Бесчувственность компьютеров объясняется не только их цифровой природой. Перед тем как в середине 1940-х появились цифровые компьютеры, лучшие вычислительные машины были аналоговыми. Они занимались баллистическими вычислениями (какое расстояние пролетит пуля? что если встречный ветер будет вдвое сильнее и т. д.), вращая зубцами смазанных шестеренок и сравнивая, насколько сдвигается с первоначальной позиции специальный маркер.

Лучшие аналоговые вычислительные машины были разработаны между двумя мировыми войнами доктором Ванневаром Бушем, одним из активных участников создания атомной бомбы и «дедушкой» технологии гипертекста: системы текстовых страниц, имеющих перекрестные ссылки (это основной протокол интернета). Лучшая машина Буша под названием Rockefeller Differential Analyzer представляла собой 100-тонное чудовище, занимавшее целый зал, со встроенными 320 км проводов, 150 электрическими моторами и 2000 вакуумных ламп (предвестниц транзисторов). Она выглядела как гигантский игральный автомат. Но единственные игры, в которые на ней играли, были военные: игры между жизнью и смертью.

Вскоре этот аналоговый монстр был заменен цифровой вычислительной машиной ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Calculator), созданной в 1946 году и печально известной своим участием в атомном проекте. ENIAC была огромной. Машина весила 30 т и занимала комнату размером 10 × 15 м. В ней имелось около 100 000 электронных компонентов и в пять раз больше контактов. Она потребляла столько же электроэнергии, сколько 60 тостеров, работающих круглые сутки. Но она себя оправдывала. То, на что у «человеческого компьютера» (инженера с логарифмической линейкой) ушло бы 40 часов, – расчет баллистической траектории снаряда – машина выполняла за 30 минут. ENIAC могла осуществлять 5000 арифметических операций в секунду. С ее помощью решались проблемы цепной ядерной реакции. Подсчитано, что у 100 исследователей на это ушло бы несколько лет. ENIAC же справилась с задачей за две недели (два часа продолжались сами вычисления, 14 дней ушло на создание программы и анализ результатов, несколько минут заняли взаимные поздравления ученых).

Во всех цифровых устройствах, от мобильных телефонов и плееров до вычислительных машин и компьютеров, вся «фишка» заключается в преобразовании аналогового сигнала в цифровой и обратно. Это кажется простым, если речь идет о росте или весе человека и представлять нужно всего одно значение. Но как быть с «измерениями» «Моны Лизы»? Как можно перевести эти измерения в цифровой вид, чтобы хранить их в компьютере?

Прежде всего вы переведете в «цифру» не одно число, а миллионы. Этот процесс называется дискретизацией. Он подразумевает деление непрерывной информации на маленькие кусочки, их измерение, превращение измерений в числа и выстраивание цифровых последовательностей. «Мону Лизу» мы можем, например, разделить на 1000 колонок и 1000 рядов, или на миллион маленьких квадратиков. Мы способны измерить среднюю цветонасыщенность и освещенность каждого квадрата (обозначив оба показателя цифрами) и записать эти цифровые последовательности слева направо и сверху вниз. Это превратит одно изображение в 2 000 000 чисел (или одно число, состоящее из 2 000 000 цифр), которые относительно легко хранить в компьютере или «прогонять» по линии телефонной связи. Аналоговое изображение становится похожим на карту двоичных цифр, обозначающих «включение-выключение», или битовую карту (набор последовательно записанных двоичных разрядов).

Посмотрим, как дискретизация работает в цифровых фотокамерах и mp3-плеерах.

Старомодные фотоаппараты имели зеркальные линзы и створки затвора, которые раскрывались на незначительный промежуток времени, чтобы «засветить» кусочек целлулоидной пленки, покрытой химическим составом с содержанием серебра. Свет превращает кристаллики этого вещества в песчинки серебра, которые группируются так, что освещенные участки пленки затемняются, а неосвещенные остаются светлыми. Иными словами, процесс съемки классическим фотоаппаратом начинался с создания на пленке черно-белого изображения, называемого негативом. При печати на фотобумаге происходит обращение негатива. Темные участки становятся светлыми и наоборот. В результате «позитивная» печать создает оригинальное изображение.

Цифровая камера работает иначе, используя интегральные схемы, состоящие из светочувствительных микросхем, которые называются ПЗС-матрицами (приборами с зарядовой связью). В отличие от «засвеченного» кусочка фотопленки, который становится аналоговым отображением объекта, ПЗС-матрица разделена на миллионы светочувствительных точек, или пикселов, каждая из которых измеряет силу света, падающую на нее, и отображает в виде числа. Так ПЗС-матрица преобразует аналоговое изображение в цифровую фотографию.

Цифровая камера использует ПЗС-матрицу для дискретизации негативного пространства (того, что окружает объект) и самого объекта съемки. Записывающее устройства для mp3-дисков дискретизирует звуки на протяжении какого-то времени. Представьте себе, что вы хотите оцифровать запись со старой виниловой пластинки Rolling Stones. Вы можете сделать запись с динамиков, поставив перед ними микрофон и подсоединив его к компьютеру, который воспримет аналоговые звуковые волны. С помощью соответствующих программ вы можете измерять эти звуки с частотой дискретизации 44 000 раз (выборок) в секунду и перевести их в цифровой вид. Файлы mp3 или mp4 как раз и являются такими цифровыми цепочками.

Аналоговая или цифровая копия никогда не смогут сравниться с оригиналом. Или смогут? Когда цифровая фотография только набирала популярность, многие считали, что старые (аналоговые) фотокамеры дают гораздо более качественное изображение. И они были правы. Теперь уже уловить разницу почти невозможно, даже профессиональные фотографы изменяют своим привычкам. Ведь новейшие цифровые камеры используют гораздо более высокую частоту дискретизации объектов съемки. Их ПЗС-матрицы имеют миллионы светочувствительных точек – пикселов. Цифровая камера в 10 мегапикселов раскладывает изображение на 10 млн измеряемых точек. По сравнению с еще недавно считавшимися передовыми цифровыми камерами с 2 мегапикселами это пятикратное увеличение точности изображения и разрешения. А если провести поиск в интернете, то можно выяснить, что лучшие классические зеркальные фотокамеры имели разрешающую способность от 10 до 50 мегапикселов (хотя, конечно, использование разных типов пленки и фотопечати могло это разрешение несколько снизить). Так что даже средние современные цифровые камеры уступают классическим аналоговым по разрешающей способности, хотя наш глаз разницу уже практически не замечает.

То же можно сказать и о музыкальных файлах mp3. Чем выше частота дискретизации, тем ближе цифровая запись к оригиналу и тем выше ее качество. Загвоздка в том, что с увеличением этой частоты будет расти и объем цифрового файла. Именно поэтому высококачественные файлы mp3 больше по размерам, дольше загружаются и быстрее заполняют память плеера.