Самые первые электронные компьютеры были уникальными устройствами, создававшимися в исследовательских целях. Но после их появления в продаже организации быстро включили их в существовавшую культуру обработки данных – в которой все данные и процессы были представлены в виде стопок перфокарт.

Герман Холлерит разработал первый табулятор, способный считывать и подсчитывать данные на основе отверстий в бумажных карточках, для переписи населения США в конце XIX века. К середине следующего века весьма пёстрый зверинец потомков этой машины проник на крупные предприятия и правительственные организации по всему миру. Их общим языком была карточка, состоявшая из нескольких столбцов, где каждый столбец (обычно) представлял одну цифру, которую можно было продырявить на одной из десяти позиций, обозначавших числа от 0 до 9.

Для пробивания входных данных в карточках сложных устройств не требовалось, и этот процесс можно было распределить по нескольким офисам в организации, генерировавшей эти данные. Когда данные требовалось обработать – к примеру, подсчитать выручку для ежеквартального отчёта отдела продаж – соответствующие карты можно было принести в дата-центр и поставить в очередь на обработку подходящими машинами, которые выдавали набор выходных данных на картах или печатали его на бумаге. Вокруг центральных обрабатывающих машин – табуляторов и калькуляторов – толпились периферийные устройства для перфорирования, копирования, сортировки и интерпретации карт.


Табулятор IBM 285, популярное устройство для работы с перфокартами в 1930-х и 40-х.

Ко второй половине 1950-х практически все компьютеры работали по такой схеме «пакетной обработки». С точки зрения типичного конечного пользователя из отдела продаж мало что поменялось. Вы приносили на обработку стопку перфокарт и получали распечатку или другую стопку перфокарт в качестве результата работы. А в процессе карточки превращались из отверстий в бумаге в электронные сигналы и обратно, однако вас это мало волновало. IBM доминировала в области машин для обработки перфокарт, и осталась одной из доминирующих сил в области электронных компьютеров, по большей части из-за налаженных связей и широкого спектра периферийного оборудования. Они просто заменили у клиентов механические табуляторы и калькуляторы на более быстрые и гибкие машины для обработки данных.


Комплект для обработки перфокарт IBM 704. На переднем плане девушка работает с устройством для чтения.

Эта система обработки перфокарт прекрасно работала десятилетия и не шла на убыль – даже наоборот. И, тем не менее, в конце 1950-х, маргинальная субкультура компьютерных исследователей начала утверждать, что весь этот рабочий процесс надо поменять – они заявляли, что компьютер лучше всего использовать интерактивно. Вместо того, чтобы оставлять ему задание и потом приходить за результатами, пользователь должен напрямую общаться с машиной и пользоваться её возможностями по запросу. В «Капитале» Маркс описывал, как промышленные машины – которые люди просто запускают – заменили орудия труда, которые люди контролировали непосредственно. Однако компьютеры начали существование уже в виде машин. И только позднее некоторые из их пользователей переделали их в инструменты.

И эта переделка происходила не в центрах обработки данных – таких, как Бюро переписи США, страховая компания MetLife или Юнайтед Стейтс Стил Корпорейшн (все эти компании одними из первых купили себе UNIVAC, один из первых коммерческих доступных компьютеров). Вряд ли организация, в которой еженедельную зарплату считают наиболее эффективным и надёжным способом, захочет, чтобы кто-то нарушал эту обработку, играясь с компьютером. Ценность возможности сесть за консоль и просто опробовать то или другое на компьютере была больше ясна учёным и инженерам, которым хотелось изучать проблему, подбираться к ней с различных углов, пока не будет обнаружено её слабое место, и быстро переключаться между размышлениями и действиями.

Поэтому, такие идеи зародились у исследователей. Однако деньги для оплаты столь расточительного использования компьютера поступили не от руководителей их отделов. Новая субкультура (можно даже сказать, культ) интерактивной работы с компьютером зародилась из продуктивного партнёрства между военными и элитарными университетами США. Это взаимовыгодное сотрудничество началось во время Второй мировой войны. Атомное оружие, радары и другое волшебное оружие научило военное руководство тому, что внешне непонятные занятия учёных могут иметь невероятную важность для военных. Это удобное взаимодействие существовало примерно одно поколение, а потом развалилось в политических перипетиях другой войны, во Вьетнаме. Но в это время у американских учёных был доступ к огромным суммам денег, их почти никто не трогал, и они могли заниматься практически всем, что хотя бы отдалённо можно было связать с национальной обороной.

Оправдание интерактивных компьютеров началось с бомбы.

Whirlwind и SAGE

29 августа 1949 года советская исследовательская команда успешно провела первое испытание ядерного оружия на Семипалатинском полигоне. Через три дня самолёт-разведчик США во время полёта над северной частью Тихого океана обнаружил следы радиоактивного материала в атмосфере, оставшиеся от этого испытания. У СССР появилась бомба, и их американские соперники узнали об этом. Напряжённая обстановка между двумя сверхдержавами сохранялась уже более года, с тех пор, как СССР отрезал наземные маршруты в контролируемые Западом районы Берлина в ответ на планы вернуть Германии былое экономическое величие.

Блокада закончилась весной 1949 года, попав в безвыходное положение из-за массивной операции, предпринятой Западом для поддержки города с воздуха. Напряжённость несколько спала. Тем не менее, американские генералы не могли игнорировать существования потенциально враждебной силы, имевшей доступ к ядерному оружию, особенно учитывая постоянно увеличивающийся размер и дальность полёта стратегических бомбардировщиков. У США была цепочка радарных станций обнаружения воздушных судов, созданная на берегах Атлантики и Тихого океана во время Второй мировой войны. Однако они использовали устаревшую технологию, не покрывали северные подходы через Канаду, и не были связаны центральной системой для координации воздушной защиты.

Чтобы исправить ситуацию, ВВС (независимое военное подразделение США с 1947 года) созвали инженерный комитет противовоздушной обороны (ADSEC). В истории он запомнился как «комитет Валли», по имени председателя, Джорджа Валли. Он был физиком из MIT, ветераном военной исследовательской радарной группы Rad Lab, после войны превращённой в исследовательскую лабораторию электроники (RLE). Комитет изучал эту проблему год, и окончательный отчёт Валли выпустил в октябре 1950 года.

Можно было бы предположить, что подобный отчёт окажется скучной мешаниной из канцелярщины, и закончится осторожно выраженным и консервативным предложением. Вместо этого отчёт оказался интереснейшим образчиком творческой аргументации, и содержал радикальный и рискованный план действий. Это очевидная заслуга другого профессора из MIT, Норберта Винера, утверждавшего, что изучение живых существ и машин можно объединить в единую дисциплину кибернетики. Валли и его соавторы начали с предположения о том, что система противовоздушной обороны – это живой организм, причём не метафорически, а на самом деле. Радарные станции служат органами чувств, перехватчики и ракеты – это эффекторы, при помощи которых он взаимодействует с миром. Работают они под контролем директора, использующего информацию с органов чувств для принятия решений о необходимых действиях. Далее они утверждали, что директор, состоящий исключительно из людей, не сможет остановить сотни приближающихся самолётов на миллионах квадратных километров в течение нескольких минут, поэтому как можно больше функций директора необходимо автоматизировать.

Самое необычный из их выводов заключается в том, что лучше всего автоматизировать директора было бы посредством цифровых электронных компьютеров, которые могут взять часть человеческих решений на себя: анализ входящих угроз, направление оружия против этих угроз (подсчёт курсов перехвата и передача их истребителям), и, возможно, даже разработка стратегии оптимальных форм ответа. Тогда вовсе не было очевидно, что компьютеры подходят для такой цели. Во всех США на тот момент существовало ровно три работающих электронных компьютера, и ни один из них и близко не соответствовал требованиям надёжности для военной системы, от которой зависят миллионы жизней. Это просто были очень быстрые и программируемые обработчики чисел.

Тем не менее, у Валли были основания верить в возможность создания цифрового компьютера, работающего в реальном времени, поскольку он знал о проекте Whirlwind [«Вихрь»]. Он начался во время войны в лаборатории сервомеханизмов MIT под руководством молодого аспиранта Джея Форрестера. Его первоначальной целью было создать симулятор полётов общего назначения, который можно было бы перенастраивать для поддержки новых моделей самолётов, не перестраивая каждый раз с нуля. Коллега убедил Форрестера, что его симулятор должен использовать цифровую электронику для обработки входных параметров от пилота и выдачи выходных состояний для инструментов. Постепенно попытка создать высокоскоростной цифровой компьютер переросла и затмила изначальную цель. Полётный симулятор был забыт, а давшая повод к его разработке война давно закончилась, и комитет инспекторов из управления военно-морских исследований (ONR) постепенно разочаровывался в проекте из-за постоянно растущего бюджета и постоянно отодвигавшейся даты окончания. В 1950 ONR критично урезал бюджет Форрестера на следующий год, намереваясь после этого полностью прикрыть проект.

Однако для Джорджа Валли Whirlwind стал откровением. Реальному компьютеру Whirlwind было ещё далеко до рабочего состояния. Однако после этого должен был появиться компьютер, представляющий собой не просто разум без тела. Это компьютер с органами чувств и эффекторами. Организм. Форрестер уже рассматривал планы расширения проекта до главной системы военного командно-контрольного центра страны. Экспертам по компьютерам из ONR, считавших компьютеры пригодными лишь для решения математических задач, такой подход показался грандиозным и абсурдом. Однако именно такую идею и искал Валли, и он появился как раз вовремя, чтобы спасти Whirlwind из небытия.

Несмотря на большие амбиции (а, возможно, благодаря им) отчёт Валли убедил командование ВВС, и они запустили обширную новую программу исследований и разработки, чтобы сначала понять, как создать систему ПВО, основанную на цифровых компьютерах, а потом реально её построить. ВВС начали сотрудничать с MIT с целью проведения основных исследований – это был естественный выбор, учитывая наличие в институте Whirlwind и RLE, а также истории успешного сотрудничества в области ПВО, ещё со времён Rad Lab и Второй мировой войны. Они назвали новую инициативу «проект Линкольн», и построили новую исследовательскую лабораторию Линкольна в Хэнском-филд, в 25 км к северо-западу от Кембриджа.

ВВС назвали компьютеризированный проект ПВО SAGE – типичная странная аббревиатура военного проекта, означающая «полуавтоматическое наземное окружение». Whirlwind должен был стать тестовым компьютером, доказывающим жизнеспособность концепции перед тем, как выйти на полномасштабное производство оборудования и его внедрение – эту ответственность возложили на IBM. Рабочая версия компьютера Whirlwind, который должны были сделать в IBM, получила гораздо менее запоминающееся имя AN/FSQ-7 («армейско-флотское неподвижное специальное оборудование» – по сравнению с этим акронимом SAGE выглядит довольно точным).

К тому времени, как ВВС составили полные планы системы SAGE в 1954, она состояла из различных радарных установок, воздушных баз, оружия ПВО – и всё это контролировалось из двадцати трёх центров управления, массивных бункеров, разработанных так, чтобы перенести бомбардировку. Для заполнения этих центров IBM нужно было бы поставить сорок шесть компьютеров, а не двадцать три, что стоило бы военным многие миллиарды долларов. Всё оттого, что компания до сих пор использовала в логических схемах электронные лампы, а они перегорали, как лампочки накаливания. Любая из десятков тысяч ламп в работающем компьютере могла отказать в любой момент. Очевидно было бы неприемлемо оставлять целый сектор воздушного пространства страны незащищённым, пока техники проводят ремонт, поэтому под рукой нужно было держать запасную машину.


Центр управления SAGE на базе ВВС Гранд-Форкс в Северной Дакоте, где стояло два компьютера AN/FSQ-7

В каждом центре управления работали десятки операторов, сидевших перед электронно-лучевыми экранами, каждый из которых отслеживал часть сектора воздушного пространства.



Компьютер отслеживал любые потенциальные воздушные угрозы и рисовал их в виде следов на экране. Оператор мог использовать световой пистолет для вывода дополнительной информации по следу и подачи команд для системы защиты, а компьютер превращал их в распечатанное сообщение для доступной ракетной батареи или базы ВВС.

Вирус интерактивности

Учитывая природу системы SAGE – прямое взаимодействие людей-операторов и цифрового компьютера с ЭЛТ в реальном времени, при помощи световых пистолетов и консоли – неудивительно, что в лаборатории Линкольна взрастили первую когорту поборников интерактивного взаимодействия с компьютерами. Вся компьютерная культура лаборатории существовала в изолированном пузыре, будучи отрезанной от норм пакетной обработки, развивавшихся в коммерческом мире. Исследователи использовали Whirlwind и его потомков, резервируя отрезки времени, на которые они получали эксклюзивный доступ к компьютеру. Они привыкли использовать руки, глаза и уши для прямого взаимодействия через переключатели, клавиатуры, ярко светящиеся экраны и даже динамик, без бумажных посредников.

Эта странная и небольшая субкультура распространилась во внешний мир будто вирус, посредством прямого физического контакта. И если считать её вирусом, то нулевым пациентом стоит назвать молодого человека по имени Уэсли Кларк. Кларк ушёл из аспирантуры по физике в Беркли в 1949, чтобы стать техником на заводе, производящем ядерное оружие. Однако работа ему не понравилось. Прочитав несколько статей из журналов о компьютерах, он начал искать возможность проникнуть в то, что казалось новой и интересной областью, полной нераскрытого потенциала. О наборе компьютерных специалистов в лабораторию Линкольна он узнал из рекламного объявления, и в 1951 году переехал на восточное побережье, чтобы устроиться под начало Форрестера, ставшего уже главой лаборатории цифровых компьютеров.


Уэсли Кларк, демонстрирующий свой биомедицинский компьютер LINC, 1962

Кларк присоединился к группе передовых разработок, подотделу лаборатории, олицетворявшему расслабленное состояние сотрудничества военных и университетов того времени. Хотя технически подотдел был частью вселенной лаборатории Линкольна, эта команда существовала в пузыре внутри другого пузыря, была изолирована от повседневных нужд проекта SAGE и была свободна в выборе любого компьютерного направления, которое можно было бы хоть как-то привязать к ПВО. Их главной задачей в начале 1950-х было создать Memory Test Computer (MTC), предназначенный для демонстрации жизнеспособности нового, высокоэффективного и надёжного метода хранения цифровой информации, памяти на магнитных сердечниках, которая должна будет заменить капризную память на основе ЭЛТ, использовавшуюся в Whirlwind.

Поскольку у MTC не было других пользователей, кроме её создателей, у Кларка был полный доступ к компьютеру по многу часов ежедневно. Кларк заинтересовался модной тогда кибернетической смесью физики, физиологии и теории информации, благодаря своему коллеге Белмонту Фарли, который общался с группой биофизиков из RLE в Кембридже. Кларк и Фарли проводили долгие часы за MTC, создавая программные модели нейросетей, чтобы изучать свойства самоорганизующихся систем. Из этих экспериментов Кларк начал извлекать определённые аксиоматические принципы вычислительной техники, от которых никогда не отклонялся. В частности, он стал считать, что «удобство пользователя – наиболее важный фактор дизайна».

В 1955 году Кларк объединился с Кеном Олсеном, одним из разработчиков MTC, чтобы составить план создания нового компьютера, способного проложить путь для следующего поколения военных управляющих систем. Используя очень большую память на магнитных сердечниках для хранения, и транзисторы для работы с логикой, его можно было бы сделать гораздо более компактным, надёжным и мощным, чем Whirlwind. Изначально они предложили дизайн, названный ими TX-1 (Transistorized and eXperimental computer, «экспериментальный транзисторный компьютер» – куда как яснее, чем AN/FSQ-7). Однако руководство лаборатории Линкольна отвергло проект, как слишком дорогой и рискованный. Транзисторы появились на рынке всего за несколько лет до этого, и на транзисторной логике было создано очень мало компьютеров. Поэтому Кларк и Олсен вернулись с уменьшенной версией машины, TX-0, которая была одобрена.


TX-0

Функциональность компьютера TX-0 как инструмента для управления военными базами хоть и была предлогом для его создания, но Кларка она интересовала гораздо меньше, чем возможность продвигать свои идеи по проектированию компьютеров. С его точки зрения, интерактивность вычислительных машин перестала быть фактом жизни в лабораториях Линкольна и стала новой нормой – правильным способом создания и использования компьютеров, особенно для научной работы. Он дал доступ к TX-0 биофизикам из MIT, хотя их работа не имела никакого отношения к ПВО, и позволил им использовать визуальный дисплей машины для анализа электроэнцефалограмм из исследований сна. И никто не возражал против этого.

TX-0 оказался достаточно успешным для того, чтобы в 1956 году лаборатории Линкольна одобрили полномасштабный транзисторный компьютер TX-2 с огромной памятью на два миллиона бит. На реализацию проекта уйдёт два года. После этого вирус вырвется за пределы лаборатории. По завершению TX-2 у лабораторий исчезнет необходимость в использовании раннего прототипа, поэтому они согласились передать TX-0 в Кембридж в аренду RLE. Его установили на втором этаже, над вычислительным центром пакетной обработки. И он сразу же заразил компьютеров и профессоров с кампуса MIT, которые начали бороться за временные отрезки, в которые они смогут получить полный контроль над компьютером.

Было уже понятно, что практически невозможно правильно написать компьютерную программу с первого раза. Более того, исследователям, изучавшим новую задачу, часто сначала вообще не было понятно, каким должно быть правильное поведение. А для получения результатов от вычислительного центра приходилось ждать часами, или даже до следующего дня. Для десятков новоявленных программистов с кампуса возможность подняться по лестнице, обнаружить ошибку и сразу же её исправить, попробовать новый подход и сразу же увидеть улучшенные результаты, стала настоящим откровением. Некоторые использовали своё время на TX-0 для работы над серьёзной наукой или инженерными проектами, но радость интерактивности привлекала и более игривые души. Один студент написал программу для редактирования текста, которую он назвал «дорогой пишущей машинкой». Другой последовал его примеру и написал «дорогой настольный калькулятор», который он использовал для выполнения домашней работы по численному анализу.


Айван Сазерленд демонстрирует свою программу Sketchpad на TX-2

Тем временем Кен Олсен и другой инженер TX-0, Харлан Андерсон, раздражённые медленным продвижением проекта TX-2, решили выпустить на рынок интерактивный компьютер мелкого масштаба для учёных и инженеров. Они покинули лабораторию, чтобы основать Digital Equipment Corporation, оборудовали офис в бывшей текстильной фабрике на реке Ассабет, в десяти милях к западу от Линкольна. Их первый компьютер PDP-1 (вышедший в 1961) по сути был клоном TX-0.

TX-0 и Digital Equipment Corporation начали распространять радостные вести о новом способе использования компьютеров за пределы лаборатории Линкольна. И всё же, пока что вирус интерактивности был локализован географически, в восточном Массачусетсе. Но и это вскоре должно было измениться.

Что ещё почитать:

• Lars Heide, Punched-Card Systems and the Early Information Explosion, 1880-1945 (2009)
• Joseph November, Biomedical Computing (2012)
• Kent C. Redmond and Thomas M. Smith, From Whirlwind to MITRE (2000)
• M. Mitchell Waldrop, The Dream Machine (2001)