Код. Тайный язык информатики - Чарльз Петцольд

Первые видеодисплеи, использованные в таких системах, как SAGE, не были похожи на мониторы современных персональных компьютеров. Сегодня ПК оснащены так называемыми растровыми дисплеями. Как и в телевизоре, изображение на устаревших ЭЛТ-мониторах состоит из серии горизонтальных растровых линий, рисуемых лучом электронной пушки, который быстро пробегает по экрану. Такой экран можно представить в виде большого прямоугольного массива точек, называемых пикселами. Для хранения видеоизображения в памяти компьютера выделяется целая область, в которой один или несколько битов соответствует пикселу на экране. Значения этих битов определяют степень светимости и цвет пикселов.

Например, разрешение большинства современных компьютерных дисплеев составляет как минимум 640 пикселов по горизонтали и 480 пикселов по вертикали. Их общее количество соответствует произведению этих двух чисел: 307 200. Если для каждого пиксела выделяется только один бит памяти, то его цвет ограничивается двумя вариантами, обычно черным и белым. Например, значение 0 может указывать на черный пиксел, значение 1 — на белый. Такой видеодисплей требует 307 200 бит памяти, или 38 400 байт.

Чтобы расширить диапазон отображаемых цветов, необходимо выделить для каждого пиксела большее количество битов, а это увеличивает требования видеоадаптера к памяти. Например, для кодирования оттенков серого под каждый пиксел можно предоставить один байт памяти. При таком подходе значение 00h будет соответствовать черному цвету, значение FFh — белому, а промежуточные — оттенкам серого.

Цветное изображение ЭЛТ создается с помощью трех электронных пушек, по одной для каждого из трех основных цветов: красного, зеленого и синего. (В этом можно убедиться, рассмотрев цветной экран телевизора или компьютера через увеличительное стекло; в принтерах другой набор цветов.) Сочетание красного и зеленого дает желтый цвет, красного и синего — малиновый, зеленого и синего — голубой, а комбинация всех трех основных цветов — белый.

Простейший цветной графический адаптер требует, чтобы на один пиксел приходилось три бита, по одному биту на каждый из основных цветов. Цвет пикселов может быть закодирован следующим образом.

Биты

Цвет

000

Черный

001

Синий

010

Зеленый

011

Голубой

100

Красный

101

Малиновый

110

Желтый

111

Белый

Однако такой набор подходит только для очень простых «мультяшных» изображений. Большинство цветов, встречающихся в реальном мире, — это комбинации различных уровней красного, зеленого и синего. Если вы выделите два байта на пиксел, то на каждый основной цвет будет приходиться пять бит (один бит останется незадействованным). Это даст 32 уровня красного, зеленого и синего, что в общей сложности составит 32 768 разных цветов. Такая схема кодирования часто называется палитрой High color («высококачественное цветовоспроизведение»), или Thousands of colors («тысяча цветов»).

Следующий шаг — использование трех байтов на пиксел, или одного байта для каждого из основных цветов. Такая схема кодирования предусматривает 256 уровней красного, зеленого и синего, что в общей сложности дает 16 777 216 различных цветов. Часто эта палитра называется True Color («истинный/настоящий цвет»), или Millions of colors («миллионы цветов»). При разрешении дисплея 640 × 480 объем требуемой памяти составляет 921 600 байт — почти целый мегабайт.

Количество битов на пиксел иногда называется глубиной цвета или цветовым разрешением. Количество различных цветов связано с количеством битов на пиксел следующим соотношением:

Количество цветов = 2количество битов на пиксел.

Плата видеоадаптера имеет определенный объем памяти, что ограничивает количество возможных комбинаций разрешения и глубины цвета. Например, плата видеоадаптера с памятью один мегабайт может обеспечить разрешение 640 × 480 при глубине цвета, равной трем байтам на пиксел. Однако если вы хотите использовать разрешение 800 × 600, для такой глубины цвета имеющейся памяти окажется недостаточно, поэтому придется довольствоваться двумя байтами на пиксел.

Несмотря на то что растровые дисплеи кажутся нам вполне естественным выбором, поначалу они редко использовались, поскольку предъявляли огромные требования к памяти. В системе SAGE употреблялись векторные дисплеи, больше напоминающие осциллограф, чем телевизор. Управляемая электрическим сигналом электронная пушка рисовала на экране прямые и кривые линии, которые в течение некоторого времени сохранялись на экране, что и создавало из них примитивные изображения.

Компьютеры SAGE также поддерживали использование световых карандашей, которые позволяли операторам изменять кадры на дисплее. Световой карандаш — это стилус с прикрепленным к одному концу проводом. С помощью специального программного обеспечения компьютер определяет точку экрана, на который указывает световой карандаш, и изменяет изображение в соответствии с его движением.

Принцип работы светового карандаша иногда ставит в тупик даже технически подкованных людей. Суть в том, что световой карандаш не излучает, а улавливает свет. Электронная схема, управляющая электронной пушкой в ЭЛТ (вне зависимости от типа используемого дисплея), также фиксирует момент, когда свет от электронной пушки попадает на световой карандаш, определяя при этом точку экрана, на которую он указывает.

Одним из тех, кто первым предвосхитил начало эры интерактивных вычислений, был Айвен Сазерленд (род. 1938), который в 1963 году продемонстрировал революционную графическую программу Sketchpad, разработанную им для компьютеров SAGE. Эта программа могла хранить описания изображений в памяти и выводить их на экран. Кроме того, она предусматривала возможность использования светового карандаша для рисования и изменения изображений на экране, причем все это отслеживалось компьютером.

Еще одним провидцем эры интерактивных вычислений был Дуглас Энгельбарт, который прочитал статью Вэнивара Буша «Как мы можем мыслить» в 1945 году, сразу после ее публикации, а пять лет спустя начал развивать новые идеи в области компьютерных интерфейсов. В середине 1960-х годов, работая в Стэнфордском исследовательском институте, Энгельбарт полностью переосмыслил концепцию устройств ввода и придумал пятиклавишную клавиатуру для ввода команд (которая так и не прижилась), а также небольшое устройство с колесиками и кнопкой, которое он назвал мышью. Теперь мышь практически повсеместно применяется для перемещения указателя и выбора объектов на экране.

К счастью, многие из первых энтузиастов интерактивных графических вычислений собрались в компании Xerox в то время, когда использование растровых дисплеев стало экономически целесообразным. В 1970 году Xerox в Пало-Альто учредила исследовательский центр PARC для разработки продуктов, с которыми эта компания могла бы выйти на рынок. Вероятно, самым известным прогнозистом в центре PARC был Алан Кэй (род. 1940), который в возрасте 14 лет узнал о библиотеке микрофильмов Вана Буша из рассказа Роберта Хайнлайна, а затем придумал портативный компьютер Dynabook.