-
ды требуется выполнить десятки тысяч арифметических
операций. Но поскольку в описываемом процессе участву-
ет лишь несколько волн, а не несколько десятков, как при
аддитивном синтезе, количество вычислений удается зна-
чительно сократить.
ЧМ-генератор
ЧМ-генератор
Модулирующий сигнал
Промодулированная несущая
На первом шаге процесса частотной модуляции
подпрограмма (небольшая самостоятельная часть
программы), называемая ЧМ-генератором, по
двум числовым параметрам, частоте и амплиту-
де, генерирует модулирующую волну (вверху).
Характеристики модулирующей волны передают-
ся второму генератору, запрограммированному
на другую частоту и амплитуду; он создает не-
сущую волну. При наложении этих двух волн не-
сущая (справа) обогащается обертонами.
228

Клавиатура алгоритмов
Клавиатура синтезатора, работающего по
принципу цифровой ЧМ, напоминает кла-
виатуру пианино, но это лишь види-
мость. Клавиши не соединены здесь с
молоточками, струнами и резонато-
ром — они посылают электрические
импульсы ЧМ-генераторам. Последние
взаимодействуют между собой, следуя
определенным алгоритмам. Разные алго-
ритмы порождают разные звуки. Алго-
ритмы хранятся в памяти синтезатора
вместе с другими характеристиками, ко-
торыми композитор может манипулиро-
вать в процессе исполнения: громкостью,
вибрацией или преднамеренными иска-
жениями.
Модулятор
Г енератор
несущей
Модулятор
Модулятор
На этой диаграмме два генератора создают мо- Генератор
Аудирующие сигналы, которые поступают на несущей
вход одного или нескольких дополнительных ге-
нераторов; каждый из них запрограммирован на
определенные частоту и амплитуду. Последний
генератор в каждой цепочке создает несущий сиг-
нал, видоизменяемый всеми предшествующими
модулирующими сигналами. Затем выходы двух
цепочек объединяются в соответствии с правила-
ми аддитивного синтеза — образуется сложная
волновая функция.
229
Я1ЖМИ
Новые способы управления музыкой и звуком
Создание
гипотетического
музыкального
инструмента
При использовании методов цифровой ЧМ, а также синте-
за путем сложения и вычитания компьютер создает звук
на основе анализа реальных звуковых волн. Существует
еще четвертый, более радикальный метод. Вступая в
действие на более ранней стадии рождения звука, он учи-
тывает физические свойства инструмента — причем не
обязательно реального.
Математическая модель, включающая
некоторые
ИЛИ
Чтобы создать математическую модель скрипич-
ной струны, программист должен указать ее
длину, жесткость и натяжение. В модели следует
также учесть «эффект глушения», создаваемый
деревянными деталями, к которым крепится
струна. На звук, рождаемый такой моделью,
влияют и другие факторы, определяемые мате-
матически: трение смычка о струну, место его
соприкосновения со струной, скорость его движе-
ния и давление, оказываемое им на струну.
даже все физические свойства инструмента, используется
для построения волновых функций, как бы вытекающих из
этих свойств. Одна из таких моделей способна моделиро-
вать физические характеристики вибрирующей скрипичной
струны и смычка, а также особенности их взаимодейст-
вия. Среди входных параметров модели должны быть, в
частности, длина струны, скорость движения смычка по
струне и меняющаяся величина давления смычка на стру-
ну. Чтобы сделать результирующий звук более богатым
и мягким, в модель следует также ввести математическое
описание деревянного корпуса реальной скрипки.
Однако не обязательно ограничиваться моделированием
скрипок и других реально существующих инструментов.
Описанный метод позволяет создавать с помощью ком-
пьютеров совершенно новые «инструменты», наиболее под-
ходящие для выражения идеи композитора. Компьютер да-
ет музыканту возможность подняться над реальностью.
230

Математика делает возможным то, что нереаль-
но физически, — создает скрипичную струну,
имеющую больше двух концов. Математическую
модель можно построить так, чтобы струна с
двумя концами постепенно превращалась в стру-
ну с тремя, четырьмя и даже восемью концами.
Такая модель создает многотоновые звуки, напо-
минающие перезвон церковных колоколов.
231

Словарь
основных понятий
и терминов
Адрес. Номер ячейки в памяти компьютера.
Адресная шина. Линии, по которым в компьютере идут сигналы, задаю-
щие адрес в памяти.
Алфавитно-цифровые символы. Буквы, цифры, знаки препинания и специ-
альные знаки, используемые в компьютере.
Аналоговый. Относящийся к непрерывно изменяющейся физической вели-
чине (например, высоте столбика ртути).
Аналоговый компьютер. Компьютер, в котором данные представляются
в виде непрерывных физических величин, например угла поворота зубчато-
го колеса или значения электрического напряжения.
Аналого-цифровое преобразование. Переход от аналогового представления
сигнала к цифровому.
Арифметическое и логическое устройство. Часть центрального процессора,
выполняющая арифметические (например, вычитание) и логические (в част-
ности, сравнение логических значений) операции.
ASCII. Американский стандартный код обмена информацией, широко испо-
льзуемый для кодирования в виде двоичных чисел букв, цифр, знаков пре-
пинания и специальных компьютерных символов.
Байт. Последовательность (обычно из 8 бит), рассматриваемая как эле-
мент данных или ячейка памяти.
Бит. Наименьшая единица информации в компьютере, принимающая зна-
чение 0 или 1; другими словами, бит — это двоичный разряд.
Булева алгебра. Метод выражения логических отношений между высказы-
ваниями или состояниями электронных схем в компьютере. Разработана
в XIX в. английским математиком Джорджем Булем.
Буфер. Рабочая область памяти, используемая для временного хранения
данных при передаче их от одного устройства к другому, например от ком-
пьютера к принтеру.
Вентиль. См. Логический вентиль.
Вентиль И. Логическая схема, сравнивающая логические значения ИСТИ-
НА-ЛОЖЬ (включен — выключен, единица — нуль) и выдающая сигнал
ИСТИНА только в том случае, когда на всех входах ИСТИНА.
Вентиль ИЛИ. Логическая схема, сравнивающая значения ИСТИНА-
ЛОЖЬ (включен — выключен, единица — нуль) и выдающая сигнал ИС-
ТИНА только при условии, что хотя бы на одном входе ИСТИНА.
Вентиль НЕ. См. Инвертер
Волоконно-оптическая связь. Передача данных в виде световых импульсов
по очень тонким стеклянным световодам.
Входные данные. Информация, вводимая в компьютер или какую-либо его
часть.
Высокая степень интеграции. Относится к интегральным микросхемам, со-
держащим тысячи логических элементов.
Выходные данные. Информация, выводимая компьютером на устройства
вывода, например экран, принтер, магнитный диск и т. д.
Гибкий (флоппи) диск. Маленький магнитный диск из гибкой пластмассы
для записи и хранения программ и данных.
Гониометр. Прибор для измерения углов. В компьютеризованной хорео-
графии электронные гониометры, установленные на конечностях танцора,
передают компьютеру информацию об их движении.
Графопостроитель. Устройство вывода, представляющее данные в виде
графиков, схем и других рисунков на бумаге или пленке.
Датчик. Измерительное устройство, в котором физическая энергия, напри-
мер тепло или свет, преобразуется в электрические сигналы, передаваемые
компьютеру.
Двоичная система счисления. Система с основанием 2, в которой все числа
представляются цепочками нулей и единиц.
Двоичный. Имеющий два компонента или два возможных состояния.
Двоичный код. Система представления данных в виде комбинаций двух
символов (1 и О, ИСТИНА и ЛОЖЬ) наличия и отсутствия электрического
напряжения.
Дешифратор адреса. Электронная схема, определяющая по адресу на
адресной шине конкретные микросхемы или ячейки памяти, в которые сле-
дует посылать сигналы.
Джойстик. Устройство в виде ручного рычага, наклоняя который в различ-
ных направлениях, можно управлять движением курсора на экране ком-
пьютера.
Диск. Круглая металлическая или пластмассовая пластина, покрытая маг-
нитным материалом, на которую информация наносится в виде концентри-
ческих дорожек, разделенных на секторы.
Дисковод. .Устройство, управляющее вращением магнитного диска, чтени-
ем и записью данных на нем.
Запись. Передача данных от центрального процессора в память компьюте-
ра или на внешнее запоминающее устройство, например магнитный диск
или ленту.
Инвертер. Логический элемент с одним входом, изменяющий входной сиг-
нал на противоположный.
Индикатор на жидких кристаллах (ИЖК). Устройство вывода информа-
ции, которая представляется в виде светлых и темных сегментов из жидких
кристаллов, заключенных между поляризующей и отражающей стеклянны-
ми поверхностями.
Инструкция. Элементарная команда на машинном языке, передаваемая
центральному процессору; последовательность инструкций составляет про-
грамму.
Интегральная схема. Электронная схема, все компоненты которой встрое-
ны в один кристалл полупроводникового материала, чаще всего —
кремния.
Интерфейс. Электронная схема сопряжения двух устройств, обмениваю-
щихся информацией.
Кварцевый кристалл. Тонкий кусочек кварца, который под действием
электрического тока колеблется с точно выдерживаемой частотой.
Килобайт (К). Единица измерения емкости памяти компьютера, равная
1024 байт (Ю10).
Клавиатура компьютера. Клавишное устройство, подобное пишущей ма-
шинке, для ввода данных в машину.
Команда. Требование выполнить определенное действие (например, PRINT
— печатать или COPY — копировать), которое реализуется в компьютере
запрограммированной последовательностью машинных инструкций.
Компьютер. Программируемая электронная вычислительная машина, ко-
торая принимает, обрабатывает и выводит данные.
Конденсатор. Устройство для хранения электрического заряда.
Курсор. Маленькое световое пятно, движущееся по экрану, которое указы-
вает точку, где должен появиться следующий символ.
Логический вентиль. Схема с одним или более входами и одним выходом.
Лазерный принтер. См. Электростатический принтер
Магнитная лента. Пластмассовая лента с покрытием из магнитного мате-
риала, на которой информация хранится в виде намагниченных областей.
Маска. Пластинка с отверстиями определенного рисунка, которой закрыва-
ют часть поверхности кремниевого кристалла при изготовлении интеграль-
ной схемы.
Матричный принтер. Устройство ударного действия, снабженное набором
иголок, которое печатает текст или графические изображения в виде
мозаики.
Машинный язык. Набор закодированных в двоичном виде инструкций, вос-
принимаемых компьютером без «перевода».
Меню. Выведенный на экран список команд, функций и т. д., среди кото-
рых пользователь может выбирать нужные.
Микрокомпьютер. Настольный (портативный) компьютер на основе мик-
ропроцессора, предназначенный, как правило, для одного пользователя; ча-
сто называется персональным (или домашним) компьютером.
Микропроцессор. Единая интегральная микросхема, содержащая все эле-
менты центрального процессора компьютера.
Микросхема. Интегральная схема на маленьком кремниевом кристалле, со-
стоящая из тысяч транзисторов и других электронных компонентов.
Мини-компьютер. Компьютер средней мощности, уступающий большим
компьютерам, но намного превосходящий микрокомпьютеры.
Модем (модулятор — демодулятор). Устройство, с помощью которого
компьютеры обмениваются данными — обычно по телефонным (а иногда
по оптическим или радио-) линиям связи.
Монитор. Телевизионное устройство для вывода данных с компьютера.
МОП (металл — окисел — полупроводник). Тип транзисторов и интеграль-
ных микросхем, имеющих структуру сандвича со слоями: металл, изоли-
рующий слой двуокиси кремния, полупроводник.
«Мышь». Управляемое вручную устройство, которое, перемещаясь по пло-
ской поверхности, заставляет курсор соответствующим образом двигаться
по экрану.
232
©ИМИбОШВК
ОЗУ’ (оперативное запоминающее устройство). См. Оперативная память
Оперативная память. Внутренняя память компьютера; выполняя операции
считывания или записи, программа может обращаться к любой ее ячейке.
Операционная система. Набор служебных программ для управления про-
граммами и выполнения вспомогательных функций. Наиболее известна под
названием «Дисковая операционная система» (ДОС).
Опрашивание. Поочередная проверка источников входных данных, прово-
димая до тех пор, пока какое-то из них будет готово передать данные про-
цессору.
Память компьютера. Различаются внутренняя и внешняя память, напри-
мер на дисках или магнитной ленте.
Параллельная обработка данных. Одновременная обработка сразу несколь-
ких битов информации.
Перенос. Цифра, добавляемая к следующему разряду, когда при сложении
чисел сумма цифр в данном разряде больше или равна основанию системы
счисления.
Периферийные устройства. Разного рода приспособления, применяемые
для ввода-вывода данных в компьютерной системе.
Перфокарта. Прямоугольная карточка, на которой данные представлены
определенными сочетаниями пробитых отверстий.
Перфолента. Бумажная лента шириной около 2,5 см, на которой информа-
ция записывается в виде определенных комбинаций отверстий; использует-
ся как для ввода, так и для вывода данных.
Пиксел. Элемент изображения — одна из тысяч точек на экране компьюте-
ра, составляющих изображение.
Плата. Пластмассовая пластина, на которой устанавливаются электронные
компоненты, в том числе микросхемы.
Полный сумматор. Логическая схема, суммирующая два однозарядных
числа с учетом переноса из предыдущего разряда.
Полупроводник. Твердое кристаллическое вещество, которое по электриче-
ской проводимости занимает промежуточное положение между металлом
и диэлектриком.
Полусумматор. Логическая схема, суммирующая два одноразрядных числа
и не имеющая дополнительного входа для переноса от предыдущего
разряда.
Порт. Компонент компьютерной системы, связывающий периферийные
устройства с внутренней схемой компьютера.
Порт ввода-вывода. Компонент системы, связывающий компьютер с
устройствами ввода-вывода, например с клавиатурой или принтером.
Последовательная обработка данных. Информация обрабатывается посте-
пенно, бит за битом.
Постоянная память (ПЗУ). Внутренняя память компьютера, содержимое
которой нельзя изменить.
Прерывание. Временная остановка программы по сигналу, называемому
запросом прерывания.
Принтер. Выводное устройство компьютера, печатающее цифры, буквы и
графические изображения на бумаге.
Программа. Последовательность инструкций, которые выполняет компью-
тер в ходе тех или иных операций либо при решении задачи.
Программа начальной загрузки. Записанная в постоянную память компью-
тера программа, которая выполняется сразу после включения, подготавли-
вая машину к работе.
Программируемые устройства. Работают по программе и благодаря этому
способны выполнять разнообразные функции.
Программный счетчик. Регистр, содержащий адрес ячейки памяти, в кото»
рой хранится следующая инструкция.
Прямой доступ к памяти. Способ передачи данных между внутренней па-
мятью компьютера и его портами ввода-вывода напрямую, без участия
центрального процессора.
Разряд числа. Позиция цифры в числе (например, число 344 имеет 3
разряда).
Реальный масштаб времени. Характеризует компьютерную систему, кото-
рая обрабатывает данные по мере их поступления от реального процесса
или явления.
Регистр. Электронная схема в центральном процессоре (например, сумма-
тор или программный счетчик), которая хранит либо какие-то величины,
либо результат арифметических или логических операций.
Резистор. Элемент электрической схемы, создающий определенное сопро-
тивление в цепи.
Реле. Электромеханическое переключательное устройство.
«Ромашка». Круговой печатающий элемент принтера, в котором литеры
установлены на концах «спиц», радиально расходящихся от оси элемента.
Световое перо. Светочувствительное устройство в форме авторучки, кото-
рое рисует либо видоизменяет изображения, прикасаясь пером к экрану.
Светодиод. Полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохожде-
нии через него электрического тока.
Синтезатор. Электронное устройство, которое генерирует звук и управляет
им.
Слово. Элемент данных в компьютерной памяти, обрабатываемый процес-
сором как единое целое; обычно содержит 8—32 бит.
Струйный принтер. Печатающее устройство безударного действия, в кото-
ром электрически заряженные капли чернил распрыскиваются тонкими
струйками по бумаге.
Сумматор. Электронная схема в центральном процессоре компьютера, вы-
полняющая арифметические и логические операции.
Считывание. Передача данных из внутренней памяти компьютера в цент-
ральный процессор или из периферийного устройства, например диска, в
память.
Табулятор. Машина, обрабатывающая перфокарты.
Тактовый генератор. Устройство (обычно на кварцевом кристалле), гене-
рирующее регулярно повторяющиеся импульсы, которые координируют
работу всех компонентов компьютера.
Твердая копия. Информация, выводимая компьютером на бумажный но-
ситель.
Телепринтер. Пишущая машинка, которая может принимать или посылать
сигналы в системах связи.
Терминал. Устройство, состоящее из клавиатуры (для ввода данных в ком-
пьютер) и экрана или принтера (для вывода данных).
Устройство управления. Электронные схемы центрального процессора, ко-
торые интерпретируют инструкции и следят за их выполнением.
Фоторезист. Материал, применяемый для покрытия поверхности кремние-
вого кристалла в процессе гравировки микросхемы.
Фототранзистор. Устройство, генерирующее электрические сигналы при
облучении светом.
Центральный процессор. Часть компьютера, осуществляющая интерпрета-
цию и выполнение инструкций; состоит из арифметического и логического
устройств, системы управления и небольшого запоминающего устройства.
Цифровой. Относящийся к представлению и передаче данных в виде дис-
кретных сигналов.
Цифровой компьютер. Машина, которая обрабатывает данные, представ-
ленные в дискретной форме,— в отличие от аналоговых компьютеров, ра-
ботающих с непрерывными значениями.
Шина. Система проводников, по которой передаются сигналы между раз-
личными компонентами компьютера.
Шина данных. Проводящие линии в компьютере, по которым передаются
данные, например, в память или из нее.
Шина управления. Проводящие линии в компьютере, по которым переда-
ются тактовые и другие управляющие импульсы.
Электромеханический. Состоящий как из электрических, так и из механиче-
ских, т. е. движущихся частей; большинство первых компьютеров были
электромеханическими.
Электростатический принтер. Принтер безударного действия, в котором
используются сухие чернила в виде порошка и электрически заряженная бу-
мага. Одна из разновидностей этого устройства — лазерный принтер.
Эффект Джозефсона. Протекание сверхпроводящего тока через тонкий
слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника. Микросхемы, осно-
ванные на использовании этого эффекта, работают при температурах не-
сколько градусов выше абсолютного нуля и обладают чрезвычайно высо-
кой скоростью действия (порядка миллиарда операций в секунду).
Язык программирования. Система соглашений и обозначений, используе-
мая при описании процессов, выполняемых компьютером.
233

Литература
Часть I
Книги
Augarten S. Bit by Bit— N.Y.: Ticknor & Fields, 1984.
State of the Art: A Photographic History of the Integrated CircuitN.Y.: Tichn-
or & Fields, 1983.
Chamberlin H. Musical Applications of Microprocessors— Rochelle Park, N.J.:
Hayden Book Company, 1980.
Davies H., Wharton M. Inside the Chip: How It Works and What It Can Do—
London: Usborne Publishing, 1983.
Ditlea S., ed. Digital Deli.— N.Y.: Workman Publishing, 1984.
Eames Ch., Ray E. A Computer Perspective— Cambridge, Mass.: Harvard
University Press, 1973.
Evans Ch. The Making of the Micro: A History of the Computer.— N.Y.: Van
Nostrand Reinhold, 1981.
Fishman C.D. The Computer Establishment. — N.Y.: McGraw-Hill, 1981.
Frieberger P., Swaine M. Fire in the Valley: The Making of the Personal Comput-
er.— Berkeley, Calif.: Osborne/McGraw-Hill, 1984.
Goldsteine H.H. The Computer from Pascal to von Neumann.— Princeton, N.J.:
Princeton University Press, 1972.
Hanson D. The New Alchemists: Silicon Valley and the Microelectronics
Revolution.— Boston: Little, Brown, 1982.
Laurie P. The Joy of Computers.— Boston: Little, Brown, 1983.
Levy S. Hackers: Heroes of the Computer Revolution— Garden City, N.Y.:
Doubleday, Anchor Press, 1984.
Mabon P.C. Mission Communications: The Story of Bell Laboratories.— Murrey
Hill, N.J.: Bell Telephone Laboratories, 1976.
McWhorter G. Understanding Digital Electronics.— Dallas: Texas Instruments,
1978.
Mayall W.E. The Challenge of the Chip.— London: Her Majesty’s Stationary
Office, The Science Museum, 1980.
Mead C., Conway L. Introduction to VLSI Systems.— Reading, Mass.: Addison-
Wesley, 1980.
Metropolis N., Howlett T, Rota J.-C., eds. A History of Computing in the
Twentieth Century: A Collection of Esseys— N.Y.: Academic Press, 1980.
Moritz M. The Little Kingdom: The Private Story of Apple Computer.— N.Y.:
William Morrow, 1984.
Osborne A. An Introduction to Microcomputers. Vol. 1. Basic Concepts.—
Berkeley, Calif.: Osborne/McGraw-Hill, 1976.
Osborne A., Bunnel D. An Introduction to Microcomputers. Vol. 0 The
Beginner’s Book.— Berkeley, Calif.: Osborne/McGraw-Hill, 1982.
Randell B., ed. The Origins of Digital Computers: Selected Papers — N.Y.: Sprin-
ger-Verlag, 1973.
Richman E. The Random House Book of Computer Literacy— N.Y.: Random
House, 1983.
Rodgers W. Think: A Biography of Watsons and IBM.— N.Y.: Stein and Day,
1969.
Rodwell P. The Personal Computer Hand Book: A Complete Practical Guide
to Choosing and Using your Micro.— Woodbury, N.Y.: Barron’s, 1983.
Rogers E.M., Larsen J.K. Silicon Valley Fever: Growth of High-Technology
Culture.— N.Y.: Basic Books, 1984.
Shurkin J. Engines of the Mind: A History of the Computer.— N.Y.: WW.
Norton, 1984.
Sobel R. I.B.M.: Colossus in Transition.— N.Y: Bantam Books, 1981.
Stern N. From ENIAC to UNIVAC: An Appraisal of the Eckert-Mauchly
Computers.— Bedford, Mass.: Digital Equipment Corporation, 1981.
Waite M., Pardee M. Microcomputer Primer.— Indianapolis: Howard W.Sams,
1980.
Zientara M. The History of Computing: A Biographical Portrait of the Visiona-
ries Who Shaped the Destiny of the Computer Industry.— Framingham,
Mass.: CW Communications, 1981.
Периодические издания
America’s Risk Takers. Time, February 15, 1982.
Bardeen J. To a Solid State. Science 84, November, 1984.
Boraiko A.A. The Chip: Electronic Mini-Marvel That is Changing Your Life.
National Geographic, October, 1982.
Broad W.J. Cosmic Rays Temporarily Disrupt Space Shuttle’s Communications.
The New York Times, October 9, 1984.
Clark W.A. From Electron Mobility to Logical Structure: A View of Integrated
Circuits. ACM Computing Surveys, September, 1980.
The Computer Moves In. Time, January 3, 1983.
The Computer Society. Time, February 20, 1978.
Computer Software: The Magic Inside the Machine. Time, April 16, 1984.
Creative Computing, November 1984.
Cromie W.J., Rodgers H.A. The Big Squeeze. Technology Illustrated,
February/March 1982.
Davis M. The Chip at 35. Personal Computing, July 1983.
Evans Ch. Micro Millennium. Science Digest, June, 1981.
Guterl E, ed. In Pursuit of the One-Month Chip. IEEE Spectrum, September
1984.
Heath EG. Origins of the Binary Code. Scientific America, August 1972.
Jones M.E., Holton W.C., Stratton R. Semiconductors: The Key to Computatio-
nal Plenty. Proceedings of the IEEE, December 1982.
Kilby J.S. Invention of the Integrated Circuit. IEEE Transactions on Electron
Devices, July 1976.
Lund R.T. Microprocessors and Productivity: Cashing in Our Chips. Technology
Review, January 1981.
Martin T.C. The Electrical Engineer. Scientific American, August 30, 1980.
Mims F.M., III: The Altair Story. Creative Computing, November 1984; The
Tenth Anniversary of the Altair 8800; Setting the Record Straight. Comput-
ers and Electronics, January 1985.
Morrison Ph., Morrison E. The Strange I ife of Charles Babbage. Scientific Am-
erican, April 1952.
Popular Computing, January 1985.
Posa J.G. Superchips Face Design Challenge. High Technology, January 1983.
Reid T.R. The Chip. Science 1985, January 1985.
Roberts H.E. The Industry: Where It’s At! Personal Computing, January 1985;
Starting an Industry. Personal Computing, November/December 1977.
Schadewald R‘. Devices That Count. Technology Illustrated, October/November
1984.
Scientific American, September 1977.
Shell E. Bach in Bits. Technology Illustrated, October/November 1984.
Superchip Heralds A Revolution. The New York Times, July 3, 1984.
Superconducting Chip Speeds Video Compression. High Technology, Septemb-
er/October 1982.
Toong Hoo-min, Gupta A. Personal Computers, Scientific American, December
1982. [Русский перевод: Современный компьютер.— М.: Мир, 1986,
с. 31-46.]
Walton М. The Birth of an Industry. Impact, August 14, 1984.
Wolfe T. The Tinkering of Robert Noyce. Esquire, December 1983.
Другие издания
Brotherton M. The Magic Crystal: How the Ifansistor Revolutionized Electronics.
Bell Telephone Laboratories, Pub.No. PF-111, Revised October 1972.
Lustig L.K., ed. Impact: A Compilation of Bell System Innovations in Science
and Engineering. Bell Telephone Laboratories 1981.
Money Guide: Personal Computers. Time Inc., 1984.
Stevenson M.G. Bell Labs: A Pioneer in Computing Technology. Bell Telephone
Laboratories, 1974.
Three Men Who Changed Our World. Bell Telephone Laboratories, 1972.
Часть II
Книги
Augarten S. Bit by Bit.— N.Y.: Ticknor & Fields, 1984.
Bateman W. Introduction to Computer Music.— N.Y.: John Wiley & Sons, 1980.
Bates W. The Computer Cookbook.— Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall,
1983.
Boorstin D.J. The Americans: The Democratic Experience.— N.Y.: Random
House, 1973.
Chamberlin H. Musical Applications of Microprocessors.— Rochelle Park, N.J.:
Hayden Book Company, 1980.
Considine D.M., Considine G.D., eds. Van Nostrand’s Scientific Encyclopedia.—
N.Y.: Van Nostrand Reinhold, 1983.
Darter T., comp., Armbruster G., ed. The Art of Electronic Music.— N.Y.: Quill,
1985.
De Bono E. Eureka.— N.Y.: Holt Rinehart and Winston, 1974.
Edwards P., Broadwell B. Data Processing: Computers in Action — Belmont, Cal-
if.: Wadsworth, 1982.
234

Flores I. Peripheral Devices.— Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1973.
Glass R.L. Computing Catastrophes— Seattle: Computing Trends, 1983.
Hutchins C.M. Introduction to The Physics of Music: Readings from Scientific
American.— San Francisco: W.H.Freeman, 1978.
Laurie P. The Joy of Computers— Boston: Little, Brown, 1983.
Levy S. Hackers: Heroes of the Computer Revolution.— Garden City, N.Y.:
Doubleday, 1984.
Nichols E.A., Nichols J.C., Musson K.R. Data Communications for Microco-
mputers— N.Y.: McGraw-Hill, 1982.
Osborne A., Bunnel D. An Introduction to Microcomputers. Vbl.O. The
Beginner’s Book— Berkeley, Calif.: Osborne/McGraw-Hill, 1982.
Panata Ch. The Browser’s Book for Beginners.— Boston: Houghton Mifflin,
1984.
Pierce J.R The Science of Musical Sound— N.Y.: Scientific American Library,
1983.
Ralston A., Reilly E.D., Jr., eds. Encyclopedia of Computer Science and
Engineering.— N.Y.: Van Nostrand Reinhold, 1983.
Randell B., ed. The Origins of Digital Computers: Selected Papers — N.Y.: Sprin-
ger-Verlag, 1982.
Redmond K.C., Smith T.M. Project Whirlwind: The History of a Pioneer
Computer.— Bedford, Mass.: Digital Press, 1980.
Roads C., Strawn J., eds. Foundations of Computer Music.— Cambridge Mass.:
M.I.T. Press, 1985.
Sadie S., ed. The New Grove Dictionary of Music and Musicians.— L.: Macmil-
lan. 1980.
Shelly G.B., Cashman Th.J. Introduction to Computers and Data Processing —
Fullerton, Calif.: Anaheim Publishing, 1980.
Sobel R. I.B.M.: Colossus in Transition— N.Y.: Rantam, 1981.
Stern N. From ENIAC to LJNIVAC: An Appraisal of the Eckert-Mauchly
Computers.— Bedford, Mass.: Digital Press, 1981.
Stevens S.S., Warshofsky F. and the Editors of Time-Life Books, Sound and Hea-
ring (Life Science Library Series).— Alexandria, Va.: Time-Life Books,
1980.
Walker R.S. Understanding Computer Science.— Fort Worth.— Texas: Texas
Instruments, 1981.
Wexelblat R.L., ed. History of Programming Languages— N.Y.: Academic Press,
1981.
Zaks R., Lesea A. Microprocessor Interfacing Techniques.— Berkeley, Calif.:
Sybex, 1980.
Периодические издания
Ahrens К. A. Word Processing: 50 Years in Retrospect. The Office, June 1982.
Annals of the History of Computing, October 1983.
Bashe C.J. et al. The Architecture of IBM’s Early Computers. IBM Journal of
Research and Development, September 1981.
Beattie H.S., Rahenkamp R.A. IBM Typewriter Innovation. IBM Journal of
Research and Development, September 1981.
Becker J.D. Multilingual Word Processing. Scientific American, July 1984.
Bonn T. Developing UNIVAC’s Plated Thin Film Metal Recording Tape. The
Computer Museum Report, Fall 1983.
Brody H. Kurzweil’s Keyboard. High Technology, February 1985.
Burks A.W., Burks A.R. The ENIAC: First General Puprose Electronic Comput-
er. Annals of the History of Computing, October 1981.
Bylinsky G. A New Industrial Revolution Is On the Way. Fortune, October 5,
1981; The Race to the Automatic Factory. Fortune, February 21, 1983.
Campbell-Kelly M. Programming the EDSAC: Early Programming Activity at the
University of Cambridge. Annals of the History of Computing, January
1980; Programming the MARK 1: Early Programming Activity at the
University of Manchester. Annals of the History of Computing, April
1980.
Cowan L. Joystics and Trackballs Come of Age. Popular Computing, December
1983.
Crashing through the Envelope. Time, September 10, 1984.
Cummings C. An American at IRCAM. High Fidelity, August 1980.
Designing Artificial Joints by Computer. Technology Review, October 1984.
Grumman Begins X-29A Tkxi Tfests following Aircraft Rollout. Aviation Week
& Space Technology, September 3, 1984.
Gunn Th. The Mechanization of Design and Manufacturing. Scientific Ameri-
can, September 1982.
Heppenheimer T.A. Chipmaster. OMNI, February 1985.
Hurd G.C. Early IBM computers: Edited Testimony. Annals of the History of
Computing, April 1981.
Kaplan G., ed. The X-29: Is It Coming or Going? IEEE Spectrum,
June 1985.
Kley V. Pointing Device Communication. Computer Graphics World, November
1983.
Leibson S. The Input/Output Primer. Pt. 1: What is I/O? BYTE, February 1982;
Pt. 2: Interrupts and Direct Memory Access. BYTE, March 1982; Pt. 3:
The Parallel and HP1B (IEEE-488) Interfaces. BYTE, April 1982; Pt. 4:
The BCD and Serial Interfaces. BYTE, May 1982; Pt. 5: Character Codes.
BYTE, June 1982; Pt. 6: Interrupts, Buffers, Grounds, and Signal Degra-
dation. BYTE, July 1982.
Lu C. Computer Pointing Devices: Living with Mice. High Technology, January
1984.
May ET. IBM Word Processing Developments. IBM Journal of Research and
Development, September, 1981.
Moorer J.A. Signal Processing Aspects of Computer Music: A Survey.
Proceedings of the IEEE, August 1977.
PC, November 27, 1984; September 17, 1985.
Plugged-in Prose. Time, August 10, 1981.
Reaching for the Future. Technologies Journal, Vol. 4, No. 1., 1985.
Rich A. Composers with Computers. Smithsonian, December, 1984.
Skalka P. Someday I will Walk Again. Readers Digest, November 1983.
Snyder R. Ink Jet Printers. Computers & Electronics, April 1985.
Spector A., Clifford D. The Space Shuttle Primary Computer System.
Communication of the ACM, September 1984.
Stern N. The BINAC: A Case Study in the History of Technology. Annals of
the History of Computing, July 1979.
Stevenson M.G. Bell Labs: A Pioneer m Computer Technology. Bell Laboratories
Record, 1974.
Taubes G. The Ultimate Theory of Everything. Discover, April 1985.
Tierney J. The Real Stuff. Science, September 1985.
Tucker J.B. Making Music with Micros. High Technology, July 1984.
Two Flat Display Technologies. BYTE, March 1985.
Warwick G. Forward-Sweep Technology. Flight International. February 23, 1985.
Winged Wonder. Time, September 10, 1984.
Другие издания
Dorfman N.S. New vs. Established Enterprises: A Study of Innovation in
Computers and Semiconductors.— Cambridge, Mass.: Center for Policy
Alternatives. M.I.T., 1984.
Epson User’s Manual: RX-80 Printer— Torrance, Calif.: Epson America Inc.,
1983.
The Home Computer Advanced Course— L.: Orbis Publications, 1984.
The Home Computer Course— L.: Orbis Publications, 1984.
Whitaker A., Chin J. X-29 Digital Flight Control System Design. Grumman
Aerospace Corporation, Bethpage, N.Y.
X-29 Advanced Tfechnology Demonstrator.— Bethpage, N.Y.: Grumman Corp-
oration.
Yamaha International Corporation. Digital Programmable Algorithm Synthesizer:
Operation Manual.— Buena Park, Calif.: Yamaha International Corp-
oration.
235

Благодарности
Предметно-именной указатель к обеим частям книги составил Мел Ингбер.
Редакторы выражают благодарность всем лицам и организациям, участво-
вавшим в работе над книгой.
Часть I
В Великобритании: Полу Брирли (Харлоу, графство Эссекс). В Японии:
компании «Кондаша лимитед» (Токио).— В США: Маршалу Ротену (фир-
ма «Моторола», Феникс, шт. Аризона); Родни Заксу (изд-во «Сибеке букс»,
Беркли, шт. Калифорния); Джону Фризу («Вест коуст сайкл», Калвер-
Сити); Джону Пэйту и Арту Ромеро («Радионикс», Салинас); Мишелю Дэ-
вису («Интел») и Маргарет Харрисон («Коала текнолоджис», Санта-
Клара); Чаку Педдлу (Скотс-Вэлли); Маргарет Возняк (Саннивейл); Тэду
Флауерсу («Норелко», Эссекс, шт. Коннектикут); Пегги Олдрич Кидуэлл
(Музей американской истории Смитсоновского института, окр. Колумбия);
Роберту X. Уозену («Делко электронике», Кокома, шт. Индиана); Пэту
Фэзерстоуну, Шери Перелли, Розе и Крису Уоллесам («Кадиллак моторкар
дивижин», Детройт, шт. Мичиган); Стиву Эдди («Касио», Фэрфилд, шт.
Нью-Джерси); Диане Федюк и Сэму Гарсиа («Никон», Гарден-Сити, шт.
Нью-Йорк); Лесли Соломону (журнал Computers and Electronics); Грегори
Макфарлейну («Эванс и Сазерленд», Солт-Лейк-Сити, шт. Юта); Уэйну
Скотту и Патриции Уилсон «НАП консьюмер электронике», г. Ноксвилл,
шт. Теннесси); Дику Пердью («Тексас инструменте», Даллас, шт. Техас);
Форресту М.Мимсу-Ш (Сан-Маркос); Айрин Хьюлак (ИБМ, Эссекс-
Джанкшен, шт. Вермонт); Дэвиду Пэйджу («Телемет Америка», г. Алек-
сандриа, шт. Вирджиния). В ФРГ: Конраду Цузе («Ханнелоре Цузе-
Штекер», Хюнфельд); Кристель Рлазер (музей фирмы «Сименс», Мюнхен);
Рудольфу Хайнриху из Германского музея.
Часть II
Во Франции: Эрику Оффре («Компьютерленд», Париж): Паскалю Беркхай-
му (ИРКАМ). В Великобритании: Стефену Хобдею (Сэрри, Ист Моулси,
компания «П.С.Д.-Молтрон лтд.»). В Японии: Шигехико Кикучи (Токио);
Кумико Моги, Акеми Оикава; компании «Оки электрик индастрис лтд»;
токийской фирмы «Шибаура электрик». В США: Джиму Смерджелу
(«Ямаха мьюзик интернэшнл», Буэна-Парк, шт. Калифорния); Чарлзу Воз-
няку («Текмедика инк.», Камарилло); Дугласу Энджелбарту («Макдоннел
Дуглас», Купертино); Алану С.Кею («Эпл компьютер», Лос-Анджелес);
Марку Шерману («Атари гейме», Милпитас); Хербу Викукалу (Исследова-
тельский центр Эймса, НАСА, Моффет-Филд); Вику Клею (лаборатория
«КА дизайн», Окленд); Глории Варнер (Центр ПАРК фирмы «Ксерокс»,
Пало-Альто); Джеймсу Эннису Киркленду («Вудсайд дезайн Ассошиэйтс»,
Редвуд-Сити); Перри С. Баббу (Сан-Рафаэл); Стиву Киршу («Маус сис-
темз», Санта-Клара); Рику Хауку («Боно филм сервайс», окр. Колумбия);
Роберту Микешу (Смитсоновский институт); Чарлзу Р. Рэдмонду (НАСА);
Джону Вильямсу («Софтвэр специалист»); Арти Стоуну («Хьюлетт-
Паккард», Бойс, шт. Айдахо); Тому Джайлсу («Черри электрикал про-
дакте», Вокеган, шт. Иллинойс); Марку Кренику («Клинтон компьютер»,
Клинтон, шт. Мэриленд); Уильяму Дж. Аллену-мл. («Электронике плас»,
Колледж-Парк); Фредерику Максвеллу и Кеннету А. Ташнеру («АДЕК
корп»., Форт-Вашингтон); Брусу Д. Монсону («Американ коннекшнс ин-
тернэшнл, Уэтон); Оливеру Стримпелу и Уильяму Уишарту (Музей ком-
пьютеров, Бостон, шт. Массачусетс); Дугласу Россу (Лексингтон); Эду
Пиньону («Ванг индастриз», Ловелл); Мартину Кингу и Хуго Паттерсону
(«Айскэн Лансинг, шт. Мичиган); Джеку Гилмору (Амхерст шт. Нью-
Гэмпшир) и Джозефу X.Нестору (Гринвилл, шт. Нью-Гэмпшир); Полу
Лански (Принстонский университет, Принстон, шт. Нью-Джерси); Джону
Данненхоферу, Майклу Дрэйку, Ричарду Купчуку, Чарлзу Сьюоллу и Ар-
нольду Уитейкеру («Грумман», Бетпейдж, шт. Нью-Йорк); Линде Дж.
Эрранте (хирургическая клиника, Нью-Йорк); Уильяму П. Хэйсингу (ИБМ,
Паукипси); Алану Акенхаузену и Юджину Мерчанту («Меткат ресерч ассо-
шиэйтс», Цинцинатти, шт. Огайо); Питеру Денджесу и Джону Бриггсу
(«Эванс энд Сазерленд», Солт-Лэйк-Сити, шт. Юта); Киму Джонсону и
Сильвии Мэйби («Клинтон компьютер», Александриа, шт. Вирджиния);
Элу Алавайну и Рону Пиэю («Арлингтон электроник хоулсэйлз», шт.
Вирджиния); Скипу Нунамейкеру (Исследовательский центр Лэнгли, Хэмп-
тон, шт. Вирджиния); Греге Хикмену и Мину С. Йи («Майкрософт», Бель-
вю, шт. Вашингтон); Джорджу Ханке и Мэри Холлрит («Джонсон кон-
тролз», Милуоки, шт. Висконсин). В ФРГ: Райнеру Гебауэру (журнал Chip,
Мюнхен); Томасу Хартману («Даймлер-Бенц», Штутгарт), Йоханнесу
Дросдолу («Даймлер-Бенц», Западный Берлин).
Источники иллюстраций
Ниже перечислены источники иллюстраций, содержащихся в книге. Сведения о ри-
сунках при переходе слева направо разделяются точкой с запятой, а сверху вниз —
через тире.
Часть I
Обложка: Larry Sherer. 8: Etsuo Genda, courtesy Kodansha Publishing Co., Tokyo. 10:
Evans & Sutherland and Aerospace Corporation. 13: The Science Museum, London, ex-
cept bar, art by Matt McMullen. 14, 15: The Science Museum, London (4); IBM except
bar, art by Matt McMullen. 17—19: Art by James Hunt/Carol Chislovsky, Inc. 20, 21:
Sam Garcia/Nikon Inc.; Art by James Hunt/Carol Chislovsky, Inc. 22, 23: Art by James
Hunt/Carol Chislovsky, Inc. 24, 25: Art by James Bandsuh from Nighthawk Studio/Carol
Chislovsky Inc.; Chrysler Corporation. 26, 27: Art by James Hunt/Carol Chislovsky, Inc.
28, 29: Koala Technologies Corporation; Art by James Bandsuh from Nighthawk Stu-
dio/Carol Chislovsky, Inc. 32: The Bettman Archive. 34—37: Art by Greg Harlin from
Stansbury, Ronsaville, Wood Inc. 50: Larry Sherer, courtesy National Museum of Ameri-
can History, Smithsonian Institution; Sony Corporation. 52, 53: Larry Sherer, courtesy
National Museum of American History, Smithsonian Institution — Paul Donaldson,
courtesy Cruft Photo Lab, Harvard University. 55: AP/Wide World. 56, 57: Courtesy
The Royal Society, London; AT&T Bell Telephone Laboratories; British Crown Copyright,
courtesy Bryan Johnson, London — The Boston Sunday Globe; Alfred Eisenstaedt for
Life; courtesy Professor Dr. Konrad Zuse, Hunfeld; Leni Iselin for Fortune except bar,
art by Matt McMullen. 58, 59: Marina V.N. Whitman; Smithsonian Institution; courtesy
AT&T Bell Telephone Laboratories; Sperry Corporation — AP/Wide except bar, art by
Matt McMullen. 60: Art by Frederic Bigio from В—C Graphics. 62: Alan Richards,
courtesy Herman H Goldstine; art by Stansbury, Ronsaville, Wood Inc. 64: The Archives
of the Computer Laboratory, Cambridge University. 66, 67: © Phillip A. Harrmg-
ton/Peter Arnold, Inc. 68, 69: Art by Frederic F. Bigio from В—C Graphics. 71: Courtesy
AT&T Bell Laboratories — Yale Joel for Life. 72: Courtesy Fairchild Camera and Instru-
ment Corporation. 73: Art by Charles Williams. 75: © Phillip A. Harrington/Fran Heyl
Associates. 77: © Phillip A. Harrmgton/Fran Heyl Associates. 78, 79: © Phillip A. Har-
rmgton/Fran Heyl Associates, courtesy AT&T Technologies. 80, 81: Art by James Bandsuh
from Nighthawk Studio/Carol Chislovsky, Inc.; Phillip A. Harrington/Fran Heyl Associ-
ates. 82, 83: Art by Charles Williams; © Dan McCoy/Rainbow. 84, 85: Motorola Inc. —
© 1981 Harald Sund (2). 86, 87: Art by Charles Williams. 88, 89: © Harald Sund. 90:
Forrest M. Mims III. 94, 95: IBM; Wayne Miller/Magnum (2); Texas Instruments; courtesy
Kurt Lehovec, Ph.D. — The MIT Museum; courtesy Gordon Teal, Ph.D.; courtesy AT&T
Bell Laboratories; RCA except bar, art by Matt McMullen. 96, 97: © 1980 Digital Equip-
ment Corporation; © 1985, reprinted by permission of Intel Corporation; © William
Thompson/Microsoft; IBM Archives — Burroghs Archives; © 1984 Forrest M. Mims III;
Apple Computer, Inc.; Commodore Business Machines — Radio Shack, a Division of
Tandy Corporation; Dan Canningham except bar, art by Matt McMullen. 98: Herrington
& Olson. 98: Library of Congress. 100, 101: c 1985 reprinted by permission of Intel Corpo-
ration (2); Dan Cunningham; Motorola, Inc.; Hewlett-Packard. 103: Apple Computer,
Inc. 104: © Chuck O’Rear/Woodfin Camp. 105—116: Art by Matt McMullen.
Часть II
121: Art by Matt McMullen. 124: Art by Walter Hilmers jr. from HJ Commercial Art.
126, 127: Courtesy AT&T Bell Laboratories; courtesy The Computer Museum, Boston;
courtesy J.V. Atanasoff, copied by Thomas E. Molesworth; courtesy The Computer Muse-
um, Boston; MITRE Corporation (2); from Automated Data Processing, published by
Moore Business Forms Inc., Niagara Falls, New York, courtesy Library of Congress except
bar, art by Matt McMullen. 128, 129: Courtesy The Computer Museum, Boston; Bank
of America Archives (2) — courtesy The Computer Museum, Boston; Lou Goodman (2);
courtesy The Computer Museum, Boston, except bar, art by Matt McMullen. 131—145:
Art by Matt McMullen. 148: Smithsonian Institution Photograph No. 30529. 152, 153:
Art by Walter Hilmers Jr. from HJ Commercial Art, Maltron keyboard © P.C.D. —
Maltron Ltd., East Molesey, Surry, England. 154: Photographs, Oki Electric Industry
Company Ltd., Tokyo — Andreas Dannenberg, courtesy Shibaura Electric Company,
Tokyo — Oki Electric Industry Company Ltd., Tokyo. 157—169: Art by Sean Daly. 170:
Fil Hunter. 173: Marvin Koner for Fortune. 175: Courtesy Douglas C. Engelbart. 176,
177: Jon Brenneis for Fortune. 178—181: Art by Sam Haltrom from Another Color Inc.
182: Courtesy Dr. Alan C. Kay. 184: Courtesy Xerox Corporation. 186, 187: Derek
Bayes/ASPECT, London. 189: Courtesy The Computer Museum, Boston. 190, 191:
Screens by Laboratorium Frieder Michler, Lauterstein, West Germany, line art by Walter
Hilmers Jr. from HJ Commercial Art; courtesy of Daimler-Benz AG, Stuttgart. 195:
Paintings by Attila Hejja. 196—203: Paintings by Attila Hejja, line art by Walter Hilmers
Jr. from HJ Commercial Art. 203, 204: © Alan Zenuk. 209: Courtesy The Eyescan Com-
pany, Lansing, Michigan — art by Roger Essley. 211: © 1984 Tbd Streshinsky. 212, 213:
Art by Pamela Lee. 214, 215: Art by Brian Sullivan. 216: John Goodman. 217: © Alan
Zenuk. 218: Art by Harold Cohen, photographed by Becky Cohen — © 1980 art by David
Em. 219: Lucasfilm Computer Graphics Devision — art by Keith Haring. 221—230: Art
by Roger Essley.
236

КОНСУЛЬТАНТЫ
Главный консультант
Исабель Лида Ниренберг, работала во многих областях применения вычис-
лительной техники — от анализа данных, переданных на Землю космиче-
скими аппаратами серии «Пионер», до подбора семей для детей-сирот. Ру-
ководит вычислительным центром университета шт. Нью-Йорк в Олбани,
оказывая помощь преподавателям и студентам в вопросах применения
микрокомпьютеров.
Часть I
Ута К. Мерцбах, математик, специализирующийся в области истории нау-
ки; с 1963 г. ответственная за экспозиции по математике и вычислительной
технике в Национальном музее американской истории Смитсоновского инс-
титута.
Рихард Мюррей, доцент факультета вычислительной техники профсоюзно-
го колледжа в г. Скенектади, шт. Нью-Йорк; работал в промышленности
как менеджер и специалист по разработке программного обеспечения. Зани-
мается исследованиями в области испытания интегральных схем сверхболь-
шой плотности интеграции (СБИС).
Часть II
Гвен Белл, президент музея вычислительной техники в Бостоне, шт. Мас-
сачусетс.
Крис Чейф, скрипач и композитор, увлекающийся компьютерной музыкой;
сотрудничает с Центром компьютерных исследований в музыке и акустике
при Станфордском университете. Работал в Институте исследований и ко-
ординации в области акустики и музыки в Париже.
Адель Голдберг, руководитель лаборатории системных концепций в Иссле-
довательском центре фирмы «Ксерокс» в Пало-Альто, шт. Калифорния;
президент Ассоциации вычислительной техники.
Дж. А. Н. Ли, профессор информатики политехнического института шт.
Вирджиния. Работая в области вычислительной техники с 1958 г., специа-
лизируется в истории этой отрасли знаний.
Джекки Потс, президент Всемирной ассоциации разработчиков интерфейс-
ных устройств, вице-президент Международного общества автоматизации
делопроизводства.
237

Предметно-именной указатель
Автомобиль компьютеризованный 24,
25
«Айскен комьюникейтор» 209
Акселерометр 198
Аллен П. 97
АЛУ — арифметическое и логическое
устройство 80, 105
«Альтаир» 91, 92, 94
«Альто» 183
Американский стандартный код обме-
на информацией, ASCII 34, 161
«Аналитическая машина» 12
Аналоговый сигнал 133
АЦП — аналого-цифровой преобразо-
ватель 134
Армстронга по послание 31
Ассемблера язык 149
Атанасофф Дж. 38, 39, 65
«Атари» 102
Байрон О.А. (графиня Лавлейс) 12, 13
Байт, определение 38
Баллистика 58
Бардин Дж. 70
«Белл телефон лабораторис» 69, 95
«Бинак» 125
Бит, определение 38
Браттейн У. 59, 70
Буле П. 216
Булева алгебра 33
Буль Дж. 32, 33
Буш В. 38, 56
Бушнелл Н. 102
Бэббидж Ч. 11—14
Бэйсик 97
Бюро переписи населения США 14
Вакуумная лампа 60, 67, 68
«Ванг» 155
Вентиль логический 44—47, 74
«Визикалк» 97
«Вихрь» 125
Возняк С. 101—103
Гейтс У. 97
Генератор тактовых импульсов 81, 139
Германий 70, 71
Гибкие производственные системы 189
Гилмор Дж. 150
Гироскоп 199
Глазное устройство ввода данных 209
Глидден К. 148
Голдстейн Г. 59
Голосовой терминал 205
Графика компьютерная 9
Графопостроитель 144
«Груммэн аэроспейс» 195
«Дайнабук» 183
Двоичная система счисления 32—33,
42—43
238
«Дженерал электрик» 189
Джобс С. 101—103
Джозефсон Б. 76
Джозефсона переход 76
Джойстик 180
«Диджитал экуипмент» 96
Диски магнитные 28, 108, 109
Домашний сторож 26
Жаккар Ж. 11
Жаккарда станок И
Живопись компьютерная 218—219
Жидкие кристаллы 19
Журналы по персональным компьюте-
рам 98
«Загадка» 55
ИБМ 94, 97, 104, 128—130
во время второй мировой войны
53—54
персональный компьютер, PC 97,
104
происхождение 16, 122
развитие 65
«Система-360» 171
ИЖК — индикатор на жидких кри-
сталлах 19
ИМСАИ 98, 99
Интегральные микросхемы (ИМС)
быстродействие 74
изготовление 82—88
миниатюризация 74
ОЗУ 78—78
очень большой интеграции 76
первые 72
развитие технологии 74—75
стоимость 76
«Интел» 75
Информации теория 38
Калверт Т. 220
Кахил Т. 207
Кварцевый кристалл 19
Кей А. 182—183
Керцвейл Р. 207
Килби Дж. 72, 74
Клавиатура 28, 29, 157—159
Клуб компьютерный 102
«Колосс» 57, 58
«Коммодоре» 97, 99
Компьютер
аналоговый 38, 198
персональный 28, 29
начальный период 96, 97
структура и работа 106—116
этапы развития 96—97
цифровой
архитектура 106—116
фон Неймана 62
интегральные микросхемы 74, 78
монокристальный 80
программируемый первый 54—56
развитие
в период 1930—1944 гг. 56—57
—	1945—1952 гг. 58—59
—	1953—1981 гг. 94—97
структура и работа 106—116
хранение программ 62—64
Контроллер ПДП 139, 142
Кремниевая долина 100
Кремниевые
кристаллы 74
пластины 84
транзисторы 70, 87
«Ксерокс» 176, 182
Лазерный принтер 156
Лейбниц Г.В. 11, 32
Лейбница калькулятор 11
Лейнинджер С. 100
Леховиц К. 74
Лирсон В. 173
Логика. См. Булева алгебра
Логический вентиль 44—47, 74
«Лого» 183
«Лукасфильм» 218
Магнитная лента 64, 125, 128
«Макинтош» 185
«Марк-1» 53—54
«Марк-8» 92
Медицинские приборы, компьютеризо-
ванные 22
МИДИ 217
Микропроцессоры 17, 80
быстродействие 76, 100, 101
«Зайлог» Z-80 100
«Интел» 4004 75
—	8008	92
—	8080	92
«Моторола» 68000 100
применения 17—29
этапы развития технологии 100—101
«Микрософт» 97
Микросхема. См. интегральные мик-
росхемы
Мини-компьютер 92, 147
МИТС 93, 98, 99
Модем 106
МОП-транзистор 76
Монитор 28, 157, 165
«Моторола» 100
Музыка, цифровое представление 41,
50, 51
Мэтьюз М. 210
Начальная программа 108
НАСА (Управление по аэронавтике и
исследованию космического про-
странства) 194
Непер Дж. 10
Непера «костяшки» 10, 13

Нойс Р. 74
ОЗУ — оперативное запоминающее
устройство 80, 107, 114, 139
проверка 114
«Осборн-1» 102
Пайнер С. 148
Память компьютера. См. ОЗУ и ПЗУ
на магнитных сердечниках 75
на линиях задержки 61
полупроводниковая 75
Параллельный порт 137
«Паскалина» 10, 13
Паскаль Б. 10
ПДП — прямой доступ к памяти 139,
142
Переключатель
биологический 76
на переходах Джозефсона 76
оптический 76
электромеханический 60
Перепись населения США 15
Персональный компьютер 28, 29
Перфокарта 14, 124
Перфолента 123
Печатающее устройство компьютера
лазерное 156, 169
матричное 156, 166
неконтактное 169
первое 127
«Селектрик» 151
«Эпсон» 156
ПЗУ — постоянное запоминающее
устройство • 80, 107, 139
Пиксел 163
Пирс Ч.С. 33
Пишущая машинка
клавиатура 152—153
первая 148
электрическая 151
Плоский дисплей 165
Полупроводник 69—76
Порт 136, 139
Последовательный порт 136
Прерывание ЦПУ 140
Программа
обработки текстов 150
«Мьюзик» 210
начальной проверки 108
Программное обеспечение персонально-
го компьютера 28, 97
«Разностная машина» 13
Расшифровка секретных кодов 57
Реле 67
«Ремингтон Рэнд» 65
Робертс Э. 92—93
«Рэдио шэк» 97
Самолет Х-29 121, 195
Световое перо 129, 150
«Сейко» 156
«Селектрик» 151
Синтез звука 224—227
Синтезатор музыки 208
Система автоматического проектирова-
ния 188
— управления самолетом 197—
204
Системная плата 106
Слово, компьютерное 38
«Смолток» 183
Совместимость компьютеров 171
Сумматор двоичный 47—49
Стибиц Дж. 39, 57
«Стретч» 151
Счеты 10, 13
Табулятор 14, 15
Тактовый генератор. См. Генератор
тактовых импульсов
Танди Ч. 101
«Тэнди рэдио шэк» 99
Твен М. 149
«Тексас инструменте» 70, 80
Телгармония 207
Телетайп 123
Терминал 157
Тил Г. 94
«Традис» 95
Транзистор 67, 68
изготовление 87
планарный 69, 72
плоскостной 68, 70
полевой 76
преимущества 69
стоимость 71
структура 70
точечно-контактный 70
Тренажер 190—191
Трубка Пито 199
Тьюринг А. 56, 63
Уилкс М. 63, 149
«Ультра» 55
Уотсон-мл. Т. 53, 173
Уотсон-ст. Т. 53—54
Управление курсором 178—181
Устойчивость полета 203
Ухо 223
«Флексорайтер» 147
Фон Нейман Дж. 61, 62, 64
Фон Неймана архитектура 62
Фотоаппарат компьютеризованный
20—21
Фотолитография 83
Форрестер Дж. 94
Ф^рье-анализ 223
Херни Дж. 74
Холлерит Г. 14, 15, 122
Холлерита табулятор 14
Хореография 220
Хофстейн С. 95
Хофф М.Э. 75
«Хьюлетт-Пакард» 76, 101
Хэкеры 148
Центральный процессор (центральное
процессорное устройство — ЦП,
ЦПУ) 106, 138, 139
Цифро-аналоговый преобразователь
144
Цифровая частотная модуляция (ЦЧМ)
210, 228
Цузе К. 39, 54—55, 63
Часы кварцевые 18
Чаунинг Дж. 211, 216
«Шаттл» 10, 193
Шеннон К. 38
Шина 107—112, 139
«Альтаира» 96
Шойц П.Г. 13
Шокли У. 69
Шоулс К.Л. 148
«Эдвак» 61
«Эдсак» 63
Эйкен Г. 54, 65
Экерт П. 58, 59, 64, 125
Электрические схемы первых компью-
теров 60, 67
Электронные компоненты 67
ЭЛТ — электронная лучевая трубка
150, 164
Энджелбарт Д. 174—175
«Эниак» 60, 124
«Эпл» 99, 101—102, 185
«Эпл-2» 104
«Юнивак» 64, 125
«Юнипринтер» 128
«Юнисерво» 127
ASCII 161
ARC 174, 177, 182
ARPA 174, 177, 182
Epson 156
ISO 161
MIDI 217
PARC 176, 177, 182
PDP-1 147
TX-0 147, 150
TX-2 150
X-29 195

Оглавление
Предисловие редактора перевода......	5
Часть I. Как начинался компьютер............ 7
1.	У истоков компьютерной революции..	9
2.	Возможности двоичного кода.......	31
3.	Разработки военных лет.............. 53
4.	Эволюция интегральных схем.......	67
5.	Золотой век предпринимателей.....	91
Часть II. Общение с компьютером.......... 119
1.	Гибкие системы в мире информации 121
2.	От чисел к тексту................. 147
3.	На пути к совместимости компьюте-
ров ................................. 171
4.	Машины в медицине и другие чудеса 187
5.	За пределами возможного........... 205
Словарь основных понятий и
терминов........................... 232
Литература......................... 234
Благодарности...................... 236
Источники иллюстраций.............. 236
Предметно-именной указатель.......	238
Научнопопулярное издание
знакомьтесь: компьютер
Заведующий редакцией В. С. Власенков
Научный редактор А. Н. Кондрашова
Мл. научный редактор М. А. Харузина
Художник Н. М. Иванов
Художественный редактор Ю. Л. Максимов
Технический редактор В. Н. Ефросимова
Корректоры Т. Е. Луганова, Т. А. Куликова
ИБ № 7027
Подписано к печати 17.05.89. Формат 60 х 9O'/i. Бумага офсетная № 1.
Гарнитура тайме. Печать офсетная. Объем 15,00 бум. л.
Усл. печ. л. 30,00. Усл. кр.-отт. 151,89. Уч.-изд. л. 33,93.
Изд. № 9/6353. Тираж 100 000 экз. Зак. 2921. Цена 4 р. 50 к.
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР»
В/О «Совэкспорткнига» Государственного комитета СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
129820, ГСП, Москва И-110, 1-й Рижский пер., 2.
Набрано в Межиздательском фотонаборном центре издательства «Мир»
Ордена Трудового Красного Знамени Калининский полиграфический
комбинат Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
170024, г. Калинин, пр. Ленина, 5.
Трудно представить себе жизнь современного человека без компьютера. Его мы ветре*
чаем повсюду: в аэропорту, на производственном предприятии, в больнице, в школе.
История компьютеров — в отличие от других изобретений человека — невелика: лишь
в 40-е годы нашего столетия было положено начало созданию вычислительной машины
современной архитектуры и с современной логикой. И вот менее чем за полвека компьютер
проделал в своем развитии и совершенствовании такой стремительный путь, с каким не срав-
нится ни одно другое изобретение человека, включая атомную энергию и космическую техни-
ку. Благодаря успехам электроники, в частности массовому производству интегральных схем,
компьютер превратился из гигантского монстра, занимавшего в 50-е годы целые залы, в до-
вольно компактное создание, которое удобно размещается на письменном столе или даже
встраивается в корпус наручных часов. Ныне компьютер стал неотъемлемой частью нашей по-
вседневной жизни. И совершенно естественно желание людей знать историю этого «чуда» XX
века и имена его создателей, иметь хотя бы общее, поверхностное представление о его структу-
ре, функциях, применении.
Учитывая насущную потребность в такой информации, американское издательство «Тайм-
Лайф» выпустило серию книг, рассказывающих о различных сторонах «жизни» компьютера и
адресованных самому широкому читателю. Издательство «Мир» намерено перевести ряд книг
этой серии на русский язык. «Знакомьтесь: компьютер» — первая из них; она объединяет в се-
бе две книги американского издания. Примечательна и непривычная для нас особенность кни-
ги — довольно подробный, насыщенный бытовыми деталями рассказ о создателях
вычислительной техники — от таких классиков, как Алан Тьюринг и Джон фон Нейман, до ны-
не здравствующих американских изобретателей и предпринимателей, чья творческая мысль,
смелость, готовность идти на риск привели к бурному развитию новой технологии, радикально
изменившей весь стиль жизни современного общества. Подробно и увлекательно рассказыва-
ется (и благодаря обилию иллюстраций показывается) о разнообразных применениях компью-
теров, их технологии, строении, перспективах развития.