11
Создавая воспоминания

Хотя Шелдону и следовало бы употребить название «игровой картридж» вместо «карты памяти», предмет, который мама вложила в посылку, был на самом деле неотъемлемой частью ранних игровых приставок, таких как «Нинтендо 64». Все, что нужно для определенной игры, – графика, звуковые эффекты, игровая логика – встроено в картридж. Чтобы начать новую игру, вам нужно достать один картридж и вставить другой. Часто игровой картридж также хранил текущее состояние игры; именно эту функцию Шелдон и намеревался использовать, когда собирался продолжить игру с того места, на котором остановился девять лет назад.

У картриджей для «Нинтендо 64» была максимальная память в шестьдесят четыре мегабайта. Но цифра 64 вовсе не относится к объему памяти: она относится к количеству информации, которой процессор может оперировать в определенный момент. И мегабайт на самом деле немного больше 1 000 000 байтов, как нам покажет взгляд на всю эту кухню.

Все знают, что бит (от bit – binary digit, также английское слово «bit» переводится как «кусочек» ) представляет невидимую единицу, кусочек, информации. Единственные величины, которые он может представлять, – это 1 и 0, которых недостаточно даже для обозначения полного имени, даты рождения или номера страховки. Но как и точка и черточка могут объединяться, чтобы образовать обозначение для всех букв, цифр и символов азбуки Морзе, комбинации нулей и единиц могут быть использованы, чтобы представить неограниченную информацию любой сложности. Двоичный разряд может иметь только четыре значения (00, 01, 10 и 11), у троичного их только восемь (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 и 111) и так далее.

С каждым новым битом набор значений удваивается. Группа из восьми битов может дать 256 значений, и их достаточно, чтобы зашифровать каждую букву, цифру, пунктуационный знак или особый символ любого из большинства западных языков. Такая единица называется байт – от англ. bite – «кусать» (или октет (восьмерка) в странах, где эта оригинальная игра слов «бит» и «байт» не так понятна и смешна, как для англоговорящих ). Группу из шестнадцати байтов называют машинным словом (снова игра на ее длине в два байта – этого достаточно, чтобы написать короткие слова вроде «Чё?», «Во!» и «На!», и из этих слов часто полностью состоят разговоры некоторых программистов). Если рассматривать все 16-значное сочетание, целое «слово» может представить один из 65 000 символов, этого достаточно, чтобы охватить любой язык на Земле.

Цифровые устройства используют двоичную систему, потому что она является воплощением выбора «или/или» (см. главу 8); если вам известно, что значение не ноль, то оно точно будет единицей, и наоборот. Это помогает исправлять ошибки и восстанавливать утерянную информацию надежнее, чем в любой другой системе, включая нашу любимую десятичную систему. Поскольку только два значения одобрены заранее, любое отличающееся случайное значение (созданное, допустим, слабеньким транзистером) понимается как одно из двух признанных, в зависимости от того, к которому оно ближе. (Кто-то скажет, что так же работают и двухпартийные выборы.)

Память шелдоновского «Нинтендо 64», да и во всех компьютерных системах и игровых приставках, хранит не только буквы, числа и символы. Каждая частица информации, которую система должна принять, обработать или показать, – каждый звук, всплеск цвета или дополнительная игра для нескольких игроков, нажатие каждой клавиши, движение мышью или пальцем вместе с инструкциями о том, как обрабатывать эти кусочки информации, должны быть обработаны в поток битов из 0 и 1 и сохранены (хотя бы временно) в памяти устройства. Шелдоновская «Нинтендо» должна обрабатывать большое количество информации, так что ее память нуждается в мегабайтах памяти.

Звучит странно, но мегабайт, чье имя звучит (согласно главе 2) так, как будто он равен ровно 1 000 000 байтов, на самом деле насчитывает 1 048 576 байтов. Точно так же килобайт равен не 1000, а 1024 байтам. Из-за инженерных ограничений компьютерная память чаще всего доступна в размерах, равных числам во второй степени. Так, оказалось, что 2¹⁰ (два в десятой степени) очень близко к 1000 (2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 = 1024), и, чтобы не изобретать новую приставку (как там по-датски «1024»?), создатели компьютерной памяти просто пожали плечами и ухватили приставку кило-, чтобы обозначить количество «около тысячи». Таким же образом, мегабайт (2²⁰ байтов) немножко больше миллиона байтов (около миллиона), а гигабайт (2³⁰) – чуть больше миллиарда (1 073 741 824) .

Поскольку в байте восемь битов, шестьдесят четыре мегабайта новороченной «Нинтендо» представляют более половины миллиарда отдельных кусочков информации: достаточно, чтобы присвоить 0 или 1 каждому жителю Северной Америки. Поначалу кажется, что это очень много, особенно маркетинговому отделу «Нинтендо». В конце концов, первые IBM PC/XT были способны поддерживать только один процент от этого размера: 640 килобайтов памяти. Но все равно слишком много, если сравнить с 128 килобайтами первых «Макинтошей», которые были замечены в спальнях Леонарда и Говарда. Они в свою очередь оперировали двойным размером по сравнению с 64 килобайтами Commodore 64, который был одним из ведущих персональных компьютеров того времени и заставлял первый IBM PC, выпущенный одновременно с актером Куналом Найяром, выглядеть уж совсем коротышкой с его 16 килобайтами. Вы думаете, что с таким крошечным количеством байтов невозможно что-либо сделать? Компьютер в командном отсеке на «Аполлоне-11» имел память только в 40 000 машинных слов: это равняется одному Commodore 64 и одному IBM PC. Этого недостаточно, чтобы сохранить один плохонький снимок со смартфона или нескольких противных рингтонов, но достаточно, чтобы отправить троих ребят на Луну и обратно.

Но мы еще не закончили. Персональный компьютер с памятью в 16 килобайтов выглядит гигантом по сравнению с пятью килобайтами, которые были у компьютера, который был продан миллионным тиражом, под названием VIC-20. У этого миллиона компьютеров VIC-20 вместе взятых было меньше памяти, чем у одного iPod Nano.

Тем не менее VIC-20 был улучшением по сравнению с четырьмя килобайтами у Tandy TRS-80, одного из первых персональных компьютеров производства компании Radio Shack. Четыре килобайта хватит только для того, чтобы сохранить половину текста этой главы. А что бы вы делали с четырехбайтовым компьютером? 

Микрокомпьютеры и игровые приставки увидели свет в 1971 году с изобретением однокристального микропроцессора: Intel 4004. Он оперировал с отдельной картой памяти размером в 40 байтов. Сорок. Этого недостаточно, даже чтобы написать «ПРИВЕТ, НАРОД, ЗАЦЕНИТЕ ФОТКУ МОЕГО КОТЭ. ЛОЛ ;)» или что-то не менее важное в том же духе.

Все эти цифры относятся к оперативной памяти, которая является перезаписываемой. Память на картридже «Нинтендо» практически вся постоянная (она не удаляется и не обновляется), это был удобный способ того времени для распространения игр для игровых приставок. Но, когда картинки, анимация и последовательность живых действий усложнились, видеоигры переросли свои картриджи. К концу 90-х игры в основном распространялись на компакт-дисках, содержащих компьютерные программы вместо музыки. Игры на компакт-дисках требовали больше времени для загрузки, чем их родственники на картриджах, но один-единственный диск с памятью в 650 мегабайтов и больше мог содержать столько же информации, сколько поместилось бы на 10 картриджах «Нинтендо».

В отличие от компакт-дисков и других постоянных запоминающих устройств, перезаписываемая память в большинстве компьютеров требует постоянного доступа к электричеству. Если машина теряет доступ к энергии, она тут же впадает в амнезию. Персональные компьютеры решают эту проблему, используя перезаписываемые носители, такие как жесткие диски и флеш-накопители, чтобы хранить мгновенное состояние их мыслей, но многие ранние модели были без жестких дисков. Парочка дискет – это все, что было предложено для неразрушаемого изымаемого хранения. (Вы никогда не задумывались, почему жесткий диск персонального компьютера называется «C:» вместо «A:»? Это потому что у ранних компьютеров были только дисковод (под названием «A:») и свободное место для потенциальной установки еще одного (под названием «B:») и не было жестких дисков. Если вы хотели иметь второй дисковод, вам нужно было раскошелиться. Если вы хотели установить жесткий диск (который впоследствии и стал называться «C:»), вам нужно было раскошелиться вдвойне.)

Интересно, что десятичные множители (10, 100, 1000 и т. д.) здесь появляются повсюду. Это больше происходит из-за принципов маркетингового отдела, чем из-за принципов научных. Представьте себе совещание: «У нашего конкурента теперь системы с каким размером памяти? Ага, пусть тогда у наших будет… ну… в десять раз больше! Столько информации уж точно не понадобится никому, так?»

Старинная дискета, которую Шелдон с гордостью демонстрирует и которая содержит список его заклятых врагов, скорее всего не больше одного мегабайта . Но более ранние дискеты могли гордиться разве что одной десятой этой вместительности. Очень мало потребителей теперь могут представить такой маленький объем. Современные ноутбуки теперь могут похвастаться по крайней мере несколькими гигабайтами на жестком диске. Объем памяти самого маленького DVD может уместить целых семь CD: 4,7 гигабайта информации, это по целых шесть битов на каждого человека на планете.

И поскольку скорость Интернета постоянно растет и мы можем загружать информацию гораздо быстрее, аппетиты пользователей тоже растут на устройства, которые способны хранить всю ерунду, посмотреть которую у них все равно никогда не будет времени. Стодолларовый внешний накопитель размером с кусок тоста может вместить 240 гигабайтов или где-то триллион байтов, это все равно что стопка CD без коробок высотой в человеческий рост. И совсем скоро диски с десятью терабайтами станут обычным делом. Или не станут?

Ну уж точно столько информации не понадобится никому, так?

Заслуженный профессор инженерии Карвер Мид (степень бакалавра Калтеха 1956-го, магистра 1957-го, докторская в 1960-м) сыграл важнейшую роль в развитии технологий, которые позволили разработчикам упаковать огромное количество транзисторов на кремниевые чипы. Он предсказал, что микрочипы смогут вмещать миллионы транзисторов, но он также признал, что квантовая физика вскоре введет ограничения на дальнейшее уменьшение размеров.

Микроэлектроника теперь не просто электроника на микроскопическом уровне. Современные устройства теперь полагаются на определенное поведение отдельных электронов, и это то отличие, по словам Мида, которому наша система обучения не учит. Физика обычно преподается в контексте ее исторического развития, где Галилей и Ньютон идут раньше Эйнштейна и Хокинга. Все сошлись во мнении, что квантовая природа физики настолько удалена от нашей повседневной жизни и настолько абстрактна, что ее лучше оставить для продвинутых студентов, а новичкам все лучше упростить.

Но Мид, наоборот, считает, что, поскольку все процессы, которые мы наблюдаем (в конечном счете), происходят по законам квантовой природы веществ и энергии, и такой физике и нужно учить с самого начала. И он неутомимо работает над программой, которая сделает такую радикальную учебную реформу возможной и… удобоваримой.

Годон Мур (калтеховская докторская степень 1954 года) является соучредителем корпорации Intel и пожизненным членом совета попечителей Калтеха. Он широко известен своим законом Мура (название было дано Карвером Мидом), наблюдением за тем, сколько еще компонентов может быть втиснуто в интегральную схему с каждым новым годом.

В 1965 году Мур опубликовал работу, анализирующую максимальное количество недорогих компонентов, которое может содержаться в одном кристалле микропроцессора. Он заметил, что за шесть лет с момента их появления их количество удваивалось каждый год и что это будет происходить по крайней мере еще одно десятилетие.

Разработчики приняли выводы Мура как побуждение к действию, и они стали своеобразным самореализующимся пророчеством. Но определенные физические ограничения все-таки непреодолимы, и ежегодное удвоение не может продолжаться вечно, как сам Мур исправился в 1975 году, сказав, что в скором времени скорость роста уменьшится и удвоение будет происходить за два года, а не за один.

Тем не менее закон Мура по-прежнему раскручивается маркетингом и всякого рода специалистами, многие из которых искажают и подают его как «Х удваивается каждые полтора года», где Х – это какой-либо технологический или экономический индикатор, который в данный момент интересен говорящему (мощность компьютера, характеристики микропроцессора по отношению к цене, объем жесткого диска и т. п.).

Мур и его жена Бетти пожертвовали 200 миллионов долларов на стротельство Тридцатиметрового Телескопа (см. главу 1), а их 600-миллионный подарок Калтеху в 2001 году остается самым большим одновременным пожертвованием на академические нужды в истории человечества.

Вопрос: Шелдон называет воображение «самым мощным графическим чипом в мире» . Поскольку мощь графического программирования продолжает расти, не думаете ли вы, что в какой-то момент кремний перещеголяет человеческое воображение?

Гордон Мур: Кремний уже перещеголял человеческое воображение. Закройте глаза и перенеситесь в какое-нибудь прекрасное место. Все равно какое – дайте свободу своему воображению.

А теперь осознайте, что не важно, какой пейзаж вы себе нарисовали, человечество его уже видело, только в более захватывающем, более детальном, более ярком виде на экране кинотеатра, или компьютера, или игровой приставке.

Да еще и в стереозвуке.