На начальных этапах развития компьютеров единственным способом общения с ними было составление программ. Данные вводились в машину с перфорированных бумажных карт или лент (их идея восходит к 1804 г., когда французский инженер Жозеф Мари Жаккар изобрел автоматический ткацкий станок, в котором рисунок ткани создавался при помощи карт с отверстиями; это устройство, позволявшее ткачу изменить вид выпускаемой ткани, вставив другую пачку карт, значительно повысило производительность труда).
Первые компьютеры выводили результаты своей работы в куда менее элегантной форме, чем ткацкий станок. Данные поступали на печатающие устройства, напоминающие телетайпы. Иногда компьютеры оснащали осциллографами, которые, однако, использовались не для удобного вывода информации, а для проверки электронных цепей машины. Но это не удержало некоторых программистов от экспериментов. Примерно в 1950 г. неизвестный оператор в Кембриджском университете (Англия) вывел на один из осциллографов компьютера «Эдсак» (EDSAC, Electronic Delay Storage Automatic Computer — автоматический компьютер с памятью на электронных линиях задержки) изображение танцующего шотландского горца. Через полтора года английский специалист по информатике Кристофер Стрэчи написал для компьютера «Марк-1», созданного в Манчестерском университете, программу, игравшую в шашки на экране.
Но это были лишь отдельные примеры, скорее развлечения программистов в свободное время, чем серьезные попытки использовать возможности компьютеров для создания изображений. Первыми сделали решительный шаг американские ученые: они создали компьютер нового типа, заложив в него немало новаторских идей, не последней из которых было оснащение его графическими возможностями.
Как-то воскресным вечером в декабре 1951 г. зрители телевизионной программы «Смотри это сейчас» с удивлением услышали слова обозревателя Эдварда Р. Мюрроу: «Мы живем во времена механических и электронных чудес. Одно из них создано в Массачусетском технологическом институте для военно-морского флота». Далее Мюрроу объяснил, что речь идет об электронном компьютере «Вихрь». «Мы все волнуемся, — продолжал он, — сейчас нам предстоит интервьюировать новую машину. Итак, в Кембридж, в компьютерную лабораторию МТИ!». Затем зрители увидели на экранах нечто похожее на слова, составленные из огней иллюминации: ХЕЛЛО, М-Р МЮРРОУ. Но на самом деле никаких лампочек не было — это светились яркие точки на экране ЭЛТ. Так человечество вступило в новый мир компьютерной графики.
Инженер МТИ Джей У. Форрестер, опутанный кабелями микрофона и наушников, продемонстрировал телезрителям некоторые возможности своего замечательного изобретения. Из студии в Нью-Йорке Мюрроу связался по телефону с каким-то адмиралом из Пентагона, и тот поставил перед машиной одну из задач, для решения которых она предназначалась. Требовалось рассчитать расход топлива, траекторию полета и скорость ракеты «Викинг», которая должна была достичь высоты около 200 км, а затем рухнуть на землю. Телезрители и слегка ошарашенный Мюрроу увидели, как на экране «Вихря» появились графики пути, скорости и расхода топлива ракеты для типичного полета, составленные из тех же светящихся точек, что и приветствие в начале передачи. «Я не понял вопроса, — признавался позже Мюрроу, — и до сих пор не понимаю ответа».
Более поздним поколениям людей, избалованным видеоигровыми салонами и сложными специальными эффектами компьютерной графики в кино и на телевидении, нелегко понять смущение тех первых зрителей и оценить значение примитивных изображений, созданных «Вихрем». Тем не менее те, кто смотрел передачу Мюрроу в то воскресенье, присутствовали при рождении нового способа общения с компьютером, которое стало привычным для их детей.
Публичному дебюту «Вихря» предшествовали годы напряженного труда разработчиков компьютеров. Все началось в 1944 г., когда Форрестер был сотрудником лаборатории сервомеханизмов МТИ, работавшей над зенитными орудиями с дистанционным управлением. Руководил лабораторией профессор Гордон Браун, яркий, нестандартно мыслящий ученый, чей необычный стиль руководства поощрял интеллектуальную независимость и создавал живой дух сотрудничества в коллективе. При жесткой иерархии, царившей в науке 40-х годов, такая атмосфера свободного общения была довольно непривычной. Важным элементом системы Брауна было мнение, что его ученики должны понимать не только чисто академический, но и практический смысл своей работы, ее вклад в реальные инженерные проекты. Взгляды и принципы Брауна оказали сильное влияние на его сотрудников и предопределили новаторский дух, присущий проекту «Вихрь».
В середине 40-х годов Браун назначил Джея Форресте-ра — молодого и не очень общительного инженера, уже отвечавшего за несколько небольших тем, — руководителем одной из ряда исследовательских групп, которым была поручена разработка тренажера и анализатора стабильности самолетов для военно-морских сил США. Это оборудование, состоявшее из пилотской кабины и большого компьютера, предназначалось для обучения летчиков и проверки аэродинамических свойств новых самолетов. Группа Форрестера должна была сконцентрировать внимание на компьютере, который и превратился впоследствии в «Вихрь». Но прошло еще немало времени, прежде чем важность графического представления информации стала очевидной.
Поскольку компьютер предназначался для управления летным тренажером, он должен был выполнять операции в реальном масштабе времени, чтобы немедленно реагировать на действия оператора. Сначала Форрестер предполагал построить сложный аналоговый компьютер, выполняющий вычисления механическими средствами, но, посоветовавшись с одним своим коллегой-инженером в октябре 1945 г., решил, что для данной задачи лучше подойдет быстродействующий электронный цифровой компьютер.
Хотя в Пенсильванском университете уже работали над двумя такими машинами, в то время еще не существовало ни одного работающего цифрового компьютера. Кое-какие компоненты можно было приобрести в фирмах, выпускавших электронное оборудование во время войны, однако большинство деталей и приборов приходилось изготавливать самостоятельно.
Чем дальше Форрестер и его сотрудники продвигались в работе над проектом, тем больше «Вихрь» заслонял для них первоначальную цель — создание летного тренажера. Это был первый цифровой компьютер, работающий в реальном времени, и Форрестер понимал, что его можно использовать как универсальную машину в различных системах. В 1948 г. военно-морское ведомство США согласилось несколько изменить направление исследований, хотя уже и тяготилось ролью единственного источника финансирования непрерывно разрастающегося проекта.
К счастью для создателей «Вихря», к концу десятилетия ВВС США стали проявлять все большее беспокойство о состоянии противовоздушной обороны страны. Пережиток доядерных, дореактивных времен второй мировой войны, система противовоздушной обороны, состоящая из отдельных секторов, каждый с собственным радаром, к тому времени безнадежно устарела. Особую угрозу представляли низколетящие штурмовики: на малых высотах радиолокаторы имеют весьма ограниченный радиус действия и для охвата значительных площадей требуется объединять информацию, поступающую от многих радиолокационных станций. Но в то время не существовало эффективных методов централизованного сбора радиолокационной информации: регистрация, анализ и координация действий выполнялись в той или иной степени вручную. С увеличением объема обрабатываемых данных все большую роль начинали играть быстрота и эффективность действий операторов. Ситуация еще больше осложнялась тем, что Советский Союз только что испытал свою первую атомную бомбу и создал бомбардировщики дальнего действия, способные достичь воздушного пространства США. Система ПВО Соединенных Штатов не соответствовала возросшим требованиям.
В это время и состоялась встреча Форрестера с Джорджем Э. Вэлли, также сотрудником МТИ, который по заданию ВВС США работал над проблемой совершенствования противовоздушной обороны и характеризовал существующую систему как «убогую, близорукую и тупую». К тому времени «Вихрь» уже работал, и Вэлли понял, что этот компьютер с его быстродействием прямо-таки создан для нужд ВВС. Последние и взяли на себя финансирование работ вместо ВМС США, заметно охладевших к проекту.
Между тем группа Форрестера выделилась из лаборатории сервомеханизмов, образовав новую лабораторию цифровых компьютеров. Они сосредоточивали все большее внимание на таких вопросах, как управление огнем, противолодочная оборона и управление воздушным движением, где в полной мере могли проявиться преимущества графического отображения информации, позволяющего оператору опознавать цели почти мгновенно, не обращаясь к географическим картам. Отныне лаборатория цифровых компьютеров начала применять свой опыт в области управления воздушным движением в смежной области противовоздушной обороны.