ГЛАВА 2
НАЧАЛО ИНФОРМАЦИОННОГО ВЕКА
Впервые услышав выражение "информационный век", я
основательно призадумался. Я знал о железном и бронзо-
вом веках - исторических периодах, названных так по тем
новым материалам, из которых тогда делали инструменты и
оружие. Тут все понятно. Но вот я читаю пророчества
ученых о том, что скоро государства будут бороться за
контроль над информацией, а не над природными ресурса-
ми. Звучит весьма интригующе, но что подразумевается
под "информацией" ?
Утверждение о том, что будущее за информацией, на-
помнило мне знаменитую сцену из фильма The Graduate
(Выпускник), вышедшего на экраны в 1967 году. Некий
бизнесмен трогает за пуговицу Бенджамена, выпускника
колледжа (его играл Дастин Хофман), и произносит всего
одно слово: "Пластмассы". Так он напутствует молодого
человека в начале его карьеры. Интересно, если бы эту
сцену написали несколько десятилетий спустя, не сказал
бы тот бизнесмен иначе: "Информация" ?!
Представляю, какие абсурдные разговоры могли бы вес-
тись в деловом мире: "Сколько у Вас информации ?",
"Швейцария - великая страна, у них столько информации
!", "Я слышал, индекс стоимости информации пошел вверх
!" Абсурдны они потому, что информация, хотя и играет
все более значимую роль в нашей жизни, не является
чем-то осязаемым и не поддается точному измерению, как
материалы - "лица" прежних эпох.
Информационная революция только начинается. Средства
связи неизбежно подешевеют - так же резко, как в свое
время вычислительная техника. Когда их стоимость доста-
точно снизится и "срезонирует" с другими достижениями
технологии, ретивые администраторы и нервные политики
перестанут упоминать выражение "информационная магист-
раль" просто потому, что оно модно и престижно. Магист-
раль станет реальностью и, как электричество, вызовет
далеко идущие последствия. Чтобы понять, почему инфор-
мация становится и центр всего и вся, важно понять, как
технология изменяет способы ее обработки.
Об этом главным образом и пойдет речь в данной гла-
ве. Слабо подготовленные читатели, не знающие принципов
работы вычислительной техники и истории ее развития,
получат необходимый минимум сведений, чтобы продолжить
чтение книги. А если Вы знаете, как работают цифровые
компьютеры, можете спокойно пролистать несколько стра-
ниц и перейти сразу к третьей главе.
Самая фундаментальная отличительная черта информации
в будущем - почти вся она станет цифровой. Уже сейчас
во многих библиотеках печатные материалы сканируют и
хранят как электронные данные на обычных или на ком-
пакт-дисках. Газеты и журналы теперь зачастую готовят в
электронной форме, а печатают на бумаге только для
распространения. Электронную информацию можно хранить
вечно - или столько, сколько нужно - в компьютерных ба-
зах данных. Гигантские объемы репортерской информации
легко доступны через оперативные службы. Фотографии,
фильмы и видеозаписи тоже преобразуются в цифровую ин-
формацию. С каждым годом совершенствуются методы сбора
информации и превращения ее в квадрильоны крошечных па-
кетов данных. Как только цифровая информация помещается
в то или иное "хранилище", любой, у кого есть персо-
нальный компьютер и средства доступа к базам данных,
может мгновенно обратиться к ней и использовать ее по
своему усмотрению. Характерная особенность нашего пери-
ода истории как раз в том и заключается, что информацию
мы изменяем и обрабатываем совершенно новыми способами
и гораздо быстрее. Появление компьютеров, "быстро и де-
шево" обрабатывающих и передающих цифровые данные, обя-
зательно приведет к трансформации обычных средств связи
в домах и офисах.
Идея применять для манипуляций с числами какой-ни-
будь инструмент не нова. До 1642 года, когда девятнад-
цатилетний французский ученый Блез Паскаль изобрел ме-
ханическое счетное устройство - суммирующую машину, в
Азии уже почти 5000 лет пользовались счетами. Три деся-
тилетия спустя немецкий математик Готфрид Лейбниц усо-
вершенствовал конструкцию машины Паскаля. Его "шаговый
вычислитель" позволял умножать, делить и вычислять
квадратные корни. Весьма надежные механические арифмо-
метры, напичканные шестеренками и наборными счетчиками,
наследники шагового вычислителя, служили главной опорой
бизнесу вплоть до их замены электронными аналогами.
Например, кассовые аппараты в годы моего детства, по
сути, были арифмометрами с отделениями для наличности.
Более полутора столетий назад видного британского
математика озарила гениальная идея, которая прославила
его имя уже при жизни. Чарлз Беббидж (Charles Babbage),
профессор математики Кембриджского университета, понял,
что можно построить механическое устройство, способное
выполнять последовательность взаимосвязанных вычисле-
ний, - своего рода компьютер ! Где-то в начале тридца-
тых годов прошлого столетия он пришел к выводу, что ма-
шина сможет манипулировать информацией, если только ту
удастся преобразовать в числа. Беббидж видел машину,
приводимую в действие паром, состоящую из штифтов, зуб-
чатых колес, цилиндров и других механических частей - в
общем, настоящее детище начинавшегося тогда индустри-
ального века. По мысли Беббиджа, "аналитическая машина"
должна была избавить человечество от монотонных вычис-
лений и ошибок, с ними связанных.
Для описания устройства машины ему, конечно, не хва-
тало терминов - тех, которыми мы пользуемся сегодня.
Центральный процессор, или "рабочие внутренности" этой
машины, он называл "мельницей", а память - "хранили-
щем". Беббиджу казалось, что информацию будут обрабаты-
вать так же, как хлопок: подавать со склада (хранилища)
и превращать во что-то новое.
Аналитическая машина задумывалась как механическая,
но ученый предвидел, что она сможет следовать варьируе-
мым наборам инструкций и тем самым служить разным це-
лям. В том же и смысл программного обеспечения. Совре-
менная программа - это внушительный набор правил, пос-
редством которых машину "инструктируют", как решать ту
или иную задачу. Беббидж понимал, что для ввода таких
инструкций нужен совершенно новый тип языка, и он изоб-
рел его, использовав цифры, буквы, стрелки и другие
символы. Этот язык позволил бы "программировать" анали-
тическую машину длинными сериями условных инструкций,
что, в свою очередь, позволило бы машине реагировать на
изменение ситуации. Он - первый, кто увидел, что одна
машина способна выполнять разные функции.
Следующее столетие ученые математики работали над
идеями, высказанными Беббиджем, и к середине сороковых
годов нашего века электронный компьютер наконец был
построен - на основе принципов аналитической машины.
Создателей современного компьютера выделить трудно,
поскольку все исследования проводились во время второй
мировой войны под покровом полной секретности, главным
образом - в Соединенных Штатах и Великобритании. Основ-
ной вклад внесли три человека: Алан Тьюринг (Alan Tu-
ring), Клод Шеннон (Claude Shannon) и Джон фон Нейман
(John von Neumann).
В середине тридцатых годов Алан Тьюринг - блестящий
британский математик, как и Беббидж, получивший образо-
вание в Кембридже, предложил свой вариант универсальной
вычислительной машины, которая могла бы в зависимости
от конкретных инструкций работать практически с любым
видом информации. Сегодня она известна как машина Ть-
юринга.
А в конце тридцатых Клод Шеннон, тогда еще студент,
доказал, что машина, исполняющая логические инструкции,
может манипулировать информацией. В своей магистерской
диссертации он рассмотрел, как с помощью электрических
цепей компьютера выполнять логические операции, где
единица - "истина" (цепь замкнута), а нуль - "ложь"
(цепь разомкнута).
Здесь речь идет о двоичной системе счисления, иначе
говоря, о коде. Двоичная система - это азбука электрон-
ных компьютеров, основа языка, на который переводится и
с помощью которого хранится и используется вся информа-
ция в компьютере. Эта система очень проста и в то же
время настолько важна для понимания того, как работают
компьютеры, что, пожалуй, стоит на этом задержаться.
Представьте, что в Вашей комнате должна гореть лампа
мощностью в 250 ватт. Однако Вы хотите регулировать ос-
вещение от 0 ватт (полная темнота) до максимума. Один
из способов добиться этого - воспользоваться выключате-
лем с регулятором. Чтобы погасить лампу, Вы поворачива-
ете ручку против часовой стрелки в положение "выкл" (0
ватт), а чтобы включить ее "на всю катушку", - по часо-
вой стрелке до упора (250 ватт). Ну а чтобы добиться
полумрака или просто уменьшить яркость, Вы устанавлива-
ете регулятор в какое-то промежуточное положение.
Такая система проста, но имеет свои ограничения. Ес-
ли регулятор находится в промежуточном положении - ска-
жем, Вы приглушили свет для ужина в интимной обстанов-
ке, - останется лишь гадать, каков сейчас уровень осве-
щения. Вам не известно ни то, какую мощность "берет"
лампа в данный момент, ни то, как точно описать наст-
ройку регулятора. Ваша информация приблизительна, что
затрудняет ее сохранение и воспроизведение.
Вдруг на следующей неделе Вам захочется создать то
же освещение ? Конечно, можно поставить отметку на шка-
ле регулятора, но навряд ли это получится точно. А что
делать, если понадобится воспроизвести другую настройку
? Или кто-то придет к Вам в гости и захочет отрегулиро-
вать свет ? Допустим, Вы скажете: "Поверни ручку при-
мерно на пятую часть по часовой стрелке" или "Поверни
ручку, пока стрелка не окажется примерно на двух ча-
сах". Однако то, что сделает Ваш гость, будет лишь
приблизительно соответствовать Вашей настройке. А может
случиться и так, что Ваш друг передаст эту информацию
своему знакомому, а тот - еще кому-нибудь. При каждой
передаче информации шансы на то, что она останется точ-
ной, убывают.
Это был пример информации, хранимой в "аналоговом"
виде. Положение ручки регулятора соответствует уровню
освещения. Если ручка повернута наполовину, можно пред-
положить, что и лампа будет гореть вполнакала. Измеряя
или описывая то, насколько повернута ручка, Вы на самом
деле сохраняете информацию не об уровне освещения, а о
его аналоге - положении ручки. Аналоговую информацию
можно накапливать, хранить и воспроизводить, но она не-
точна и, что хуже, при каждой передаче становится все
менее точной.
Теперь рассмотрим не аналоговый, а цифровой метод
хранения и передачи информации. Любой вид информации
можно преобразовать в числа, пользуясь только нулями и
единицами. Такие числа (состоящие из нулей и единиц)
называются двоичными. Каждый нуль или единица - это
бит. Преобразованную таким образом информацию можно пе-
редать компьютерам и хранить в них как длинные строки
бит. Эти-то числа и подразумеваются под "цифровой ин-
формацией".
Пусть вместо одной 250-ваттной лампы у Вас будет 8
ламп, каждая из которых в 2 раза мощнее предыдущей - от
1 до 128 ватт. Кроме того, каждая лампа соединена со
своим выключателем, причем самая слабая расположена
справа.
Включая и выключая эти выключатели, Вы регулируете
уровень освещенности с шагом в 1 ватт от нуля (все вык-
лючатели выключены) до 255 ватт (все включены), что да-
ет 256 возможных вариантов. Если Вам нужен 1 ватт, Вы
включаете только самый правый выключатель, и загорается
1-ваттная лампа. Для 2 ватт Вы зажигаете 2-ваттную лам-
пу. Если Вам нужно 3 ватта, Вы включаете 1- и 2-ваттную
лампы, поскольку 1 плюс 2 дает желаемые 3 ватта. Хотите
4 ватта, включите 4-ваттную лампу, 5 ватт - 4- и
1-ваттную лампы, 250 ватт - все, кроме 4- и 1-ваттной
ламп.
Если Вы считаете, что для ужина идеально подойдет
освещение в 137 ватт, включите 128-, 8- и 1-ваттную
лампы.
Такая система обеспечивает точную запись уровней ос-
вещенности для использования в будущем или передачи
другим, у кого в комнате аналогичный порядок подключе-
ния ламп. Поскольку способ записи двоичной информации
универсален (младшие разряды справа, старшие - слева,
каждая последующая позиция удваивает значение разряда),
нет нужды указывать мощность конкретных ламп. Вы просто
определяете состояние выключателей:
"вкл-выкл-выкл-выкл-вкл-выкл-выкл-вкл". Имея такую ин-
формацию, Ваш знакомый точно отрегулирует освещение в
комнате на 137 ватт. В сущности, если каждый будет вни-
мателен, это сообщение без искажений пройдет через мил-
лионы рук и на конце цепочки кто-то получит первона-
чальный результат - 137 ватт.
Чтобы еще больше сократить обозначения, можно заме-
нить "выкл" нулем (0), а "вкл" - единицей (1).
Тем самым вместо
"вкл-выкл-выкл-выкл-вкл-выкл-выкл-вкл" (подразумевая,
что надо включить первую, пятую и восьмую лампы, а ос-
тальные выключить), Вы запишете то же самое иначе: 1,
0, 0, 0, 1, 0, 0, 1 или двоичным числом 10001001. Оно
равно десятичному 137. Теперь Вы скажете своему знако-
мому: "Я подобрал изумительное освещение ! 10001001.
Попробуй". И он точно воспроизведет Вашу настройку, за-
жигая и гася соответствующие лампы.
Может показаться, что этот способ чересчур сложен
для описания яркости ламп, но он иллюстрирует теорию
двоичного представления информации, лежащую в основе
любого современного компьютера.
Двоичное представление чисел позволяет составление
чисел позволяет создавать калькуляторы, пользуясь преи-
муществами электрических цепей. Именно так и поступила
во время второй мировой войны группа математиков из Mo-
ore School of Electrical Engineering при Пенсильванском
университете, возглавляемая Дж. Преспером Эккертом (J.
Presper Eckert) и Джоном Моучли (John Mauchly), начав
разработку электронно-вычислительной машины ENIAC
(Electronic Numerical Integrator And Calculator -
электронный числовой интегратор и калькулятор). Перед
учеными поставили цель - ускорить расчеты таблиц для
наведения артиллерии. ENIAC больше походил на электрон-
ный калькулятор, чем на компьютер, но двоичные числа
представляли уже не примитивными колесиками, как в
арифмометрах, а электронными лампами - "переключателя-
ми".
Солдаты, приписанные к этой огромной машине, посто-
янно носились вокруг нее, скрипя тележками, доверху на-
битыми электронными лампами. Стоило перегореть хотя бы
одной лампе, как ENIAC тут же вставал и начиналась су-
матоха: все спешно искали сгоревшую лампу. Одной из
причин - возможно, и не слишком достоверной - столь
частой замены ламп считалась такая: их тепло и свечение
привлекают мотыльков, которые залетают внутрь машины и
вызывают короткое замыкание. Если это правда, то термин
"жучки" (bugs), под которым имеются в виду ошибки в
программных и аппаратных средствах компьютеров, приоб-
ретает новый смысл.
Когда все лампы работали, инженерный персонал мог
настроить ENIAC на какую-нибудь задачу, вручную изменив
подключения 6000 проводов. Все эти провода приходилось
вновь переключать, когда вставала другая задача. В ре-
шении этой проблемы основную заслугу приписывают Джону
фон Нейману, американцу венгерского происхождения,
блестящему ученому, известному многими достижениями -
от разработки теории игр до вклада в создание ядерного
оружия. Он придумал схему, которой до сих пор следуют
все цифровые компьютеры. "Архитектура фон Неймана", как
ее теперь называют, базируется на принципах, сформули-
рованных им в 1945 году. В их число входит и такой: в
компьютере не придется изменять подключения проводов,
если все инструкции будут храниться в его памяти. И как
только эту идею воплотили на практике, родился совре-
менный компьютер.
Сегодня "мозги" большинства компьютеров - дальние
потомки того микропроцессора, которым мы с Полом так
восхищались в семидесятых, а "рейтинг" персональных
компьютеров зачастую определяется тем, сколько бит ин-
формации (переключателей - в нашем примере со светом)
способен единовременно обрабатывать их микропроцессор и
сколько у них байт (групп из восьми бит) памяти и места
на диске. ENIAC весил 30 тонн и занимал большое помеще-
ние. "Вычислительные" импульсы бегали в нем по 1500
электромеханическим реле и 17000 электронным лампам. Он
потреблял 150000 ватт электроэнергии и при этом хранил
объем информации, эквивалентный всего лишь 80 символам.
К началу шестидесятых годов транзисторы начали вы-
теснять электронные лампы из бытовой электроники. Это
произошло через десятилетие после того, как в Bell Labs
открыли, что крошечный кусочек кремния способен делать
то же, что и электронная лампа. Транзисторы - подобно
электронным лампам - действуют как электрические перек-
лючатели, потребляя при этом намного меньше электроэ-
нергии, в результате выделяя гораздо меньше тепла и за-
нимая меньше места. Несколько транзисторных схем можно
объединить на одной плате, создав тем самым интеграль-
ную схему (чип). Чипы, используемые в современных
компьютерах, представляют собой интегральные схемы, эк-
вивалентные миллионам транзисторов, размещенных на ку-
сочке кремния площадью менее пяти квадратных сантимет-
ров.
В 1977 году Боб Нойс (Bob Noyce), один из основате-
лей фирмы Intel, в журнале Scientific American сравнил
трехсотдолларовый микропроцессор с ENIAC, кишащим насе-
комыми мастодонтом. Крошка-микропроцессор не только
мощнее, но и, как заметил Нойс, "в 20 раз быстрее, об-
ладает большей памятью, в 1000 раз надежнее, потребляет
энергии столько же, сколько лампочка, а не локомотив,
занимает 1/30000 объема и стоит в 10000 раз дешевле.
Его можно заказать по почте или купить в местном мага-
зине".
Конечно, микропроцессор 1977 года теперь кажется
просто игрушкой. Ведь сегодня во многих недорогих иг-
рушках "сидят" более мощные компьютерные чипы, чем мик-
ропроцессоры семидесятых, с которых начиналась микро-
компьютерная революция. Но все современные компьютеры,
каков бы ни был их размер или мощность, оперируют с ин-
формацией в виде двоичных чисел.
Двоичные числа используются для хранения текста в
персональных компьютерах, музыки на компакт-дисках и
денег в сети банковских автоматов. Прежде чем отправить
информацию в компьютер, ее надо преобразовать в двоич-
ный вид. А машины, цифровые устройства, возвращают ин-
формации ее первоначальную форму. Каждое такое устройс-
тво можно представить как набор переключателей, управ-
ляющих потоком электронов. Эти переключатели, обычно
изготавливаемые из кремния, крайне малы и срабатывают
под действием электрических зарядов чрезвычайно быстро
- тем самым воспроизводя текст на экране персонального
компьютера, музыку на проигрывателе компакт-дисков и
команды банковскому автомату, который выдает Вам налич-
ность.
Пример с выключателями ламп продемонстрировал, что
любое число можно представить в двоичном виде. А вот
как то же самое сделать с текстом. По соглашению, число
65 кодирует заглавную латинскую букву A, 66 - B и т.д.
В компьютере каждое из этих чисел выражается двоичным
кодом, поэтому заглавная латинская буква A (десятичное
число 65) превращается в 01000001, а буква B (66) - в
01000010. Пробел кодируется числом 32, или 00100000.
Таким образом, выражение "Socrates is a man" ("Сократ
есть человек") становится 136-разрядной последователь-
ностью единиц и нулей.
Здесь легко проследить, как строка текста преврати-
лась в набор двоичных чисел. Чтобы понять, как преобра-
зуют другие виды данных в двоичную форму, разберем еще
один пример. Запись на виниловой пластинке - это анало-
говое представление звуковых колебаний. Аудиоинформация
хранится на ней в виде микроскопических бугорков, рас-
положенных в длинных спиральных канавках. Если в ка-
ком-то месте музыка звучит громче, бугорки глубже вре-
заются в канавку, а при высокой ноте бугорки располага-
ются теснее. Эти бугорки являются аналогами исходных
колебаний звуковых волн, улавливаемых микрофоном. Дви-
гаясь по канавке, иголка проигрывателя попадает на бу-
горки и вибрирует. Ее вибрация - все то же аналоговое
представление исходного звука - усиливается и звучит из
динамиков как музыка.
Виниловой пластинке, подобно всякому аналоговому
устройству хранения информации, свойствен ряд недостат-
ков. Пыль, следы пальцев или царапины на поверхности
пластинки могут приводить к неадекватным колебаниям иг-
лы, вызывая в динамиках потрескивание и другие шумы.
Если скорость вращения пластинки хотя бы немного откло-
няется от заданной, высота звука сразу же меняется. При
каждом проигрывании пластинки игла постепенно "снашива-
вает" бугорки в канавке, и качество звучания соответс-
твенно ухудшается. Если же какую-нибудь песню записать
с виниловой пластинки на кассетный магнитофон, то все
"шероховатости" переносятся на пленку, а со временем к
ним добавятся новые, потому что обычные магнитофоны са-
ми являются аналоговыми устройствами. Таким образом,
при каждой перезаписи или передаче информация теряет в
качестве.
На компакт-диске музыка хранится как последователь-
ность двоичных чисел, каждый бит которых представлен
микроскопической впадинкой на поверхности диска. На
современных компакт-дисках таких впадинок более 5 мил-
лиардов. Отраженный лазерный луч внутри проигрывателя
компакт-дисков - цифрового устройства - проходит по
каждой впадинке, а специальный датчик определяет ее
состояние (0 или 1). Полученную информацию проигрыва-
тель реконструирует в исходную музыку, генерируя опре-
деленные электрические сигналы, которые динамики преоб-
разуют в звуковые волны. И сколько бы такой диск ни
проигрывали, его звучание не меняется.
Было бы удобно преобразовать всю информацию в цифро-
вую форму, но возникает проблема обработки ее больших
объемов. Слишком большое число бит может переполнить
память компьютера или потребовать много времени на пе-
редачу между компьютерами. Вот почему так важна (и ста-
новится все важнее) способность компьютера сжимать циф-
ровые данные и хранить или передавать их в таком виде,
а затем вновь разворачивать сжатые данные в исходную
форму.
Рассмотрим вкратце, как компьютер справляется с
этим. Для этого надо вернуться к Клоду Шеннону, матема-
тику, который в тридцатых годах осознал, как выражать
информацию в двоичной форме. Во время второй мировой
войны он начал разрабатывать математическое описание
информации и основал новую область науки, впоследствии
названную теорией информации. Шеннон трактовал информа-
цию как уменьшение неопределенности. Например, Вы не
получаете никакой информации, если кто-то сообщает Вам,
что сегодня воскресенье, а Вы это знаете. С другой сто-
роны, если Вы не уверены, какой сегодня день недели, и
кто-то говорит Вам - воскресенье, Вы получаете информа-
цию, так как неопределенность уменьшается.
Теория информации Шеннона привела в конечном счете к
значительным прорывам в познании. Один из них - эффек-
тивное сжатие данных, принципиально важное как в вычис-
лительной технике, так и в области связи. Сказанное
Шенноном, на первый взгляд, кажется очевидным: элементы
данных, не передающие уникальную информацию, избыточны
и могут быть отброшены. Так поступают репортеры, исклю-
чая несущественные слова, или те, кто платит за каждое
слово, отправляя телеграмму или давая рекламу. Шеннон
привел пример: в английском языке буква U лишняя в тех
местах, где она стоит после буквы Q. Поэтому, зная, что
U следует за каждой Q, в сообщении ее можно опустить.
Принципы Шеннона применяли к сжатию и звуков, и
фильмов. В тридцати кадрах, из которых состоит секунда
видеозаписи, избыточной информации чрезвычайно много.
Эту информацию при передаче можно сжать примерно с 27
миллионов бит до 1 миллиона, и она не потеряет ни смыс-
ла, ни красок.
Однако сжатие не безгранично, а объемы передаваемой
информации все возрастают и возрастают. В скором буду-
щем биты будут передаваться и по медным проводам, и в
эфире, и по информационной магистрали, в основу которой
лягут волоконно-оптические кабели. Волоконно-оптический
кабель представляет собой пучок стеклянных или пласт-
массовых проводов настолько однородных и прозрачных,
что на другом конце стокилометрового кабеля Вы сможете
разглядеть горящую свечу. Двоичные сигналы в виде моду-
лированных световых волн смогут без затухания распрост-
раняться по этим кабелям на очень длинные расстояния.
Естественно, по волоконно-оптическим кабелям сигналы
идут не быстрее, чем по медным проводам: скорость дви-
жения не может превысить скорость света. Колоссальное
преимущество волоконно-оптического кабеля над медным
проводом - в полосе пропускания. Полоса пропускания -
это количество бит, передаваемых по одной линии в се-
кунду. Такой кабель подобен широкой автомагистрали.
Восьмирядная магистраль, проложенная между штатами,
пропускает больше автомобилей, чем узкая грунтовая до-
рога. Чем шире полоса пропускания кабеля (чем больше
рядов у дороги), тем больше бит (машин) могут пройти по
нему в секунду. Кабели с ограниченной полосой пропуска-
ния, используемые для передачи текста или речи, называ-
ются узкополосными; с более широкими возможностями, не-
сущие изображения и фрагменты с ограниченной анимацией,
- среднеполосными. А кабели с высокой пропускной спо-
собностью, позволяющие передавать множество видео- и
аудиосигналов, принято называть широкополосными.
Информационная магистраль, немыслимая без сжатия
данных, потребует применения кабелей с очень высокой
пропускной способностью. Тут-то и кроется одна из глав-
ных причин, почему информационная магистраль до сих пор
не построена: современные коммуникационные сети не мо-
гут обеспечить нужной полосы пропускания. И не обеспе-
чат, пока их не заменят волоконно-оптические линии. Во-
локонная оптика - пример технологии, выходящей далеко
за рамки того, что могли предвидеть Беббидж или даже
Эккерт и Моучли. То же относится и к темпам, с которыми
улучшается быстродействие и емкость микросхем.
В 1965 году Гордон Мур (Gordon Moore), впоследствии
вместе с Бобом Нойсом основавший фирму Intel, предска-
зал, что число транзисторов в компьютерных чипах еже-
годно будет удваиваться. Его предсказание базировалось
на соотношении "цена/качество" компьютерных чипов за
предыдущие 3 года и предположении, что в ближайшее вре-
мя эта тенденция сохранится. Правда, Мур не очень-то
верил, что такая скорость эволюции чипов продлится дол-
го. Но прошло 10 лет, предсказание сбылось, и тогда он
заявил, что теперь емкость будет удваиваться каждые 2
года. Его слова оправдываются и по сей день: число
транзисторов в микропроцессорах удваивается в среднем
каждые 18 месяцев. Среди инженеров эту зависимость при-
нято называть законом Мура.
Опыт повседневной жизни бессилен перед скрытым смыс-
лом периодически удваивающихся чисел - экспоненциальной
прогрессией. Мы попытаемся вникнуть в этот смысл,
вспомнив древнюю легенду.
Правитель Индии Ширхам (Shirham) так обрадовался,
когда один из его министров изобрел шахматы, что разре-
шил ему выбрать любую награду.
"Владыка, - сказал министр, - дай мне столько зерен
пшеницы, сколько уместится на шахматной доске: одно
зернышко - на первую клетку, на вторую клетку - 2 зер-
нышка, на третью - 4 и пусть так удваивают число зерны-
шек на каждой клетке вплоть до шестьдесят четвертой".
Правитель немало удивился такой скромности, но велел
принести мешок пшеницы.
И вот зернышки стали отсчитывать на шахматной доске.
На первую клетку в первом ряду положили одно маленькое
зернышко. На вторую - 2 зернышка, на третью - 4 и да-
лее: 8, 16, 32, 64, 128. Когда первый ряд был заполнен,
кладовщик насчитал в нем всего 255 зернышек.
Правитель, наверное, еще ничего не подозревал. Разве
что зернышек на первом ряду оказалось многовато, но
волноваться вроде бы не о чем. Допустим, на одно зер-
нышко уходила одна секунда, значит, подсчет пока занял
не более четырех минут. А если на один ряд потребова-
лось четыре минуты, попробуйте догадаться, сколько вре-
мени нужно на подсчет зернышек пшеницы на всех клетках.
Четыре часа ? Четыре дня ? Четыре года ?
К тому времени, когда покончили со вторым рядом,
кладовщик трудился уже 18 часов, отсчитав 65535 зерны-
шек. На третий из восьми рядов, чтобы отсчитать 16,8
миллионов зернышек (24 клетки), понадобилось 194 дня. А
ведь оставалось еще 40 пустых клеток.
Думаю, Вы понимаете: правитель отказался от своего
обещания ! На последней клетке должна была вырасти гора
из 18446744073709551615 зернышек пшеницы, и на их отс-
читывание ушло бы 584 миллиарда лет. Сравните: возраст
Земли оценивают где-то в 4,5 миллиарда лет. Согласно
большинству версий этой легенды, правитель Ширхам в
конце концов понял, как ловко его провели, и велел каз-
нить этого министра-умника. Так что экспоненциальная
прогрессия, даже когда ее поймешь, кажется чистым фоку-
сом.
Число транзисторов в микропроцессорах Intel удваива-
лось примерно каждые 18 месяцев - в соответствии с за-
коном Мура.
Закон Мура, по всей видимости, будет действовать еще
лет двадцать. И тогда вычисления, занимающие сегодня
сутки, будут проводиться в 10000 раз быстрее, т.е. не
потребуют более десяти секунд.
Лаборатории уже работают с так называемыми "баллис-
тическими" транзисторами, время переключения которых
порядка фемтосекунды. Это 1/1000000000000000 секунды,
т.е. такие транзисторы в 10 миллионов раз быстрее сов-
ременных. Однако необходимо так уменьшить размер чипа и
протекающий в нем ток, чтобы движущиеся электроны ни с
чем не сталкивались - и друг с другом тоже. В этом вся
сложность. Следующий этап - создание "одноэлектронного
транзистора", в котором единственный бит информации
представлен одиночным электроном. Это абсолютный предел
для низкоэнергетической вычислительной техники, по
крайней мере, в соответствии с нашим нынешним понимани-
ем физических законов. Чтобы воспользоваться преиму-
ществами невероятного быстродействия на молекулярном
уровне, компьютеры должны стать очень маленькими, даже
микроскопическими. Наука уже объяснила, как строить су-
пербыстрые компьютеры. Пока недостает одного - техноло-
гического рывка, но за этим, как показывает история,
дело не станет.
Когда мы перейдем на такие скорости работы, хранение
всех этих бит информации уже не будет проблемой. Весной
1983 года корпорация IBM выпустила PC/XT, первый персо-
нальный компьютер с внутренним жестким диском. Этот
диск (встроенный накопитель) вмещал 10 мегабайт (Мб)
информации, что составляет около 10 миллионов символов,
или 80 миллионов бит. Клиентам, которые хотели допол-
нить свои "персоналки" 10-мегабайтовым диском, это об-
ходилось весьма недешево. IBM предлагала комплект из
жесткого диска с отдельным источником питания за 3000
долларов, т.е. один мегабайт стоил 300 долларов. Сегод-
ня, благодаря "экспоненциальному" прогрессу, показанно-
му законом Мура, персональные компьютеры оснащаются
жесткими дисками емкостью 1,2 гигабайт (1,2 миллиарда
символов) всего за 250 долларов - по 21 центу за мега-
байт ! А впереди нас ждет такая экзотика, как гологра-
фическая память, которая позволит хранить терабайты
символов на кубический дюйм (порядка 16 кубических сан-
тиметров). При такой емкости голографическая память
объемом с кулак вместит все содержимое Библиотеки Конг-
ресса.
По мере того как технология связи становится цифро-
вой, она тоже начинает прогрессировать по экспоненте -
той самой, что сделала нынешний "лэптоп" за 2000 долла-
ров мощнее, чем мэйнфрейм IBM двадцатилетней давности
за 10 миллионов долларов.
Уже недалеко время, когда по единственному кабелю к
каждому дому пойдут все нужные цифровые данные. Этот
кабель будет или волоконно-оптическим, как на нынешних
междугородных телефонных линиях, или коаксиальным, по
которому сейчас передают сигналы кабельного телевиде-
ния. Интерпретирует компьютер биты как речевой вызов -
зазвонит телефон. Появятся видеоизображения - включится
телевизор. Поступят новости от оперативных сллслужб -
Вы увидите информационный текст и снимки на экране
компьютера.
По этому кабелю, "несущему на себе" всю сеть, опре-
деленно будут передавать не только телефонные звонки,
фильмы и новости. Как человек каменного века с прими-
тивным ножом не мог представить великолепия дверей бап-
тистерия Гиберти во Флоренции, так и мы сейчас не можем
представить, что именно будет нести информационная ма-
гистраль через 25 лет. Только тогда, когда она действи-
тельно появится, мы оценим ее реальные возможности. Од-
нако история достижений цифровой технологии за послед-
ние 20 лет все же позволяет уловить некоторые из ее бу-
дущих ключевых принципов и возможностей.