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, каж-
дая лампа соединена со своим выключателем, причем самая слабая располо-
жена справа.
Включая и выключая эти выключатели, Вы регулируете уровень освещен-
ности с шагом в 1 ватт от нуля (все выключатели выключены) до 255 ватт
(все включены), что дает 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 лампу. 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 освещенности для ис-
пользования в будущем или передачи другим, у кого в комнате аналогичный
порядок подключения ламп. Поскольку способ записи двоичной информации
универсален (младшие разряды справа, старшие - слева, каждая последующая
позиция удваивает значение разряда), нет нужды указывать мощность конк-
ретных ламп. Вы просто определяете состояние выключателей:
"вкл-выкл-выкл-выкл-вкл-выкл-выкл-вкл". Имея такую информацию, Ваш зна-
комый точно отрегулирует освещение в комнате на 137 ватт. В сущности,
если каждый будет внимателен, это сообщение без искажений пройдет через
миллионы рук и на конце цепочки кто-то получит первоначальный результат
- 137 ватт.
Чтобы еще больше сократить обозначения, можно заменить "выкл" нулем
(0), а "вкл" - единицей (1).
Тем самым вместо "вкл-выкл-выкл-выкл-вкл-выкл-выкл-вкл" (подразуме-
вая, что надо включить первую, пятую и восьмую лампы, а остальные выклю-
чить), Вы запишете то же самое иначе: 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1 или двоич-
ным числом 10001001. Оно равно десятичному 137. Теперь Вы скажете своему
знакомому: "Я подобрал изумительное освещение ! 10001001. Попробуй". И
он точно воспроизведет Вашу настройку, зажигая и гася соответствующие
лампы.
Может показаться, что этот способ чересчур сложен для описания яркос-
ти ламп, но он иллюстрирует теорию двоичного представления информации,
лежащую в основе любого современного компьютера.
Двоичное представление чисел позволяет составление чисел позволяет
создавать калькуляторы, пользуясь преимуществами электрических цепей.
Именно так и поступила во время второй мировой войны группа математиков
из Moore School of Electrical Engineering при Пенсильванском университе-
те, возглавляемая Дж. Преспером Эккертом (J. Presper Eckert) и Джоном
Моучли (John Mauchly), начав разработку электронно-вычислительной машины
ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator - электронный чис-
ловой интегратор и калькулятор). Перед учеными поставили цель - ускорить
расчеты таблиц для наведения артиллерии. ENIAC больше походил на элект-
ронный калькулятор, чем на компьютер, но двоичные числа представляли уже
не примитивными колесиками, как в арифмометрах, а электронными лампами -
"переключателями".
Солдаты, приписанные к этой огромной машине, постоянно носились вок-
руг нее, скрипя тележками, доверху набитыми электронными лампами. Стоило
перегореть хотя бы одной лампе, как ENIAC тут же вставал и начиналась
суматоха: 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, приобретает 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
решении 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 циф-
ровые компьютеры. "Архитектура фон Неймана", как ее теперь называют, ба-
зируется на принципах, сформулированных им в 1945 году. В их число вхо-
дит и такой: в компьютере не придется изменять подключения проводов, ес-
ли все инструкции будут храниться в его памяти. И как только эту идею
воплотили на практике, родился современный компьютер.
Сегодня "мозги" большинства компьютеров - дальние потомки того мик-
ропроцессора, которым мы с Полом так восхищались в семидесятых, а "рей-
тинг" персональных компьютеров зачастую определяется тем, сколько бит
информации (переключателей - в нашем примере со светом) способен единов-
ременно обрабатывать их микропроцессор и сколько у них байт (групп из
восьми бит) памяти и места на диске. ENIAC весил 30 тонн и занимал
большое помещение. "Вычислительные" импульсы бегали в нем по 1500 элект-
ромеханическим 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 вытеснять электронные
лампы из бытовой электроники. Это произошло через десятилетие после то-
го, как в Bell Labs открыли, что крошечный кусочек кремния способен де-
лать то же, что и электронная лампа. Транзисторы - подобно электронным
лампам - действуют как электрические переключатели, потребляя при этом
намного меньше электроэнергии, в результате выделяя гораздо меньше тепла
и занимая меньше места. Несколько транзисторных схем можно объединить на
одной плате, создав тем самым интегральную схему (чип). Чипы, используе-
мые в современных компьютерах, представляют собой интегральные схемы,
эквивалентные миллионам транзисторов, размещенных на кусочке кремния
площадью менее пяти квадратных сантиметров.
В 1977 году Боб Нойс (Bob Noyce), один из основателей фирмы Intel, в
журнале Scientific American сравнил трехсотдолларовый микропроцессор с
ENIAC, кишащим насекомыми мастодонтом. Крошка-микропроцессор не только
мощнее, но и, как заметил Нойс, "в 20 раз быстрее, обладает большей па-
мятью, в 1000 раз надежнее, потребляет энергии столько же, сколько лам-
почка, а не локомотив, занимает 1/30000 объема и стоит в 10000 раз де-
шевле. Его можно заказать по почте или купить в местном магазине".
Конечно, микропроцессор 1977 года теперь кажется просто игрушкой.
Ведь сегодня во многих недорогих игрушках "сидят" более мощные
компьютерные чипы, чем микропроцессоры семидесятых, с которых начиналась
микрокомпьютерная революция. Но все современные компьютеры, каков бы ни
был их размер или мощность, оперируют с информацией в виде двоичных чи-
сел.
Двоичные числа используются для хранения текста в персональных
компьютерах, музыки на компакт-дисках и денег в сети банковских автома-
тов. Прежде чем отправить информацию в компьютер, ее надо преобразовать
в двоичный вид.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93