в каком году родился пиксель

Эти светящиеся маленькие точки на экранах наших мониторов, на карманных компьютерах и вообще на любых дисплеях привычно вошли в нашу жизнь, точно так же, как сотовые телефоны и Интернет. Но они не всегда были такими красочными, они были гораздо хуже. Но давайте по порядку.

«Истина» или «ложь», «да» или «нет»

Творение Атанасова и ENIAC были первыми программируемыми машинами, однако проводные вычислительные машины создавались ещё в 1941 г. во время Второй Мировой Войны немецким инженером Конрадом Зусе (Konrad Zuse). Он разработал компьютер Z3 для моделирования самолетов и ракет, а в 1943 г. англичане закончили секретный дешифратор для раскодирования немецких сообщений и назвали его Колосс (Colossus).

В 1945 г. Джон Фон-Нейман (John Von Neuman) разработал EDVAC (Электронный дискретный программируемый автоматический компьютер), оснащенный памятью как для программ, так и для данных. Фон-Нейман использовал вакуумные трубки, конденсаторы, перфокарты и ртутные линии задержки для хранения информации. Но требовалось нечто лучшее.

Трубки, конденсаторы, перфокарты и память на магнитных сердечниках

В конце 40-х доктор Эн Ванг (An Wang) и Джей Форрестер (Jay Forrester), глава компьютерного проекта Whirlwind, изобрели оперативное запоминающее устройство. Память на магнитных сердечниках оказалась более компактной и надежной технологией, и она заменила вакуумные трубки и ртутные линии задержки.

Whirwild был первым цифровым компьютером института, но кроме этого он был и первым цифровым компьютером, специально разработанным для управления в реальном времени. IBM в дальнейшем лицензировала эту технологию, и память на сердечниках стала повсеместно использоваться в первом и втором поколении компьютеров IBM. Во взаимодействие между институтом и IBM был вовлечен молодой инженер Кен Ольсон (Ken Olson), основатель DEC (Digital Equipment Corporation).

Планшет (Sketchpad) и Аналоговый векторный дисплей

Где-то 7 лет спустя в MIT появился другой гигант мысли и создал первый компьютерный дисплей. В 1963 г. Иван Сазерлэнд (Ivan Sutherland) работал над своей диссертацией, и тогда ему выпал шанс учиться у Клода Шеннона, создателя теории информации. К тому времени он изобрел графическую компьютерную программу, Планшет, позволяющую создавать изображения непосредственно на экране используя ручные манипуляторы, такие как световое перо. Но все это происходило не на цифровом дисплее, а только лишь на векторном аналоговом.

Первые компьютеры тоже были аналоговыми. В 1930 г. Ванневар Буш (Vannevar Bush) изобрел первый аналоговый компьютер. Одной из базовых задач компьютера был просчёт траектории стрельбы орудий во время Второй Мировой Войны. Как и многое другое, аналоговые компьютеры создавались в основном для военных целей. Самым известным аналоговым компьютером, так и не созданным (не считая книги Вильяма Гибсона и Брюса Стерлинга), была вычислительная машина Бэббиджа (Babbage) (1839). Бэббидж в теории описал возможность создания такой машины, но при этом сам он не верил, что это возможно, это было «слишком сложно».

Тем не менее, такой компьютер был оснащен аналоговым векторным дисплеем, изобретенный Иваном Сазерлэндом. Как и все великие идеи и изобретения, дисплей дал обширное поле деятельности инженерам, ученым и дизайнерам во всем мире. Как не сложно было догадаться, его концепции заинтересовали и военных. Но вот медицина не сразу нашла применение компьютерной графики. Технология не была задействована ими до 1980-х. Химики же сразу признали компьютерную графику как способ моделирования молекул.

Векторный аналоговый дисплей, как и аналоговый компьютер, продолжали совершенствоваться и с каждым годом становились всё быстрее и точнее. Кстати, тогда, в 60-х годах доктор Гордон Мур из Intel ещё даже не закончил колледж. В то время аналоговые компьютеры могли совершать расчеты с точностью до одной десятитысячной. Это было невероятным успехом, и они становились повседневным инструментом ученых для решения множества специфических задач (таких как расчет запасов нефти и газа и прогнозы погоды).

От цифровых переключателей к транзисторам

Учёные Бардин (Bardeen), Шокли (Shokley) и Браттейн (Brattain) из лабораторий Bell ещё в 1947 г. ставили эксперименты, которые привели к изобретению транзистора. (Кстати, это весьма спорно: были транзисторы изобретены, или просто открыты на основе законов физики. Этот вопрос интересен с точки зрения патентования.) В любом случае учёные, открывшие принцип запрещённой зоны, пытались разработать лучший, меньший и более экономичный усилитель. Первоначально они не давали чистого сигнала и могли служить лишь как усилители-переключатели класса С. Но эта проблема была быстро разрешена, и вскоре появились коммерческие транзисторы, используемые в радио и слуховых аппаратах.

Но они бы никогда не произвели ни на кого впечатления, если бы их творения программировались с помощью кодов Холлерита (Hollerith) или, скажем, ассемблера. Самыми заинтересованными лицами в появлении более простых языков были военные. По вполне понятным причинам они хотели заменить свои гигантские калькуляторы на что-то более простое в использовании и мобильное.

Итак, к началу 60-х почти все кусочки мозаики были собраны. У нас были цельные вычислительные машины, умеющие выполнять операции с плавающей точкой. Они были оснащены большим количеством магнитной памяти. А также появился простой в использовании и в то же время мощный язык программирования. И ещё жил такой Шеннон и его протеже Иван Сазерлэнд. Все было готово: компьютерная графика ожидала своего изобретения.

И это случилось. Хотя сегодня мы вовсе не удивляемся таким возможностям, но Планшет был первой программой, позволявшей создавать изображения прямо на экране, не описывая их с помощью кодов и формул. И даже более того, он позволял изменять и дополнять информацию, хранящуюся на компьютере, посредством работы с картинкой на экране. Оказалось, что компьютеры можно использовать не только для обработки данных. На основе Планшета возникло новое направление компьютерного дизайна, которое сейчас называют CAD (computer-aided design).

Но дисплей всё ещё оставался аналоговым.

Аналоговые дисплеи активно использовались в компьютерах до начала 80-х годов. Большие круглые 27-дюймовые дисплеи с правильными плоскими экранами использовались в системах CAD (чтобы дизайнеры могли делать измерения прямо на экране.), в системе воздушного контроля в аэропортах (многие используются и по сей день) и в системах дальнего обнаружения ракет.

Tektronix была основана в 1946 году, во время революции в электронике, произошедшей после Второй Мировой. Основатели компании изобрели способ точно измерять высокоскоростные электрические сигналы и выводить их на дисплей устройства, которое впоследствии было названо осциллографом.

ASCII была создана в начале 60-х, но она стала американским стандартом только в 1968. В 60-х на звание стандарта в США претендовало много кодовых таблиц. В 1962 IBM создала и начала раскручивать EBCDIC (Extended Binary-Coded-Decimal Interchange Code). Эта 8-и битная кодовая система позволяет использовать до 256 символов. Однако и она проиграла ASCII в качестве ПК стандарта. Хотя во многих мейнфреймах EBCDIC используется и сегодня.

С течением времени транзисторы совершенствовались и вскоре стали основой компьютера. Корпорация Fairchild Camera and Instrument лидировала в этой сфере индустрии. Несколько отставали Texas Instruments. В 1967 Fairchild создала первый стандартный МОП (метал-окисел-полупроводник) для обработки данных. Это было восьми битное арифметическое устройство с сумматором. А в 1968 году Барругс (Burroughs) стала производить первые компьютеры (B2500 и B3500), в которых использовались эти интегральные схемы. Но устройством вывода все еще служил аналоговый дисплей (такой же как у осциллографа).

В 1969 г. в лаборатории Bell создали первый кадровый буфер на транзисторах. Он позволял использовать 3-х битную глубину цвета и запоминать изображение попиксельно перед воспроизведением на векторном экране. Тогда и появился «пиксель-мутант», полу-цифровой, полу-аналоговый. Эту систему использовали для демонстрации программы Paint, разработанной Ноллом и Миллером в лабораториях Bell в 1969 г.

Цифровые растровые дисплеи

Через несколько лет, в 1972, Ramtek разработала коммерческий продукт, использующий технологию цифрового кадрового буфера. Как и продукт Bell, он был основан на интегральных схемах со сдвиговым регистром.

В том же году цифровые растровые дисплеи появились одновременно в нескольких местах. В 1973 E&S начала продавать первый коммерческий кадровый буфер. А в PARC Ричард Шуп (Richard Shoup) продемонстрировал свой растровый дисплей и цифровой кадровый буфер, разработанные для графических приложений, в частности для программы Paint. Теперь же система SuperPaint находится в коллекции Музея Истории Компьютеров в Мофетт Филд в Маунтин Вью в Калифорнии. В 1965 г. под руководством одного из основателей DEC, Гордона Белла, Ричард Шуп получает степень бакалавра в электронной инженерии, а затем и докторскую степень по вычислительной технике в университете Каренеги Меллона (Carnegie Mellon University) в Питсбурге. В то время PARС могла похвастаться своими достижениями по части компьютерной графики. В частности, там был создан компьютер Alto с растровым дисплеем, сконструированный Текером (Thacker) в феврале 1973.

Итак, можно считать, что пиксель родился где-то между экспериментами Сазерлэнда с его программой Sketchpad в 1963 и созданием коммерческого растрового дисплея компаниями DEC и Xerox в 1973.

Источник

В каком году родился пиксель

Alvy Ray Smith. A Biography of the Pixel. The MIT Press, 2021. Contents

Полимеры и красный интернет

Котельников прожил 96 лет (1908—2005) и биография его насыщена множеством событий (например, ему грозил ГУЛАГ, но за него вступилась жена Маленкова Валерия Голубцова; а с 1973-го по 1980-й Котельников был председателем Верховного Совета РСФСР).

Владимир Котельников предположительно в 1930-е и в 2003 году

В 1949 году эту же теорему параллельно доказал американский математик Клод Шеннон и, как пишет Смит, в западной литературе ее чаще называют теоремой Шеннона. Хотя сам математик, как сообщается, на первенство не претендовал.

Есть только волны и волны волн

Но прежде чем говорить о теореме отсчетов Котельникова, следует отмотать на два века назад. Французский математик и физик Жан-Батист Фурье создал принципиальную возможность мыслить в интересующем нас направлении. Коротко говоря, Фурье сформулировал идею о том, что любой одномерный сигнал представляет собой регулярные волны. Музыка — это звуковые волны разной частоты и амплитуды, тона и громкости соответственно.

Аудиосигнал. Источник: с. 20 книги

Фурье распространил это представление не только на звук, но и на все, что можно было бы назвать чувственным опытом. Все, что человек видит и слышит, — это тоже сумма волн, только двумерных.

Визуализация волны по аналогии с движением стрелки по циферблату. Источник: с. 16 книги

Одномерная волна — это размотанный (разомкнутый) круг (циферблат). Двумерная волна — размотанный цилиндр. Чтобы визуализировать волну в двух измерениях, представьте себе волну секундной стрелки часов, вытянутую перпендикулярно странице. Получается гофрированная поверхность, похожая на бороздчатое поле — как гофрированные пластиковые панели, которыми покрывают крыши и навесы. Или гофрированные чипсы.

«Посмотрите на край гофры — поперечное сечение — и увидите одномерную волну. Основная идея Фурье состоит в том, что весь визуальный мир можно представить как сумму гофрированных волн всех частот и амплитуд. Борозды могут проходить с севера и юга, с востока на запад, с северо-востока на юго-запад или под любым другим углом и направлением».

Источник: с. 31 книги

Все визуальные паттерны, независимо от того, какими бы хаотичными они не казались, можно описать как комбинацию сумм регулярных волн Фурье. И в природе то же самое, хотя это и менее очевидно (за исключением океанских волн). Горные хребты. Травинки на лужайке или сами лужайки в лесу повторяются с предсказуемой частотой. Расстояние между листьями зависит от вида разных деревьев, но и здесь можно узреть волнообразную функцию. Расстояние между деревьями в лесу также имеет характерную частоту, зависящую опять же от вида деревьев.

Аналоговая бесконечность больше цифровой

Итак, что сделал Котельников со знанием, подаренным миром Фурье? Коротко: он определил, что у всякой волны есть, говоря грубее некуда, пиковые точки (отсчеты), которые позволяют убрать все моря, реки, горы, леса и поля с их неочевидными волнами — и никто ничего не заметит. Сейчас поясним, что это означает.

Элви Рэй Смит. Источник

Большинство процессов в природе протекают непрерывно — например, меняется температура, давление или влажность воздуха, сила тока в проводнике, интенсивность света. Непрерывные процессы, функции и сигналы называются аналоговыми.

Бесконечности обычно округляют до ближайших целых чисел — в результате получаются цифровые «сигналы» (в широком смысле). Цифровая шкала на столбике термометра фиксирует округленное значение температуры. Непрерывное время разбивается на секунды, минуты и часы. Во всех знаковых системах, созданных для сохранения и передачи информации, используется конечное число элементов.

Аналоговый сигнал и на конечном временном отрезке подразумевает бесконечное число значений. Но регистрирующие устройства фиксируют конечное число значений — так получаются дискретные сигналы (лат. discretus, «раздельный»). То есть здесь осуществляется перевод аналоговых непрерывных процессов, существующих в природе, в дискретные — цифровые.

Источник

Например, нам зачем-то понадобилось изучить движение змеи на песке. Если у нее все нормально с вестибулярным аппаратом, то траектория будет представлять собой предсказуемые зигзаги или, иначе говоря, гармоничные колебания одной маленькой волны в необъятном мире волн. Эти колебания можно описать синусоидальными функциями. А чтобы восстановить всю траекторию движения, нужно ориентироваться на колебания самой высокой частоты — на отсчеты Котельникова.

Если же траектория движения колеблется, то и в ней можно сыскать гармонию, поскольку она есть в любом сигнале (волне), что доказал еще Фурье.

Хрестоматийный Рабинович на вопрос, всегда ли он придерживался линии партии или колебался, отвечал, что колебался вместе с линией партии. Хрестоматийный Рабинович, конечно, флюгерист, но механику процесса интуитивно ухватил верно. Как всякий предмет можно разложить на атомы, так и сложную функцию (траекторию или звук) можно разложить на множество гармонических функций. И в каждом таком вираже хрестоматийный Рабинович будет гармоничен в своей «преданности».

Источник

Если вернуться к змее, то можно убрать и ее, и песок вместе с оставленным на ней следом — и если мы знаем высотные колебания (отчеты), мы можем восстановить ее путь на песке. То же самое и со звуком — убираем звуковой сигнал и восстанавливаем его по отсчетам.

«То есть можно выбросить вообще все — и при этом не потерять ничего. Вот по сути и вся магия открытия Котельникова. Если вы этому не удивились, то я в свое время — очень даже», — говорит Элви Рэй Смит.

Пиксель невозможно увидеть

Возвращаемся к чипсам и гофрированной кровле. Они, как мы уже сказали, представляют собой сумму 2D-волн. Какой же будет 3D-волна? Примерно такой.

А вот она в разрезе. Была волна трехмерная, стала двумерная. В поперечном сечении двумерной мы видим уже более-менее нам знакомую одномерную волну. Все сходится, спасибо товарищу председателю.

Источник: с. 57 книги

Можно было бы сказать, что именно так и выглядит пиксель. Если бы его можно было увидеть. Распространенное представление, что пиксель — это маленькие квадратики, на которые рассыпается сильно увеличенное изображение, неверно. Закреплению этой неправды способствует и слово «пикселизация», означающее описанный только что процесс. Маленькие горящие точки на дисплее, из которых собирается всякое изображение — это аналоговый свет, который, можно сказать, порождается функцией. Эти точки следовало бы называть элементами отображения, а не пикселями, отмечает Элви Рэй Смит.

Пиксель невозможно увидеть, потому что там буквально не на что смотреть. Но не в том смысле, в каком все тот же хрестоматийный Рабинович раздавал пустые листовки на Красной площади, а когда сотрудники КГБ спросили его, что означает такой перформанс, ответил: «А что писать? И так все понятно».

Нет, пиксель — это ничто, это точка с нулевым диаметром, у которой нет формы, протяженности и ширины. У пикселя есть только число, обозначающее оттенок серого (тут нет отсылки к семейной кинокартине Тейлора-Джонсона — в книге Элви Рэя Смита можно узнать подробнее, о чем именно идет речь). Или три числа — если элемент отображения цветной.

Но из такого строительного материала — из этого «ничто» — и состоит по сути цифровая вселенная.

Иллюстрация из книги Андрея Зарецкого и Александра Труханова. «Энциклопедия профессора Фортрана». М.: «Просвещение», 1991. Источник

Первые игры «младенца»

Еще немного цифровой археологии. В своих изысканиях Элви Рэй Смит пытался найти первые в истории человечества «пиксели» (в кавычках, потому что речь о зримых пикселях). И снова удивился, потому что ранее думал, что история компьютерной графики началась в 1960-е. Однако обнаружилось, что первый «пиксель» родился в 1948 года вместе с первым компьютером : Манчестерской малой экспериментальной машиной, которую еще называют «младенцем». Вес новорожденного — 27 тонн, рост — 7 метров, обхват талии — 15 метров. Вычислительная мощность — с ума сойти — 357 операций умножения в секунду (или 5 000 операций сложения — это попроще).

Где-то примерно в это же время создали первое цифровое изображение (в нижнем левом углу), в 1951 году в Манчестере — первую компьютерную игру (на коллаже внизу посередине), а в 1953-м уже в Кембридже — вторую (справа).

«Младенец» и его игры

Потом следуют более известные исторические вехи: 1963 год и начало компьютерной графики, ознаменованное созданием Айвеном Сазерлендом 2D-программы Sketchpad в Манчестерском технологическом институте. Следом Тимоти Джонсон написал программу Sketchpad III — и это по сути уже была 3D-графика.

Современный человек придумал, например, чип размером с коврик на 850 000 ядер. Противоположный пример миниатюризации — планирующий в воздухе будто семена клена чип в 1 мм — с антенной для беспроводной связи и датчиками, передающими данные на смартфон или компьютер. Залетит такой к кому-то в дом, никто и не заметит. И на той стороне узнают, что у хозяев на обед.

Источник

• ← нижнее женское белье мега белая дача
• провести интернет в квартиру в павловском посаде →