Матчасть диванного танкиста

КАК ЧЕЛОВЕК СТАЛ ОПЕРАТОРОМ
И почему в эпоху лунников
Нам, людям атомной поры,
Все снятся силуэты лучников,
Сутулые, как топоры?
А.Вознесенский

"Человек умелый" жил в восточной Африке, близ вулкана Нгоронгоро, на берегу озера. От своих предков homo habilis отличался умением делать чопперсы - заостренные с одного края гальки, примитивные рубящие орудия. Тогда, полтора, а то и два миллиона лет назад, впервые возникло взаимодействие человека с камнем, образовалась система "человек - орудие". Конечно, человек умелый сдирал своим чопперсом шкуру со слона не спеша, потому что зверь был уже не страшным - убитым.

Но часом раньше, на охоте, вооруженный деревянной рогатиной, "человек умелый" не имел и мгновения на раздумье. От его оперативности зависело, удастся ли загнать зверя в узкую расселину и добить его там. Ошибка могла стоить жизни. Система "человек - орудие" работала, говоря современным языком, "в реальном времени, при высокой ответственности решений"...

Перешагнем через многие тысячелетия, перенесемся в древний Египет. Люди научились делать сотни орудий, десятки механизмов. Возникли первые человеко-машинные организации, которые занимались орошением и строительством. Человеко-машинная организация - система гораздо более хитрая, чем система "человек-орудие". В нее входят тысячи людей, связанных в сложную иерархию. Руководитель такой системы (в Египте эту должность поручали военным писцам) планирует весь ход работ, распределяет их между отрядами воинов, следит за выполнением заданий. Если обнаруживаются нарушения и неувязки, военный писец перераспределяет нагрузку; иными словами, кроме планирования, он ведет диспетчеризацию работ.

Военный писец не в силах наблюдать за каждым воином и каждым механизмом. О многом он узнает лишь из донесений гонцов, присланных начальниками отрядов. Своего "зверя" он убивает не прямо - собственными руками и сейчас,- а косвенно, перерабатывая полученную информацию, решая оперативные задачи.

Итак, характерными для новой системы являются возросшая сложность решений (составить план крупного строительства неизмеримо труднее, чем план охоты), отсутствие полной информации при их принятии (гонцы не все знают и не все скажут) и повысившаяся цена ошибок (неудачное решение военного писца сводит на нет усилия тысяч людей). Чтобы хорошо руководить древнеегипетским строительно-монтажным управлением, нужны немалые знания. До наших дней дошло любопытное письмо, повествующее о некомпетентности одного из военных писцов:

"Я хочу объяснить тебе, что это такое, когда ты говоришь: "Я писец, дающий приказы армии". Тебе поручено выкопать озеро. Ты приходишь ко мне, спрашиваешь о запасах для солдат и говоришь: "Сосчитай мне это". Ты оставляешь свою работу, и на мои плечи сваливается задача - учить тебя, как ее надо выполнить". Автор письма - тоже писец, но более высокого ранга - писец фараона, и он открыто издевается над своим недалеким коллегой из военного ведомства. Справедливо издевается: взялся решать задачи - решай. Воины не должны простаивать, пока ты советуешься. Ошибки торопливости тоже опасны - не то получится озеро, а фараон не простит.

Военный писец, руководитель древнего СМУ, только тогда действует эффективно, когда умеет сплавить абстрактные математические знания с волей и опытом.

Снова перешагнем через тысячелетия. Конец XVIII века. Ткацкая фабрика приобрела паровую машину, изобретенную Джемсом Уаттом.

К новинке приставили машиниста, а в помощь ему определили расторопного работника - кочегара. Паровая машина вращает вал, от которого через ременные передачи приводятся в движение десятки ткацких станков. Главная забота машиниста - обеспечить равномерное вращение вала и шпинделей станков, добиться ритмичного хода машины.

Ход машины машинист оценивает зрительно - по числу качаний ее коромысла и на слух - по стуку поршня. Привычные глаз и ухо мгновенно отмечают замедления или неравномерность хода, но бессильны выявить причину одышки.

Работа машины зависит от величины давления пара, приходящего из котла в ее цилиндр, и от степени разрежения в конденсаторе, куда направляется отработавший пар. Давление не зверь, разрежение - не озеро, их не увидишь непосредственно, машинисту неоткуда узнать каковы они сейчас. Уатт вооружил свою машину принципиально новыми элементами - измерителями этого давления и разрежения, манометром и вакууметром.

Глядя на манометр, машинист велит кочегару добавить топлива, если давление мало, приказывает умерить пламя, если давление велико. Вакууметр сообщает человеку о степени разрежения; если оно недостаточно, машинист проверяет действие насоса, откачивающего из конденсатора воздух.

Два измерителя делают машиниста проницательным. Но машина все же не идет чисто, случаются рывки. Причин тому множество. И кочегар берется за дело не вдруг, и уголь попадается разный, и слой его в печи неравномерен, и сказывается подсыпка не сразу, и нагрузка на машину меняется. Никак не угадать машинисту - то упустил обороты, то переусердствовал. Уатт, поняв это, добавил к измерителям еще умеритель или центробежный регулятор. Центробежный регулятор имеет дело с паром, а не с огнем в печи. Чуть вал машины разгоняется, регулятор прикрывает заслонку и тем убавляет подачу пара в цилиндр; едва вал замедляется, регулятор отворяет заслонку и прибавляет пару.

Изобретатель вооружил свою машину автоматом, обеспечивающим равномерность хода.

Казалось бы, стоит довести дело до конца. Придумать еще регулятор давления пара да исполнительный орган - механическую лопату, исправно швыряющую уголь в топку. Превратить машину в полностью автоматическую. Но механическая лопата очень непроста, а регулятор давления - еще хитрее. Уатт благоразумно сохранил первую функцию за кочегаром, а вторую - за машинистом.

В таком случае, раз все равно сохранены люди, нельзя ли отказаться и от центробежного регулятора, пусть машина станет полностью ручной? Нет, нельзя! И не оттого, что машинист слабее центробежного регулятора. Достаточно приделать к заслонке на паропроводе рукоятку, и человек, ориентируясь по стуку и качаниям, сумеет сносно регулировать подачу пара, сумеет сберечь равномерность вращения вала. Однако на другие дела у него почти не останется времени - машинист обратится в придаток к рукоятке.

Джемс Уатт впервые решал задачу распределения функций между человеком и автоматом и решил ее наилучшим для своего времени образом. "Был найден,- писал К.Маркс,- первичный двигатель, который, потребляя уголь и воду, сам производит двигательную силу и мощность которого находится всецело под контролем человека".

Этот человек - машинист - заботливо следил за своей машиной. Поднимался и опускался по железным лесенкам. Проверял, надежны ли уплотнения, не пробивается ли где пар. Тревожился, не отцепились ли от коромысла рычаги и тяги насосов, целы ли зубья в планетарной передаче. Прощупывал машину - нет ли вредного перегрева, особенно в подшипниках, добавлял смазки в подозрительные. Прослушивал машину, часто и тщательно анализировал ее басовитый, деловой стук. Поглядывал на центробежный регулятор: действует ли, шевелятся ли его лепестки?

Он владел чувством, которое отсутствовало у других людей - чувством машины. Из движений стержней и тяг, из качаний коромысла и вращения маховика, из разнообразных звуков складывалась для него отчетливая картина состояния машины, угадывались слабые ее места. Он знал характер своей машины, как охотник знает норов зверя. Он жил с машиной душа в душу, постиг ее капризы и ее выносливость, а приборы - измерители разрежения и давления - служили итоговыми указателями: машина дает нужную силу, развивает требуемую мощность.

В конце XIX века в цепочке "котел - паровая машина" появилось третье звено: электрический генератор. Вал машины сцепили с ротором генератора. Энергия угля превратилась в электрический ток, переменный ток, который послушно бежит по проводам, легко уходит на далекие расстояния, трансформируется, разделяется между потребителями.

Появились центральные электрические станции. Изготавливать дешевую электроэнергию - их главная цель. А к удешевлению два пути - расходовать меньше топлива и сокращать обслуживающий персонал.

Первый путь привел к смерти самой паровой машины. Ее сменила турбина, которая быстроходнее и компактнее, а главное - имеет больший коэффициент полезного действия.

В начале XX века паровая турбина обратилась в реальность, и машиниста впору стало переименовать в турбиниста. Ан нет, обычная любовь к новым, таинственным названиям профессий дала здесь осечку. Слишком глубокий след оставило гениальное изобретение Уатта в умах людей, слишком важной фигурой был машинист, чтобы переименовываться. Он так и называется до сего дня машинистом, хотя давно обслуживает паровую турбину.

Основой современной теплоэнергетики остается та же цепочка "котел - турбина - генератор". Но каждое звено этой цепочки изменилось неузнаваемо. Рост, непрерывный, крутой рост параметров пара - вот причина изменений (рис.1). За семьдесят с небольшим лет температура пара выросла в 3 раза, давление в 20, а мощность агрегата в 100 раз. Зато в 4 раза уменьшился удельный расход топлива и в 5 раз "удельный расход" операторов. Иными словами, сегодняшний машинист производит столько электроэнергии, сколько в начале века 25 машинистов.


Рис.1. Рост параметров энергетических установок.

Успехи удивительные. Но чтобы их достичь, пришлось разлучить машиниста с машиной. На первый взгляд это кажется странным. Турбины 2МВт, 200МВт и 2000МВт отличаются друг от друга нарастающей сложностью. Каждый шаг в повышении мощности и экономичности потребовал добавления ступеней турбины (колес с лопатками, по которым бьет пар), возникли промежуточные отборы пара и подогреватели (они увеличивали температуру воды, идущей в котел, и сберегали топливо), появились группы новых насосов, испарителей, редукционных установок... Специалисты по общей теории систем утверждают, что сложность систем растет пропорционально их производительности. Для турбины, точнее для турбоагрегата - так теперь именуют единство перечисленных и многих не упомянутых элементов - это наблюдение подтверждается полностью. Турбоагрегат 2000МВт, который станет под нагрузку на наших электростанциях в 1980 году, в тысячу раз сложнее турбины начала века. Здесь нужен глаз да глаз. О какой разлуке машиниста с агрегатом в таком случае речь?

Добро бы росла одна сложность конструкции и схем турбоагрегата. А то одновременно с ней растет и скорость протекания процессов. Неспешный, с давлением чуть выше атмосферного, пар Уатта и нынешний - дважды перегретый, 250-атмосферный... Основные явления в турбине ускорились впятеро, впятеро сжалось "реальное время". С точки зрения машиниста эта "пятерка", быть может, серьезнее той "тысячи": некогда поразмыслить, управление турбоагрегатом требует немедленных ответов на неожиданные вопросы. О какой же разлуке машиниста с агрегатом может при этом идти речь?

Уаттовская машина, да и турбина начала нашего века, имели солидный запас прочности. Металл современных турбин работает в условиях, близких к критическим. Зона безопасности сузилась, последствия же аварий стали намного более губительными: неурочное отключение мощной турбины стоит дорого, послеаварийный ремонт и связанный с ним простой еще дороже, человеческие жертвы, пусть редкие, вообще не измеришь деньгами. Значит, выросла "ответственность решений" и, чтобы остановить аварийность, контроль турбоагрегата должен быть неотступным, а машинист - всегда начеку. О какой же разлуке с машиной пытаемся мы говорить?

Как можно разлучить машиниста с машиной, если сложность, скорость протекания процессов и аварийность действуют не порознь, а совместно, хитро переплетаясь, дополняя друг друга? Но, с другой стороны, что толку машинисту неотлучно находиться около турбины, если процессы, происходящие внутри нее, невидимы, неосязаемы. Ни штоков, ни маховиков, ни балансиров. Даже центробежный регулятор (уаттовское изобретение используется до сих пор) скрыт от глаз: турбина быстроходна - все равно не углядишь.

Измерители - вот что остро необходимо, вот без чего не обойтись! Кроме манометра и вакууметра (они по-прежнему занимают почетное место), требуются измерители температур пара, масла, воды, указатели уровней в баках и подогревателях и многие, многие другие. Агрегат мощностью 25МВт имел 40 измерителей, 100МВт - 80, 200МВт - 120, а для гиганта в 2000МВт требуется 500 приборов. Вместо двух, размещенных Уаттом на самом видном месте, пятьсот!

Интересно, как отнесся бы сам Уатт к этому нашествию измерителей? Думаю, без восторга, но и без осуждения. Целью жизни Уатта было совершенствование паровой машины, повышение ее мощности, экономичности и управляемости. Если нельзя без измерителей, если логика развития машины как сложной системы привела к необходимости повсеместного контроля, Уатт согласился бы на него. Его беспокоило бы скорее другое - где взять эти измерители, например, чем мерить температуру?

В 1782 году, когда Уатт получил патент на паровую машину двойного действия, температуру умели оценивать с помощью ртутных термометров, похожих на современный медицинский градусник.

Ртутный термометр - плод долгой эволюции. Самый ранний из известных приборов такого рода описан Филоном (250г. до н.э). Два сосуда (один с водой) и трубка между ними. Если нагревать пустой сосуд, часть воздуха из него через трубку и воду выйдет наружу. После этого охладим сосуд до начальной температуры. Объем воздуха уменьшится, и вода поднимется по трубке, может быть, даже перельется в пустой сосуд. Филон не стремился мерить температуру - просто придумал, как это было принято в александрийской научной школе, остроумную игрушку.

Галилей, в отличие от Филона, изготовил свой термоскоп именно для измерений "степени жары и холода". Это было в 1597 году. Особенности термоскопа Галилея заключались в том, что сосуды расположены были друг над другом, и пустой сосуд имел форму колбы "размером с яйцо с длинным и тонким, как пшеничный стебель, горлышком". Благодаря этому эффекты нагревания и охлаждения выявлялись значительно более отчетливо.

Но прибор Галилея, как и игрушка Филона, потребовал участия человека в процессе измерения. Вручную вводилась колба в зону измерения, вручную извлекалась оттуда для охлаждения. Окончив измерение, человек вынужден был разбирать прибор, чтобы наполнить колбу воздухом. Затем он опускал узкое горлышко колбы в сосуд с водой - лишь тогда термоскоп готов был к следующему измерению. Если прибор один, а машинисту не к спеху, он мог заниматься измерительными манипуляциями. В них есть своя прелесть.

Но увы, уже уаттовский машинист был слишком занят, чтобы священнодействовать с измерительными колбами. Надо было исключить человека из процесса измерений, автоматизировать измерения, сделать так, чтобы машинист получал готовые показания.

Автоматизировать термоскоп Филона-Галилея без сомнения можно. Шестерни и рычаги станут управлять вводом сосуда в зону измерений, извлечением его оттуда, сборкой и разборкой прибора.

Но стоит ли автоматизации этот термоскоп? Пожалуй, нет: слишком мудрена процедура измерения, чересчур инерционен прибор. Тем более, что Торичелли усовершенствовал термоскоп, превратил его в жидкостный, спиртовой термометр, а Фаренгейт заменил спирт ртутью. В ртутном термометре процесс измерения автоматизирован сам собой - столбик жидкости прытко следует за температурой.

Отчего же не было ртутных термометров на машине Уатта? Просто не требовались, их заменяла рука машиниста. Человек судил, например, о теплоте воды, возвращаемой после конденсации в котел, как мы судим о готовпости ванной - на ощупь. Если б оказалось необходимо, Уатт выбрал бы ртутный термометр. Только нас этот выбор не устраивает. Ртутный термометр намертво привязан к месту измерения - его головка должна быть погружена в среду, а шкала неотрывна от головки. До поры до времени местные измерения были терпимы. Машинист турбины начала XX века многократно обходил свою машину, поглядывая на торчащие там и сям измерители. Сегодня он не может себе этого позволить - измерители должны прийти к нему сами, собраться вместе, на одном щите. Во имя единства значения многих параметров приходится передавать на десятки и сотни метров, иногда на километры. Механическими средствами этого не сделать. В 20-е годы нашего столетия возникла идея электрификации контроля. Именно так она и называлась - электрификация контроля - наряду с электрификацией промышленности и сельского хозяйства, малая электрификация - неотъемлемая часть большой электрификации.

Как керосиновая лампа уступила место электрической, так ртутный термометр спасовал перед термопарой и термометром сопротивления. У термопары электрическая душа, она генерирует электричество, если подогревать один из ее спаев. Термометр сопротивления в отличие от термопары - пассивный элемент электрической цепи. Термопара сама генерирует ток, термометр скромно питается от внешнего источника. Зато его сопротивление меняется в зависимости от температуры окружающей среды, причем меняется чутко, точно и быстро.

Эволюция измерителей температуры на сегодня завершается термисторами. Термисторы - тоже термометры сопротивления, только сделанные не из металлов, а из полупроводников. Преимущество термисторов - малые габариты и вес, что позволяет им проникнуть в места, запретные для термопар и металлических термометров, например, внутрь подшипника или на борт марсианского корабля.

Быть мажет, мы излишне подробно говорили об автоматизации и электрификации процесса контроля температуры. Наше оправдание в том, что более половины измерителей турбогенератора - измерители температуры. И еще в том, что автоматизации и электрификации постепенно подверглись все измерения турбоагрегата. "Душа" паровой машины, перестав быть видимой, осязаемой и ощущаемой, выразилась электрическими признаками - величиной напряжения, или тока, или сопротивления. Машинист обратился к приборам - вольтметрам, амперметрам, омметрам, которые теперь говорили о совсем неэлектрических явлениях - изменениях давлений, уровней, расходов, вакуума.

Настала эра щитов контроля и управления. Сначала местные щиты - десяток приборов и лампочек вблизи от турбины. Машинист не отрывался от своего агрегата, обходил, прослушивал его иногда, но чаще сидел у щита, поглядывал на приборы.

Сидел, поглядывал, пока не расширили зону обслуживания. Одному человеку поручили два турбоагрегата (а иногда и три, и четыре). На щите сосредоточились измерители всех подвластных машин. Групповой щит естественно расположить в точке, равноудаленной от каждой турбины.

Но коли так, зачем щиту находиться среди жары, шума и вибрации машинного зала? Если вывести его в отдельное помещение да наладить кондиционирование воздуха, станет легче и машинисту, и приборам. В 50-х годах возникли центральные щиты контроля и управления.

Свершилось - машинист разлучился с турбиной.

Эволюция котла представляет еще более разительный пример роста сложности системы, увеличения скоростей протекания процессов в ней и сужения зоны безопасности, чем видоизменение паровой машины. Уаттовский котел был небольшим; похожий на сундук, он скрывался в тени солидной паровой машины. Нынешний котел в сотни раз больше своего дедушки и в десятки раз больше соседа - турбогенератора. Ростом котел вымахал с 40-этажный дом, пришлось сложить его пополам. Но и изогнутый наподобие буквы "П", котел значительно, выше турбины, что отразилось даже во внешнем силуэте современной электростанции: башня котельного цеха примыкает к приземистому машзалу.

Топливо - уголь, размельченный в пыль в особых мельницах,- вдувается в топку современного котла горячим воздухом, и скорость пылевоздушной смеси близка к 30м/сек. Вода, а потом насыщенный и перегретый пар мчатся по трубам, по пятистам километров труб, нигде не задерживаясь - котел прямоточный - и достигая на выходе скорость 70м/сек. Только на обслуживание котла, включая добавку еще более горячего воздуха для поддержания горения и отсос дымовых газов, необходима мощность в десяток мегаватт.

Где турбоагрегат обходится 40 измерителями, там котлоагрегату требуется 60, где в машзале 80, там в котельном цехе 110. Котлоагрегат мощностью 2000МВт нуждается в 2000 измерителей, меньше никак нельзя.

Кочегар, давно уже переименованный в машиниста котла, работал в свой черед и за местным щитом, и за групповым. Одновременно с машинистом турбогенераторов перебрался он на центральный щит, расстался с возмужавшими котлоагрегатами, чтобы наблюдать за ними но приборам.

Мы могли бы подробно проследить развитие третьего звена энергетической цепи - электрогенератора. Мы нашли бы и здесь нарастание сложности, темпа, опасности и числа измерителей. Но, пожалуй, важнее обратить внимание на все большую увязку, сплетение, сращивание звеньев между собой. Чтобы повысить экономичность, пар, миновавший только часть турбины, вернули в котел на вторичный перегрев. Заряженный новой энергией, этот пар обрушивается на непройденные еще ступени турбины - очень хорошо! Только заодно котел оказался вживленным в турбину, включенным между ее частями, в рассечку, как говорят энергетики.

В старину (если 50-е годы XX века считать стариной) котлы и турбины запускали порознь. Прямоточный котел не имеет накопителей, чуть рожденный пар нужно израсходовать. Не в атмосферу же его выбрасывать - разумнее с его помощью разворачивать турбину. Увеличивать температуру и давление пара в котле, одновременно разогревая турбину, повышая ее обороты, синхронизируя генератор с сетью, набирая электрическую нагрузку. Пуск на скользящих параметрах сливает три энергетических звена воедино, в один энергоблок.

Специалисты по общей теории систем утверждают, что процесс сращивания отдельных механизмов и агрегатов, взаимоувязки служб и отделов, объединения малых и средних систем в большую систему происходит ныне во всех отраслях человеческой деятельности. Значит, энергоблок - правило, а не исключение.

В нашей стране все агрегаты мощностью более 150МВт представляют собой энергоблоки: каждый котел связан только со своей турбиной и своим генератором, зато тесно и многообразно связан. И каждый энергоблок имеет свой щит - блочный щит контроля и управления. Отсюда один человек руководит и котлоагрегатом, и турбоагрегатом, и электрогенератором. Имя этому человеку - машинист энергоблока.

Машинист следит за поведением блока по показаниям приборов. Но машинист - не звездочет, ему мало наблюдать, необходимо решительно вмешиваться в работу блока. Уаттовский блок (машину Уатта резонно назвать блоком: котел и паровой двигатель слиты воедино, даже пускали атмосферную машину на скользящих параметрах!) был оборудован органами вмешательства - несколькими рукоятками и рычагами. Машинист при надобности поворачивал рукоятку, открывал либо закрывал кран, и охлаждающая вода устремлялась в конденсатор, а подпитка котла прерывалась.

Рычаги и рукоятки крепились к осям кранов и сцеплений, каждая на своем месте, подобно измерителям. Чтобы собрать их на одном щите, потребовалась электрификация исполнительных механизмов. Количество электрифицированных исполнителей (задвижек, клапанов, питателей) близко к мощности блока, например, их 780 штук на блоке 800МВт.

...

Подача команд электрифицирована - иначе не удалось бы разлучить машиниста с машиной. Ему теперь достаточно нажать кнопку или повернуть ключ управления на пульте, и приказ тотчас исполнится. По аналогии с развитием измерителей, с совершенствованием контроля, здесь резонно спросить: а почему не автоматизирована подача команд? Зачем вообще поручать управление блоком человеку, звену медлительному, нервному, подверженному ошибкам? Не лучше ли принять курс на автоматизацию? Блочный щит демонтировать, оператора и обходчиков переквалифицировать, а сам блок запереть на замок. Пусть он служит исполнительным механизмом для сверхоператора, диспетчера энергосистемы: нажал кнопку - пустил, нажал другую - остановил, повернул рукоятку вправо - прибавил, влево - убавил нагрузку.

Автоматизация без компромиссов... Специалисты решительно стали на этот путь. Иные объекты, пусть не сразу, но поддались. Например, двоюродная сестра паровой турбины - гидротурбина.

Автоматика развивалась, мужала. От механических и гидравлических регуляторов - к электрическим и электронным полупроводниковым устройствам. От управления по отклонению одного параметра - к учету целого ансамбля величин, скоростей и историй их изменения, к приспособлению и поиску оптимума.

Блок "котел - турбина - генератор" стал опытным полем автоматизации. Иные завлекательные новинки не выдерживали проверки, но отряд автоматов постепенно рос. К уаттовскому центробежному регулятору пришли па подмогу полтора десятка авторегуляторов на турбине и три десятка - на котле. Да еще двадцать логических автоматов, таких, например, как устройство запуска питательного турбонасоса, который сам по себе является турбиной, большей, чем рекордная турбина начала века. Плюс к тому автоматическая защита оборудования в аварийных ситуациях. Вместе с предохранительным клапаном, изобретенным Дени Папеном в 1714 году, использованным Уаттом и сбереженным по сей день, энергоблок взялись охранять еще 28 устройств. Во все пределы вторглись автоматы, но полностью подчинить себе цепочку "котел - турбина - генератор" не сумели.

Слишком прихотлив характер блока. Особенно при пуске. Если успел остыть - одна последовательность операций, если массивные части еще горячи - другая, и этих последовательностей не две, не три и не десять - множество, зависящее от степени нагрева. Реакции блока на одни и те же воздействия тоже разные - сейчас, когда он относительно холоден и через час, когда аккумулировал тепло. Даже разогретый, при больших нагрузках он ведет себя совсем иначе, чем при малых. Блок прихотлив, а автоматам не хватает человеческой гибкости и разнообразия.

К тому же прямые средства для воздействия на многие процессы, протекающие в энергоблоке, отсутствуют. Нельзя управлять непосредственно, можно лишь косвенно, через другие, более послушные, процессы. В ненормальном (предаварийном) режиме, когда большинство процессов разладилось, требуется особое искусство стабилизации. Автоматы не умеют этого.

Получается, что "сложные" режимы - пусковой и предаварийные - туго поддаются автоматизации, а режимы "простые" - нормальный и аварийный - автоматизировать удается. К такому выводу энтузиасты автоматизации пришли не сразу. Поначалу все свято верили в автоматизацию без берегов, мало думали о машинисте. Если и оставляли его на энергоустановке, то только временно, до той совсем недалекой поры, когда комплексная автоматизация сделает машиниста "лишним человеком". Создавали проекты комплексной автоматизации, внедряли комплексную автоматизацию, восторгались комплексной автоматизацией. После восторгов, известное дело, переходили к более здравым оценкам. Оказывалось, что желанная цель не достигнута. Скептики говорили: "Комплексная автоматизация, как комплексное число, имеет мнимую и действительную части. Мнимая часть, пожалуй, уже внедрена, а вот действительная..."

В конце 50-х годов энтузиасты получили мощное оружие для посрамления скептиков. Появились цифровые вычислительные машины, тоже автоматы, но не специализированные, как привычные устройства, а универсальные. ЦВМ привели к революции в области получения информации, подобно тому, как уаттовская машина к революции в получении энергии.

Первоначально Джемс Уатт, следуя своим предшественникам, придумывал специализированную машину - для откачки воды из шахт. К водоотливным машинам относится ряд его изобретений. Но главное открытие Уатта - отказ от узкой области приложения машин, переход от удельности к универсальности, к построению единого двигателя, паровой машины для любых промышленных применений.

Уатт поломал перегородки в области энергии, Джон фон Нейман - в области информации. Чтобы добиться универсальности,- рассуждал оп,- нужно разноликую информацию расчленить на одинаковые элементы, на безликие атомы. И нашел, каков атом информации: выбор из двух возможностей, двоичный выбор, бит. Любые четкие данные можно представить в виде комбинации двоичных выборов, записать сочетанием нулей и единиц.

Расчленить - полдела. Важнее научиться собирать из атомов новые молекулы информации. Изобрести особые уловки, приемы сборки, да такие, чтобы каждый прием работал во многих случаях; тогда приемов будет немного. Фон Нейман сумел свести разнообразие информационной сборки к трем приемам: логическому объединению, логическому отрицанию и условному переходу. Отыскание корней дифференциального уравнения, диагноз болезни, анализ переводимой на другой язык фразы - ход решения любой задачи содержит только эти три приема.

Ход решения различных задач отличается не самими приемами, не атомами, а последовательностью применения приемов, программой сборки информационной молекулы. Программы сборки - тоже информация и, значит, их можно изобразить сочетанием нулей и единиц. В универсальной машине "одни" нули и единицы приказывают, что делать с "другими" нулями и единицами, а в результате - появляются "третьи" нули и единицы. Ничего больше не происходит в цифровой вычислительной машине!

Устройство ЦВМ теперь очевидно. Она состоит из памяти, способной принимать, хранить и отдавать нули и единицы, процессора, умеющего выполнять приемы сборки, и устройства управления.

Устройство управления ЦВМ - прямой потомок уаттовского механизма парораспределения, того самого, что подавал пар то под поршень, то в пространство над поршнем, обеспечивая двойные ходы паровой машины. В цифровой машине устройство управления диктует последовательность ходов процессора и памяти. Память разделена на две зоны - место для программ и место для условий задачи, для того, что нам дано.

Процессор по командам устройства управления узнает в первой зоне памяти, что и с чем нужно сделать, добывает во второй зоне необходимые данные, после чего производит предписанную работу. Результат работы либо используется процессором на следующем шаге решения, либо отсылается во вторую зону памяти - до востребования. Цикл действия машины закончен, после чего он повторяется: получение инструкции, извлечение данных, шаг решения, засылка результатов. Хотя последовательность ходов ЦВМ неизменна, их внутреннее содержание различно, оно зависит от инструкций, содержащихся в программе.

Таким образом, ЦВМ является программноуправляемым автоматом. Без программы машина вполне способна совершить произвольное число циклов, но это будет переливанием из пустого в порожнее. Потенциально машина без программы способна решить любую задачу, а практически - никакой. Введя в память ЦВМ программу, мы специализируем машину на решение определенной задачи. Сколько программ в памяти, столько умений у ЦВМ. В принципе ничто не мешает машине сравняться с человеком-оператором, даже превзойти его.

Соединим паровую машину с цифровой - вот выход из тупика!- решили энтузиасты автоматизации. И принялись за невиданную работу.

Перво-наперво придумали, как сообщить ЦВМ сведения от датчиков: устройство, обегающее датчики один за другим,- коммутатор и устройство, переиначивающее показания датчиков в сочетание нулей и единиц - аналого-цифровой преобразователь. Потом изобрели способ сообщить решения машины исполнительным механизмам - снова коммутатор, но не собирающий, а раздающий информацию по адресам: этой задвижке - открыться, тому задатчику прибавить температуру на 20o. Наряду с памятью и процессором в машине появилось устройство связи с объектом; на равных с другими правах оно подчинилось устройству управления, а в цикл действия ЦВМ вошли ходы сбора сигналов от датчиков и раздачи команд наполнителям.

Итак, удалось впрячь в одну телегу коня и трепетную лань, породнить лошадиные силы с битами. Универсальность и огромное быстродействие управляющей ЦВМ позволяют ей неусыпно следить за энергоблоком, загодя принимать решения, своевременно воплощать их в жизнь... Увы, с этими "неусыпно", "загодя", "своевременно" и вышла главная заковыка.

Потому что у ЦВМ - свое время, а у энергоблока - совсем иное. Действие машины жестко регламентировано циклом; протеканию процессов на энергоблоке машинные циклы - не указ, оно зависит от внутренних свойств блока и от нарушающих спокойствие возмущений. Машина в сей момент сосредоточилась на экономичности режима, а на котле упало давление пара. Экономичность - хорошо, но стабилизация давления - важнее. Не до жиру, быть бы живу. Значит, стоп, машина, прерывай ход программы нормального режима, берись за программу стабилизации давления. Взялась, положим, и добавляет уже топливо в котел, а тут, как на грех, возникла вибрация турбины. Рост вибрации страшнее падения давления. Бросай, машина, прежнюю работу - утихомиривай подпрыгивающую турбину.

Прерывая ход программы, машина должна сберегать промежуточные результаты: настанет время, когда решение отставленной задачи придется возобновить, глупо было бы начинать его сначала. Нельзя поручиться, что окончательный результат будет достигнут машиной и при втором заходе - снова может вторгнуться прерывание, опять придется сбрасывать промежуточные результаты в память, а потом извлекать их оттуда и отщипывать ломтик решения. Действие управляющей машины - цепь прерываний и возобновлений. Чтобы цифровая машина стала управляющей, конструкторам пришлось развить ее собственное устройство управления - научить его строить и использовать дерево прерываний.

Конструкторы сумели приладить время машины к реальному времени энергоблока, но заплатили за это дроблением решения, необходимостью многократно перекачивать и запоминать информацию. Где многократные перекачивания, там раздолье для помех. Любое искажение может обратиться неполадкой на энергоблоке, а отказ ЦВМ вообще делает несмышленый блок сиротой. Забота о надежности не позволила сделать из цифровой машины суперавтомат, враз вытеснивший обычную автоматику. Возобладала идея: строение автоматики обязано соответствовать структуре самого энергоблока, идея иерархии. Следуя ей, автоматы отдельных механизмов подчиняются групповым автоматам, а те, в свою очередь, координатору-машине.

Цифровая машина расширила область автоматического управления. Теперь и при малых нагрузках блок покорен регуляторам (машина соответственно меняет их настройку), и ряд пусковых операций выполняется без оператора (используются богатые логические возможности машины). Но полная автоматизация опять не далась в руки.

Подвело алгоритмирование, не удалось алгоритмически описать многообразие ходов пуска блока, не выявились формальные зависимости - законы усмирения предаварийных режимов. Нет алгоритмов, нет и программ для машины. Машина бессильна, хотя в памяти достаточно свободных ячеек и налицо резерв производительности.

Сторонники тотальной автоматизации мечтали полностью устранить человека из системы. Их кибернетический рай не нуждается в греховном операторе. На энергоблоке не вышло. Машинист вернулся, не уходя.

Он вернулся в большую систему, насыщенную автоматами. Сотня электронных помощников, включая ЦВМ. Прекрасно, они подсобляют машинисту, снимают с него часть нагрузки. Но и обременительно - у каждого из сотни помощников свои пределы действия и свои капризы.

Человек теперь должен следить и за помощниками. Менять им задания, включать или выключать автоматы по ходу дела. Под началом машиниста находятся также люди - обходчики оборудования. Подобно древнеегипетскому военному писцу, машинист ведет оперативное планирование и диспетчеризацию работ гонцов и воинов.

Если автомат отказал, машинист обязан подменить его. Человек внезапно оказывается один на один с осиротевшим процессом, пытается различными средствами утихомирить его, притом так, чтоб не ушли за допустимую зону другие процессы. Или в аварийной ситуации, если сплоховала защита, машинист решительно отсекает самые опасные элементы, стремясь сохранить оборудование. ИЗМЕНЕНИЕ РОЛЕЙ в процессе контроля и управления - характерная особенность современного машиниста.

Б.Ф.Ломов, один из зачинателей отечественной инженерной психологии, еще в начале 60-х годов сформулировал концепцию человека как интегрального звена системы управления. Особенность оператора - понимание цели системы и умение включиться в работу системы в том ее месте, где случился затор, угрожающий выполнению цели. Человеку свойственна рефлексивность, то есть способность отражения в сознании и элементов системы, и ее участков, и системы в целом - вместе с оператором, с ним самим. Рефлексивность позволяет человеку находить время, место и меру вмешательства.

Без автоматов оператору не совладать с мощным энергоблоком. Но и работа с автоматами - не мед; приходится всегда быть начеку, наблюдать, анализировать, предвидеть, предупреждать. Измерители, контролирующие состояние блока. Измерители, ведающие состоянием автоматов. Измерители, следящие за питанием других измерителей (да, есть и такие). Сотни измерителей, сотни ключей управления и кнопок на одном пульте.

Пульт растет в высоту, вытягивается в длину. Периметр щита управления энергоблоком 800МВт перевалил за 10 метров - каково здесь человеку! Изгнанный из рая, он попадает в ад. Его захлестывает смола информации, он поджаривается на сковородках-приборах, а черти-автоматы прижигают его угольями сигналов: "Делай то!", "Устрани это!", "Неисправность!", "Нарушение!" "Авария!". Воистину нужен трехглазый, пятирукий, семи пядей во лбу...

Чем ближе к нашему времени, тем сложнее, быстротечнее и опаснее становились процессы, которыми приходилось управлять. Все более "приборной" делалась получаемая информация, все более "кнопочными" - подаваемые команды. Чем ближе к современности, тем больше автоматов поступало под начало людей. Росла ответственность их решений, труднее стало отыскивание правильных решений, безотлагательнее выполнение. Так человек становился оператором в современном смысле слова.

Мы могли бы проследить те же тенденции, если б вместо машинистов говорили о летчиках. Братья Райт, Блерио или Уточкин были еще не операторами, скорее спортсменами. Авиация тогда тоже не была транспортом, скорее чудом. Рост скорости и грузоподъемности сделал подпрыгивающую этажерку стремительным лайнером, системы которого требуют контроля (появились измерители) и дистанционного воздействия (исполнительные механизмы). И автоматы пришли в свой черед (самый известный из них автопилот), и цифровая вычислительная машина (естественно, ее назвали бортовой).

Пассажирский самолет нельзя пока сделать полностью автоматическим. Летчик незаменим при взлетах, посадках и в неожиданных ситуациях. В авиации они особо каверзны, эти неожиданные ситуации. Столкновение в воздухе, отказ двигателей, заедание шасси, потеря герметичности - лишь несколько острых блюд из обширного меню. Искусство управлять, свойственное хорошим летчикам,- ото способность одолевать неожиданные ситуации.

Если взглянуть на приборную доску ИЛ-62, обнаружим знакомую картину: приборное перенаселение. Притом что приборная доска - не единственный, а иногда и не главный источник информации для летчика. Важные данные об окружающей обстановке летчик получает через остекленный фонарь кабины (этим он отличается от оператора энергоблока). Директивная, направляющая информация приходит по радио от маяков и диспетчеров системы управления воздушным движением (аналогично машинист энергоблока подчинен оператору энергосистемы).

Задачи, решаемые оператором, не обязательно должны быть столь хитрыми, как у летчика или машиниста. В 80-х годах прошлого века в конторах и частных домах поселились телефонные аппараты. Провода от них вели к телефонным станциям, к ручным коммутаторам, к девушкам, ловко манипулирующим шнурами.

Действия телефонисток не отличаются сложностью. Принять сигнал вызова (открывается окошко вызывного клапана). Соединиться с абонентом, выяснить у него, с кем он хочет говорить (номер второго абонента). Отыскать на ноле коммутатора гнездо, соответствующее этому номеру, вызвать второго абонента, соединить вызывающего и вызываемого - пусть беседуют. Разорвать связь между абонентами, когда поступит сигнал отбоя.

Работать споро, чтобы абоненты не бросали трубку, отчаявшись вызвать центральную. Соединять без ошибок. Не разъединять на полуслове. Но и не забывать освободить каналы для новых вызовов. Так трудились телефонистки всю смену - в напряженные часы утреннего и вечернего пиков и в блаженные минуты послеобеденной дремоты абонентов, днем и ночью, в реальном времени.

"Племя младое, незнакомое" стало особо многочисленным в 20-е годы нынешнего столетия. Однако растущую лавину переговоров не удавалось одолеть ни числом, ни умением. Медлительность людей образовала преграду на пути телефонизации.

И здесь подоспело широкое внедрение изобретенных еще на заре века автоматических коммутаторов, автоматических телефонных станций. С нечеловеческой быстротой и точностью принялись АТС принимать, соединять, прерывать...

Поредели с тех шор ряды телефонисток. Сегодня они сохранились только там, где автоматизация пока не введена, да там, где автоматизация невыгодна.

Биолог, сравнивая развитие телефонных систем с эволюцией живых существ, назвал бы область, где уцелели телефонистки и ручные коммутаторы, экологической нишей. Нас в судьбе телефонисток интересует неоднократно уже возникавший вопрос о вытеснении человека из системы.

АТС - пример полной, абсолютной победы автоматики. Телефонистка, конечно, не проницательный машинист и не смелый летчик. Но и автоматы 20-х годов - не вычислительные машины 70-х. Придет, получается, черед и машиниста, и летчика.

По идее - придет. Цифровые машины уже обучили решению нечисловых задач, им прививают теперь искусственный интеллект, человекоподобные, эвристические приемы распознавания образов, отыскания заключений и одоления проблем. Только созревает искусственный интеллект небыстро, каждый шаг дается с большим трудом, а до цели - сорок верст с гаком, причем неизвестно, каков гак.

Пока автоматы набираются ума-разума, преобразуются и энергетика, и авиация. Может статься, что "машина-машинист", явившись на энергоблок, не застанет там ни котла, ни турбины. Атомный реактор, в недрах которого непосредственно рождается электрический ток,- вот что обнаружит "машина-машинист".

Автор надеется, что тот блок будет не сложнее в управлении, чем этот, и тогда - полная автоматизация, машинист последует за телефонисткой...

Впрочем, полностью ли вытеснила АТС людей? Кроме главной работы, телефонистка умела:
- принять вызов, даже если один из абонентов занят, и дать связь после освобождения канала;
- запомнить (записать) сообщение, если один из абонентов отсутствует, проверить, не вернулся ли он, и передать информацию, как только удастся;
- по просьбе абонента разбудить его в назначенный срок, или прочитать статью из местной газеты, или...

Читатель легко удвоит, а то и утроит наш список информационных услуг. Пока существовали телефонистки, обслуживание выполнялось как бы само собой. Ушли телефонистки - исчезли и услуги.

Поучительный пример. Изгоняя человека, замахиваясь на полную автоматизацию, следует тщательно оценить все функции изгоняемого: и явные, и скрытые, но существенные для системы. Сначала понять действительную роль оператора, а потом готовить автомат на эту роль.

Телефонисток устранили в 30-е годы. Лишь через 40 лет возникли проекты систем массового информационного обслуживания, систем, в которых использование мощных ЦВМ обещает возобновление информационных услуг.

Телефонная сеть - своеобразное производство. Здесь нет никакой другой продукции, кроме информации. Чтобы связать или разъединить абонентов, телефонистки перерабатывают информацию. После установления связи абоненты обмениваются информацией. Все начинается информацией, информацией и оканчивается. Телефонистки были первыми информационными операторами, ранними вестниками информационной весны.

Ныне число различных информационных операторов стремительно растет. Программист, отлаживающий свою программу на ЦВМ, режиссер, ведущий телепередачу, газетчик, компонующий очередной номер на экране электронно-лучевой трубки, бухгалтер и плановик в автоматизированной системе управления производством - все это прямые потомки телефонистки.

И за машинистом череда родственников - химик-аппаратчик, доменщик, прокатчик, оператор в нефтепереработке. Некоторые из них работают на местных щитах контроля и управления, другие на групповых, третьи - освоили центральные щиты.

И за спиной летчика - операторы разнообразных биодинамических систем. На воде и под водой, на земле, в воздухе, в космосе мчатся, ускоряя свой бег, лодки, корабли, экипажи, аппараты с пультами на борту.

Операторы не просто распространились во все сферы человеческой деятельности, возникли операторы, руководящие операторами - иерархия операторов, иерархия пультов. Мог ли Уатт, отлаживая свою машину на лондонской мельнице, вообразить современный центр управления энергообъединением? Да и способны ли мы сами, привыкшие к этим центрам, предугадать, каков центр управления будущего, например, в автоматизированной системе управления народным хозяйством страны?

В сказке, написанной тезкой Уатта - Джемсом Барри, повествуется о крокодиле, пожиравшем детей. Крокодил творил свое страшное дело до тех пор, пока ему не подсунули будильник. Привыкший глотать не глядя, он проглотил и будильник. С тех пор, едва крокодил приближался к ребенку, будильник звонил, а ребенок спасался.

Многие новые системы величиной, коварством и опасностью сродни крокодилу. Человек, ставший оператором, один на один встречается с такой системой. Его оружие - пульт управления. Как добиться, чтобы наши пульты не уступали сказочному будильнику? Как научить их проникать в суть объекта, давать своевременную, полную и понятную человеку информацию? Как к тому же сохранить простоту и удобство будильника?

Вопросов достаточно.

Пора приниматься за ответы.

МАНУАЛЫ

Раззудись, плечо!
Размахнись, рука!
Ты пахни в лицо,
Ветер с полудня!
А.В.Кольцов

Органист из Помпеи - пожалуй, первый известный нам человек за пультом. Пульт содержал мануалы, ручные клавиши. Слово "клавиша" происходит от латинского clavis - ключ. Клавиатура древнего водяного органа - связка ключей, отворяющих и затворяющих звуки. В органах VII века, уже пневматических, клавиатуры располагались террасой одна над другой, а ширина каждой клавиши составляла около трети метра. Органист бил по клавишам кулаками, либо ладонями. Постепенно размеры клавиатуры уменьшались. С "ключами" клавикордов и клавесина справлялись уже нежные девичьи пальчики.

Электрический телеграф, первенец информационной революции, использовал мануалы в своих целях - для замыкания и размыкания токовых цепей. Возник телеграфный ключ: короткое нажатие - импульс тока - точка; продолжительное нажатие - порция электричества - тире. В середине XIX века, когда невиданные электрические ключи появились на столах невиданных специалистов - телеграфистов, науки о человеческих факторах не существовало. Было другое - умение инженеров сделать устройство удобным для человека, умение, идущее от средневековых мастеров и их шедевров.

Сегодня, обогащенные наукой, мы утратили отчасти тайны и аромат искусства. Жаль, и это не только сентиментальные сожаления: одной наукой серьезный пульт не построишь; разнородные кирпичи науки соединяет в единую постройку "раствор" инженерного искусства.

Телеграфный ключ был придуман сподручным. Указательный палец - на головке ключа, большой н средний - на его основании, и возникает система "человек - прибор", чувствительная, устойчивая и быстродействующая. Сто символов в минуту - средняя скорость телеграфиста; классные специалисты морзянки успевают передать за минуту двести символов.

Вот почему ключ пришел из XIX века в XX неизменным. Телеграфный ключ - командный аппарат с возвратом: отпусти рукоятку, и пружина поднимет рычаг, прервет электрическую цепь. В современных пультах ключ лишили собственного основания (столешница пульта служит общим основанием для всех ключей), спрятали под столешницу его мускулы - рычаги. Только головка выглядывает наружу.

Родилась кнопка управления, простенький аппарат, но его именем ехидно окрестили наш век - "кнопочная цивилизация" и нас самих - "простые нажиматели кнопок".

Это глубоко неверно по отношению к людям и веку, но весьма почетно и лестно для младшей сестры телеграфного ключа - кнопки.

И еще один прибор пришел из девятнадцатого в двадцатый: рубильник. Рубильник в отличие от кнопки - аппарат с фиксацией: во включенном положении он остается до тех пор, пока пе переведешь его в отключенное положение. И наоборот.

Рубильник казался мне в студенческие годы серьезным электрическим аппаратом. Десятки рубильников украшали мраморный щит на кафедре электрических станций Киевского политехнического института, моей родной кафедре. Рубильники, амперметры да громоздкие реле были альфой и омегой контроля и управления.

Прошло двадцать лет. Смотрю я на рубильник - бронтозавр какой-то. Он не просто устарел, он даже не безнадежно устарел, он абсолютно не совместим с современными пультами.

Как же это случилось? Электрический ток может убить неосторожного; поэтому важным достоинством рубильника считалось то, что он создает видимый разрыв тока: отключено, вырублено, неопасно. Правда, иной раз при отключении тянется дуга, слепит электротехника (мне конфузно назвать первобытного монтера "оператором", и я пользуюсь термином Маяковского: "Он был монтером Ваней, но... в духе парижан себе присвоил званье - "электротехник Жан""). Жан создавал видимый разрыв.

Рационализаторы всегда предпочитали видимости сущность. На рубильник одели кожух, рукоятка торчала из прорези. После этого никто не умер, многие даже сберегли глаза.

А рубильник стал уменьшаться в размерах, таять на глазах, как Снегурочка. Была весна в государстве контроля и управления. Чтобы подать команду, требовался все меньший ток и меньшее напряжение: команду эту подхватывали и усиливали промежуточные аппараты. Тогда-то съежившийся рубильник стал тумблером. Исчезла прорезь, рукоятка обратилась в хромированный отросток - не под ладонь, для двух пальцев. И задорные тумблеры, как бумажные кораблики по ручьям, побежали по панелям приборов и установок.

Все разнообразнее становились команды управления. Чтобы не отстать, пять бывших рубильников собрали в один корпус. Пять, потому что пять пальцев на руке оператора. Возник контроллер - командный аппарат больших, далеко еще не исчерпанных возможностей.

Из прошлого века ведут следы и третьего жителя сегодняшних пультов - ключа управления. Первые электрогенераторы имели коллектор - барабан с контактными пластинами и щетки, прилегающие к этим пластинам. Барабан вращается, щетки неподвижны. Встречаясь с пластиной, щетка замыкает контакт; расставаясь - размыкает. Идея эта полностью сбереглась в ключе управления, только, надежности ради, пластины и щетки заменены ножами и клювами, в которые с нажимом входят ножи. А барабан остался, и вращает его, производит переключения оператор.

И кнопки, и тумблеры, и контроллеры, и ключи управления по-разному, но умеют одно и то же: замыкать и размыкать электрические цепи. Сильный, но грубый способ управления. Часто дискретные переключения ни к чему. Лучше плавно менять параметры схемы: сопротивление, емкость или индуктивность. Эту роль выполняют задатчики.

Вот и собралось все командное население пульта: кнопки, тумблеры и контроллеры, ключи и задатчики. В принципе всего пять семейств, а в жизни - "какая смесь одежд и лиц, племен, наречий, состояний!"

Кнопки - клавиши. Разнообразные формы - круглые, квадратные, продолговатые. Различные головки - плоские, выпуклые, вогнутые. Кнопки с возвратом и клавиши с фиксацией. Малютки - срабатывают, едва коснешься пальцем и гиганты - с блюдце величиной, а цепь замыкают лишь при ударе ладонью или кулаком.

Разноликость кнопок возникла не по прихоти конструкторов, она следствие разнообразия задач управления. Форма и размер позволяют выделить группы кнопок различного назначения, подчеркнуть их заурядность, равенство, или, наоборот, исключительность и важность. Разбежка в усилиях нажатия - тоже помогает оператору: "легкие" клавиши не утомляют его пальцы при посылке многочисленных кодов, а "тяжелые" - не дают отключить установку или катапультироваться случайным движением: если уж решился, потрудись ударить! Команды "без всякого усилия", которые неоднократно предлагали модернисты (например, введение пальца в отверстие или прикосновение к штырьку - оба способа основаны на изменении емкости электрической цепи), не прижились. Небольшое усилие помогает человеку осознать факт действия. Полезен щелчок - подтверждение, что кнопка сработала; особенно это касается клавишей с фиксацией.

Фиксация кнопки может быть неограниченной и зависимой. Неограниченно-фиксированная кнопка сохраняет свое новое положение сколь угодно долго - до повторного обращения к ней оператора. Ограниченно-фиксированная клавиша возвращается восвояси после выполнения задачи; наступление этого "после" определяет обратная связь в схеме; кнопка приходит в исходное положение без дополнительной команды оператора. Естественно, что фиксация первого рода обычно механическая, а второго - электрическая, точнее электромагнитная.

Кнопки на пульте получают имена объектов, которыми командуют. Имя это наносится рядом (над, под, сбоку) с кнопкой и занимает определенное место на столешнице.

Дополнительное место? При одном упоминании о нем у проектировщиков пульта портится настроение. На пульте, как в перенаселенном городе, никогда не хватает места.

Проектировщик-экстремист норовит удалить надпись, его совестливый коллега - сберечь ее. Возникает спор:
- Нельзя совсем без надписи, оператор станет ошибаться.
- Боитесь ответственности? Ладно, пишите свой роман на головке кнопки.
- Вогнутая, приспособленная "под палец", поверхность головки не место для надписи.
- Что ж, спрямите поверхность.
- Но надпись и на выпрямленной не умещается.
- Сократите надпись.
- Ее больше никак не ужмешь, тут от "автоматического быстродействующего выключателя горячего дутья" осталось АБВГД.
- Тогда увеличьте головку кнопки.
- Увеличить? Есть дополнительное место?
- Дополнительного места не было, нет и не будет, но лучше гравируйте свое АБВГД на головке, чем рядом...

Архитекторы пульта спорят часто и ожесточенно. Фрагменты иных споров мы ввели в книгу, не обозначив их специально: место нужно экономить не только на пульте. Читатель сам обнаружит эти куски но диалоговому строю речи.

Итак, кнопка с гравированным АБВГД подает команды. Необходимо подтвердить исполнение этих команд. Для этого служат сигнальные лампочки. Чтобы сделать управление удобным и безошибочным, лампочку разумно поместить рядом с кнопкой, или, как надпись, совместить лампочку с клавишей: Установленная под головкой лампочка подсветит ее (а заодно и надпись). Лампочка не обязательно утверждает "дело сделано"; она может сообщать "работа пошла и продолжается" или, наоборот, "процесс прекратился из-за неисправности". В кнопках с фиксацией обходятся без лампочек: основание и канал кнопки окрашивают в контрастные цвета; когда головка утоплена, это хорошо заметно.

Клавиша - малая частица, атом системы отображения информации, но в ней, как в капле воды, видны основные стремления разработчиков: компактность, мнемоничность, совмещение информационного и оперативного полей. Нам предстоит узнать о сложных системах отображения. Надписи обратятся текстами; лампочки соберутся артелью и организуют отделенную мнемосхему; впрочем, тотчас же явятся прожорливые электронно-лучевые трубки и проглотят юную мнемосхему, обещая взамен изобразить, чего только душа пожелает. Путь будет долгим. Как ищущий человека Диоген странствовал днем с огнем, так и мы, ищущие для человека, захватим с собой простую кнопку-клавишу с гравированным па пей "АБВГД", да с подсвечивающей лампочкой. В память о безвозвратно минувшей простоте? Или как эталон?

В дороге разберемся.

Вечный конкурент кнопок - ключи управления. Кнопка умеет немного: замкнуть и разомкнуть несколько цепей кратковременно или длительно. Ключ способен на большее.

Простейший ключ с возвратом имеет три положения: нейтральное, поворот влево, поворот вправо. Это совпадает со свойствами большинства управляемых объектов: у них либо все в порядке, вмешательство не требуется (нейтральное положение ключа), либо нужно вмешаться, что-то отключить или уменьшить (поворот влево), либо что-то включить или увеличить (поворот вправо). Как ваньке-встаньке, четвертого положения ключу с возвратом не дано.

Ключ с фиксацией, в отличие от своего послушно возвращающегося на место брата, изготовляют и на две позиции, и на четыре, и на двадцать. Здесь есть свой резон - от элементарной альтернативы ("включить!" или "отключить") мы поднимаемся к поочередному обходу связанных с ключом (теперь его уместнее именовать переключателем) точек. Окажем, он обслуживает 12 термопар. Оператор вращает рукоятку, и датчики один за другим, подсоединяются к общему измерительному прибору. Проверяй, не перегрелся ли где подшипник. Все в порядке? Можно установить переключатель на самую опасную точку, а можно "вывести на нуль" - отключить все термопары.

Ключ с возвратом и хорош (позволяет подавать кратковременные команды), и плох ("забывает", что оператор к нему прикасался, едва тот отпустит рукоятку). Ключ с фиксацией тоже хорош (не только хранит команды, но и напоминает оператору положением своей рукоятки о последнем указании), и плох (подает длительные сигналы, хотя схеме давно и так все ясно). Разработчик пульта хотел бы слить достоинства обоих ключей - тогда исчезнут, скомпенсируются их недостатки.

Комбинированный ключ имеет обычно нейтральное положение, два фиксированных положения - слева и справа от нейтрального, и два возвратных положения - крайнее левое и крайнее правое. Оператор вначале переводит такой ключ в одно из фиксированных положений; назовем их "предварительно отключено" и "предварительно включено!". Команда на объект при этом не поступает, только (подготавливаются необходимые цепи.

А оператор, совершив предварительное действие, вправе еще оглядеться: не ошибся ли он? Если проверка говорит: ошибки нет, человек подает исполнительную команду, доворачивая ключ вправо или влево. Потом он отпускает рукоятку - происходит возврат ключа, но не в нейтральное, а в одно из фиксированных положений.

Чтобы сигнализировать исполнение команд, к ключу с возвратом нужно добавить две лампочки (две потому, что ключ подает две различные команды, а не одну, как кнопка). Для комбинированного ключа лампы нужны меньше - положение рукоятки говорит о поданной команде. Однако, если схема управления неисправна, такая команда не исполнится. Надежнее сигнализировать не указание, а его исполнение, что требует не двух ламп, а одной.

Действительно, ровное горение лампы в сочетании с положением рукоятки - весть об исполнении команды, мигающий свет лампы тоже совместно с положением рукоятки - о предварительной команде (одумайся, оператор!), а потухание лампы - о неисправности цепей.

В неявном виде мы пользуемся здесь принципом "токовой цепи". Его выдвинули в 20-х годах немецкие специалисты по управлению электростанциями. Принцип гласит: значимым может быть только протекание тока через лампочки (непрерывное или прерывистое); отсутствие тока нельзя использовать как сигнал положения, потому что при неисправности цепей ток тоже отсутствует.

Само собой разумеется, не правда ли? Но сколько встречал я и в 50-х и 60-х годах пультов, где этот принцип не выдержан, не выдержан потому, что разработчик просто не знал о нем. Нигде не читал (книг по технике отображения информации до последнего времени не было), а сам не догадался.

Совсем недавно, уже в 70-х, беседовал я с представителем очень передового КБ, выполняющего пульты, которые иной раз даже теряют вес. И что же, насчет потери веса все было учтено, а принципом "токовой цепи" поступились, видимо оставили его позади в стремительном своем движении.

Но индикация - столько же наука, сколько ремесло. А ремесленнику надо накапливать секреты, приобретать, не теряя. Вывески, выставочное оформление, дорожные знаки - все идет в дело, сопоставляется со старым, классифицируется, откладывается в памяти про запас.

"Моя напасть! мое богатство, мое святое ремесло",- сказала Каролина Павлова о поэзии, но и о нашем деле тоже: ключи и приборы, как слова, не лезут в строки, элементы пульта разбредаются по сторонам - ни рифмы, ни ритма, ты бьешься в поисках гармонии, даже находишь нечто удовлетворительное, чтобы завтра перечеркнуть уродца и начать сначала.

Однако вернемся к нашим ключам. Одна лампа вместо двух. Теперь можно встроить ее в рукоятку, получится комбинированный ключ со светящейся рукояткой. Ключу на пульте, как и кнопке, положено имя. Предусмотрим место для надписи на фланце ключа.

Еще об одном комбинированном ключе нельзя забывать - слишком часто он нужен. В этом ключе два фиксированных положения, причем второе из них служит нейтральным для двух возвратных положений.

Для перехода из одного фиксированного положения в другое нужно сначала вдавить рукоятку, а потом повернуть ее на 90o. После перехода (отпускания рукоятки), мы вращаем ее, как обычно, влево или вправо на 45o: это возвратные положения.

Такой ключ позволяет оператору перейти от автоматического управления к ручному (и вернуться обратно). В фиксированном положении "автоматическое" - импульсы подает регулятор или вычислительная машина, ключ лишь пропускает их через свои контакты. В фиксированном положении "ручное" - цепи автоматики разрываются, зато подготавливаются цепи воздействия для оператора. Но подготовки мало, человеку необходимо заменить автомат, подавать вместо него на исполнительный механизм импульсы. Эту потребность удовлетворяют возвратные положения "меньше" и "больше". Ключ оказался несимметричным потому, что в позиции "ручное" от него больше требуется, чем в положении "автоматическое".

В высокоавтоматизированных системах человек делает и мало и много: только следит за установкой и автоматами, когда все в порядке; подмечает симптомы одышки у автоматов, заменяет их поодиночке, группами или все разом - принимает огонь на себя - до тех пор пока установка войдет в посильный для автоматов режим, или пока починят автомат. Тогда оператор возвращает вожжи автоматике, а за собой сберегает лишь функцию верховного контролера и судьи.

На уаттовский машине главным мануалом служил кран. Открыл машинист один кран - и соединил конденсатор с насосом, откачивающим из него воздух, закрыл другой кран - и перестал работать манометр. Несимметричные комбинированные ключи тоже краны. Ими оператор перекрывает обессилевший канал автомата. Они же - насосы, посредством которых человек принимается качать поду сам. То, что в одном ключе сосредоточены функции и крана-переключателя и насоса, упрощает дело: меньше органов - меньше ошибок.

Мы, конечно, не назвали все разновидности ключей, да и не стремились к этому. Характерных примеров достаточно, чтобы показать, какой многоликой стала нехитрая конструкция "барабан-щетки", как плотно пригоняется она к задачам управления. Говоря о ключах, мы отвечали только на вопрос: что? Что они умеют делать? Вопрос: как это делается?- оставался в тени.

Ключ - важный элемент электрической схемы управления. Схемы - кружева автоматики. В их узорах и переплетениях остается душа разработчика. Благородный и сдержанный стиль столь же свойствен хорошим схемам, как небрежная, многоэлементная путаница - плохим. Схема характеризует личность автора лучше, чем анкета.

Мы вспомнили сейчас о схемах лишь в связи с ключами управления. Простота схемы прямо зависит от ключа, от его контактов. Нужны контакты с возвратом и с фиксацией - об этом уже достаточно сказано. Сверх того, потребны контакты, замкнутые только в одной позиции, но также и в двух, и в трех, и во всех положениях ключа, кроме одного, заранее задуманного. Контакты ключа - помните, мы называли их ножами,- становятся похожими на косы, на циркули с разведенными ножками, на знаки диковинного алфавита (рис.2).


Рис.2. Контактные группы ключей.

Что ж, они и правда буквы, буквы, которыми пишутся команды управления. Вращается барабан ключа, а контакты точно следуют за ним - то рвут и замыкают цепи, то не поддаются до поры, то уходят от барабана и затаиваются в нужном положении.

Каждая схема управления имеет свои особенности, свои тонкости, каждой нужен свой набор контактов. Что же, изготовлять особый ключ для каждой схемы?

Но разве мы изготавливаем наново каждый наш текст, эту книгу, например? Нет, мы просто собираем ее из букв. Так и ключ для данной схемы: его складывают, нанизывая наборы контактов на общий вал. Любопытно, что порядок букв - контактов на валу ключа безразличен. Он безразличен на валу, но не в схеме - там у каждой буквы свое, строго определенное место.

Контакты ключа естественно спрятать под столешницу пульта. Снаружи оказывается лишь кончик вала, на который мы одеваем рукоятку. И конечно, форма рукоятки делается удобной для оператора (рис.3). Рукоятки-стрелы указывают своим острием, какую позицию занимает переключатель (на фланце наносятся цифры - номера позиций). Рукоятки-бруски ничего не изображают, зато солидны, плотно охватываются пальцами. Рукоятки-сосульки приспособлены для кратких действий, ручного регулирования, например. Съемные рукоятки - для объектов, не терпящих чужого вмешательства, а в остальном - терпеливых и неспешных.


Рис.3. Рукоятки ключей и переключателей.

Рукоятки, как и головки кнопок, являются элементом кодирования. Выходит, ключ - это слова на двух разных языках - человеческом и схемном. Слова явные - написанные рукояткой, лампочками, нанесенные на фланец, и слова потаенные - заключенные в контактах, скрытые в чреве пульта.

Кнопки и ключи рождают дискретные команды, но это не значит, что они непригодны для плавного, постепенного, пропорционального управления. Вполне пригодны, если после командоаппарата в схеме стоит накапливающий элемент. Он интегрирует получаемые импульсы, складывает их или вычитает. Так работает исполнительный механизм автоматики: команды ключа попадают на электродвигатель (интегрирующий элемент), а тот постепенно перемещает заслонку или клапан. Хорошо бы спрятать интегратор в командный орган... Получится задатчик.

В домашнем радиоприемнике мы встречаем сразу два типа задатчиков. Первый - регулятор настройки. Рукоятка (обычно круглая) насажена на вал конденсатора переменной емкости. Подвижные пластины этого конденсатора (они сцеплены с валом) перемещаются между неподвижными, проникая на разную глубину. Соответственно меняются параметры контура настройки - мы отыскиваем новую станцию.

Задатчик обязательно должен иметь указатель, определяющий, в каком положении он сейчас находится. У радиоприемника - это механически связанная с валом стрелка.

Второй тип задатчика в радиоприемнике - регулятор громкости (и тембра тоже). Здесь с валом сцеплен движок реостата. Помните школьный реостат: керамический цилиндр, обмотанный проволокой, и движок, за который мы брались щепотью? Родной брат рубильника. Тоже голый, как античный герой. Как его нынче скрутило!

Вместо цилиндра - тоненькая полоска, свернувшаяся кольцом. По торцу кольца скользит движок. Поступательное движение заменено вращательным - огромный выигрыш для пультов.

Указателей для реостатных задатчиков радиоприемника часто не ставят - ими служит непосредственно громкость или тембр. Впрочем, в первоклассных аппаратах есть такие указатели. Это цветные шторки, в большей или меньшей степени перекрывающие индикаторное окно.

Задатчики в приемнике называются регуляторами. Неточное название. Регуляторами задатчики становятся только тогда, когда за них берется рука человека, а глаз человека замыкает цепь обратной связи, следя за указателем и (или) регулируемым параметром - искомой станцией, громкостью, тембром звучания.

Оговорка "и (или)" не случайна. Почему во многих случаях нельзя обойтись без указателя задания, положившись только на регулируемый параметр? Из-за плохой различимости одних параметров и инерционности других.

Например, тонкие различия в тембре звука делают немногие. А лежащий на диване муж, получив от жены задание сходить в булочную, не вдруг поднимется; сначала свыкнется с неприятной командой, да заодно дочитает газету. (Более серьезный пример: температура пара в котлоагрегате начнет изменяться не сразу после воздействия - котел обладает тепловой инерцией, чистым запаздыванием).

В этих случаях указатель положения задатчика нужен обязательно. Иначе, обеспокоенные отсутствием реакции на нашу команду, мы решим, что она не дошла или что воздействие мало. И станем увеличивать или уменьшать задание, то есть вызовем колебания на объекте. Жена, например, может перейти к угрозам, лишить вас обеда или своего присутствия, на время или навсегда. Поэтому после ее задания следует тотчас же ответить: "Сейчас иду, дорогая!" (розовая шторка указателя), после чего можно свыкаться и дочитывать, как обычно.

На пультах используют и шторные и стрелочные указатели задания (иногда с электрической передачей). В простых случаях годится красная точка на рукоятке, да оцифрованная градуировка на фланце задатчика.

Задатчик указывает наперед, каким быть параметру. Он способен выступать и в противоположном качестве - не в роли наводчика, а в роли сторожа. Как только значение параметра достигнет величины, выставленной на задатчике, прозвенит звонок: параметр нарушил норму - уставку. Поскольку значение параметра то растет, то падает, пост состоит из двух сторожей - задатчиков нижнего и верхнего пределов, хранителей минимальной и максимальной уставок. Важный параметр караулит удвоенный пост: пытаясь вырваться за дозволенные пределы, параметр натыкается сначала на предупредительные уставки, а потом, если не удалось его утихомирить,- на уставки аварийные; здесь звонок сменяется сиреной.

Уставки па задатчиках-сторожах выставляются заранее, раз и навсегда, оператор не прикасается к рукояткам сторожей, да их и нет на пульте - они монтируются на вспомогательных панелях. Благодаря им человек не страшится прозевать отклонение, а потому не должен лихорадочно обегать взглядом множество приборов пульта. Оператор защищен от опасных пропусков сторожами, и функция его пассивная: сиди, жди, пока не случится что-нибудь.

Пассивный оператор - достижение или промашка?

Профессор Агейкин доказывает, что это больше, чем промашка, что это - бедствие. Человек,- говорит Дмитрий Иванович,- любопытен и нетерпелив. Зря иные проектировщики обращают его в египетскую мумию, только что руки и ноги ему не пеленают. Пассивный оператор теряет бдительность именно тогда, когда она ему нужнее всего.

Д.И.Агейкин предложил способ, при котором сохраняются и сторожа и активность оператора. На пульте, под рукой у человека, располагаем главный задатчик, начальника охраны, если угодно. Вращая рукоятку главного задатчика, оператор изменяет уставки сразу группе параметров - начальник охраны предлагает подчиненным сторожам сместиться вверх или вниз, сужая зону допустимых значений. И тогда обнаруживаются скрытые слабости. Параметры с примерным поведением не боятся приблизившихся уставок, а мятущиеся величины тотчас становятся нарушителями.

Посредством главного задатчика оператор зондирует объект управления, прощупывает его слабые места, не ждет смиренно отклонений, а идет им навстречу, чтобы не допустить их.

Главный задатчик - комбинированный аппарат. Его фиксированная часть служит для выбора глубины зондажа (достаточно 2-4 ступеней), а возвратная - реализует прощупывание заданной глубины. Как только оператор отпустит рукоятку главного задатчика, вступают в дело основные уставки, сторожа занимают свои привычные посты.

Способ профессора Агейкина несложен по техническому исполнению, весьма эффективен, но сверх того в нем запечатлелся непоседливый, неугомонный характер Дмитрия Ивановича. Он мерит операторов по себе, не мыслит для них нудной, пассивной работы. Пульты, выполненные под руководством Дмитрия Ивановича, всегда просты, всегда удобны, это пульты для людей, а не для демонстрации торжества кибернетики.

...

Объект управления требует обычно нескольких команд. Конструкторы неуклонно стремятся совместить соответствующие командные аппараты. Мы наблюдали это на примере ключей. Контроллер с пятью рукоятками - из той же семьи. Сочетание пяти двухпозиционных ключей с фиксацией дает 32 комбинации. Значит, контроллер подходит для передачи практически всех букв русского алфавита.

Одна рука оператора (правая) с помощью контроллера указывает буквы, другая рука (левая) посредством "мыши" задает положение этих букв на экране электроннолучевой трубки. "Мышь" можно перемещать по металлическому листу, лежащему под левой рукой. За "мышью" рабски следует "жук" - звездочка на экране ЭЛТ.

Электронно-лучевая трубка, или сокращенно ЭЛТ, знакома каждому из нас: опа выглядывает из ящика домашнего телевизора. В этой кпиге мы не раз встретимся с ЭЛТ. По первому знакомству будем считать, что трубка сама покорность. О том, чего стоит такая покорность, речь впереди...

Оператор не смотрит ни на контроллер, ни на "мышь". Все внимание на экрап ЭЛТ. Установка "жука" там, где нужно начать строку. Указание - одна за другой - букв слова. Как только слово окончено - смещение "жука" для начала следующего слова.

Руки тренированного оператора работают автоматически. Слово за словом - текст выстраивается на экране. Одновременно он проверяется оператором. Когда порция материала готова, человек вводит ее в ЦВМ. Результаты обработки возвращаются на тот же экран.

В описанной системе контроллер и задатчик ("мышь", безусловно, своеобразный задатчик, а "жук" - указатель задания) обеспечили прочную и эффективную связь человека с машиной.

Совмещение тумблера с задатчиком знакомо нам по радиоприемникам: выключатель аппарата объединен здесь с регулятором громкости. Прежде чем выключить приемник, естественно снизить его громкость; поэтому "под выключатель" отведена крайне левая позиция задатчика. Остроумно!

Совмещение двух задатчиков - тоже встречалось в приемниках. В таком случае вал одного задатчика представляет собой трубку, через которую свободно проходит вал другого задатчика. Рукоятки имеют разный диаметр; внутренняя несколько выстукает, чтобы за нее удобно было ухватиться.

Тумблер и задатчик, два задатчика - все парочки, совместить большее число командных аппаратов затруднительно. Ключ, например, является "вещью в себе": он многое умеет, но к слиянию с другими ключами не способен. Разве что стоит рядом.

Кнопки более родственны, более склонны к объединению. Линейка кнопок с механической фиксацией за счет несложного добавления приобретает свойство взаимной блокировки. Теперь фиксируется только одна из них; при нажатии любой другой происходит сброс, возврат предшествующей, а фиксируется новая кнопка. Линейка по функциям аналогична многоточечному переключателю, занимает столько же места на пульте, по у нее одно существенное достоинство - свобода выбора. В переключателе, чтобы достичь восьмой точки, хочешь - пе хочешь, а нужно "прощелкать" семь предшествующих. Линейка - вся перед нами, равное время и усилия уходят и на подключение первой точки, и на подключение восьмой. Возврат к началу в переключателе связан с перещелкиванием, а в линейке есть равнодоступная кнопка сброса.

Мы хвалили комбинированный ключ, имеющий фиксированные положения - "автоматическое" и "ручное", а в последнем - еще и возвратные положения "меньше - больше". Для реальных регуляторов, кроме такого ключа, нужен еще и задатчик. Слить их мудрено - приходится просто ставить рядом.

А вот на рис.4 кнопочно-задающий блок, предложенный одной из венгерских фирм. Головки кнопок имеют секторные выемки; так освобождается место для рукоятки задатчика. Две левые кнопки с фиксацией и взаимной блокировкой служат для перехода "автоматическое - ручное". Две правые кнопки с возвратом и взаимной блокировкой; ими оператор подает команды "меньше - больше".


Рис.4. Кнопочно-задающий блок для переключения "автоматическое - дистанционное", воздействия "меньше - больше" и плавного изменения уставки регулятора.

Казалось бы, пять органов вместо двух в варианте с ключом. Но размер у пятерки в 2 раза меньше, чем у пары (за счет двухэтажного расположения: реостат задатчика имеет удлиненный вал и спрятан за кнопки). А главное, эти органы интегрированы в единый блок и воспринимаются оператором как целостное образование. И здесь счет 2:1 в пользу кнопок.

Странное дело, кнопки-клавиши, врозь "существа" малоспособные, но за счет своего умения группироваться и быть на виду пересиливают хитроумные ключи.

Кнопки, как грибы: где увидел одну, там ищи кучку. Три кнопочных линейки, каждая на 10 клавишей, образуют кнопочный номеронабиратель на тысячу чисел. Эта артель считается в кнопочном мире небольшой.

Появление цифровых машин, необходимость теснее связать их с операторами вызвала к жизни клавиатуры - единства, содержащие от 50 до 200 кнопок. Для ЦВМ такие клавиатуры - источник двоичных кодов.

Разработчики стремятся сделать клавиатуры совместимыми с машинами и дешевыми. Мы привыкли к контактным аппаратам управления. Клавиатуры, как и сами ЦВМ, в большинстве случаев бесконтактные устройства.

По-прежнему каждая кнопка состоит из головки и рычага, а дальше - конкурируют электромагнитный, емкостный и фотоэлектрический принципы формирования сигналов. Перед вами фотоэлектрическая клавиатура (рис.5). Она имеет столько каналов, сколько разрядов в образуемом ею двоичном коде (иногда с небольшим избытком - для корректировки кода). Канал обслуживается своими источником и приемником света, разнесенными по противоположным концам.


Рис.5. Фотоэлектрическая клавиатура:
1 - головка клавиши; 2 - рычаг с прорезями; з - источники света; 4 - световые лучи (проходят через прорези и задерживаются выступами рычага); 5 - фотоэлементы.

В каждом рычаге сделаны прорези, соответствующие "единицам" в коде; выступы, образованные соседними прорезями, соответствуют "нулям" кода. Иными словами, код данной клавиши изображен на ее рычаге в виде рельефа, напоминающего рельеф ключа от домашнего замка.

Когда оператор нажимает на клавишу, ее рычаг опускается в каналы. Через прорези свет проходит, на выступах - задерживается. Фотоэлементы-приемники преобразуют полученный свет в электрический ток, специальные схемы приглаживают этот ток "под стандарт", и двоичный код направляется в вычислительную машину.

Зачем понадобились усложнения - фотоэлектрическая система вместо контактной? Потому что контакты обладают весьма ограниченной надежностью. А бесконтактная клавиатура служит без хлопот 10 лет.

Изменения, вызванные клавиатурой, не кончаются электронным кодированием. Клавиатура требует далее специального запоминающего устройства и дополнительных логических схем...

- Все это есть в ЦВМ.
- И есть, и нет. Если речь идет об одной клавиатуре, одном операторе, одном классе задач, "быстрая" машина приспособится к "медленному" человеку.
- А когда к ЦВМ подсоединены десятки клавиатур - не приспособится, что ли?
- Здесь иная степень трудности. Несколько операторов одновременно, не обращая друг на друга внимания, принимаются нажимать клавиши и ждут от ЦВМ немедленного ответа на свои вопросы. Машина может захлебнуться.
- Повысьте быстродействие, усовершенствуйте дерево прерываний - и справится.
- Справится, согласен. Но стоит ли возвращаться к идее вездесущей машины, к замыслу центрального суперавтомата?
- Вы полагаете, что ЦВМ, взаимодействующая со многими операторами, похожа на управляющую машину для энергоблока?
- По поведению они близнецы. И потому здесь естественнее двухъярусное построение.
- Каков же нижний ярус?
- Клавиатуры со своими заноминающими устройствами и логическими схемами.
- Запоминающие устройства - чтобы накапливать вводимые оператором символы. А логические схемы зачем?
- Для выполнения типовых операций - зачеркиваний, вставок, выделений, если решается задача редактирования.
- Итак, особые блоки накопления информации и выполнения типовых операций. Удорожание системы очевидное, а выигрыш...
- Огромный! Обмен людей с машиной теперь происходит не отдельными, редкими символами, а пачками информации. Мы развязываем руки и оператору и машине...

В системе отображения на ЭЛТ, содержащей "мышь" и контроллер, при многих достоинствах был один недостаток - набор символов не превышал 32-х. Клавиатура одна может работать и за "мышь" и за контроллер.

Пусть имеет она три группы клавишей: символьные, редакционные и специальные. Символьные - отданы цифрам, буквам русского и латинского алфавитов, а также специальным значкам. Редакционные клавиши умеют гонять "жука", стирать слова и строки (последующий текст сам заполняет пробелы), создавать окна в тексте и направлять туда дополнительные данные. Специальные клавиши управляют режимом обмена, а также обеспечивают печать с экрана.

Расположим символьные клавиши справа, а редакционные и специальные - слева от оператора. Мы дали ему прекрасный инструмент.

Я сам бы хотел иметь такой! Вот пишу я книгу - пером по бумаге, все черно от поправок, пишу - переписываю, главное забыл - режу, переклеиваю. А тогда б я работал двумя руками, данные и цитаты запрашивал из ЦВМ...

Но вот образец клавиатуры совсем иного рода - не для подготовки текстов, а для контроля п управления энергоблоками и другими похожими установками (рис.6). Всего 99 клавишей. Слева и справа находятся две вертикальные линейки с самими крупными (значит, и наиболее важными) кнопками. На их головках выгравированы глаголы - ИЗМЕРИТЬ... РЕГУЛИРОВАТЬ... ОСТАНОВИТЬ... ВСТАВИТЬ. Это указание цифровой машине, ЧТО она должна сделать. Верхняя горизонтальная линейка - дополнения к указаниям, скажем, ИЗМЕРИТЬ РАЗНОСТЬ.


Рис.6. Клавиатура ЯЗОНА.

Под линейкой дополнений - клавиши с типами параметров энергоустановки (например, Т - температура, Н - уровень). Число типов параметров ограничено - все они помещаются на одной линейке. Следующую линейку пока пропустим. Кроме типов параметров, существуют еще типы оборудования - им посвящена очередная линейка. Если типы параметров закодированы определенными буквами, то типы оборудования - мнемоническими знаками. Далее идут три алфавитно-цифровые линейки, чтобы указывать конкретные имена. Перечисленные клавиши позволяют оператору сообщить машине, С ЧЕМ, с какими объектами ей предстоит иметь дело. Например, выражение

T -> [ДГ|ХШ|ПП] -> Т

означает: температура (Т) дымовых газов (ДГ) на входе и температура (Т) перегретого пара (ПП) на выходе из холодных ширм (ХШ). Здесь примечательно, что типы параметров указываются на входе и выходе мнемознака, а имена - вводятся внутрь символа.

Две нижних линейки клавиатуры содержат сведения, куда направлять обработанную информацию и в каком виде представлять данные, которые оператор указывает с алфавитно-цифровых линеек. Например, выражение

РЕГИСТРАТОР 7, ГРАФИК, 30 -> 60

означает: вывести на регистратор #7 данные за предшествующие полчаса (30) и текущие - в течение часа (60) в виде графика.

Вы заметили, вероятно, что в выражениях используются элементы пропущенной линейки. Линейка эта служит для связи наших ЧТО, С ЧЕМ, КУДА и В КАКОМ ВИДЕ - в единое предложение, языковый оператор (не путать с человеком - оператором!)

Соберем такой оператор из подготовленных выражений, а вы мысленно нажимайте на клавиши:

(ИЗМЕРИТЬ РАЗНОСТЬ) Т -> [ДГ|ХШ|ПП] -> Т
[РЕГИСТРАТОР 7, ГРАФИК, 30 -> 60]

Смысл нашего оператора таков: человек требует от ЦВМ измерить разность между температурой дымовых газов и температурой пара на участке котла, именуемом "холодные ширмы". Необходимо знать, какова была эта разность в прошедшие 30мин. и следить за ней еще в течение часа. График разности температур следует нарисовать на регистраторе #7.

Приведенный оператор помогал человеку контролировать состояние котла. А вот оператор, служащий для воздействия на котел:

(УПРАВЛЯТЬ) [ХШ|ПП] -> [] -> ()

Объяснение: квадратик означает задвижку, а кружок - регулирующий орган. Оператор в целом гласит: изменить положение задвижки и регулирующего органа на участке "холодные ширмы".

Чтобы упростить работу машиниста, можно комбинировать операторы контроля и управления. В нашем случае гибрид выглядит так:

(ИЗМЕРИТЬ И УПРАВЛЯТЬ) Т -> [ДГ|ХШ| ПП] -> T -> [] -> ()

Выражения и операторы строятся из символов-клавишей по определенным правилам, подчиняются синтаксису; они имеют однозначный смысл-семантику. Это язык, особый язык для контроля и управления!

Обсуждая ключи, мы обнаружили, что ключ - не только рукоятка и пакеты контактов, но также и слова, управляющие слова, обращенные к человеку и схеме. И измерительный прибор не просто стрелка да шкала, а сообщение о поведении параметра. Девяносто девять клавишей и экран ЭЛТ слили эти слова, отрывки, сообщения - в единый язык.

Я назвал этот язык ЯЗОН. Слово ЯЗОН - акроним. Означает оно ЯЗык Обмена для Непрерывных производств.

Экран ЭЛТ и 99 клавишей, объединенные языком, это не 99 приборов и 99 клавишей, действующих врозь. Что могут "единоличники"? Ну, измерить 99 параметров, ну, передать 99 команд, ну, построиться в мнемоническом порядке. Все. Порядок неизменен, а элементы представляют только-самих себя.

Экран ЭЛТ и 99 клавишей, объединенные языком, охватывают все параметры энергоблока (не 99, а 2000), передают все нужные команды (не 99, а более 3000). Они бы и больше сделали - на блоке котел - турбина мощностью 800тыс. квт больше не требуется.

Главное, однако, не охват, а гибкость. ЯЗОН и его 99 клавишей позволяют оператору самому формировать мнемонические порядки - по желанию и потребности. ЯЗОН и его экран из всего хаоса информации выбирают для оператора только необходимую в данный момент часть, а об остальном умалчивают, чего болтать лишнее?

ПРИНЦИП УМАЛЧИВАНИЯ давно известен разработчикам пультов. Он исходит из того, что оператор никогда не работает со всей информацией, представленной на щите. Человек отбирает всякий раз только ту часть приборов и ключей, которые нужны для решения очередной задачи. Всю необходимую информацию, без исключения. Иначе принцип умалчивания обратится в принцип Чука и Гека. Гайдаровские герои получили важную телеграмму. Они не умели читать, зато умели драться. В драке затеряли телеграмму. И решили, что скажут о ней маме, если мама спросит. А если не спросит - промолчат. В обоих случаях останутся честными людьми и не выскочками. Мама не знала, что нужно спросить. И вся семья отправилась за тридевять земель, в Синегорию, к папе, который в телеграмме просил повременить - он по срочному приказу ушел с геологами в тайгу.

Оператор отбирает информацию и тратит на этот отбор драгоценное время. И допускает ошибки, потому что в глаза и в руки лезет излишняя, иррелевантная, мешающая сейчас информация. Вот если б убрать ее, выключить, погасить, сохранив только необходимое для принятия и реализации решения...

Но врезанные в железо приборы и ключи противостоят этому. Они не умеют исчезать и появляться. Рационализаторы, как могли, укрощали строптивых. Работа с "темным пультом": все сигналы отключаются специальным ключом гашения. Если возникает нарушение, мигающий свет лампы-нарушителя и звуковой сигнал, привлекают внимание оператора. А дальше - его воля, зажечь весь пульт или действовать втемную. Шторки на приборе. Не нужен - стыдливо скрывается за ширмочкой. Были даже пульты, напоминающие старинные часы: в должный момент открывалась дверца и выскакивала, нет, не птичка, группа ключей - к услугам оператора.

Разработчики пультов и сочувствовали такой рационализации - в ней проглядывал желанный принцип умалчивания, и опасались ее - много механики, заест, испортится, скажут перемудрили.

Будем откровенны, дело не только в ненадежности механики. Чтобы соблюсти принцип умалчивания, нужно знать, когда молчать, а когда говорить и о чем молчать, а о чем говорить. Нужно скрупулезно изучить объект. Выявить до тонкостей порядок работы оператора в различных режимах. Описать все решения оператора и необходимые для них данные.

Разработчик традиционных пультов никогда столько не знал. Он понимал также, что все это, ох, как трудно узнать до включения пульта в дело. И осознавал, что его ошибки тотчас будут безжалостно подмечены операторами, когда пульт заработает. А переделки - металлические латки на местах ненужных приборов, да прорезание новых дыр...

До сих пор стоит у меня в ушах стук и визг дрели, устраняющей - дырочка за дырочкой - мои ошибки. Нет уж, бог с ним, с принципом умалчивания - нате вам все приборы и все ключи, выбирайте сами по ситуации.

Так и сегодня проектируют там, где объекты не очень сложны, а заказчики не очень требовательны. Рост сложности объектов и связанное с ним приборное перенаселение заставляют вернуться к принципу умалчивания. Теперь умалчивание - не способ улучшить пульт, а единственная возможность построить его. Одной минитюризацией аппаратуры не обойдешься - нужно "спрятать под столешницу" лишнюю на данном шаге информацию. А для этого - описать работу машиниста.

Совсем не трудно формально, алгоритмически зафиксировать основные операции уаттовского машиниста; много труднее собрать из операций действия машиниста, а еще труднее выразить деятельность человека целиком.

В предыдущем абзаце упомянуты три ступени описания оперативной работы: операции, действия, деятельность; трехступенчатое деление мы позаимствовали у Владимира Петровича Зинченко.

На верхней площадке лестницы профессор Зинченко устанавливает причины или мотивы, толкающие человека к данной работе. Мотив возбуждает деятельность, как разность потенциалов электрический ток. Деятельность - конкретизация мотивов, мотивы указывают и цель деятельности и ее направление. Под влиянием мотивов объединяются различные знания и умения человека, мобилизуются его умственные и физические ресурсы, либо ничего не объединяется и все демобилизуется.

Слово Джемсу Уатту: "Целый ряд усовершенствований, усложняющих машину, нельзя ввести пока эти... люди, которым вверяется забота о машине, не станут более развитыми и знакомыми с машиной".

О чем печалится изобретатель? Об отсутствии у машинистов мотивов к повышению экономичности. Уатт тут же предлагает выход: заинтересовать машинистов в результатах труда, платить им долю от цены сбереженного топлива.

Наивный человек этот Уатт! О каком разделении прибыли может идти речь? Прибыль не делят с "рабочим скотом". Ему достаточно окрика и кнута. Усилим штрафы, да наймем мастеров построже.

И усиливали, и нанимали. От чего никак не возрастал интерес машинистов к эффективности и сохранности машин. Если нарисовать алгоритм работы ТАКИХ машинистов, он окажется примитивным и негибким. В итоге машины пережигали топливо, а то и вовсе взлетали на воздух.

Со временем капиталисты осознали невыгодность для них самих таких машинистов и таких алгоритмов. Сегодня "участие рабочих в прибылях" сделалось массовой приманкой, сегодня целая наука о "человеческих факторах" на производстве стремится возбудить в рабочих интерес к делу, придумать завлекательные мотивы для повышения производительности.

Мотивы-фикции придумываются потому, что при капитализме у рабочих отнят основной мотив: не им принадлежит производство, не им достаются плоды высокой производительности их труда. Социализм - основа действительно творческого и всестороннего интереса рабочих к производству. Профессиональная гордость, глубокий интерес к тонкостям процессов - естественные свойства наших операторов.

Они становятся мощными стимулами деятельности, если производство хорошо организовано, если жизнь вне производства гармонична и наполнена. Потому что мотивы деятельности являются субъективными и сиюминутными, личными оценками каждого человека, возникающими в реальном времени.

Мотивы вовлекают в конкретную деятельность ряд процессов, множество действий. Это множество сильно меняется от случая к случаю, иными словами, число ветвей алгоритма машиниста и их содержание тесно связаны с мотивами.

Опустимся на одну ступень. Здесь по В.П.Зинченко находятся действия. В отличие от деятельности действия не имеют самостоятельного мотива, побуждаются мотивами деятельности, в состав которой входят. Внутренние, мысленные или внешние, активные, они - крупные блоки для сборки деятельности. Действиям свойственна четко определенная цель. Если у человека возникает данная цель, он привлекает соответствующее действие. В результате одно и то же действие может входить в различные деятельности.

Сделаем еще шаг вниз. Последняя ступень лестницы - операции. Так В.П.Зинченко именует способы, какими выполняются действия. Операции лишены мотивов и целей; они набор приемов, служащих для поиска данных, логического их сопоставления, реализации команд и т.д. Действия состоят из операций, одно и то же действие оператор может произвести, одной и той же цели человек может достичь, используя различные операции (есть, конечно, самый короткий путь к цели - минимальный набор операций). Операции обезличены, и потому их можно описать формально, математически, алгоритмически.

"Формирование операций,- пишет В.П.Зинченко,- это патетическая история умирания живых человеческих действии с образующими их личностный смысл мотивами и осознанием их целей. Но это и новое их порождение: умирая, они освобождаются от субъективной пристрастности живого действия, они теперь отражают лишь объективные межпредметные отношения. Соответственно и сами операции лишаются человеческого содержания: они принадлежат технологии, логике, математике. Вот почему они могут выполняться орудием, машиной".

Мысль В.П.Зинченко не только яркая и образная, она еще глубоко диалектична. Три ступени в работе машиниста - это ступени особого рода, совсем не застывшие, не каменные, а то возникающие, то исчезающие, гибко вливающиеся друг в друга. То, что вчера было для человека творческой деятельностью, становится сегодня освоенным действием, а завтра - операцией. Лава мышления застывает в операциях, но не перестает кипеть на уровне действий и деятельности.

Нам не раз еще придется описывать деятельность машиниста. Мы узнаем о концепции включения, развитой ленинградским психологом А.А.Крыловым, об оперативных образах, изучаемых психологом из Тарту А.А.Котиком, мы придем к семантическим сетям - способу описания деятельности, развиваемому в работах автора. В.П.Зинченко утверждает, что логике и математике принадлежат только операции. Автор полагает, что уделы сегодняшней логики и математики шире - они охватывают и действия человека. А завтрашние логика и математика осилят деятельность оператора.

Сегодня можно "спрятать под столешницу" ненужную при данном действии человека информацию. ЯЗОН только это и делает. Символы и конструкции - малая его часть. Главное - программы для цифровой машины. Программы перевода с ЯЗОНа в двоичный код и обратно (интерпретатор). Программы выполнения язонных команд (слуга). Программы исправления возможных ошибок человека (корректор). Программы принудительной выдачи данных (ментор). Программы управления программами (князь).

Собрание программ уместно назвать "низшим мозгом". Принцип умалчивания выполняет в таком мозге МЕНТОР: он готовит наборы информации (советы) для "высшего мозга" - человека. Если человек неудовлетворен, он может с помощью клавиатуры запросить дополнительные данные; КОРРЕКТОР исправит огрехи человека, возможные при срочном запросе, а СЛУГА извлечет требуемое. ИНТЕРПРЕТАТОР обращает подготовленные ментором или слугой данные из машинных кодов в коды человеческие: буквы, цифры, условные значки, кривые. Он же преобразует команды человека в машинные коды. Наконец, КНЯЗЬ смотрит за тем, чтобы все шло одно за одним (или параллельно - когда можно), чтобы маловажное не оттесняло основного, чтобы машина справлялась. В "низшем мозге" полезен, хотя и не обязателен, еще один блок - ТЕЗАУРУС. Он хранит полные имена параметров и объектов, основные формы представления данных, заголовки и подзаголовки для текстов и другую полезную мелочь, которую с готовностью сообщает ментору или слуге.

Чтобы не было путаницы, я уточню названия. Будем впредь именовать ЯЗОНом - только язык обмена. А собранию программ присвоим имя АРГО - в честь корабля, на котором древний ЯЗОН "со товарищи" отправился в Колхиду за золотым руном. Знакомясь с АРГО, нельзя не обратить внимания на два удивительных явления.

УДИВИТЕЛЬНОЕ ЯВЛЕНИЕ #1. Мы встретились с машинными программами особого толка. С их помощью не решишь уравнение, не рассчитаешь зарплату. Человек-оператор вообще не распоряжается ими. Они - неотъемлемая часть машины, такая же, как процессор. Они обслуживают машину, организуют ее работу. И называются соответственно - организующими программами.

Управление цифровой машиной все меньше становится похожим на парораспределение в машине Уатта. Приоритеты и прерывания, а теперь организующие программы делают его несравненно более гибким и хитрым.

УДИВИТЕЛЬНОЕ ЯВЛЕНИЕ #2. Совсем недавно мы ратовали за "усиление" клавиатуры за счет автономной памяти и логических схем, а теперь возложили всю работу на обслуживающие программы и ЦВМ. Не сбились ли мы с правильного курса? Нет, строго следовали ему. Управляющая машина энергоблока и эта ЦВМ - разные машины. Эта ЦВМ только обслуживает клавиатуру и экран, эта ЦВМ есть прямое развитие автономной памяти и логических схем, приданных клавиатуре раньше, эту ЦВМ резонно именовать индикационным процессором.

Мы проследили все этапы отчуждения клавиатуры от центральной машины. Началось с неразлучного единства, окончилось - обзаведением собственным процессором. Нам пора вернуться на АРГО.

На носу корабля вместо морской девы установим клавиатуру и экран, а в трюме - машину, цифровую вычислительную машину, индикационный процессор. Парус тоже сохраним - дорога нелегкая. Совсем как у Баратынского:

Мчимся. Колеса могучей машины
Роют волнистое лоно пучины.
Парус надулся, берег исчез.
Наедине мы с морскими волнами,
Только что чайка вьется над нами
Белая, рея меж вод и небес.

И, как Баратынский, я верю, что "завтра увижу Элизий земной" - языковые пульты контроля и управления. Прямой потомок органиста, человек-оператор получит достойные мануалы, изящные клавиатурно-экранные устройства вместо сегодняшних громоздких пультов.

ДОЗВОЛЕННЫЕ РЕЧИ

Что ты в звук облекаешь.
Что не хочешь облечь?
Чьею волей рождаешь
Ты во мне свою речь?
Л.Первомайский

Далеко завели нас кнопки-клавиши, одно из средств ввода данных в цифровые вычислительные машины. Устройства ввода информации в ЦВМ - родные братья командных аппаратов для пультов. Вся аппаратура, применяемая на пультах, может использоваться и на входе ЦВМ. Но сверх того машины принесли с собой много любопытных вещей.

Традиционный способ ввода в машины - перфокарты, листки стандартного размера из тонкого картона. На них пробиты (перфорированы) отверстия, соответствующие необходимому двоичному коду. В современной перфокарте 80 колонок и 12 строк.

Первые перфокарты появились еще в XVIII веке. Они задавали узор жаккардовской ткацкой машине. Информацию с них считывали механические щупы. С развитием электротехники считывание стало электрическим (на отверстиях контакт замыкался, на пробелах - размыкался). Появление электроники привело к фотоэлектрическому считыванию перфокарт (принцип такой же, как в фотоэлектрической клавиатуре).

Усовершенствование методов сопровождалось ростом скорости считывания. Сегодня ЦВМ принимает 700 карт в минуту, и это не предел. Конечно, такие вводные механизмы имеют магазин для хранения карт, средства их транспортировки и склад для переработанной продукции.

Человеку-оператору подобный картоглотатель ни к чему. Но сама карта - вместилище заранее приготовленной (их перфорируют на специальной машинке, напоминающей пишущую) и выверенной (проверку можно провести с помощью ЦВМ, в том числе, с выводом данных на ЭЛТ в "человеческом" языке) информации, сама карта нужна оператору.

Наряду с другими средствами, у оператора может быть небольшая картотека часто повторяющихся программ. Тонкий картон не годится для операторских карт (быстро износятся), лучше изготовить их из пластмассы. На каждой - четко обозначено наименование программы. При потребности оператор легко находит перфокарту и через упрощенное устройство (скорость не нужна!) вводит данные в машину. ЦВМ выполняет программу.

Конечно, вся операторская картотека могла бы храниться в памяти ЦВМ. Человек обращался бы к необходимым программам просто по имени, через клавиатуру (в клавиатуре ЯЗОНа предусмотрена специальная большая клавиша - ПРОГРАММА). Так лучше (несколько), но дороже (значительно). Особенно, если с одной машиной работают много операторов.

Перфокарты, даже пластмассовые, не вытеснят клавишей, ключей, задатчиков и контроллеров. Но и не уступят ни пяди. Если время от времени в ЦВМ нужно ввести брикет информации - обратите внимание па старушку перфокарту!

Автор не только дает такой совет другим, но и сам иногда ему следует. В тренажере для энергетических операторов пластиковые перфокарты использует инструктор, который тоже является оператором. Режим обучения: оператор-обучаемый и оператор-обучающий. Так вот, обучающий со своего пульта вводит пластиковую перфокарту в логическое устройство, которое разворачивает перед обучаемым некоторую технологическую ситуацию. Разворачивает, как рулон ленты с данными, меняя значения параметров на приборах пульта обучаемого, зажигая и гася лампочки. Обучающий демонстрирует обучаемому поведение объекта, попутно задавая разные хитрые вопросы (например: "Что это за ситуация?") да заменяя одну перфокарту другой ("А эта ситуация чем отличается?").

Вы приметили: пластиковая карта вводится не в ЦВМ, а в логическое устройство? Оно выполняет только две функции - считывает с карты и рисует на пульте ситуации; логическое устройство много проще цифровой машины. Еще одна область применения оперативных перфокарт - системы без ЦВМ.

Хорошая штука перфокарта, но нелюдская какая-то. Неудобен для человека причудливый узор из дырок и пробелов. Специалисты называют перфокарту машинно-ориентированным документом. Человек прилаживается к машине - изъясняется с ней на ее языке.

Кто к кому должен приспосабливаться? "Высший мозг" к "низшему" или наоборот? Хватит этих двоичных кодов, пусть машина разумеет по-человечески!

Сколько таких и подобных призывов приходилось слышать и читать! И, правда,- баста. Пусть машина нас понимает. И машина согласна, только пусть мы придумаем и сделаем соответствующие устройства. Собака зарыта именно здесь.

Каждый шаг на пути к таким устройствам дается с величайшим трудом. Результаты дороги и ненадежны. И человек предпочитает пожертвовать собой, подладиться к машине - "я бы даже ямбом подсюсюкнул, чтоб только быть приятней вам".

В содружестве, в совместной работе сильного и слабого, это обычное положение. Сильный всегда берет на себя более трудную работу, опекает слабого, заботится о его драгоценном здоровье.

Машина - слабый, но крепнущий партнер человека. Взглянем на зарубки, отмечающие ее рост.

Считывание меток с бланков - первый серьезный успех. Бланк разбит на графы и столбцы, место каждого знака строго определено. Заполняя бланк, человек высказывается по поводу каждой позиции; он говорит только "да" или "нет". Если "да", ставит в соответствующей клеточке метку (крестик, черточку или птичку), если "нет" - пропускает клеточку. Свои метки человек делает карандашом или чернилами. Чернила применяются простые, люминесцентные или магнитные. Считывается бланк фотоэлектрическим (в видимых или ультрафиолетовых лучах) или электромагнитным способом.

Бланк - тоже документ, как и перфокарта. Но это документ, приспособленный и к человеку и к машине, слуга двух господ. Для машины - строго определенное положение знаков и двоичный их характер. Для человека - форма таблицы, графы которой четко, по-людски надписаны (машина пропускает эти надписи). Бланк понятен специалисту; имея навык, его споро заполняешь. Он, правда, требует пунктуальности: нельзя по забывчивости пропустить иные клетки или бросить заполнение, потому что дальнейшее не представляет интереса. Машина все понимает буквально: заполнено - 1, не заполнено - 0, обработка, итог. И нечего удивляться идиотизму результата - пеняй на себя, оператор.

Собственно, почему оператор? Думаем ли мы, что ему нужен бланковый ввод? Убеждены ли, что человек-оператор успеет сам заполнять бланки, сам вводить их в ЦВМ и делать это в реальном времени!

Да, думаем, да, убеждены. Но чтобы передать эту уверенность читателю, требуется путешествие совсем к иным берегам и рассмотрение совсем иных обстоятельств.

Мы хоть на мгновение должны заглянуть в страну алгоритмических языков. Это разнообразная, удивительная и развивающаяся страна. Около 1500 алгоритмических языков существует в настоящее время - специалисты думают, что их скорее много, чем мало. Каждый алгоритмический язык помогает общению человека с машиной. Он позволяет человеку изъясняться символами и терминами, принятыми в его специальности. У страны алгоритмических языков свои проблемы. Ей остро необходима промышленность трансляторов, переводчиков с алгоритмических языков на машинный.

Здесь внимательный читатель вправе упрекнуть автора в терминологическом разнобое: совсем недавно, обсуждая ЯЗОН, мы называли программу - переводчик интерпретатором, а теперь именуем транслятором. Различие неслучайное. Тот переводчик подобен помощнику в разговоре двух разноязычных людей - перекладывает с языка на язык реплику за репликой в ходе диалога; отставание нежелательно, опережение невозможно. Эти переводчики больше смахивают на переводчиков книг: взял всю работу целиком, сделал как можно быстрей и сдал всю сразу.

Программы, написанные на алгоритмических языках, переводятся целиком - транслируются; программы, изложенные на языках обмена, переводятся пошагово - интерпретируются.

В стране языков нас особо интересует небольшая область - языки контроля и управления, а в этой области новый район - бланковые языки.

Контроль и управление в сложной системе - это искусство, творчество. Вопрос в том, из каких элементов творит оператор. На наш взгляд, скорее из блоков, чем из атомов. Такие стандартные блоки различения, опознания, решений и исполнения можно заложить в ЦВМ.

Работа оператора будет тогда состоять в том, чтобы гибко комбинировать эти блоки в зависимости от ситуации, указывая каждому блоку его конкретные параметры. Использование блоков со всей человеческой изобретательностью - вот что такое творчество оператора.

Значит, если заложить стандартные блоки в память ЦВМ, причем закодировать общение с этими блоками на бланковом языке, работа оператора внешне сведется к заполнению пустых мест в бланках.

Язык обмена для непрерывных производств - ЯЗОН исходил из линейного, фразового построения указаний. Даже мнемознаки вытягивались в строчку. Все приказы на ЯЗОНе формулируются последовательно: сначала что делать, потом с чем оперировать, далее куда и в каком виде представлять данные.

Бланковый язык допускает произвольное заполнение клеточек: что сейчас знаешь, то и отмечай. Удобно для оперативной работы.

Устройства считывания с бланков, как и устройства ввода перфокарт, достигли высокой производительности. Отечественный "БЛАНК" работает с документами, содержащими около 1000 позиций (24 по ширине и 41 по длине, если быть точным). Он одолевает 150 бланков в минуту, тоже имеет магазин, транспорт и склад и тоже предназначен для пакетной обработки документов.

Для оператора "БЛАНК" дюже могуч. Делаются попытки создать считыватель меток помедленнее, попроще и подешевле. Самым дорогим в считывателе является устройство, распознающее метки. Есть предел его удешевлению, если не платить качеством распознавания. Как всегда в таких случаях, изобретают конструкции, где одно распознающее устройство обслуживает нескольких операторов.

Собственно, и бланковых языков еще не существует. Есть лишь их прообразы - американские PROSPRO и BICEPS - не языки оперативного обмена, а языки программирования для технологов.

Ни устройств, ни языков. И проекты систем, где операторы работают "в метках", мне тоже неизвестны.

Но меня не оставляет предчувствие, что меточно-бланковые оперативные устройства вот-вот вступят в дело. Что они окажутся эффективным средством совместного с машиной контроля и управления. Что оператор будет вести свою установку через штили нормальных режимов и бури аварий, невозмутимо делая отметки в оперативном блокноте.

Следующий шаг по пути от машины к человеку, очередная зарубка - цифробуквенные тексты. В документе с метками мы имели право сообщать лишь "да" или "нет". Теперь можно вносить в графы документа числа и слова.

Делать это лучше стандартным шрифтом (например, с помощью специальной машинки), текст должен быть четким. И тогда оптические читающие устройства - ОЧУ - способны перемолоть 14000 знаков в секунду. Два таких гиганта установлены в 1970 году в Bank of America; каждый стоит 1.5 миллиона долларов.

Если бы... Не очумели ли мы часом? Зачем оператору печатать в документах, когда есть прямой клавиатурный ввод, а документ можно изготовить где-нибудь в сторонке, например, с экрана ЭЛТ? Или, еще проще, использовать телетайп: и нам документ, и в машину - коды. Или, если лента телетайпа узка, взять электрическую пишущую машинку?

Автор с большим уважением относится к читающим автоматам. Он понимает трудности, связанные с распознаванием образов, которые преодолели разработчики. Он учитывает возможности удешевления ОЧУ за счет обслуживания одним распознающим блоком многих потребителей (на местах остаются только матрицы фотоэлементов, которые превращают знаки в электрические сигналы). Автора не пугает даже то обстоятельство, что, несмотря на широкую рекламу, за 15 лет в мировую практику вошло меньше тысячи ОЧУ (и около миллиона устройств перфоввода). Стерпится - слюбится: разработчики устранят, точнее сведут к минимуму ошибки и отказы при считывании. Что же беспокоит автора?

Перекибернетизация. В центре обработки экономической информации ОЧУ на месте. А на пульте оператора - излишество, хотя существуют малогабаритные и сравнительно недорогие ОЧУ. Оперативная работа и чтение бумаг не сопрягаются.

Мы только что вскользь упомянули электрическую пишущую машинку и телетайп. Устройства эти, одно из которых появилось в недрах конторской техники, а другое - родилось в телеграфии, пришлись к вычислительному двору. Сегодня, пожалуй, не встретишь ЦВМ, не оснащенной пишущими машинками и телетайпами.

Машинка приближена к ее величеству ЦВМ. С ее клавиатуры, например, ведется отладка программ.

Телетайп, наоборот, сослан в отдаленные провинции, на сотни и тысячи километров от ЦВМ. Он делает машину доступной для тамошних обитателей.

Телетайпу 120 лет от роду. И все 120 лет аппарат настойчиво совершенствовали. Сегодня посредством его сорока шести клавишей и трех регистров можно передавать буквы русского и латинского алфавитов, цифры и специальные знаки.

Оператор нажал клавишу. Ее рычаг переместил пять специальных линеек. Воздействию на каждую клавишу соответствует свое, особое положение линеек. А рядом с линейками вращается распределитель. Кулачки распределителя прощупывают линейки: выдвинута - замыкается контакт, убрана - контакт разомкнут. Один оборот распределителя - и в линию последовательно передается пятиэлементный код символа, а также две служебных посылки - стартовая и стоповая. На время передачи данного символа другие клавиши блокируются. Если даже оператор успеет нажать любую из них, ошибки не произойдет.

Человек играет па клавиатуре, а ПЕРЕДАТЧИК аппарата отдает в линию связи последовательность телеграфных кодов. На противоположном конце линии последовательность импульсов ловит другой телетайп. Они попадают в ПРИЕМНИК аппарата и заставляют колебаться якорь электромагнита. Опять вращается распределитель. Каждое из колебаний якоря сдвигает шпильку, подставленную распределителем под удар. Положение шпилек через рычаги передается типовому колесу (состоит из трех дисков, на ободе каждого из которых выгравированы знаки).

Колесо занимает именно такую позицию, при которой удар молоточка посредством красящей ленты наносит выбранный знак на бумагу. Типовое колесо шагает слева направо, бумага - снизу вверх; знак за знаком, строка за строкой, телеграмма за телеграммой накапливаются на рулоне аппарата.

Каждый телетайп содержит и передатчик и приемник, то есть равно годен и для отправления и для получения телеграмм. Лингвистическое замечание: слово "телетайп" заимствовано из английского языка и означает "далеко печатающий". Англичанам слово "телетайп" тоже неродное: общеизвестно греческое происхождение "теле"; грекам принадлежит и "тайп" - только произносится оно "тип" (от typos - отпечаток, образ). Выходит, типовое колесо - это печатающее колесо, а сам телетайп логичнее именовать "телетип". Автор, однако, не спешит обратиться с уточнением в Институт русского языка: к "телетайпу" уже привыкли.

Рядом со словом "телетайп" появился недавно его юный братец - "роктайп". Дадим здесь слово человеку, стоявшему у колыбели новых "тайпов", психологу из ленинградского университета Аркадию Ильичу Нафтульеву:
- Если б телетайпы обменивались телеграммами друг с другом, нам незачем было б вмешиваться. Телеграфист - профессионал; он выработал в себе автоматизмы работы с телетайпом.
- Увы, в традиционный диалог телетайпов вклинилась цифровая вычислительная машина. Она приняла на себя сообщения от передатчиков многих телетайпов, от себя же стала посылать информацию в приемники аппаратов. Пользоваться телетайпом начали не профессионалы, а любители, не телеграфисты, а математики или архитекторы. Доступ к телетайпу получил всякий, кто нуждается в услугах ЦВМ.
- К беде неопытность ведет, а в нашем случае даже к двум бедам: случайные пользователи делали много ошибок (особенно им досаждали регистры) и работали чересчур медленно. Общаться с ЦВМ вяло и с погрешностями - слишком дорогое удовольствие!
- Мы решили: нужно менять клавиатуру телетайпа. Мы положили в фундамент новой клавиатуры три идеи: человек должен работать двумя руками, сообщение должно набираться аккордами, человек должен производить только необходимые движения.
- Возьмем десятикнопочную клавиатуру, по пять клавишей для каждой из рук человека. Две ближних к середине клавиши несколько опущены по отношению к остальным - так удобнее для больших пальцев человека. Пользователь, прошедший лишь небольшое обучение, каких-нибудь 50 серий, передает посредством этой клавиатуры 2500 команд в час. Неплохо.
- Плохо другое: "Десятиклавишная" способна воспроизвести лишь 2**10-1=1023 различных команды. Классический телетайп много мощнее ее. А что, если "поручить" каждой руке пользователя двадцать четыре клавиши? Работа станет двухзтапной: сначала пальцы выберут из каждых двадцати четырех возможные пять, а потом - нажмут на те из пяти, которые требуются в данном аккорде. Результат: через 50 серий новичок уверенно передает 5000 команд в час.
- Роктайп - отказ от клавиатуры. Роктайп - рычаг, вращающийся в шарнире и замыкающий контакты, равномерно расположенные по окружности. Мы доказали, что попадание в любую из десяти точек на окружности легко дается человеку. Что он подводит рычаг к одному из десяти контактов, почти не глядя, быстро и без ошибок. Десять позиций недостаточно? Тогда встраиваем в рукоятку рычага еще четыре кнопки - под четверку пальцев, охватывающих рукоятку. А пятую кнопку посадим па рукоятку, под большой палец. Пользователь одновременно вращает рычаг и нажимает кнопки. 50 серий - и умение, равное 4000 команд в час при работе одной рукой и 7000 при работе двумя руками...

Автор прерывает здесь рассказ А.И.Нафтульева, чтобы напомнить читателю, что интереснейшие работы по рок-тайпу - пока эксперименты. Как ни привлекательна картина пользователя, ворочающего на манер экскаваторщика рычагами, она из будущего.

Сегодня традиционный телетайп еще жив. И является не только командным аппаратом. Он служит для ввода информации в ЦВМ, но одновременно и для вывода данных из машины. На рулоне телетайпа, например, запечатлевается весь ход обмена между машиной и человеком: он ей сказал, она ему ответила, он ей опять сказал, а она ему на это ответила... Именно простота, совершенство конструкции и двухсторонний характер работы сделали телетайп столь популярным.

Выбирая командные аппараты для оператора, негоже из-за сомнительных новаций забывать телетайп или пишущую машинку. Их место там, где темп обмена невелик, а требования к надежности не чрезмерны (все же электромеханические устройства!).

Впрочем, вычислительная машина заставила конструкторов телетайпов удесятерить усилия. Телетайп теперь вновь переживает пору юности. Пятиэлементный код сменяется восьмиэлементным, а следовательно, наряду с заглавными станут печататься строчные, наряду с русскими и латинскими - греческие буквы, расширится набор специальных знаков, появится проверка кодов.

Механика ненадежна? В новейших конструкциях телетайпов все узлы, кроме печатающего механизма, электронные. Печатающий механизм усовершенствован, хотя ударный принцип печати сохранился. Испытываются и безударные узлы печати. В одном из американских научных журналов в середине 1971 года сообщалось, что "разработан телетайп, не использующий красящую ленту, а преобразующий электрический сигнал в знаки с помощью небольшой печатающей головки, состоящей из 35 тепловых элементов. Головка скользит по теплочувствительной бумаге, печатая 300 слов в минуту".

Повременим пока с выяснением, каковы эти 35 элементов (нетерпеливые могут заглянуть в главу "Зачарованный цифрой"). Сейчас нам важнее осмыслить прогресс телетайпов. Сообщения, сходные с приведенным, появлялись и в 1972, и в 1973 годах. Во всем мире идет упорная работа по превращению телетайпа в недорогое и удобное оконечное устройство для ЦВМ, в терминал широкого применения.

Если слово "терминал" оказалось для вас новым, запомните его. Терминал - оконечное устройство ЦВМ. В ближайшие годы вы обязательно встретитесь с терминалом на работе или дома.

Нас, однако, зовет графический ввод, очередная зарубка, отмечающая рост ЦВМ. Где новый принцип ввода, там новый язык. Клавиатуре (и телетайпу, и пишущей машинке) соответствовал фразовый язык, считывателям бланков - язык меток. Естественно ожидать, что вводу кривых и фигур сопутствует особый графический язык. Но о языке речь впереди.

Чтобы ЦВМ восприняла изображение, нужны особые "карандаши" - контактный, звуковой или световой. И "бумага" под стать карандашам.

Бутерброд, который вы видите на рис.7,- это бумага для контактного карандаша. "Сыром" в бутерброде служит тонкая полиэфирная пленка с отверстиями. Сверху и снизу пленку оберегают панели из стекловолокна, тоже нетолстые, каждая 0.1 миллиметра. На верхнюю панель нанесены продольные, на нижнюю - поперечные проводники - шины. Пересечения между шинами приходятся как раз на отверстия в пленке. А на самом верху, ближе всего к оператору, находится рабочая панель с сеткой линий, соответствующей проводникам.


Рис.7. Панель и карандаш для ввода графической информации в ЦВМ:
1, 4 - листы стекловолокна; 2 - полиэфирная пленка; 3 - рабочая панель; 5 - контактный карандаш; 6 - эскиз; 7 - блок кодирования.

Карандаш оператора - просто заостренная палочка, стило. Такой римляне писали на деревянных, покрытых слоем воска табличках. "Tabula rasa" - чистая доска - называли они готовую к письму табличку. Наша tabula rasa прогибается при движении карандаша. Там, где есть отверстия в пленке, продольная шина на мгновение перемыкается с поперечной. Там, где отверстий нет, пленка предохраняет от пересечений.

Остальное - дело электротехники. На шипы подано напряжение. "Пересечение" считывается специальным блоком и преобразуется в координаты точки, последовательность пересечений становится списком координат изображения.

Римляне, чтобы освободить табличку, разглаживали восковую поверхность обратной, округленной стороной палочки. Наша графическая панель сама возвращается в исходное состояние, как только карандаш минует отверстие. Она беспамятная, сохраняет данные блок считывания.

Оператор волен обводить заранее подготовленные чертежи, наклеив, заготовку на рабочую панель, или рисовать на чистом листке сию минуту. Карандаш лучше шариковый - видно, что сделал и что осталось при обводке, возникает документ при рисовании. Погрешность ввода определяется частотой отверстий в пленке: ошибка тем меньше, чем больше размер панели.

Такова tabula rasa в современном исполнении. Слово сочетание это - tabula rasa - уже римляне использовали не только в прямом смысле. Они называли tabula rasa неискушенных сельских жителей. Значительно позже Дж.Локк в "Опыте о человеческом разуме" сравнил с tabula rasa новорожденного ребенка: только жизнь, опыт напесет свои письмена на эту дощечку. Люди не рождаются подлыми или жадными, а становятся ими. В справедливом обществе будут жить только благородные люди.

Звуковой карандаш, в отличие от контактного, является активным элементом. В его теле спрятан генератор звуков, не громких, резких звуков - с крутым фронтом нарастания. Рабочая панель здесь пассивный элемент - площадь для движения карандаша. Собиратели звуков - щелевые конденсаторные микрофоны - стоят вдоль горизонтальной и вертикальной кромок панели. Место, где находится звуковой карандаш, "узнает" блок считывания. Погрешность определения звуковых координат не превышает 1 миллиметра при размерах панели 1 метр * 1 метр.

- Как удается достичь столь поразительной точности?
- Блок считывания измеряет время распространения звука.
- Но от края до края панели звук достигает за каких-нибудь три тысячных секунды. Как же делать различия в десятых долях миллиметра?
- За счет точного измерения малых отрезков времени. Здесь на помощь звуковому карандашу приходит опыт, накопленный человечеством в измерении времени. Потребовалось придумать солнечные, песочные и водяные часы, создать часы механические, одно из величайших чудес техники, чудо, которое всегда с нами. Понадобилось развитие электроники вообще и электроники времени в частности, чтобы стал возможным - и недорогим - звуковой карандаш.

Кроме точности, звуковой карандаш превосходит своего контактного коллегу еще на одно измерение. Контактному карандашу под силу лишь плоские двухмерные изображения. Звуковой карандаш пригоден и для трехмерных изображений. Стоит лишь добавить к конденсаторным микрофонам, сторожащим звуки по осям "X" и "Y", такой же микрофон, расположенный по оси "Z", и мы обретем право вводить объемные изображения.

При звуковом вводе, как, впрочем, и при контактном, на рабочую панель можно закрепить припасенный чертеж, либо лист чистой бумаги. Хотя кончик карандаша занят разрядником звукового генератора, удается пристроить сюда и пишущий шарик. Только фиксация на бумаге - не лучший прием для оперативной работы.

Действия оператора - это не только движение вперед, перемещение объекта из одной точки пространства в другую (реального пространства, если речь идет о корабле или самолете, и воображаемого пространства изменения параметров, когда оператор управляет неподвижными объектами). Значительно чаще действия оператора есть поправки, изменения, сведение на нет влияния помех.

Движение вперед удобно изображать на бумаге, постепенно заполняя лист. Возвраты, поправки, изменения требуют резинки, чтобы стереть устаревшую информацию. Притом не резиновой резинки - слишком медленное стирание, да и бумага изнашивается быстро,- а резинки электронной.

Устройства графического ввода - такие же задатчики, как реостат или переменный конденсатор. Тоже вводят пропорциональную информацию, только особого рода. Значит, и они нуждаются в подходящем указателе задания. Чаще всего эту роль исполняет электронно-лучевая трубка. На экране ЭЛТ появляется чертеж, отображаются изменения и дополнения. Оператор рисует на рабочей панели, а трубка тотчас возвращает ему изображенное для проверки. Так и действует человек: взгляд на панель, взгляд на экран.

Оператор работает от этого медленнее, быстрее устает, чаще ошибается. Нельзя ли сразу и рисовать и проверять на экране ЭЛТ?

Разберемся. Изображение на люминофор экрана наносит электронный луч. Луч этот производит пушка, запаянная в горловине ЭЛТ. Она рисует на внутренней (по отношению к оператору) поверхности экрана.

- Прекрасно, дадим оператору такую же пушку - пусть рисует извне.
- Но электронный луч набирает силу лишь в глубоком вакууме. Не погружать же человека в вакуум только для того, чтобы он не "стрелял" глазами?
- И правда, не стоит: пусть рисует на панели, а проверяет на экране.
- Это от него не уйдет, поищем еще способ совмещения. Вот если б оператор мог управлять внутренним, запаянным лучом ЭЛТ...
- Чтобы управлять, нужно оказаться на пути луча, до того как он попадает на экран, а оператор расположен извне.
- Это пустяки. Человек мог бы подавать напряжение на отклоняющую систему трубки. Вопрос, пожалуй, ясен...
- Как бы не так! Во-первых, закрепостили луч, заставили его следовать нашим, безмерно медленным командам. Кто же будет возобновлять, регенерировать изображение на экране? А во-вторых, управляющие напряжения составляют тысячи вольт.
- Загадка: луч - внутри, в вакууме, оператор - извне... Позвольте, но человек видит луч?
- Конечно, видит.
- Значит, и фотоприемник может увидеть?
- Вероятно.
- Тогда проблема действительно решена. Луч станет гнаться за фотоприемником.
- Как же это?
- Мы рисуем с помощью ЦВМ лучом на экране перекрестье, подобное тому, какое бывает на окулярах полевых биноклей. Машина знает, где находится сейчас перекрестье?
- Несомненно, она сама его туда послала.
- А мы ставим фотоприемник в зоне перекрестья, но не по центру. Он считывает свое смещение и передает в ЦВМ. Что делает машина?
- Наверное, сдвигает перекрестье в новое положение, центрует его по отношению к фотоприемнику... Ага, ясно, это блуждающее перекрестье: куда фотоприемник, туда и оно...

Назовем фотоприемник световым карандашом. Правда, карандаш этот ничего не рисует - только подглядывает за перекрестьем. Наш карандаш просто датчик в следящей системе: указывает рассогласование, а система ликвидирует его. Командует слежением цифровая машина, а по дороге собирает все координаты изображения. Рисует электронный луч. Как мужик, луч поспевает прокормить двух генералов: и за оператором присматривает, и машине служит, подновляя изображение на экране.

Световой карандаш состоит из затвора, кнопки, волоконной оптики, фотодатчика, фотоумножителя (перечисленные элементы умещаются в корпусе авторучки), а также усилителя - преобразователя сигналов. Нажимая кнопку, оператор открывает затвор, и свет трубки попадает на пучок оптических волокон. Дальнейшее уже описано.

Мы рассмотрели три типа карандашей для графического ввода - контактные, звуковые и световые. Разработаны еще емкостные и магнитные карандаши, но по разным причинам они менее перспективны.

Написал "менее перспективны" и - заколебался. Оценки такого рода оказываются - и нередко - глубоко ошибочными. Справедливее сказать: существующие конструкции пока несовершенны. Потому что завтра найдется парень с "емкостным мышлением", и его емкостный карандаш займется графическим вводом на равных со световым карандашом: работает же успешно переменный конденсатор в задатчиках и клавиатурах. Магнитному карандашу прогнозы и вовсе не указ. Кто поручится, что огромные успехи в магнитной записи информации, на которых основана современная вычислительная техника - и память на сердечниках, и магнитные барабаны, и магнитные диски, что эти успехи не сопрягутся в будущем с применением феррооптических эффектов - появлением изображений при перемагничивании? А коли так, рядом с неразлучной парой "ЭЛТ - световой карандаш" зашагает пара "феррооптический экран - магнитный карандаш".

Сегодня работают три карандаша - контактный, звуковой и световой. Контактный карандаш проще других, но его нельзя "остро заточить". Заострить палочку-стило нетрудно; возможности рисования ограничены расстоянием между шинами. В конструкции, разработанной в ФРГ, шаг составляет 5 миллиметров. На рабочей панели размером 61*46 сантиметров квадратных умещается 121*91 проводников, то есть 11011 пересечений. Выглядит солидно: более одиннадцати тысяч, а на поверку выходит - немного. Вы, конечно, помните, что в домашнем телевизоре изображение состоит из строк, а строки - из точек разной яркости, наносимых электронным лучом? Сколько строк умещается на экране? 625. А сколько точек в строке? 825. Не 121, а 625, не 91, а 825 - "две большие разницы". И результат соответствующий: 625*825, т.е. более 500000 точек вместо 11011 отверстий в пленке-сыре.
***

ЛЕНТА НОВОСТЕЙ ФОРУМА: Нашел родные правила одного из "морских боев" ТЕМА #77, АБЗАЦ #886
...

Чем больше точек на экране, тем точнее и подробнее изображение. Контактный карандаш подходит лишь для грубых изображений, где ошибка в несколько миллиметров - не ошибка.

Портрет любимой контактным карандашом не изобразишь, он не в силах учесть индивидуальные особенности. Я сомневаюсь даже, отличите ли вы женщину от мужчины. Длинные волосы, единственная разница, которую способен передать контактный карандаш, ныне не разделительный признак.

Но с помощью контактного карандаша в ЦВМ можно ввести схему: ее условные значки - квадраты, треугольники, прямоугольники, стрелки - безмасштабны, точный размер их не важен, только бы машине различить тип фигуры и ее связи с другими значками. На рабочей панели 61*46 умещается схема средней сложности: 15-30 значков и соединения между ними. Контактному карандашу под силу вводить алгоритм контроля и управления в виде схемы, дерева.

Перед оператором скромные умения контактного карандаша открывают совершенно новые, невиданные доселе возможности. До сих пор он управлял, нажимая клавиши, поворачивая ключи, задатчики и контроллеры. Теперь он может управлять, рисуя.

Теперь человеку не нужно преобразовывать живущий в его мозгу и душе алгоритм контроля и управления в последовательность действий. Нужно прямо рисовать этот алгоритм. Остальное сделает машина.

Стоп, стоп. Контактный карандаш позволяет изобразить только скелет алгоритма, его схему. А имена элементов схемы? А имена и значения параметров? Буквенно-цифровых надписей, сопутствующих изображению, не сделаешь, шаг шин не позволяет, мала разрешающая способность панели.

Что ж, дополним контактный карандаш клавиатурой. Алгоритм рисуем вперемешку: элемент схемы - на панели, относящийся к нему текст - с клавиатуры, снова элемент (или несколько) - на панели, опять слово (или несколько) - с клавиатуры. ЦВМ так нас и понимает: текст относится к последнему нарисованному элементу (принцип свежести).

Кроме панели и клавиатуры, в работе участвует электронно-лучевая трубка (выше мы показали, что без трубки никак нельзя). На экране ЭЛТ совмещаются схема алгоритма, относящийся к ней текст и сигналы исполнения. Можно управлять!

Только вот эти переносы взгляда: панель<->клавиатура, клавиатура<->экран, панель<->экран. Обоюдоострые стрелки, нам кажется, ярче, чем слова, выражают, как мечется взгляд оператора. И приходит еретическая мысль: что если выбросить контактный карандаш? Что если рисовать с клавиатуры?

Отвести отдельную клавишу для каждого условного значка. Определить особые кнопки для стрелок - вверх, вниз, влево, вправо. Уметь задавать начало рисунка (например, с помощью знакомых нам "мыши" и "жука", но можно и посредством специальных клавишей). Уметь стирать лишнее (кнопки стирания). И, опираясь на принцип свежести, управлять себе на здоровье...

- Ну, и интриганы эти кнопки-клавиши! Сумели контактный карандаш вытеснить!
- Не отовсюду. Там, где типов элементов, образующих схему, немного, а правила образования схем просты, там побеждает клавиатура. А там, где элементов побольше, а правила помудренее,- лучше карандаш.
- Где много да сложно, контактный карандаш не справится!
- Справедливо, но у него есть свое место под солнцем: средняя сложность.
- А если много и сложно?
- Возьмите звуковой карандаш.
- Где его взять? Заманчивая разработка, многообещающая, да совсем новая, промышленных образцов нет.
- Тогда остается световой карандаш.
- Любопытно получается. Клавиатура проникает всюду. И сама многое может, и контактному карандашу помогает.
- Звуковой и световой карандаши тоже не обходятся без клавиатуры.

Да, и световой карандаш, самый удобный из всех, сеющий и убирающий прямо на экране, нуждается в кнопках. Одна из них поместилась прямо на теле карандаша - управляет затвором, другие...

Впрочем, нельзя ли обойтись без других? Рисовать на экране все, что необходимо, рисовать, не отвлекаясь?

Иногда можно. Цифровая машина подает на экран таблицы данных. По некоторым строкам или позициям оператору желательна расшифровка. Он отмечает эти элементы световым карандашом (рисует крест, подчеркивает, обводит - дело вкуса разработчика системы). ЦВМ находит затребованные данные и меняет картину на экране. Клавиатура не нужна.

Другой случай. Машина-советчик посылает на экран дерево возможных причин отклонения. Оператор световым карандашом зачеркивает ненужные ветви и выделяет нужные, те, по которым ЦВМ поведет процесс. Машина сигнализирует исполнение. Клавиатура опять не нужна.

Третий случай. Оператор задает желаемое изменение параметра в виде кривой - функции от времени или другой величины. Разумно нарисовать эту кривую (или семейство кривых) световым карандашом. Оси координат - тоже. А вот имена параметров и числа на графике...

Четвертый случай, уже известный нам. Оператор рисует на экране схему алгоритма. Снова начинаются колебания. Можно изобразить схему световым пером? Можно. Но нужно ли? Не проще ли и быстрее "впечатать" ее клавишами?

А поясняющие тексты - их можно световым карандашом? Отчего же, пишите. Только потом машине придется заняться распознаванием рукописных знаков - чего это стоит, мы знаем. Не лучше ли от греха подальше - "впечатать" и тексты?

В итоге, широкая система, где есть и табличное представление данных, и отображение в виде графиков, и советы в форме графов, где оператор и отмечает, и зачеркивает, и рисует вновь, такая система строится по формуле: ЦВМ+ЭЛТ+СК+КЛ. Здесь СК - световой карандаш, а КЛ - клавиатура; мы и в дальнейшем станем использовать эти сокращения. А система частная, узкая, специальная может не содержать СК или обойтись без КЛ. Всякий раз проектировщик пульта должен тонко анализировать, что делает оператор, как он это делает, какое решение лучше для человека и сколько стоит оборудование, программы и обучение людей.

Без "сколько стоит" мы выпадем из антропотехники и впадем в филантропию. За ЭЛТ, световым карандашом и клавиатурой стоят цифровая машина и ее организующие программы. Каждую метку, каждый знак, каждый шаг, равно как и законы их сочетания, нужно объяснить машине, заложить в ее память, извлечь в нужный момент, переплести другими элементами и вернуть оператору. Вихри и смерчи информации образуются от невинной добавки еще одной формы представления, десятка клавишей или карандаша.

Начиная рассматривать графический ввод, мы опрометчиво обещали сказать о графическом языке. По правде, автор не знает точно, что назвать графическим языком. Считывание координат карандаша? Оно происходит непосредственно в двоичном коде. Может быть, символы, которые нанесены на клавиатуру и правила образования конструкций из этих символов? Безусловно, это язык, входной язык графической системы, различный для различных приложений. Но в нем ничего особенного, прирожденно графического. Те же принципы, что и в построении ЯЗОНА, языка фразового.

ЯЗОН - кормчий АРГО. Помните его экипаж - ИНТЕРПРЕТАТОРА, СЛУГУ, КОРРЕКТОРА, МЕНТОРА, КНЯЗЯ и ТЕЗАУРУСА? Это они вели АРГО за золотым руно оптимального контроля и управления. Шестеро, кроме ЯЗОНА.

В графическом языке роль организующих программ намного больше, чем в языке фразовом. Графический язык скорее похож на айсберг: входной диалект - его надводная часть. А девять десятых языка скрыты под водой. Скрытая часть преобразует изображение в привычный для машины вид, опознает его, анализирует, изменяет, снова преобразует и возвращает на экран. Подлинный графический язык - это аппарат программирования перечисленных задач.

Последняя зарубка осталась на планке, где мы отмечали мужание ЦВМ, трудный путь сближения машин с человеком. У зарубки написано: речевой ввод. Пришла пора оператору заговорить во весь голос, а машине - распознавать речь. Необходимость распознавания речи возникла значительно раньше, чем современные цифровые машины. Случилось это в телефонии. Чем отдаленнее друг от друга становились соединяемые телефоном пункты, тем дороже стоили дороги для сигналов - линии связи. Столбы, изоляторы, провода. Через пустыни и болота. Кабели - под реками и океанами.

Дороги прокладывались, чтобы остаться мало загруженными. Потому что речевой сигнал, преобразованный микрофоном в переменное напряжение, один занимал весь провод. Как передать по проводу много речей одновременно, как уплотнить каналы связи?

Простейший прием - передавать каждый разговор по особой частоте, тогда они пе станут сталкиваться друг с другом. Но не исчезнет другая трудность - обязательность сохранения, пусть на иной частоте, профиля сигналов, всех этих гребешков и впадин, которые и есть слова, паузы, тембр и окраска голоса.

Вот если бы разложить "профиль" на элементарные составляющие, разобрать зубчатую стенку по камушкам, по кирпичикам, да поделить эти кирпичи па кучки по типам и сортам. Тогда б можно было дать сортам и типам очень короткие имена, без просветов уложить эти имена, слить, по фетовскому предложению, в единое слово грусть и печаль. И бросить это спрессованное слово в канал связи, чтоб провод унес его вдаль. А на приемном конце канала распустить слово - брикет, обратить его в членораздельную речь.

Частотное уплотнение умещает в одном канале сотни переговоров, структурное уплотнение - десятки тысяч речей.

Чтобы спрессовать речевую структуру, нужно уметь выделять в речи постоянные составляющие. Но что является "кирпичами" речи? Буквы? О нет, человек, даже читая алфавит, не может произнести "чистую букву"; он выговаривает звук "бэ" или "ббъ", но не "б". Буквы - идеальные сущности, пригодные для письма, но не встречающиеся в речи.

Речь состоит из фонем. Ученые выделили около 48 разных фонем. Различие очевидно на фазовом портрете: от фонемы к фонеме меняется длительность звучания, максимальная амплитуда - рост наивысшего всплеска сигнала, спектр сигнала - число, распределение и амплитуды зубцов и впадин.

Прекрасно, мы имеем индивидуальные портреты фонем, следовательно, можем построить устройство, распознающее их в речи. Не только можем. Построили. С 20-х годов сооружены сотни таких устройств. И многие из них - чудеса изобретательности. И большинство - мгновенно распознает отдельные фонемы.

А на слитной речи - спотыкаются. Фонемы - не людские лица в толпе. Внимательный наблюдатель различает их потому, что каждое существует само по себе, оно рядом с другими, но не сливается. Фонемы в живой речи сцепляются, наскакивают друг на друга, не берегут свои "лица".

Вот камень, о который затупляется коса распознавания речи. В телефонные времена, когда мы умели только прессовать да передавать сигналы, камень этот был непреодолим. Но в дни кибернетики, в дни преобразования информации, осуществима ретушь фазовых портретов. Можно убрать синяки и шишки, если только лицо фонемы не исказилось до неузнаваемости.

Потом слить реконструированные фонемы в слова и сопоставить фазовый портрет образцового слова с только что обретенным портретом. Совпадает? Значит, оно, родимое. Не совпадает? Возврат подозрительных фонем на переретушь. И снова сборка-проверка. Операции ретуши, воссоединения и сопоставления под силу только вычислительной машине.

Мы все время обсуждаем некую "среднюю речь". ЦВМ же, увы, имеет дело с речью индивидуальной, с манерой говорить каждого. Запинки и тягучесть, глотание звуков и слогов, переменность темпа - наша речь скорее состоит из огрехов, чем из образцовых борозд. Чтобы сегодняшняя ЦВМ поняла оператора, он должен:

ГОВОРИТЬ МЕДЛЕННО. Если мы не вещаем впрок, в память ЦВМ, а хотим контролировать и управлять, ЦВМ справляется с 20 словами в минуту.

ГОВОРИТЬ РАЗДЕЛЬНО. Между словами обязателен интервал - момент молчания.

ГОВОРИТЬ ТОЛЬКО ИЗВЕСТНЫЕ СЛОВА. Словарь машины составляет 30-100 слов. С большим электронная Эллочка не справляется.

ГОВОРИТЬ ЗНАКОМЫМ ГОЛОСОМ. Кроме программ различения и ретуши фонем, воссоединения и сопоставления слов, в ЦВМ хранятся индивидуальные характеристики речи каждого оператора. Они многократно используются при ретуши. Если хочешь говорить с машиной, сначала представься, назовись, чтобы ЦВМ знала с кем имеет дело, а потом говори, но только с чувством, с толком, с расстановкой. А если кто, как сказочный волк, способен перековать свой голос, машина, естественно, отопрется-отворится.

Теперь справка. Разговор с машиной при словаре 50 слов и среднем темпе 20 слов в минуту требует 250000 слов в памяти и быстродействия в 50000 двухадресных операций в секунду. Много ли ото? Судите сами: еще в 1950 году не было машины, способной справиться ТОЛЬКО с подобным разговором, где уж там контролировать или управлять.

Как расширить речевые возможности ЦВМ? Быть может, использовать принципы адаптации? Идея адаптации, приспособления - один из самых сильных ходов кибернетики. Она появилась сначала в автоматическом регулировании, этом горниле способов контроля и управления. Если объект известен (написана его ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ - формула поведения при внезапном толчке), то к нему легко подбирается автоматический регулятор, подавляющий толчки. А если объект неизвестен? Или если его характеристики меняются в ходе управления?

Тогда либо нельзя выбрать регулятор, либо найденный для одного набора характеристик автомат не справится с новой ситуацией - станет подавлять не существующие толчки и бездействовать при действительных возмущениях.

Ситуация, когда объект регулирования известен, а характеристики его неизменны, встречается в современной технике гораздо реже, чем обратное положение... Прошу прощения, мне кажется, что приблизительность нашего разговора уводит нас от истины. Лучше по пунктам:

1. Методы выбора регуляторов для известных объектов - гордость каждого автоматчика. Это слияние дерзости математического замысла и филигранности исполнения. Это наша юность и это сегодняшний день тысяч установок и производств. Их характеристики изучают. Математически описывают. Если они ползучие, разумно замораживают. И регулируют, хорошо, полезно, надежно автоматически регулируют бесчисленные объекты. "Я классицизму отдал честь".

2. Но, кроме пространств, освещенных солнцем, которые охватывает молодая и ловкая теория, всегда остаются иные теневые участки. Ноздревы в науке на всякий случай заявляют, что и тот лес - тоже их. Деловые ученые понимают, что тот лес они не осилят, но деловым ученым некогда - они рубят, где получается. И только ученые совестливые все пишут, напоминают: там совсем не так, надо бы заняться, это важно.

3. Причудлива игра света и тени. Казалось, только все окрест было залито солнцем, а глядишь - солнце лишь на дальнем пятачке. Ты в тени и все в тени. В конце 50-х начале 60-х годов все чаще стали встречаться объекты-маски. Как выяснить динамические характеристики установки, которой реально нет (она еще на ватманском листе), как узнать характер до рождения? И, как быть, если характеристики эти быстро текут? Ракета, до краев наполненная топливом, и пустая ракета - динамические антиподы, а между двумя этими состояниями только минуты пути.

4. Остается приспосабливаться и к неизвестности и к изменениям. Например, так: регулятор шлет на объект пробный сигнал. По реакции на этот сигнал он судит о характеристиках объекта в данный момент. И находит соответствующее, сиюминутное воздействие. Объект переместился в пространстве характеристик (не путать с пространством параметров, о котором была речь, когда мы рисовали световым карандашом: здесь меняются не выходные величины, а внутренние свойства объекта) - регулятор-приспособленец тотчас же изменил свои воздействия. Возникли две следящие системы: одна - простая и быстрая - наблюдает за параметрами; другая - помудренее и помедленнее не упускает характеристик и служит для первой наставником.

Такова адаптивная система в автоматическом регулировании. Например, всережимный регулятор топлива для энергоблока. А в распознавании речи? Неизвестными объектами оказываются здесь новые люди и новые слова.

Сначала о людях. Машина может посылать свежим операторам пробные сигналы - просить их произнести те или иные слова, досконально известные ЦВМ. По этим словам машина выявляет особенности произношения - чужой прежде оператор становится добрым знакомым. Его речевая карточка присоединяется к карточкам известных машине операторов.

Не всегда и не всюду просьба произнести пробное слово уместна. Если оператор занят контролем или управлением, а машина начнет приставать со своими вопросами не по делу, то человек способен ответить словами, не включенными в словарь.

Вообще есть системы, где пробные сигналы никогда не допустимы,- они нарушают действие установки. В таких системах лучше пассивная адаптация. ЦВМ не просит оператора произносить заветное "люблю вычислительную технику", а сама выискивает эти слова в речи человека (однажды он сказал: "ЛЮБЛЮ Алену", в другой раз "На свалку бы эту ВЫЧИСЛИТЕЛЬНУЮ", а в третий "Отрабатывать надо футбольную ТЕХНИКУ". Машина невыделенные слова пропускает - не входят в словарь, а выделенные - обрабатывает, готовя пункт за пунктом речевую карточку). Пассивная адаптация занимает больше времени, зато ненавязчива.

Теперь о новых словах, об адаптивном расширении словаря ЦВМ. Машина принимается следить, как часто оператор произносит то или иное слово. Значение некоторых слов для нее "темно или ничтожно", но ЦВМ кропотливо накапливает относительные частоты. Если среди неологизмов (с машинной точки зрения "неологизмов", для человека - это добротные, исконные слова) есть устойчиво повторяющиеся, ЦВМ спрашивает у человека, что они означают, какова их семантика.

Оператор сообщает машине однозначные смыслы новых слов; многозначность недопустима - "игра слов" ставит машину в тупик. Человек указывает также роль слова в предложении, его поведение при сцеплении с другими словами, синтаксические особенности слова.

Машина переваривает неологизм: подгоняет под свои стандарты, снабжает своими ярлычками, указывает слову место в общей структуре. Слово за словом - крепнет, наливается силами распознающая структура.

Работы по адаптации при речевом вводе только разворачиваются. Оптимисты обещают "разговор с машиной на естественном языке в ближайшие годы", пессимисты напоминают о нелегкой судьбе машинного перевода, двоюродного брата распознавания речи. Ах, если б сегодняшние успехи адаптации сохранились и завтра и послезавтра, "если б навеки так было", ну, не навеки, лет на пять, тогда речевой барьер действительно исчез бы.

Ах, если б нейронные сети, такие понятливые ученики, все росли да умнели, лет пять назад мы владели бы искусственным мозгом. Суждено было иное - сети продолжали быстро расти, но умнеть стали медленно. Остановились на полпути к мозгу.

Где пройдет, где остановится адаптация? Исчерпаются ли ее кажущиеся сегодня беспредельными резервы? Найдется ли другой подход, способный подхватить ношу речевого ввода? Или человек предпочтет общаться с машиной иначе?

- Вот уж мало вероятно! Речь - слишком человеческий способ общения, чтобы дать обет молчания.
- Справедливо. Но оперативные ситуации разнообразны, и далеко не всегда впору разговаривать. Зачем заклинать: "Сезам, откройся!" - когда можно просто нажать кнопку?
- Спору нет, разумно "слов не тратить по-пустому, где можно власть употребить". Кнопки, ключи, контроллеры, задатчики, безмолвная речь щитов и пультов, не списывается в архив. "Слово изреченное" необходимо, если принимаются творческие решения, если контакты с машиной многократные, многоликие, прихотливые, не закостеневшие.
- Творчество не всегда выражается речами. Конструирование, проектирование, вся инженерная работа опирается на графический обмен. Монж назвал чертеж языком техники, чертеж, а не словопрения.
- Но бывают же случаи, когда речь...
- Какие случаи?
- Речь необходима, когда руки оператора заняты.
- Ситуация "нужен трехрукий" и ее разрешение посредством речевого ввода?
- Пусть так. В установках, осваивающих неизведанное, обе руки оператора могут оказаться заклятыми, тогда ему поможет язык. Или пришлось действовать в темноте - не управлять же на ощупь. Не исключены перегрузки и ранения, не дающие и пальцем шевельнуть...
- Руки заняты и у обыкновенного сортировщика посылок, и у токаря, и у программиста. Им набор, пусть небольшой, речевых команд оказался бы очень кстати.
- В современном производстве нередки опасные для жизни операции. Чтобы свести на нет опасность, принят следующий порядок: (1) оператор заполняет бланк, четко перечисляя будущие свои действия; (2) бланк проверяет и подписывает старший оператор; (3) младший вслух прочитывает очередной шаг и выполняет его, а старший - дает разрешение и следит за правильностью и полнотой исполнения. И так шаг за шагом. При речевом вводе старшим оператором может служить машина.
- Машина старше человека?
- Здесь это вполне уместно: от старшего требуются не прозрения, а пунктуальность. В ЦВМ могут храниться все описания - бланки опасных процедур. Вначале она покажет необходимый бланк человеку. Потом "спрячет бланк", а оператор произнесет вслух содержание первого своего действия. Если ошибок нет, ЦВМ разрешит исполнение. Проверит сделанное и станет ждать второй реплики оператора.
- Действительно, даже требование однозначности, столь сужающее возможности речевого ввода, здесь полезно: побуждает оператора к строгости.
- Существует третья, самая широкая область применения речевого ввода. Это обращения к информационному центру но телефону. Телефон - самое массовое средство оперативной связи людей между собой - все шире используют также для связи с ЦВМ, для получения справок от машины. Конечно, с телетайпа обратиться к машине легче - не требуется, распознавать речь. Но мыслимое ли дело - оснастить каждую квартиру телетайпом?
- А телефон уже стоит. И сеть связи готова. Как не попытаться этой проверенной сетью ловить новую, диковинную рыбу? И получается?
- Да, если набор вопросов строго определен, а человек произносит их по жестким правилам...

Мы начали обсуждение речевого ввода с телефона и пришли к телефону. Воистину все возвращается в круги своя. Только круги расширяются.

Телефон вводит информацию в машину. Естественно и ответ машины получить по телефону. Слушающая машина обязана стать говорящей.

Итак, сборка речей посредством ЦВМ. Определим поначалу составляющие, из которых станем собирать.

Лучше всего складывать из крупных блоков, из готовых фраз или даже целых сообщений. Диктор заранее наговорит все сообщения на ленту, а машина примется управлять магнитофоном - перемоткой ленты до нужного сообщения и включением звука.

Лет двенадцать назад мне передали на отзыв рационализаторское предложение, сделанное мастером Воркутинской ТЭЦ. Мастер придумал, как использовать многодорожечный магнитофон для помощи машинисту. Если главные параметры в норме, "нежный женский голос" время от времени успокаивает машиниста: "Сейчас на котле и турбине все в порядке, все в порядке". Чуть случается отклонение, "средний мужской голос" предупреждает: "Вакуум в конденсаторе падает!". Если отклонение опасно, вторгается "грубый мужской голос": "Аварийный рост давления! Принимай меры!"

Мастер из Воркуты знал, насколько загружен машинист наблюдением за приборами, насколько велик объем зрительной информации и пытался переместить хоть часть информационной тяжести со зрения на слух человека. Он был совершенно прав и очень изобретателен (ЦВМ, конечно, не использовалась - обошлись магнитофоном и сигнальными реле).

Это было остроумное предложение. А я дал на него, отрицательный отзыв. Из-за ненадежности. Вдруг порвется лента, не сместится головка, заест привод магнитофона, не услышать тогда машинисту ни нежного женского, ни грубого мужского голоса.

Сегодня выпускаются магнитофоны, основа которых - вращающийся в вакууме магнитный барабан. Над каждой из 96 дорожек - своя считывающая головка. Схемы бесконтактные. Среднее время работы до первого отказа - 20000 часов. Сегодня я говорю товарищу из Воркуты: "Извини, тогда нельзя было, но ты здорово придумал, и сегодня уже можно.
"Хотя сегодня разумно сделать несколько иначе, чем ты предложил. Не стоит записывать на магнитофонах сообщения целиком - слишком много места они занимают, долог их поиск, ограничен набор".

Попробуем собирать сообщения из отдельных слов, точнее из корней слов и аффиксов - частичек, прикрепляемых перед корнями или после них. Осколки слов наговорим на магнитофон, а ЦВМ поручим сшивать из них речи. Разнообразные речи. Жаль только, что вместе с приятным разнообразием является рой неприятных проблем и вопросов.

Что станется с ударениями? Не исчезнут ли паузы? Во что обратится ритм речи? Не потеряет ли речь естественность, не сменятся ли нежный женский и грубый мужской голос машинным чревовещанием?

Вопросы жалят; для защиты от них уточним термин: творение речи наивно называть простой сборкой, здесь главное не складывание, а взаимопроникновение и взаимовлияние; синтез речи - так вернее. А коли синтез, подходит ли магнитофон на роль синтезатора? Медлителен и неуклюж, не пара магнитофон цифровой машине. Машина ушла к вокодеру.

Вокодер - объединение генераторов, каждый из которых производит звук определенной частоты. ЦВМ управляет генераторами вокодера, как органист бьет по клавишам органа, отворяя и затворяя разные звуки на разное время. И ударения, и паузы, и ритм, все выражение речи определяется программами машины. В нашей власти указать различные способы произношения одного и того же осколка в зависимости от ого места в речи, в нашей власти обеспечить ускоренное произнесение одних слов и замедленное других.

Чем больше генераторов в вокодере (среди них, кстати, есть и генераторы шумов; если слегка приправить синтетическую речь белым шумом, приятность звучания возрастает), чем хитрее машинные программы построения слов и фраз, тем ближе искусственная речь к естественной. Простенький вокодер содержит десяток генераторов и обслуживается ЦВМ наряду с другими устройствами ввода - вывода, хороший аппарат включает пятьдесят генераторов и... ЦВМ. Да, вокодер поглощает вычислительную машину, для синтеза речи отводится небольшая ЦВМ - речевой процессор.

Мы снова встретились с машиной, обслуживающей только нужды отображения информации. С сестрами этой машины нам еще предстоит познакомиться.

Имея отдельный процессор, не резонно ли продолжить измельчение речи - с уровня корней и аффиксов опуститься до уровня фонем, образовывать слова и фразы слиянием фонем? Гибкость и универсальность увеличатся бесспорно. Фонемный синтезатор равно способен предостерегать машиниста и воспроизводить речи Цицерона. Но и рой сложностей густеет. Мало хранить в памяти ЦВМ портреты-спектры фонем, необходимо вооружиться и спектрами их сочетаний, так называемыми переходными спектрами. Если ограничиться парами фонем, требуются полторы сотни переходных спектров. А если учитывать тройки и четверки, число переходных спектров достигнет нескольких тысяч.

Что же выбрать: сборку из целых фраз, пословный синтез или слияние фонем? Зависит от назначения СОИ. Узкая специализация, словарь из нескольких десятков слов - подойдет сборка. Совмещение ряда специальностей, тысячи слов при простой грамматике - по мерке пословный синтез. Универсальность, богатый словарь, разнообразие грамматических форм - слияние фонем здесь в самый раз.

Монтажник электрических соединений обычно работает по схеме, то заглядывая в нее, то отрываясь для очередных действий. Синтетическая речь избавляет монтажника от обращений к схеме. Речевое устройство сообщает длину и цвет каждого проводника, точки его присоединения. Слушай, да повинуйся.

В описанном синтезаторе достаточен уровень целых фраз, первый уровень. Для котельного и турбинного машиниста подходит "1.1/2 уровень". То есть одну часть информации разумно представить, не размельчая, в виде устойчивых словосочетаний, а другую - в виде корней и аффиксов. Для большого информационного центра потребен "3-й уровень", фонемный синтезатор, отчасти ввиду многоликости запросов, а отчасти на вырост.

Речь - прекрасный способ вывода информации из ЦВМ. Человек уверенно воспринимает 150 слов в минуту, а при специальной тренировке скорость приема повышается до 300 слов в минуту. Слабое место оператора - склонность к пропускам "кусков" речи из-за потери внимания или постороннего шума. Монтажник, например, может "прослушать" очередную инструкцию, а машинист "не расслышать" отклонения.

Дело поправимое. Стоит только дать оператору в руки ключ управления речевым потоком. Поворот ключа, и фонтан красноречия остановлен; еще поворот - синтезатор повторяет сообщение, еще - продолжает свои речи. Если к ключу добавить задатчик, оператор подгонит под свои возможности и громкость и скорость вещания. Конечно, сигналы, не терпящие отлагательства, синтезатор произнесет и громко, и вовремя - власть переключателя с задатчиком на них не распространяется.

В последние годы число речевых синтезаторов стремительно растет: в США их было всего 400 в 1970 году, стало 4000 в 1972-м, а в 1975-м количество речевых ответчиков достигнет 15000 штук (не забудем, что каждый из ответчиков способен говорить с десятками пользователей). Цифровые машины становятся все разговорчивее, и это оттого, что речевой вывод проще ввода речи и практически гораздо далее продвинут.

Возник неприятный перекос, мешающий по-настоящему замкнуть контур речевой коммуникации человека и машины. Отдавая должное успехам антропотехники, мы не станем скрывать ее трудности. Пока речевое взаимодействие с ЦВМ происходит по старинной пословице: "Ты ей: горы, ох, а она тебе - горох".

ОДНИ НЕПРИЯТНОСТИ
За мигом миг, за шагом шаг
Впадайте в изумленье.
Все будет так - и все не так
Через одно мгновенье.
В.Шефнер

Командные аппараты воздействуют на машину, "интеллект" которой может быть меньшим или большим, но по сравнению с интеллектом человека всегда примитивнее. Поэтому и видов командных аппаратов намного меньше, чем типов индикаторов, устройств, обращенных к человеку, сообщающих оператору информацию. В армии индикаторов передовым отрядом, авангардом являются сигнализаторы. Они сообщают о ходе процесса, выполнении или невыполнении команд, предупреждают об отклонениях и нарушениях, несут горькую правду об аварийных ситуациях. Каждый сигнализатор говорит немного, но веско.

Простейший и самый массовый сигнализатор - это лампа накаливания. Ее зажигание извещает человека о некотором факте. Информацию несет также погасание дотоле горевшей лампы. В качестве признаков выступают яркость свечения лампы (не более 2-3 градаций, иначе неминуема путаница), переменность горения (мигание с различной частотой; оператор уверенно распознает 3-5 видов мигания) и цвет линз, под которыми устанавливается лампа (обычно используется 5-7 цветов, хотя человек в принципе различает сотни оттенков). Таково "личное оружие" сигнальной лампы.

Табло без текста - немудреный аппарат. Кроме лампочки, оно содержит цветную линзу да согласующее сопротивление. Со всех пультов глядят на вас такие табло - зеленые, красные, желтые глазки автоматики. Рядом с ними - на командном аппарате, в шильдике - рамочке или просто на столешнице - указано имя объекта, вестником которого является табло. Зажглась лампа - понимай, объект включен; погасла - отключен.

Мы говорили уже о принципе токовой цепи. Соблюдение его требует двух табло на объект, двух глазков - красного и зеленого. Горение одного из табло сообщает о текущем положении объекта; погасание обоих - о неисправности цепей сигнализации. Два табло контролируют и объект, и самих себя.

Более того, если использовать наряду с ровным и мигающий свет ламп...

Задвижка на подаче охлаждающей воды в конденсатор турбины. Ее вращает электродвигатель, путь задвижки между открытым и закрытым положениями занимает около двух минут.

Машинист турбины хочет знать "все о задвижке". Мы собрали нужные человеку данные в таблицу.



Прежде чем управлять, необходимо оценить исходное положение объекта. Потом - дать команду и убедиться в том, что задвижка подчинилась. Далее - желательно проследить, довела ли она дело до конца, не заело, не заклинило ли но дороге (такое случается и не только с задвижками!). Если все идет хорошо, остается лишь удостовериться, что задвижка пришла в новое, в конечное положение (которое окажется исходным при следующем переключении).

Зеленая и красная лампы сообщают оператору обо всем этом. Как и раньше, ровное горение одной из них (в таблице знак "+") определяет исходное (или конечное) положение, а погасание обеих ламп (знаком "-") обозначает неисправность электрических цепей. Ровное горение обеих ламп говорит о заедании.

Признаком движения задвижки служит сочетание ровного света лампы исходного положения и мигающего света лампы нового положения. Мерцание лампы помечено в таблице плюсом, охваченным кружком.

Удобно вышло! Скажем, задвижка была закрыта (горела только зеленая лампа). "Открыть!" - велел оператор, и к ровному свету зеленой добавился мигающий свет красной лампы. Пошла, значит, открывается... И вдруг красная лампа перестала мерцать, обе лампы горят ровно.

Заела, будь она неладна! (Впрочем, она уже есть неладна). Оператор повторяет свое "Открыть!". Опять замигала красная лампа - пошла, поехала задвижка, видимо, был случайный затор, а не серьезный отказ. В оба следит за задвижкой человек. Вот красная лампа перешла на ровный свет, а зеленая погасла. Значит, задвижка открылась полностью, достигнуто конечное положение.

Мы описали "ствол" алгоритма управления задвижкой, слегка окрасив этот алгоритм эмоциями,- на то он человеческий, а не машинный. Кроме "ствола", у алгоритма есть ответвления. Если (ветви алгоритмического древа всегда начинаются с "если") схема неисправна (признак - не горят обе лампы), то нужно вызвать дежурного прибориста - пусть чинит, да побыстрее. А если, заев, задвижка оказалась глуха к повторным командам оператора, остается послать туда обходчика. Он откроет задвижку вручную и устранит причину заедания.

Заметим, что возможности наших ламп не исчерпаны в таблице. Мигающий свет обеих ламп, как и мигающий свет одной при негорящей другой лампе - тоже признаки неисправности.

Наряду с табло без текста, на пультах проживают и в немалых количествах табло с надписями. Обычно такое табло содержит две лампы - для лучшей освещенности окна, а главное - для большей надежности. Лампы работают заодно, и должно крепко не повезти, чтобы они вышли из строя вместе; если же откажет одна лампочка, вторая, пусть вполсилы, но подсветит вытянутый прямоугольник окна.

Включаясь, лампочки делают видимым скрытый текст; отключаясь,- прячут текст во мраке. Текст этот, написанный на кальке, заключен между прозрачным и матовым стеклами - у окна табло двойные стекла с прокладкой - сообщением.

Сообщение подготовлено раз навсегда и ждет под матовым стеклом своего часа. Оно - не длинное, пять-десять слов, больше не уместится в окне табло. Текст может быть подтверждающим ("Аппарат #2 полностью включен"), оповещающим ("Приступить к стыковке"), предупредительным ("Давление масла упало") или аварийным ("Срыв циркуляции котла"). Названы только основные виды сообщений, проектировщик пульта применяет и другие, глядя по особенностям установки.

Табло с текстами - и учетчик сделанного, и советчик на будущее, и контролер безопасности системы. От имени установки табло говорят трафаретные, но необходимые речи. Чем больше табло на пульте, если они подобраны с умом, тем в более определенные рамки загнана установка, тем лучше и дальновиднее учтены вероятные вывихи в ее поведении, тем тщательнее предусмотрены ответные меры оператора.

В современных пунктах управления табло, как и кнопки, размещаются семьями; сам порядок их расположения часто мнемоничен.

Мы говорили, хоть и вскользь, о мнемоническом порядке, когда искали лучшее место на пульте кнопкам и ключам управления. Кнопки, ключи и примкнувшие к ним табло негоже сеять на авось: всякий человек - оператор тоже - предпочитает произволу порядок.

"Мнемонический" означает "напоминающий". Строй пультовых элементов обязан напоминать оператору об объекте управления. Схема объекта управления с ее разветвлениями и возвратами должна лечь на пульт, а кнопки и табло занять в ней положенные места, стать заместителями реальных механизмов и параметров.

Мнемосхема - подобие объекта управления, его уменьшенная копия, его отпечаток на пульте. Казалось бы, проектировщик пульта сделает отличную мнемосхему, если станет неуклонно следовать оригиналу. Но нет, на пути добросовестного копииста возникают и множатся трудности.

Объект управления трехмерен, его элементы размещены в пространстве, а проектировщик лишен третьего измерения, он рисует на плоскости. Были, правда, попытки сохранить объемность. Очевидцы рассказывают, что мнемосхема электропитания первой очереди московского метрополитена представляла собой макет. Маленькие, но очень похожие на настоящие, выключатели и трансформаторы были соединены между собой тонкими проволочками, а крепились проволочки на миниатюрных, тоже почти подлинных, опорах. Включился "большой" выключатель - зажглась красная лампочка, прилаженная к его "малому" подобию, отключился - вспыхнула зеленая лампа.

Вообразим себе на мгновенье, что некий умелец смастерил мнемосхему - макет современного энергоблока и презентовал ее оператору. Обрадуется ли человек-оператор подарку? Сомнительно.

Энергоблок представляет собой сгусток вентиляторов, насосов, подогревателей и многого иного, переплетенного между собой сотнями трубопроводов. Джунгли, в глубине которых тьма, а прорубать дорогу строго-настрого запрещено. Чтобы мнемосхема стала обозримой, нужно распутать переплетения, сгладить извивы, спрямить зигзаги, выделить главное и пренебречь второстепенным.

Нужна ли похожесть элементов мнемосхемы на их реальные прототипы? Ни к чему она, эта похожесть. Детальные муляжи сменились лаконичными символами: вместо миниатюрного трансформатора - пересекающиеся окружности, взамен электродвигателя - кружок с синусоидой в центре, роль задвижки успешно играют на мнемосхеме два сомкнутые вершинами треугольника.

Придумывая символы, проектировщики стремятся изобразить назначение элемента. Иногда это достигается намеком на его внешний вид (улитка - знак вентилятора), но чаще указанием сущности (внутри нейтрального прямоугольника наносится краткий буквенно-цифровой индекс, например "ПВД-3").

Путь от муляжей к абстрактным обозначениям прошли не одни мнемосхемы. Не могу отказать себе и вам, уважаемый читатель, в удовольствии перечитать отрывок из воспоминаний Виктора Шкловского "Жили-были":

"Изменялись вывески: на них пропадали рисунки и становилось все больше букв. Прежде по бокам трактирных дверей были изображены миски, булки, селедки на белых длинных блюдах. Все это на синем фоне. Над бакалейной лавкой рисовали сахарные головы и ананасы с зелеными перьями, а также конверты с марками; у окон магазина с готовыми вещами на синем фоне были нарисованы черные шубы с чуть подкрашенными воротничками.
"Позднее появились вывески из золотых выпуклых букв на черном фоне или написанные золотыми буквами на стекле.
"Еще позднее появились вывески, написанные на изнанке стекла.
"Букв на улице оказывалось все больше, а пестроты меньше..."

Так было на петербургских улицах в начале нынешнего века, так стало с мнемосхемами в пятидесятые годы. Символы - лаконичные, однозначно связанные с сущностью символизируемого, как правило, не повторяющие его внешний вид. Можно изображать сокола, если нужен мнемознак юного богатыря, можно кукушку - взамен одинокой женщины. Только сами изображения сокола и кукушки придется предельно упростить и не сплетать отныне с ними другие темные, таинственные, иносказательные смыслы.

Символы на мнемосхеме соединяются друг с другом линиями, изображающими возможные пути: богатырей к славе, вдов - ко второму браку, а энергии топлива - к электрической силе. Линии отличаются друг от друга цветом: пар - красный, воздух - голубой, мазут - желтый. Чем важнее элемент, тем крупнее его символ, чем существеннее линия - тем толще ее изображение на мнемосхеме. Размером знака передается его значение в контексте - этот прием использовали еще древние египтяне, когда фигуру фараона рисовали меньшей, чем фигуру главного бога, но большей, чем фигуры домашних божков.

Символы, цвета и размеры - вот палитра разработчика мнемосхемы. Число различных символов обычно не превышает 10, количество разрешенных цветов - 5, разнообразие размеров ограничивается 3 градациями. Возможности разработчика возрастают безгранично оттого, что вместе с символами он использует цифробуквенные имена элементов.

Станем рисовать мнемосхему энергоблока. Но прежде решим что представлять на мнемосхеме, а от чего отказаться.

- Представляйте все необходимое - и положение объектов управления, и отклонения параметров от нормы.
- Нельзя и положения и отклонения. Попытки построить такую мнемосхему уже были, она оказалась плохо читаемой.
- Увеличьте размеры мнемосхемы, устраните второстепенные элементы. Различимость улучшится.
- Здесь размерами не возьмешь. Дело в том, что схема энергоблока состоит из "пустынь" и "оазисов". "Пустыни" - участки блока, где почти нет точек контроля и объектов управления; "оазисы", наоборот, насыщены и управлением и контролем.
- Ну, и отлично! Исключим "пустыни", а "оазисы" прорисуем на мнемосхеме со всеми подробностями.
- Тогда выродится сама мнемосхема: вместо карты области, связывающей города, у нас - разрозненные планы городов.
- Каков же выход?
- Делать мнемосхему, отображающую только положения объектов управления.
- А сигналы отклонений параметров от нормы?
- Их разумно расположить вне мнемосхемы, но сохраняя мнемонический порядок.
- Мудрено понять.
- Ничего мудреного. Например, табло, следящие за температурой пара, построим в один ряд, слева направо, от входа к выходу пароперегревателя.
- Ага, а вторую нитку пароперегревателя станет символизировать такой же ряд табло...
- Конечно! Третья нитка - третий ряд, четвертая - четвертый.
- Мы получили колонну "по четыре", и в ней важны не только ряды, но и шеренги: оператор может сопоставить поведение пара в одноименных точках различных потоков.
- Справедливо; отклонение всегда выход из ряда вон, либо из шеренги вон.
- Мнемонический порядок - замечательная штука! Ему резонно подчинить, кроме табло, и ключи, и кнопки, и задатчики. Возникает идея вообще отказаться от мнемосхемы. Мнемосхема - демонстрация красот автоматизации, она больше нужна посетителям, чем операторам.
- Вы шарахаетесь из крайности в крайность: то отобразим на мнемосхеме все, то сотрем мнемосхему в порошок. На энергоблоке мнемосхема нужна для отображения взаимосвязей и положений объектов управления.
- Таково ваше личное мнение. Я вот, слушая вас, вспомнил щит энергоблока, разработанный одной американской фирмой. Без всяких мнемосхем - одни мнемопорядки.
- Неправа уважаемая фирма. С помощью математического моделирования доказано - неправа. Щит с мнемосхемой вдвое удобнее для оператора, особенно в режимах пуска и ликвидации аварии.
- Ах, так! И фирма заплатила неустойку?
- Ничего фирма не платила. Человек-оператор справляется, работая на обоих щитах, и со схемой и без нее. Только без схемы он иногда ошибается, да как наладишь учет редких и неприятных ошибок?
- Не доказано, выходит, что мнемосхема нужна, а фирма неправа?
- Исчерпывающе доказано.
- Чем же?
- Тем любопытным фактом, что американская фирма в новейших своих проектах устанавливает на энергоблоках мнемосхему. И функции ее такие же, как у мнемосхемы советских, являющихся обязательной принадлежностью блочных щитов с начала 60-х годов...

Оставим спорящих и вернемся к нашим табло. Когда бы мне не пришлось взглянуть на пульт энергоблока, в штиль или в бурю, ночью или днем, на нем всегда горело несколько табло. "Неусыпные стражи" - напыщенное, но справедливое определение для табло...

- И очень жаль, что неусыпные. Потому что, когда появляется новый сигнал среди уже имеющихся, когда зажигается новое табло, как его отличить?
- Звенит звонок или гудит сирена.
- Звонок или сирена - действительно всегда сопровождает табло, по нельзя придать каждому табло свой, отличный от иных, звонок, даже используя валдайские колокольчики. Звонок один на все предупредительные, а сирена - на все аварийные сигналы.
- Больше и не нужно. Оператора-то не зря учили - должен помнить, что случилось раньше, и по звонку легко находить вспыхнувшее табло.
- А если табло сотни, если одновременно горит около десятка, если разбросаны они по многометровому полю?..
- Тогда нужно как-то выделять вновь поступивший сигнал среди имеющихся.
- Нужно, но не всегда: оперативные новости быстро стареют. Бессмысленно, чтоб сигнал долго ходил в новичках.
- Не долго и не коротко. До тех пор пока оператор не примет его.
- А как выяснить, что человек уже заметил новый сигнал?
- Пусть сам оператор об этом и сообщит: нажмет кнопку. Заодно и сирена отключится...
Итак, снова необходим алгоритм сигнализации. Очертим поведение табло и сирены посредством таблицы:



После возникновения причины сигнала (например, отклонения параметра) табло зажигается мигающим светом и гудит сирена.

Оператор легко находит мигающее табло среди сигнализаторов, горящих ровным светом или вовсе потушенных. Приметив новичка, человек нажимает кнопку квитирования сигнала. Мигающий свет табло сменяется ровным, а сирена умолкает. Сигнал-новичок сделался сигналом-старожилом, и в таком качестве он пребывает до тех пор, пока существует возбудившая его причина (отклонение параметра). Когда отклонение исчезает, табло гаснет.

Горестный факт, факт нарушения мы выделили мигающим светом, а приятное сообщение проходит незаметно; меркнет свет табло - и все.

Нехудо бы найти дополнительный признак, оповещающий оператора о достигнутом. Здесь вполне подходит мигание другой частоты, неторопливое мигание табло.

Наша таблица приобретает вид:



Две верхних ее строки ничем не отличаются от таких же строк ранее поступившей и уже принятой читателем таблицы. Разве что быстро мигающий свет обозначен символом БМ, чтобы отличить его от медленного мигания - ММ.

После исчезновения причины отклонения (третья строка) табло не гаснет, а принимается медленно мигать. Обнаружив это мигание, оператор (четвертая строка) повторно квитирует сигнал, и табло потухает.

Оператор принудил строптивый параметр отступить, вернуться к нормальному значению. Оператор одержал победу. И пусть не раздается гром победы, пусть сигнал успеха менее приметен, чем сигнал опасности,- оператор удовлетворен.

Мы тоже были бы довольны, если б вновь поступивший, последний, свежий сигнал был бы и самым важным для оператора.

Нанесено возмущение. Внешнее - резко изменилась нагрузка энергоблока. Или внутреннее - нарушилось качество подаваемого топлива. Блок потрясен. Выражается потрясение в изменении его параметров, а потом, когда будут перейдены границы,- в сигналах отклонений. Разве самый важный параметр и самый ретивый? Чаще всего нет: большие скорости выбегов имеют параметры - попутчики, параметры, лежащие на поверхности, легковесные величины.

Важный, он в сердце установки. Он меняется чуть медленней, но от него зависит гораздо большее в судьбе процесса.

Часто бывает так. Но случается и иное. Есть особые возмущения, язвительные, что ли. Они жалят прямо в заглавный параметр, и тот начинает лихорадочно извиваться.

Не сложилось ли у читателя представление, что премьер-параметр всегда один и тот же, что меняются лишь возмущения?

Нет, и премьер, и распределение портфелей в кабинете параметров переменное, зависит от режима и возмущений на установке. Вновь поступивший сигнал - не всегда самый важный.

Значит, приняв его, оператор должен сообразить, какова роль этого сигнала. Каково его место в череде уже горящих табло. Обслужить его немедленно или ждать более существенного, который обязательно явится, чуть погодя? Мир сигналов - лишь преддверие к миру решений.

Мы хотим облегчить оперативные решения. Нельзя ли достичь этого обработкой сигналов с помощью ЦВМ?

Путь первый. Сортировка отклонений по их оперативной, текущей значимости. Превращение важности в срочность. Требования-сигналы, нуждающиеся в немедленном обслуживании, выдаются оператору без задержки. Требования, способные несколько потерпеть, ждут своей очереди. А сигналы, которым не к спеху, индицируются последними.

Путь этот - регулирование потока сигналов, поступающих к оператору, предложил доктор психологических наук Валерий Федорович Венда. Мне представляется, что натолкнула его на полезную мысль теория массового обслуживания.

Вы приметили, должно быть, что в последних абзацах язык наш изменился, появились необычные термины. Сигналы стали именоваться требованиями, их последовательность - очередью, а работа оператора - обслуживанием. Остается перекрестить и самого оператора. В теории массового обслуживания устройства, обрабатывающие требования, называют обслуживающими приборами.

В.Ф.Венда первый в нашей стране применил теорию массового обслуживания для математического анализа работы оператора за пультом. Первый он усмотрел в сигналах поток требований и выявил законы, которым повинуется этот случайный поток. Раньше других ученых пытался оцепить способность человека-оператора к обслуживанию, интенсивность обслуживания живого прибора. Учел, что оператор сортирует требования, находит их приоритеты. Увидел, что сортировка пожирает самое ценное - оперативное время, что, сверх того, она вызывает ошибки. Обнаружил очереди необслуженных требований, малые и быстро тающие при нормальных режимах, но грозные и неотвратимо растущие в лихую годину аварии.

Человек за пультом в ярком свете новой математической теории - вот, что предстало перед Валерием Федоровичем Вендой. Этого с лихвой хватило бы академическому ученому. Но Венда слишком психолог, чтобы не сочувствовать бедному человеку-оператору. И слишком инженер, чтобы не придумать, как облегчить его бремя. Он предложил регулировать поток требований, заменить суету сигналов степенным их следованием.

Путь второй. Построение из сигналов схемы причинно-следственных связей. Установка - не облако в штанах, в ней есть определенные связи между параметрами. Связи старшинства: вначале яйцо, а потом курица. Связи количеств: параметры-близнецы меняются одинаково, параметры-антиподы движутся в разбежку, а между ними - обширное поле параметров с различными степенями родства. Динамические связи: параметры во времени меняются согласно. Согласно - не значит одинаково, параметр - реакция не вдруг и не рабски следует параметру-стимулу, но его задержки, характер роста, способность к успокоению, законопослушны.

Если установка изучена, если названные и другие связи известны, то сигналы разумно заключить в соответствующую схему, в схему причинно-следственных связей.

Теперь вновь поступивший сигнал явится не сам по себе, а в достойном окружении, на своем законном месте. Теперь очевидно, кто ведущий, а кто ведомый. Зная динамику, и будущее предсказывать можно. Старые, принятые сигналы, горят в схеме ровным светом, вновь поступившие - мигают, а будущие, которые скоро появятся,- слегка подмигивают, мол, ждите нас. И тем самым определяются решения оператора.

- Наступает ясность,- сказал бы Анатолий Иванович Галактионов, неутомимый рисовальщик и на бумаге, и на пультах схем причинно-следственных связей.


Рис.8. Дерево причинно-следственных связей (отклонений от нормы).

К своим схемам-деревьям (рис.8 ) он, как и Валерий Федорович Венда, пришел, математически описывая решения человека-оператора. Его дорожным посохом была не теория массового обслуживания, а теория информации.

Итак, пред нами предстали несколько алгоритмов сигнализации. Три первых - индикация задвижки, выявление вновь возникших отклонений, выявление и отклонившихся и вернувшихся к норме величин - очень просты. Их осуществляют несложные схемы.

Алгоритмы регулирования потока сигналов и формирования причинно-следственных связей гораздо мудренее. Здесь не обойтись без вычислительной машины. Она преобразует входные величины и выдает результат.

Куда? На площадки пульта, специально отведенные для табло, разумеется. Из многих табло зажгутся только необходимые. Установлено, что из 150-300 сигнализаторов, обслуживающих энергоблок, горят 15-30, всякий раз иные, но общее число их не превышает тридцати. Работают 30, а место па пульте отдай всем тремстам - на всякий случай.

Если б иметь многотекстовое табло - одно на несколько сигналов... Скажем, барабан, на стенках которого находятся полоски - надписи. Барабан вращается, против окна останавливается нужная полоска. Разместив внутри барабана лампы, можно и подсветить надпись.

Многотекстовое табло удобно для индикации хода процесса: одно за другим завершаются события, надпись за надписью сообщает о них табло. Оно годится также для извещения о разобщенных, никак не связанных явлениях, возникающих время от времени. Но не для совместных сигналов, не для тех, время возникновения и существования которых хоть отчасти совпадает.

Поэтому табло-барабан не склонно к сигнализации отклонений параметров. Автор не раз пытался поделить параметры энергетического блока на "группы несовместных". У него даже получалось - "с точностью до второго взгляда", как говорят проектировщики. Критический "второй взгляд" откапывал совместность. В конце концов оставались не группы, а группки, 2-4 параметра в каждой. Игра не стоила табло.

Но, быть может, здесь перспективнее путь конструирования сообщения? Надпись на табло - не речь Цицерона, скорее уставный рапорт.

Что если доставлять ее оператору по частям? Электрическая распределительная подстанция состоит из многих ответвлений (фидеров) с одинаковой аппаратурой, значит, и одинаковыми сигналами. Разница - лишь в имени фидера.

Строим сигнальную таблицу. Строки ее ~ названия событий, столбцы - имена фидеров. На пересечениях размещены табло. При зажигании сигнала оператор легко определяет, что и где приключилось. Таблица полнодоступна - обеспечивает одновременно и одно сообщение, и два, и все сообщения сразу. Она, кстати, проще и надежнее табло-барабана - нет вращающихся частей.

К сожалению, большинство сложных установок не содержит и трех одинаковых узлов. Чтобы добиться своего, конструктор установки собирает воедино самое разнообразное оборудование, не сходное и по принципу действия, и по поведению. Сообщения-сигналы от таких узлов и их переплетений по строкам и столбцам разложишь не вдруг.

Нужен лингвистический анализ сообщений, разбивка их на составляющие.

Сигнал отклонения для энергоблока обязательно содержит вид параметра-нарушителя: температура ли это, давление ли, расход, уровень или напряжение. Необходим также вид среды - вода, воздух, газ или масло. Требуется обозначить место отклонения, адрес в схеме установки, например, вентилятор, насос или перегреватель. Наконец, отнюдь нелишне сказать, что случилось, определить вид отклонения: высоко, низко, предупреждающий пли аварийный сигнал.

Такие элементы сообщения, как вид среды или адрес, сами могут состоять из нескольких слов. Например, "Перед дутьевым вентилятором 2" - типичный адрес, содержащий собственное имя ("вентилятор"), определение-уточнение ("дутьевой"), номер узла ("2"), а также указание, ко входу или к выходу узла относится сообщение ("перед").

Сообщение не обязательно содержит все составляющие. Например, в сообщении "Температура первичного пара высока" - пропущен адрес узла, так как сигнал относится к установке в целом. В другом сообщении "Давление на выходе испарителя 2 аварийно низко" - отсутствует вид среды: оператору заведомо известно, что на выходе испарителя бывает только водяной пар.

Лингвистический анализ показал, что для энергоблока число составляющих любого сообщения не превышает восьми, а число значений каждой составляющей колеблется от четырех до десяти.

Если взять восемь барабанов и нанести на гранях каждого барабана от четырех до десяти надписей, если собрать эти барабаны в заданном порядке за общим окном, то мы получим сегментное табло. Чтобы сообщения сегментного табло не выглядели неграмотными, необходимо "обрубить" составляющие - лишить их рода, числа и падежа, писать "первичн" вместо "первичный". Человек-оператор, считывая сообщение, мысленно восстановит согласование слов.

Более радикальное средство - использовать для сегментных сообщений специализированный язык, например знакомый уже нам ЯЗОН. Тогда сигнал "Температура дымов, газ. перед конвективн. пароперегревател. 1 аварийно низка" заменится сигналом Т -> [ДГ|КП1] \/. Проблема согласования слов исчезает.

Технических способов формирования сообщения из сегментов известно несколько - о них речь впереди. Но уже теперь явственно видна характерная черта сигнализации - теснейшее переплетение лингвистической, алгоритмической и аппаратной сторон дела. Хороший сигнализатор един в трех лицах.

Сигнализаторы исправно служат в системах отображения. Сообщают и доброе и дурное. Доброе проходит и не запоминается, а неприятности остаются в памяти операторов надолго.

- В древности за плохую весть казнили!- ненавидяще глядя на табло, которое в четвертый раз за последний час вымигивало отклонение,- сказал Николай Яковенко, старший оператор Трипольской ГРЭС. И продолжал стихами:

Как услышал царь-отец,
Что донес ему гонец,
В гневе начал он чудесить
И гонца хотел повесить.

Одновременно с чтением Пушкина Николай произвел ряд переключений. Табло угомонилось.

ЗАЧАРОВАННЫЙ ЦИФРОЙ


"Форма цифров арабских составлена из следующей фигуры: АД(1), АВДС(2), АВЕСД(3), ВД+АЕ(4) etc. Римские цифры составлены по тому же образцу".
А.С.Пушкин

Состояние объекта контроля и управления, значения его параметров важно выразить количественно - числом.

Простейший способ цифровой индикации объяснен на рис.9, слева. Используется линейка, состоящая из шестнадцати ячеек. В ячейках на неизменных местах хранятся, ждут своей очереди скрытые цифры. Цифра становится видимой оператору, когда включится подсветка ячейки. Такая линейка есть в домовом лифте. Она очень удобна. Число ячеек в линейке равно числу этажей. Освещенная цифра указывает этаж, на котором находится кабина. Смена цифр говорит о движении: ее направление (вверх или вниз по линейке) соответствует направлению движения, а частота - скорости перемещения. Если кабина застряла, цифры не сменяются.


Рис.9. Цифровая линейка (а) и цифровая матрица (б, в).

Отличный индикатор! Простой, четкий и мнемоничный.

Отличный, но только для данного случая. Во многих системах необходимо индицировать большие числа, например от 0 до 999. Не делать же линейку с тысячью ячеек!

Разумно использовать позиционность нашей системы счисления. Отведем специальные линейки для сотен, десятков и единиц. В каждой линейке - десять ячеек, десять скрытых цифр - 0, 1, 2, ... 9.

Совместим линейки - образуется ИНФОРМАЦИОННОЕ ПОЛЕ - МАТРИЦА. На матрице можно высветить любое число - от 000 до 999. Если число состоит из одинаковых цифр, то расположены они рядком, число выглядит привычно (см. рис.9, справа, сверху). Значительно чаще число содержит разные Цифры. Тогда оно напоминает трех бегунов на разных дорожках (см. рис.9, справа, снизу). Чтобы прочитать число, оператор вынужден воссоединять разбежавшиеся цифры. Мало того, взаимное положение цифр причудливо меняется при изменении индицируемого значения. Скачущие цифры, столь уместные для лифта, вынуждают теперь оператора обшаривать взглядом все информационное поле.

Неудобно - отнимает время, вызывает ошибки. Вот если б числа являлись перед нами в нормальном виде, цифра за цифрой, на одной строке!

- Пожалуйста,- ответит техник,- нужно только отказаться от неизменных мест для цифр, сделать цифры подвижными, чтобы взаимным перемещением их можно было собрать в число. Например, нанести цифры 0, 1, 2 ... 9 на обод разрядного колеса, как это показано на рис.10. Разрядные колеса вращаются независимо, а в окне индикатора появляется нужное число. Так устроены самые настырные индикаторы, те, что требуют плату за электроэнергию или за проезд в такси (а).


Рис.10. Принципы построения цифровых указателей: а - цифровые колеса; б - пакет пластин; в - составляющие пакета: 1 - стеклянная пластина с отверстиями, образующими цифру; 2 - лампочка; г - проекционная система.

"Поставить цифры на колеса" - не единственный способ сообщить знакам подвижность. Если нанести цифры на карточки, да собрать карточки в книжку (десять страниц на разряд), то отыскание нужного знака производится перелистыванием. Если из карточек образовать пакет, то искомую цифру можно вытащить из колоды.

До сих нор мы использовали механические приемы для доставки цифр; позовем теперь на помощь оптику. На рис.10 изображены два оптических цифровых индикатора - пакетный (б) и проекционный (г).

Пакетный индикатор тоже содержит колоду карточек, но карточки эти стеклянные. На каждую карточку нанесена цифра, только не нарисована, а высверлена. Цифру образуют маленькие отверстия в стеклянной пластинке. И каждая пластинка имеет лампочку-осветитель (в).

Главная хитрость тут в том, что лампочка подсвечивает пластинку в торец. Лучи проходят через карточку равномерно, освещая все ее тело, все, кроме мест, где есть сверления. Здесь лучи преломляются. Значит, скрытая цифра проявляется, выглядит темной на светлом фоне.

Где бы ни стояла подсвеченная пластинка в пакете, первой ли или последней, соответствующая цифра хорошо видна оператору, а остальные цифры - почти не видны. Происходит ото потому, что лучи света, несущие изображение глазу, проходят либо через стекло, либо через отверстия в чужих пластинах; и то и другое равно прозрачно для них. Остроумный конструктор индикатора сумел сочетать преломление и пропускание света и, играя на этом сочетании, добился и неподвижности цифр, и линейности образуемого ими числа.

Проекционный оптический индикатор, тоже показанный на рис.10, использует любимую дочь оптики - линзу. Даже сразу одиннадцать дочерей. За десятью линзами находятся кусочки пленки с цифрами и лампочки-осветители. Расположены эти линзы на полусфере таким образом, что лучи от любой из них попадают на одиннадцатую линзу - собирательную. Она проецирует изображение подсвеченной цифры на экран - матовое стекло. Собственно, здесь в каждый разряд индикатора спрятано десять миниатюрных волшебных фонарей. Идею изящной не назовешь, зато хороша конструкция.

Проницательному читателю давно не терпится задать вопросы. Отчего это непременно нужно доставлять цифру целиком, вращая при этом колеса, перелистывая книги, тасуя колоды или используя оптические эффекты? Не лучше ли собрать горемычную цифру из частей, как это остроумно предлагал Пушкин? Поэт нашел, что для составления любой из "цифров арабских" достаточно восьми палочек. Как выглядят пушкинские цифры, видно на рис.11,а. Наименее правдоподобна "пятерка", зато "тройка", "шестерка", "семерка", "восьмерка", "девятка" и "нуль" - вполне удовлетворительны. Заметим, что палочка ВС работает лишь дважды - при сборке "девятки" и "нуля". Если ВС заменить здесь суммой ВЕ+ЕД, начертание слегка ухудшается, а набор палочек сведется к семи - прямая экономия.


Рис.11. Формирование цифр из сегментов:
а - восьмисегментный указатель (по А.С.Пушкину); б - семисегментный указатель; в - двенадцатисегментный указатель; г - вид цифр на двенадцатисегментном указателе.

Наряду с пушкинской на рис.11,б показана фигура, которой чаще всего пользуются сегодня при сборке цифр. В ней семь палочек-сегментов, а порождаемые ею цифры несколько разборчивее пушкинских.

Чем больше СЕГМЕНТОВ участвует в формирования цифры, тем становится она разборчивее, ближе к образцам из прописей, ио и тем дороже обходится индикатор. Экономы пытались уменьшить число сегментов до пяти. Цифры получаются топорные, слабо различимые.

Свободные художники стоят за двенадцать сегментов рис.11,в). Цифры при этом не только хорошеют, но и становятся более устойчивыми, защищенными (рис.11,г).

В семисегментном индикаторе, если из-за неисправности не возбудится одна из частей, оператор увидит ложную цифру: единицу вместо семерки, тройку вместо девятки. Ошибка в показании толкает оператора к сомнительному решению; оперативные решения не копятся впрок - становятся действиями; хаотические действия сбивают объект управления с правильного пути, а лгун-прибор сообщает об улучшении. Лавина ошибок нарастает, и госпожа Авария уже плещет своими крылами за стенами щита управления.

Возможно иное развитие сюжета. Прибор врет, а человек не верит. "Невероятно!- думает оператор.- Только что все было хорошо, за минувшие мгновения объект не способен далеко убежать. И другие измерители подтверждают: невероятно". Оператор зовет прибориста, чтобы тот проверил прибор, а сам действует, будто лгуна вовсе не существует. Госпожа Авария не смеет и высунуться.

Пара "прибор - оператор" оказывается то ненадежной, то надежной. То опять ненадежной, если предположить "поломку" в человеке, а не в приборе. Оператор ошибся: принял "семерку" за "единицу" и "девятку" за "тройку", возникло странное умозаключение, последовали действия наобум. Авария тут как тут - ей безразлично, где родилась ошибка - в человеческом или в машинном звене системы. Чем сложнее человекомашинная система, чем хитрее переплетены человеческие и машинные звенья, тем труднее выявить истинную ее надежность и тем важнее это сделать. Загадку надежности человекомашинных систем разрешил Анатолий Ильич Губинский. Профессор Губинский - ученый и моряк; морское происхождение объясняет, быть может, его пристрастие к надежности: попытаемся сделать человекомашинные системы непотопляемыми.

Компасом в его попытках служила теория надежности. Компас сам был не очень надежным: теория предназначена для оценки машин, легко ли вместить в нее человека с его напряженностью, усталостью, раздражением, нервными срывами?

"Чистые" психологи негодуют: и не вмещайте, исказите только! Анатолий Ильич понимает "немашинность" человека, но понимает и другое: смешно говорить об отдельной математике для описания машин и отдельной - для людей. Математика едина, ее ветвь - теория вероятностей и отросток этой ветви - теория надежности прививаются к самым различным процессам, к рождению звезд и к сумятице мыслей. Все дело в тонком понимании хода процесса, в умении аккуратно формализовать процесс, выбрать действительно существенное и отбросить второстепенное. Здесь и решается, овладеют ли формулы сущностью процесса.

Умно развитые формулы теории надежности пошли на приступ. Ход штурма: подробное описание действий оператора, выделение в этих протоколах повторяющихся частей (типовых алгоритмов), тщательная оценка надежности выполнения человеком типовых алгоритмов, вычисление общей надежности системы.

Если частная, а тем более общая надежность оказывается недостаточной, проектировщик человекомашинной системы меняет ее составляющие. Берет, например, вместо семисегментного цифрового прибора двенадцатисегментный. Теперь ошибка невозможна: либо мы прочитаем цифру правильно, либо образуется комбинация сегментов, не имеющая смысла, что свидетельствует о неисправности.

Можно еще увеличивать число сегментов. Взять 15 или 25 частей. Внешний вид цифры и ее устойчивость только выиграют от этого. А сами сегменты обезличиваются: из полосок-прямоугольников, расположенных в определенных местах поля индикатора, они все более обращаются в строй одинаковых квадратиков. Или, если угодно, кружков.

Будем называть такие кружки "точками", а способ построения цифры - точечным. Мы снова вернулись к оперативному полю-матрице, только раньше ячейкой поля служила целая цифра, а теперь - точка, малый элемент цифры. Матрично-точечные цифры - давние наши знакомые. Они появляются на табло в метрополитене, на спортивных табло, на руках и груди иного моряка...

Выходит, цифру можно добыть тремя основными уловками: доставить на оперативное поле целиком, собрать прямо на поле из частей - сегментов, татуировать - выколоть по точкам.

Есть и четвертая уловка, которую и уловкой-то называть негоже, так она естественна для нас. Цифру можно нарисовать. Если система отображения заполняется человеком, например, если это доска, на которой мастер указывает мелом процент выполнения сменного задания,- рисование наиболее простой прием индикации цифр. А если информация поступает от автомата, рисование - самый сложный прием. Схеме куда легче доставить, собрать или татуировать! Но об этом речь впереди, а пока вернемся к цифровым приборам, не к принципам - к устройствам.

И тут открывается перед нами поразительная область, где физика, химия и конструкторская изобретательность соревнуются, чтобы добиться четкости цифр, хорошей их различимости, нужных габаритов, удобного сочетания с автоматами, долговечности, дешевизны. В борьбу за образцовый прибор втянуты и явления разряда в газах, и электролюминисценция, и свечение полупроводников, и вращение плоскости поляризации в ферроэлектриках и...

Но прежде чем уйти в эти новые области, отдадим должное привычным механическим, электромагнитным и электрическим измерителям.

Механический прибор в век электроники, казалось бы, вещь безнадежно устаревшая. Скрипят, вращаются оцифренные колеса, выскакивают в окошечко числа...

Но давайте мысленно установим механический индикатор в современный космический корабль. Неуместно?

В космическом корабле много вращающихся механизмов. Наш индикатор удобно сопрягается с ними. Он легок, компактен.

Да, но это - не светящийся индикатор. Нет таинственного зеленого или голубого мерцания - просто выгравированные и залитые желтой краской цифры на черном фоне.

И отлично. Сочетание желтого с черным наиболее контрастно (об этом знали еще древние египтяне), а то, что цифры считываются в отраженном свете - важное достоинство для космических условий. Порою кабина корабля очень ярко освещена, залита солнцем. Светящийся индикатор, чтобы быть хорошо различимым, должен оказаться еще ярче. Нашему индикатору внешнее освещение - не враг, а помощник: чем оно сильнее, тем лучше различаются цифры.

Механический цифровой прибор - вполне приемлемый кандидат в космонавты, хотя навряд ли он станет играть заглавные роли в бортовой системе отображения информации.

Электромагнитный прибор. Принцип его действия очевиден: импульсный электромагнит перелистывает книжку: что ни импульс, то страница. Или индивидуальные электромагниты извлекают карточку из колоды, подобно тому, как высвечивают ее индивидуальные лампочки в пакетном оптическом индикаторе. Во втором случае требуется больше электромагнитов, чем в первом, зато цифра выпадает из колоды сразу. (Такой прибор называют устройством с произвольной выборкой - в отличие от последовательной выборки при киижечной конструкции).

Электромагнитный прибор обладает памятью (выбранные цифры фиксируются до смены), энергия потребляется им только во время изменений. Этими качествами, как и считыванием показаний в отраженном свете, он близок к механическому прибору.

Однако если механический прибор приспособлен только для доставки целых цифр, электромагнитный - может использовать сегментный и точечный принципы индикации.

Передо мной - американский патент, опубликованный в 1969 году. Заявляется устройство, представляющее собой матрицу ячеек. В каждую ячейку помещен шарик. Шарик изготовлен из немагнитного материала, но в определенном месте в него встроен постоянный магнит. Ячейки заполнены прозрачной жидкостью так, что шарики плавают в ней. Передняя стенка матрицы - тоже прозрачная. А за ячейками находятся индивидуальные электромагниты.

Когда в соответствующий электромагнит поступает ток, шарик поворачивается. Его полушария окрашены в контрастные цвета: невозбужденные шарики служат фоном, а возбужденные изображают заданную цифру.

В другом патенте, бельгийском, опубликованном в том же 1969 году, роль шариков играют диски, причем изобретатель подвешивает их на нитях.

Электромагнитные индикаторы далеко еще не исчерпали свои возможности. Тут есть над чем поломать голову.

Последний из традиционных элементов - цифровые указатели на лампах накаливания. С двумя из них - пакетным и проекционным - мы уже знакомы. В обоих лампы накаливания используются косвенно - для подсветки внешних изображений. В 1965 году была сконструирована лампа - сегментный прибор. Семь нитей накаливания, образующие уже привычную для нас фигуру, находятся внутри лампы. Цифра собирается из светящихся нитей и видна через стекло колбы.

Точечный указатель на лампах накаливания возникает "сам собой", если принять каждую лампочку за точку. Практически это вполне осуществимо в больших, демонстрационных табло. А в малых, компактных приборах?

Противники ламп накаливания (а их достаточно) скажут: невозможно. Даже малая лампа имеет изрядные размеры, ей не в пору объявляться точкой. И вообще пришла пора избавиться от ламп накаливания. Большое потребление энергии, выделение тепла, боязнь вибраций, малый срок службы и внезапные отказы - не достаточно ли провинностей, чтобы подать в отставку?

Лампы накаливания - ветераны отображения информации. Мнится, вот-вот их заменит "молодежь", то ли нечто оптомагнитное, то ли жидкокристаллическое. Но лампы упорно не желают уходить из панелей и пультов.

Большие габариты? Конструкторы сжимают диаметр баллона лампочки до 3мм. Много? Еще сжатие - теперь 1мм. Снова великовата? Из-под пресса конструкторской мысли является Микродюймовочка - лампа диаметром 0.4мм. Значит, можно строить компактные матрицы, можно татуировать небольшие цифры.

Потребление энергии, выделение тепла? Удалось повысить светоотдачу ламп в 3-4 раза.

Боязнь вибраций? Продуманы виброустойчивые лампы, их толстые и короткие нити не рвутся даже от резких ударов.

Поразительна эта "приспособляемость" ламп накаливания ко все более жестким и суровым условиям! Лампы продолжают служить на тысячах мобильных и стационарных пунктах управления. Они проникают в новейшие проекты систем отображения, да не просто проникают, а захватывают обширные и важные участки.

С лампами накаливания получается проще. С лампами накаливания получается дешевле. А без ламп накаливания - не получается.

Боюсь, иной читатель давно зачислил автора в ретрограды. Но давайте договоримся так: если в пульте корабля, отправляющегося на Марс, не окажется ламп накаливания, автор признает себя безнадежным консерватором. А если они обнаружатся, интересно, какими будут тогда лампочки накаливания? Только уменьшатся, сохранив индивидуальность? Или интегрируются в матрицу, в плоский экран, растворятся в коллективе? Встретимся в 1982-м.

А пока обратимся к новым способам отображения. В промышленности с середины 50-х годов широко используются электролюминисцентные приборы: сегменты цифры наносятся на подложку специальным составом, начинающим светиться при подаче напряжения, переменного напряжения около 200 вольт и 400 герц. Свечение зелено-голубое, что вполне в духе "века телевидения" (и не случайно: экран телевизора тоже покрыт люминофором). Эти приборы, к сожалению, быстро стареют: через тысячу часов службы светятся уже вполсилы. Поэтому электролюминисцентные приборы традиционного типа (их называют "толстыми") вот-вот снимут с производства. "Толстых" вытесняют "тонкие", электролюминисцентные пленочные устройства: компактнее, меньше потребляют, долговечнее.

Не менее электролюминисцентных распространены приборы газоразрядные. По привычке их называют "лампами Никси" - так окрестила в начале 50-х годов лампу тлеющего разряда удачливая американская фирма. В колбе "Никси" размещены десять катодов, имеющих форму арабских цифр. Подав напряжение на один из катодов, мы заставим светиться газ вокруг него - очертится оранжево-красная цифра, хорошо видимая через дно колбы. Другие катоды - цифры, хотя и не светятся, но тоже, увы, просматриваются. Катоды расположены друг за другом, собраны в пакет, значит, разные цифры по-разному удалены от наблюдателя.

Лично у меня "Никси" вызывают раздражение: полным-полна колба электродами, обнажены все внутренности. Психологи, однако, тщательно исследовав работу оператора с "Никси", признали лампы пригодными для большинства применений. И надежность газоразрядных цифровых приборов в несколько раз выше, чем электролюминисцентных. И запоминать поданную информацию они способны - тоже не в пример электролюминисцентным.

На пульте редко устанавливается единичный цифровой прибор, чаще - несколько в ряд, чтобы высвечивать числа. Значит, полезна "многоразрядная лампа тлеющего разряда", "Никси", в корпусе которой находится несколько цифровых указателей. У такой лампы общий анод и столько групп катодов, сколько разрядов в числе. Колба лампы соответственно вытянулась, стала похожей на пробирку, а цифры видны не через дно, - через стенку колбы.

В "лампах Никси" цифры доставляются целиком. В 60-х годах удалось создать газоразрядный прибор с катодами-сегментами, расположенными в одной плоскости. Лампа тлеющего разряда обратилась в плоский индикатор, по форме похожий на "толстый" электролюминисцентный прибор.

Разряд создает в газе низкотемпературную плазму. Отсюда название младшей сестры "лампы Никси" - плазменная панель. Устройство плазменной панели (рис.12) напоминает конструкцию планшета для контактного карандаша. Тоже бутерброд, но стеклянный. Средняя пластина - с отверстиями, а на крайние, сплошные пластины, напылены золотые электроды. Электроды представляют собой очень тонкие и потому прозрачные полоски, расположенные параллельно. Пластины панели размещаются таким образом, что электроды одной оказываются перпендикулярными электродам другой, а в перекрестья электродов попадают отверстия в "сыре". Панель сжимается, герметизируется, воздух в образовавшихся ячейках заменяется смесью аргона и азота.


Рис.12. Плазменная панель: 1 - вертикальные шины; 2 - пластина с отверстиями; 3 - горизонтальные шины; 4 - источник питания.

Цифры на плазменной панели высвечиваются способом татуировки. Для этого на пару шин подается напряжение зажигания. Ячейка в перекрестье пары засвечивается, напряжение переключается на следующую пару, а на предыдущей - сохраняется лишь потенциал подпора, чтобы не погасла. Точка за точкой на экране является "из пламя и света рожденное слово".

Кстати, дотошные психологические исследования показали, что растр 5*7 точек обеспечивает терпимое распознавание человеком цифр и букв. Вспомните телетайп. Мы знаем уже о новейшей конструкции этого прибора, в которой знаки на бумажную ленту наносятся "с помощью небольшой печатающей головки, состоящей из 35 тепловых элементов". 5*7 и равняется 35. Следовательно, в телетайпе принят метод татуировки знаков, такой же как в точечных цифровых индикаторах.

Психологи одобрили матрицу 5*7 точек, но установили еще, что в условиях постоянной нехватки времени лучше растр 7*9 точек. Сами точки должны быть круглыми, квадратики - хуже, прямоугольнички - совсем никуда. Цифры, построенные из сегментов, воспринимаются человеком-оператором менее уверенно, чем "сплошные" и "точечные" цифры.

Плазменная панель одобрена не только психологами. Она устраивает также специалистов по ЦВМ, потому что имеет координатное управление. Только напряжение управления очень высоко - 250 вольт, да еще при частоте 50 килогерц. Цифровая машина работает на постоянном токе; уровни напряжения у нее в 20, а то и в 30 раз ниже. Получается неувязка, требуются специальные согласующие устройства.

Светоизлучающие диоды полностью совместимы с ЦВМ. Тело диода сложено из фосфида или арсенида галлия, это полупроводниковый прибор. Достаточно постоянного напряжения в несколько вольт при миллиамперном токе, чтобы диод начал светиться. Свет диода - оранжевый или красный, добавка серы и теллура дает зеленый или желтый цвета. Диод формуется в виде сегмента, а из сегментов обычным способом складывается цифра. Другой путь - точечная матрица и татуировка.

Самыми юными в семье цифровых являются жидкокристаллические приборы. Две стеклянных пластины. Внутренняя сторона одной из них зачернена, чтобы служить фоном; сюда же напылены металлические сегменты - электроды. Между пластинами тонкий слой (0.3мм) жидких кристаллов, искусственного органического соединения с двойственным поведением. Если напряжение на электроды не подано, жидкие кристаллы напоминают твердое тело. Подобно кварцу они обладают упорядоченной структурой, состоят из множества сигарообразных молекул, уложенных, как спички в коробке. Только эти "спички" прозрачны - оператор видит темный фон, ничего более. При подаче напряжения на электроды жидкие кристаллы ведут себя подобно жидкости: молекулы в районе сегмента поворачиваются и сильно рассеивают свет. Перед оператором на темном фоне очерчиваются молочно-белые знаки. Разработан сорт жидких кристаллов, в которых слой у электрода не мутнеет, а меняет цвет. Так или иначе, жидкокристаллический прибор, как и механический счетчик, является устройством не излучающим, а отражающим свет.

Мы назвали здесь далеко не все приборы, формирующие цифры. Обстоятельная инвентаризация обнаружила два десятка разновидностей, из которых трудно выделить "лучший" прибор. Потому что понятие "лучший" многомерно: самый различимый, самый быстродействующий, самый легкий, самый дешевый, самый виброустойчивый, самый долговечный, самый совместимый, или этакий "самый-самый".

- Самый-самый - это наш вакуумный диод!- настойчиво убеждал участников I Всесоюзной конференции по отображению информации Николай Рябчиков, инженер из Саратова. Он не только говорил, но и показывал заводские образцы приборов.
- Смотрите! Сквозь стенку колбы прекрасно видны зеленые цифры, собираемые по сегментному принципу. У нашей лампы подогревный катод и семь анодов - сегментов. Сегменты покрыты флюоресцирующим составом. Те из них, которые подвергаются сильной бомбардировке электронами, срывающимися с катода, испускают свет.
- Каким током питается лампа?
- Постоянным.
- Велико ли напряжение?
- Около 20 вольт.
- Каково потребление?
- Несколько миллиампер.
- Наработка на отказ?
- 5 тысяч часов.

Вопросы обрушивались на Николая Рябчикова лавиной: виброустойчивость, способ крепления на пульте, стоимость...

На справедливое замечание, что вакуумный диод не стыкуется напрямую с интегральными схемами вычислительной техники, инженер ответил демонстрацией суперновинки - блока отображения.

Размером с нежинский огурчик, этот, на основе топко-пленочной технологии сработанный блок, помнил сообщенную ему интегральной ЦВМ информацию и воспроизводил ее в виде цифр.

- Абсолютно совместимый!- втолковывал нам Николай, поглаживая левой рукой свои бурлацкие усы, а правой колбочку диода - абсолютно совместимый и совершенно дешевый, если производится крупносерийно.

Первая конференция по отображению информации происходила в конце 1972 года в Киеве. Истратив почти год труда на ее организацию, на сбор теоретиков и практиков антропотехники, мы не знали, добьемся ли должного эффекта. Николай Рябчиков, потребовавший слова на первом же заседании, не только рассказал об интересном указателе. Он сам оказался указателем - указателем накала страстей на конференции. В секциях и на дискуссиях, в организациях, где конструировались новые мануалы и дисплеи, бурно, напористо, почти зримо завязывалось и формировалось новое направление - разработка систем отображения информации.

Мы, специалисты по СОИ, не абстрактные ученые, скорее плотники. Наше дело - прорубить окно в вычислительную машину. Цифровой прибор - еще не окно, только малая форточка. Что ж, и форточку ладят с толком.

Каждая разновидность "цифровиков" имеет свою зону приложения, а сами зоны пересекаются, но не перекрываются полностью. Устройства совершенствуются; стремительные успехи одного вида на фоне скромных достижений другого ведут к перекраиванию зон влияния.

Семь лет назад светоизлучающие диоды только начинали забег. Сегодня диодные приборы в массовом производстве, а старт приняли жидкие кристаллы, причем взяли резво со старта и подают большие надежды.

Недавно разработан будильник, в котором вместо стрелок и циферблата - жидкие кристаллы. Он показывает часы и минуты в виде цифр, а также специальными символами обозначает "до полудня" и "по полудню". Когда требуется перевести будильник, нажимаем кнопку - поочередно сменяя цифры, будильник быстро достигает нужного часа. Крокодил из английской сказки - о нем была уже речь в этой книге - крокодил, пожиратель детей и будильников, не пропустил бы этот уникальный аппарат: никакой механики, монолитная электронная схема отсчитывает время и обозначает его цифрами из жидких кристаллов. Крокодил остановился бы, зачарованный цифрой, и сделался безопасным. А если крокодилье нахальство выше расчетного, если бы он все же проглотил этот шедевр электроники, тогда в дело вступил бы зуммер будильника: электронный звонок предупредит детей об опасности не хуже механического.

МАЛЬЧИК СО СТРЕЛКОЙ
... Но лишь взгляну на огненную книгу,
Не численный я в ней читаю смысл.
А.Фет

На машине Уатта был установлен измеритель давления, но не цифровой, а линейный. Почему же не цифровой? Просто у Джемса Уатта не было под рукой цифрового прибора. А линейный был, был задолго до Уатта.

Древнегреческий мальчик в свободной позе стоит на поплавке, держа в правой руке стрелку. Поплавок - часть клепсидры, водяных часов, сделанных во IIв. до н.э. Ктезибием. Течет время, прибывает вода под поплавком, поднимается мальчик. Его стрелка скользит по отметкам вертикальной линейки - шкалы. И в термометре - столбик "живого серебра" перемещается по капилляру вблизи шкалы. И в барометре - столбик колеблется в трубке, опрокинутой в чашу с ртутью. С таким барометром Перье, родственник Блеза Паскаля, поднялся 19 декабря 1648 года на гору Пьюи-де-Дом. На вершине горы уровень ртути в трубке оказался ниже, чем тот же уровень в долине. Уатт знал, конечно, о "великом эксперименте" Паскаля и Перье. Для измерения давления в своей машине он устроил ртутный манометр (рис.13).


Рис.13. Манометр паровой машины.

U-образная трубка отчасти заполнена ртутью; ее левый конец подсоединен к паропроводу, а правый открыт. Если давление пара в машине равно атмосферному, ртуть в обоих коленах прибора устанавливается на одинаковом уровне; если атмосфера преобладает - выше уровень в левом колене, если передавливает пар - в правом колене. Чтобы машинисту не ошибиться, оценивая разность уровней, Уатт прикрепил к правому колену дощечку - шкалу, а в трубку опустил поплавок. Мальчика на этом поплавке не было, сохранился только указатель, который - привычное дело - скользил по шкале.

Выходит, Уатт установил линейный, а не цифровой измеритель только по традиции? Слабо верится. Если б Уатту, этому генератору идей, требовался именно цифровой прибор, он изобрел бы его. Пусть механическое преобразование величины давления в цифры - хитрая задача, Уатт разгрызал и орешки потверже. Дело в том, что ему не нужен был цифровой измеритель, что для машиниста БОЛЬШЕ ПОДХОДИТ линейный прибор.

Приглядимся к работе машиниста. На котле все ладно, указатель манометра замер около метки на шкале, соответствующей нормальному давлению пара. Но вот - нарушение: давление начинает падать, указатель тоже опускается. Машинист требует от кочегара пошуровать в топке. Или, когда давление растет, а указатель грозно подымается - машинист велит кочегару срочно умерить пыл. Заметьте, в обоих случаях машинист производит КОНТРОЛЬНОЕ СЧИТЫВАНИЕ; его не интересует численное значение давления, цифры ему ни к чему, важен только факт рассогласования между желаемым и действительным положениями.

Если отклонение уже обнаружено, центральным становится вопрос: как быстро развивается опасный процесс, каков темп изменения давления? О темпе машинист судит по скорости движения указателя.

Наш мир - мир движения. Чтобы поспевать, догонять или избегать столкновений, человек выработал в себе особую сноровку, умение здраво судить о темпе по недолгому наблюдению перемещения предмета, способность "дифференцировать путь по времени". Это чувство скорости помогает машинисту оценить быстроту движения указателя.

Он может, если требуется, выразить скорость числом: "указатель проходит 5 делений в минуту". Однако сама по себе цифра "5" ничего не значит. Машинист принужден теперь спросить у себя: "5 делений в минуту - это быстро или медленно?" и, сопоставив цифру "5" с диапазоном возможных скоростей протекания процесса, заключить: "очень быстро". Иными словами, человек переходит от абстрактной цифры к смысловой категории, ПЕРЕКОДИРУЕТ ИНФОРМАЦИЮ из цифровой в категорийную форму.

А коли так, исчислять скорость указателя в цифрах бесполезно, даже вредно - лишняя работа, дополнительные ошибки. Опытный машинист, минуя числа, судит о скорости сразу в категорийной форме: поплавок едва движется, довольно прытко идет, перемещается быстро, несется стремительно. Для принятия решения машинисту достаточно отнести скорость к одной из этих четырех категорий.

Оценивая скорость по цифровому прибору, машинист был бы обречен всякий раз считывать текущее значение параметра, исчислять разность между ним и прошедшим значением, а уж потом перекодировать число - разность в категорию. Если темп изменения невелик, человек справится с этой докучной работой; вырастает темп, цифры мельтешат перед глазами оператора, невмоготу становится запоминать, вычитать, перекодировать.

Мы пришли к заключению, что при СЧИТЫВАНИИ ТЕМПА, как и при контрольном считывании, цифровой прибор уступает стрелочному.

Третий шаг в деятельности машиниста - выявление зоны маневра. Существует предельное значение давления. Рост упругости пара выше предела грозит взрывом в котле или машине. Машинист много наслышан об ужасных взрывах - проламываются крыши зданий, гибнут люди, разрушается оборудование.

Верхний предел давления обозначается на шкале манометра красной чертой. Зона маневра - интервал между указателем прибора и чертой. Машинист прикидывает, велик ли этот зазор, долго ли подниматься указателю до роковой черты. Здесь оценки не числовые, а снова качественные, например: успеется, займусь сначала более срочным делом; нужно немедленно приступить; поздно хватился - теперь поможет только принудительное открытие предохранительного клапана; авария рядом - заливать водой пламя в печи, стопорить машину!

Зона маневра не обязательно ограничена только сверху. Кроме манометра, Уатт оснастил свою машину водомерным стеклом, устройство которого очевидно из рис.14. Машинист судит по столбику в стекле о количестве воды в паровике котла. Если машинист зазевался, упустил уровень воды, а потом хватился да подпитал котел, взрыв неизбежен: на раскаленную поверхность металла попадает вода, металл разрушается, а пар, из воды образованный, прорывается наружу и довершает разрушение. На измерителе уровня роковая отметка находится снизу, зона маневра простирается сверху вниз. Впрочем, и перепитка котла нежелательна - вода попадет в цилиндр машины. Значит, здесь два предельных значения, две границы.


Рис.14. Водомерное стекло.

Выявляя зону маневра, машинист производит КАЧЕСТВЕННОЕ СЧИТЫВАНИЕ, для которого линейный прибор очень удобен, а цифровой совсем нехорош: нет ни красных черточек, ни явного зазора между текущим и предельным значениями.

Итак, линейный прибор одержал чистую победу над цифровым. Уатт не стал изобретать цифровой прибор, потому что машинист - не бухгалтер, цифры ему не нужны, он следит за движением указателя или столбика на фоне меток шкалы. Важно только выделить главную метку - символ нормального режима и красные черточки - знаки предельных отклонений.

Тем не менее, на шкалах уаттовских приборов цифры присутствовали - рядом с метками шкалы. Изобретатель велел нанести их потому, что машинист, хотя и не бухгалтер, но иногда принужден заниматься бухгалтерией, вести счета. "Смотритель паровой машины,- сказано в старинном русском практическом наставлении,- обязан содействовать наибольшей фабрикации при тратах наименьших". Экономия топлива достигается, если машина работает в паспортном режиме: давление пара в точности равно обозначенному в табличке, и разрежение в конденсаторе, вакуум, тоже совпадает с номиналом. Для измерения разрежения Уатт установил ртутный вакууметр - третий линейный прибор на паровой машине (рис.15). Чтобы поддерживать экономичный режим, машинисту требуются точные показания манометра и вакууметра, необходимы числа. Изнашивается котел, стареет паровая машина, свищи и протечки не дают развить паспортное давление пара. Машинист, прилаживаясь к обстоятельствам, стремится достичь наилучшего возможного давления и разрежения, а судит о них по оцифровке шкал, преобразует положения указателей в цифры, производит КОЛИЧЕСТВЕННОЕ СЧИТЫВАНИЕ показаний.


Рис.15. Вакууметр паровой машины.

Для количественного считывания цифровой измеритель предпочтительнее стрелочного - нет поля для ошибок, поскольку видна лишь одна величина, нет и перекодирования: показания приходят сразу в виде числа.

Оценка экономичности - задача для машиниста важная, однако не срочная. Он занимается экономичностью, если обстановка не аварийная. Выходит, у него достаточно времени и чтобы не ошибиться и чтобы перекодировать. Об экономичности вполне можно судить и по линейному прибору.

"Линейный" и здесь устоял, и потому в наш век, в век цифровых указателей, не забывают о линейных приборах, изобретают все новые их типы. Например, газоразрядный прибор: трубка, по оси которой проходит стержень - катод и охватывающий его цилиндр - анод. Трубка заполнена смесью неона и азота. Если подать на электроды постоянный ток, начнется разряд в тазе, а вокруг анода вспыхнет яркий столбик, высота которого пропорциональна силе тока. Внешне линейный газоразрядный прибор почти неотличим от уаттовских манометра или вакууметра, только столбик не серебристый, а оранжево-красный. Внутренне - ничего общего: газоразрядный-электрический прибор, установить его можно, если контроль электрифицирован, если мы умеем и давление, и уровень, и всякую измеряемую величину обратить в ток, породнить с анодом и катодом.

После Уатта, уже в XIX веке, когда "атмосферная машина" уступила место "машине высокого давления", пришлось потесниться и ртутному манометру. В 1848 году Бурдон начал выпускать пружинные приборы. Пружина Бурдона представляет собой трубку, сплющенную в сечении и свернутую в баранку (рис.16). Один конец баранки запаян, а в другой подается измеряемая среда, в нашем случае - пар. Пар стремится развернуть, выправить упругую пружину и чем выше его давление, тем больше он в этом преуспевает. С запаянным концом пружины сочленена стрелка; манометр Бурдона - прибор с ВРАЩАЮЩЕЙСЯ СТРЕЛКОЙ.


Рис.16. Манометр с пружиной Бурдона.

Не Бурдон, конечно, изобрел принцип "стрелка вращается по шкале". Кто знает, когда люди создали первые солнечные часы - гномоны? 5000 лет назад гномоны уже существовали. Колышек отбрасывал тень на метки, нанесенные по окружности - стрелка вращалась по шкале.

Древние греки, вероятно, понимали, что принцип "стрелка вращается по шкале" универсален. Тогдашний популяризатор Герои описал, например, годометр - прибор для измерения пути. Вращение колес повозки через промежуточную передачу передается настоящей стрелке, под которой - круговая шкала.

Бурдоновский манометр оказался много компактнее ртутного прибора. Компактность - вещь желательная, но важнее удобство, прилаженность прибора к машинисту. Не уступает ли вращающаяся стрелка линейному указателю в этом отношении?

Контрольное считывание. На круговой шкале не хуже, чем на линейной, можно обозначить главную метку и следить, нет ли от нее отклонений.

Считывание темпа. Человек судит о скорости вращения стрелки столь же уверенно, как о скорости вертикального подъема, либо спуска указателя (столбика).

Качественное считывание. Зона маневра, выраженная в виде дуги, не уступает зоне в виде отрезка прямой, даже чуточку превосходит ее.

Количественное считывание. И здесь конкуренты равны между собой.

Вывод: "вращающаяся стрелка" удобна для машиниста и, как линейный указатель, почти по всем статьям превосходит цифровой прибор. К тому же прибор с вращающейся стрелкой сберегает место на панели. Потому-то все больше "вращающихся стрелок" обнаруживал машинист на новых паровых машинах.

Выразим свойства различных приборов в виде таблицы. В первом столбце таблицы укажем, что хочет получить оператор от прибора.

Сравнение индикаторов


К известным нам "качественному считыванию", "контрольному считыванию", "считыванию темпа" и "количественному считыванию" добавим "установку значения" и "слежение".

Установка значения описана в главе "Мануалы". Оператор заранее знает, какое именно значение хочет установить. Он вращает рукоятку задатчика, и в лад с вращением, практически мгновенно, меняются показания прибора.

Слежение - это ручное регулирование. Оператор работает ключом управления - подает команды "меньше" или "больше". Послушный операторским командам исполнительный механизм воздействует на процесс, например, изменяет количество воды, впрыскиваемой в пар. Соответственно меняются и показания измерителя температуры пара, но изменение происходит не сразу и не скачком. Вмешивается тепловая инерция котла - задерживая реакцию, сглаживая углы. Оператор ведет температуру пара (при пуске котла), либо сохраняет ее неизменной (в нормальном режиме) с оглядкой на тепловую инерцию.

Во втором столбце таблицы отражены свойства цифрового прибора, а в третьем "вращающейся стрелки" и "линейного указателя" (один столбец на двоих). Пригодность прибора для данной цели обозначается плюсом, непригодность - минусом; соответственно три плюса или минуса - выделяют особо удачные (или неудачные) сочетания. В таблице подытожено наше предыдущее обсуждение. Здесь обнаруживается также пригодность "цифровика" для установки значений и нежелательность его для слежения. В слежении главное выявить темп, ухватить тенденцию процесса, а у цифрового в соответствующей графе "минус". "Вращающаяся стрелка" хороша и при установке значений, и при слежении.

Четвертый столбец таблицы отведен новому типу приборов - индикатору с ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ШКАЛОЙ. В нем стрелка и шкала поменялись местами: стрелка обратилась и неподвижный указатель, а шкала побежала в лад с изменением параметра. Хитроумные конструкторы нанесли шкалу на барабан и заставили его вращаться перед окошком, на стекле которого выгравирован указатель - риска.

- Удалось убить двух зайцев!- с энтузиазмом объявили конструкторы.
- Каких же двух?
- Перед оператором не вся шкала, а только текущие показания. Человек меньше будет ошибаться.
- Допустим...
- Конечно, меньше - не видит лишнего, не фантазирует. Но это только первый заяц. А второй - значительное сокращение места, занимаемого прибором: на фасаде пульта окошко вместо целой шкалы.
- Экономия места! Вот счастье-то! Дайте сюда это чудо. Немедленно включаем его в проект. Быстренько изготавливаем новый, компактный пульт. Отсылаем заказчику. Пусть радуются тамошние операторы - повезло людям. А мы, проектировщики пульта, приедем да поглядим на их, нашим новаторством облегченный, труд.

Я и приехал (дело было в 1956 году) поглядеть на облегченный труд. А увидел, что опытный оператор не в силах совладать с обыкновенным котлом. Нет, все шкалы вращались, как задумано, и цифры прекрасно смотрелись, и оператор не зевал, его взгляд почти не отрывался от приборных панелей.

Только когда оператор отводил наконец взгляд, в его глазах мелькала неуверенность.

Впрочем, обнаружив отклонение, оператор вполне с ним справлялся.

Одна беда, аварии на котле появлялись внезапно, как смерчи, и проносились мгновенно, оставив за собой панику и поломки.

Теперь, глядя в нашу таблицу, легко понять, в чем было дело. Приборы с вращающейся шкалой неудобны при качественном считывании - отметки предельных значений, незыблемые границы параметра, путешествуют здесь вместе со шкалой, зачастую вовсе уходят из окна. При контрольном считывании не лучше: основа основ, главная отметка, тоже блуждает - понимай, как знаешь. Считывание с вращающейся шкалы темпа возможно, но требует большего времени и внимания, чем та же работа с вращающейся стрелкой на неподвижной шкале. И установка значения, и слежение - все хуже: почти всякий раз приходится прибегать к количественному считыванию и сопоставлять отсчет с хранящимся в памяти эталоном.

Если б речь шла об одном приборе с вращающейся шкалой, оператор ценой напряжения скомпенсировал бы недостатки прибора. Наш пульт содержал десятки блуждающих шкал, трудности возросли в сотни раз. Потому что вращающаяся стрелка - коллективист, а вращающаяся шкала - индивидуалист.

Оператор объединяет взаимное положение стрелок различных приборов в ОБРАЗ СИТУАЦИИ. А проектировщик помогает ему в этом, подгадывая так, чтобы в нормальном режиме все стрелки образовывали строй (например, все лежали горизонтально, острием влево). Отклонение от нормы смотрится как нарушение строя, искажение образа, дисгармония. Выявляется такое отклонение одномоментно - без контрольного считывания каждого показания.

Иное дело вращающиеся шкалы. Ничего общего, только и свету, что в своем оконце. Попробуй-ка оценить "межокошечные" связи. Иначе не выйдет, как точно считать каждое показание, сопоставить его мысленно с эталоном и запомнить результат, а потом, когда все результаты готовы, увязать их между собой. Каторжный труд!

В 1956 году я ничего не знал об инженерной психологии. Этот пульт стал моим горьким учебником. Пульт, такой изящный и стройный, но решительно не пригодный для дела. Пульт, на котором все есть и нет ничего. Ловушка, пожирающая время оператора, обманщик, ничем не помогающий человеку.

Я надеялся подписать у заказчика акт о полезности новой техники, а увозил с собой акт о демонтаже пульта. Операторы привыкают ко всему, терпят наши несообразности, прощают ошибки проектировщикам. Этот пульт оказался нетерпимым даже для всепрощающих и непростительным даже для терпеливых.

Много лет минуло с тех пор. Возмужала инженерная психология. Объяснено в деталях, отчего операторам энергоблоков не нужны вращающиеся шкалы и почему цифровые индикаторы находят здесь лишь ограниченное применение. Доказано, что главным героем блочного пульта является стрелка, что стрелка своеобразным языком "произносит" слова о близости параметра к норме или границам, о направлении и темпе его изменения. Эти слова сплетаются со словами других стрелок, со словами клавишей и задатчиков, в предложения, характеризующие процесс, режим, ситуацию.

Конечно, приборы - не люди, только вещи. Но и вещи бывают разговорчивыми. Гулливер наблюдал в Логадо ученых с мешками за плечами. Встретившись, они опускали свои мешки на землю, извлекали оттуда разнообразные предметы и показывали друг другу. Так они беседовали. "Поскольку слова суть лишь обозначения вещей, эти ученые отказались от слов, предпочтя им вещи".

Если б энергоблок умел говорить человеческим языком, мы не последовали бы за новаторами из логадской академии. Но энергоблок изъясняется только языком вещей, словами органов управления и приборов. Нам остается с умом подобрать вещи, четко представляя всякий раз, о чем они станут говорить оператору. Невнятные или чересчур болтливые приборы нельзя допускать на пульт - начнут мямлить, глотать слова, заикаться.

При таком подходе каждому из четырех типов приборов отыщется дело. Энергетики настороженно относятся к цифровым приборам, предпочитают стрелочные. В главном они правы, но мы убедились уже, что для оценки экономичности лучше цифра. Добавим сюда еще оценку темпа изменения параметров. Пусть стрелка показывает сами значения, а цифрами высвечивается скорость их изменения. Цифровой указатель в роли своеобразного спидометра - оператору незачем дифференцировать, он напрямую видит, сколь быстро меняется давление или температура. Для современных котлов и турбин с их каверзной динамикой нелишни несколько таких спидометров, только немного - для главных параметров, иначе оператор погрязнет в цифири.

...

На энергоблоке цифровые приборы должны стать помощниками стрелочных. А в клавишных вычислительных машинах, в разнообразном, живом, быстрорастущем семействе калькуляторов, цифровые одерживают чистую победу: результаты счета резонно излагать в числах. Цифровые приборы захватили немалое новое пространство. Да что там новое! Они изгоняют стрелки даже из их исконных владений, из святая святых - из часов. Который час? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно произвести количественное считывание. Значит, цифровой эффективнее стрелочного. Значит, через пять-десять лет на руке каждого из нас будут часы не с циферблатом и стрелками - просто с цифрами.

Отвергнутая энергетиками вращающаяся шкала пригодилась космонавтам. На околоземных кораблях используются приборы, в которых шкалой служит глобус, а указателем - перекрестье. Глобус вращается, в его движении складываются смещение земли и траектория корабля; перекрестье неподвижно. Прибор отвечает на вопрос космонавта: что сейчас подо мной? Задаваясь таким вопросом, человек мысленно помещает себя, свой корабль, в центр внимания. Прибор учитывает эту психологическую особенность - неподвижное перекрестье, символ корабля, находится в центре окна, а окружающий мир - проходит мимо перекрестья, за окном. Кроме вопроса "где я?", у прибора можно спросить: "Долго ли лететь до пункта N?". Первый вопрос аналогичен количественному считыванию, второй - считыванию темпа. По таблице видим, что для такой деятельности "вращающаяся шкала" удобна.

Используем тот же подход, чтобы изобрести указатель маневра для летчика. Естественно стрелкой считать символ самолета. Пилот повернул рукоятку вправо - и стрелка-самолет отклонилась вправо от нулевой отметки; на левый поворот стрелка отвечает отклонением влево. Летчик обращает особое внимание на линию горизонта - отметим ее горизонтальной чертой на неподвижной шкале прибора. Вроде все, прибор изобретен?

Изобретен, да не до конца. Он хорош в начале маневра, когда для пилота главное - чувство смещения самолета, ощущение крена по отношению к горизонту. А потом летчик привыкает к крену, уже не ощущает его, как бы выравнивает себя, а наклон переносит вовне - судит о повороте по косо лежащему горизонту. Значит, в приборе нужно заставить вращаться не только стрелку, но и шкалу, а схему сделать такой, чтобы поначалу вращалась стрелка, отображая крен самолета, потом приходила во вращение шкала, принимая крен на себя, а стрелка потихоньку возвращалась в нейтральное положение.

Теперь прибор в самом деле изобретен. Во имя удобства для оператора в нем вращаются и стрелка и шкала. Мы изобрели изобретенное: указатель маневра предложил еще в 1959 году американский психолог Фогель. Он назвал его киналогом (рис.17). "Кин" - начало греческого слова kinema - движение; "алог" - окончание слова analog, тоже греческого, означающего "подобие". Итак - подобный движению самолета. Действительно, подобный и внутренне, психологически, и внешне - даже стрелка не простая, а в виде самолетика, стабилизатор которого заменяет острие.


Рис.17. Прибор для оценки крена самолета (киналог).

Стрелка - самолет, стрелка - подводная лодка... Какие только изменения не претерпели приборные стрелки, следуя моде. Их наконечники напоминали то "оград узор чугунный", то бутон цветка, то обозначения мастей в картах. Их оперения по пышности соперничали с султанами шляп. К тому же стрелки золотили (позже - никелировали) , подчеркивая ценность прибора.

Инженерная психология убрала излишества. Тонкая тростинка, толстая, заостренная на конце полоска, да вытянутый треугольник - таковы современные формы стрелок. Цвет - темный, почти всегда черный. Инженерная психология навела порядок и в шкалах, определила, как наносить на них главные и вспомогательные метки, как проводить оцифровку. Все приборостроители следуют нынче указаниям инженерной психологии. Кроме, пожалуй, часовщиков. Экстравагантная мода приносит нам то часы без цифр, то с гипертрофированными цифрами, появляются хронометры с неотличимыми минутной и часовой стрелками, с циферблатами, считывание приблизительных показаний с которых - личное искусство, а получение точных показаний - счастливая случайность.

Стрелка-самолет в киналоге, в отличие от часовых стрелок, дань не моде, а необходимости. Пилот современного самолета перегружен информацией. Ему бы поменьше показаний, которые нужно считывать и перекодировать, а побольше наглядности.

В Тартусском университете работает дотошный исследователь деятельности летчиков М.А.Котик. Он часто напоминает разработчикам пультов о самолетном приборе для контроля состояния двигателя. Прибор имеет три стрелки, показывающие соответственно давление топлива, давление масла и температуру масла. Стрелки расположены так, что летчику нет нужды следить за каждой из них; летчик воспринимает показания сразу трех стрелок. Если стрелки совместно образуют перевернутое "Т", все в норме; если же "Т" искажено, налицо нарушение (рис.18 ).


Рис.18. Трехстрелочный прибор.

Необходимо, доказывает М.А.Котик, делать приборные доски, похожие на трехстрелочный прибор, пульты, не вступающие в конфликт с летчиком, а гармонично питающие оперативный образ, сформировавшийся в мозгу пилота.

Михаил Аркадьевич отыскивает оперативные образы в разнообразных летных ситуациях, раскладывает сложные образы на элементы, выявляет общие черты и вновь сливает их в трепетные единства. В грубых руках столь нежные сущности, конечно, разрушились бы. Исключительная деликатность и научная честность позволяют М.А.Котику быть накоротке с оперативными образами. Видеть их умиротворенный лик и гримасы, вызываемые аварийными режимами.

По образованию М.А.Котик инженер; по методам исследования - психолог. И не случайно из-под его пера вышла отличная монография "Основы инженерной психологии".

Побольше наглядности для летчика. Пусть показания кипят и варятся в бортовой ЦВМ, а наружу являются лишь легко обозримые данные.

Ночь и туман. Не видно посадочной полосы. Посадка по приборам, по старинной терминологии летчиков, слепая посадка. Отчего ж "слепая", когда "по приборам"? Из-за отрывистых считываний-перекодирований вместо ясной картины. Чтобы посадка вновь стала зримой, десяток приборов, характеризующих положение машины, нужно заменить экраном, на котором - посадочная полоса. Эту полосу рисует ЦВМ по показаниям датчиков. Она не настоящая, но аналогична настоящей полосе - растет при приближении самолета, заваливается при кренах.

Утро и солнце. Но рулевому подводной лодки все равно, на глубине кромешная тьма. Мало не уткнуться в дно или не выскочить, как летучая рыбка, на поверхность, нужно вести лодку строго по курсу, сберегая время, топливо и кислород. Вместо многих приборов здесь полезен экран, на котором - допустимый коридор и метка лодки: находишься в середине коридора - отлично, близок к одной из стен - делай маневр, ушел из коридора - беда, спеши вернуться. Опять прибор - аналог, правда, аналогия здесь косвенная: взлетно-посадочная полоса существует реально, а коридор придуман нами, служит наглядной, естественной формой изображения ограничений.

Стоп, стоп... Косвенные аналоги можно приладить к блоку котел-турбина. Конечно, простой перенос здесь исключен. Те аналоги показывали перемещение в физическом пространстве - самую простую форму движения. Энергоблок неподвижен, подвижны, переменчивы процессы внутри него. Вот бы суметь отобразить потаенные сдвиги и невидимые препятствия, отобразить "весомо, грубо, зримой".

Пуск блока. Важно пройти как можно быстрее ряд его этапов, нигде не нарушив ограничения. Коридор - вот чего здесь не хватает! Коридор, чьи стены - ограничения. Необычный коридор - у него 6 стенок, он весь покрыт следами - кроме текущего состояния блока, необходимо обозначать предшествующие положения (приблизительно за минувшие полчаса) и указывать будущие положения, если сохраняется принятый сейчас темп пуска и если изменить этот темп.

Киналог и посадочный прибор для самолетов - существующие приборы; указатель курса при пуске - придумка автора. Я не собираюсь конструировать такой прибор, но надеюсь за год-два обратить идею в реальность. Помочь здесь должны универсальные экраны, о них речь в следующей главе.

По предварительному плану в этой главе экраны вовсе не должны были упоминаться. Они, однако, ворвались в рассказ о приборах. Раз уж ворвались, давайте оглядим их.

Киналог - прибор традиционной формы, круглый, как гадометр Герона или манометр Бурдона. Остальные экраны прямоугольной формы. Прямоугольник пришел в индикацию из всесильного телевидения. Хотя еще в конце прошлого века фантасты представляли себе приборы дальновидения не с прямоугольными, а с круглыми или овальными экранами - тогда манометр диктовал форму телевизору. Вообще изображение на гладкой поверхности, заключенное в рамку, возникло не ранее второго тысячелетия до н.э.

Километрах в сорока от Баку расположены пещеры Гобстан. Мы побывали там в 1971 году в перерыве между заседаниями международного симпозиума по иерархическим системам. Мы - это секция принятия решений, самая многочисленная секция симпозиума. Мы увидели стены, буквально испещренные рисунками. Художники раннего палеолита рисовали на необработанной поверхности с неопределенными границами. Новые фигуры наносились поверх ранее изображенных без всякого стирания. По телу буйвола стремительно несется группа охотников... Тут же, у ног животного, строй танцующих... Луки и стрелы, сотни стрелок, милых сердцу проектировщика пультов. В пещере есть место для костра, а есть - для фигур. Первобытные люди видели рисунок иначе чем мы: из фона выделялись лишь новые фигуры, старых как бы не было, они как бы уходили в поверхность.

Какую роль играли эти рисунки в принятии решений древним человеком? Только магическую - пораженный рисованными стрелами зверь будет обязательно убит и на охоте? Или также обучающую - старый охотник объяснял законы охоты молодым? Или планирующую тоже - группа обсуждала здесь диспозицию охоты? Во всяком случае, вожак группы не отказался бы от прибора-аналога, чтобы и зверь в движении, и мы навстречу, и прогноз обозначен.

Путь к пикториальным приборам (это другое, более общее название приборов-аналогов) был, однако, неблизким. Появились гладкие поверхности для рисунков - стенки чаш и кувшинов, стены зданий. Гончарное ремесло и архитектура принесли по только гладкие поверхности, но и границы изображения. Рисунки дошли в рамки, и форма их диктовалась изгибами чаши или фронтоном здания.

Театр, форма сцены, в свой черед, влияла на привычную рамку изображения. Прямоугольник сцены определил прямоугольность кадра кинематографа. Телевидение - кино на дому - естественно сохранило прямоугольный кадр.

Круглые измерители, победившие было линейные приборы, вновь отступили, а в 50-х годах сдались на милость прямоугольнику. С помощью тросика и колес с желобками вращательное движение превратили в поступательное. Датчику не по плечу таскать тросик и колеса - добавили промежуточный усилитель, только бы прямоугольность соблюсти, только бы заставить стрелку двигаться вдоль горизонтальной линейки - шкалы.

Колеса с тросиком - громоздкое сооружение. Световой зайчик практически не имеет веса. Прикрепим к рамке магнито-электрического прибора зеркальце и направим на него зайчик-черточку. Вращается зеркальце, отбрасывая зайчик на линейную шкалу, а шкала сделана из матового стекла и риска отчетливо видна снаружи - на просвет. Перед нами узкопрофильный прибор.

Отечественное устройство такого типа, разработанное недавно, при длине 12см имеет высоту 3см. Действительно, узкопрофильный! Все его лицо - линейная шкала. Узкопрофильные можно устанавливать вплотную друг к другу, без зазоров, как кирпичи в кладке. На одном щите помещается несколько десятков приборов.

Если б Левша жил сегодня, он занимался бы миниатюризацией приборов. Последние 20 лет щитовые приборы находились под прессам конструкторской мысли. Малогабаритные, миниатюрные, узкопрофильные - в названиях отражается нарастающее давление. Под его гнетом внутренняя часть прибора, начинка, вытягивается в глубину, а снаружи остается шкала, только шкала с указателем. Даже рамке нет места. В 50-х годах обрамление прибора занимало около трети лицевой площади, сегодня сохранилась лишь тоненькая окантовка. Если удается загнать несколько шкал и указателей в одну рамку, еще лучше (рис.19).


Рис.19. Современные индикаторы.

На пульте тесно, пульт перенаселен. Это обстоятельство сыграло в переходе к прямоугольным приборам не меньшую роль, чем общекультурная тенденция. Круглые приборы не берегут место. Даже если они касаются друг друга, остаются ромбовидные клинья - пустоты. Не приходилось ли вам делать вареники? Из тонко раскатанного листа теста стаканом вырезаем кружки, а клинья - остатки вновь замешиваем. И раскатываем, и нарезаем. Металл пульта не соберешь в комок и не обратишь в новое место дли приборов.

И, наконец, последняя причина - регистрация. Если к указателю прямоугольного индикатора припаять воронку с пером, прибор станет самописцем. Нужно только заправить его бумагой для письма (рулон ленты постепенно перематывается с нижней бобины па верхнюю) и залить в воронку чернила. Индикатор обратился в двухцелевой - и показывающий, и регистрирующий. Отрезок ленты с "кривой параметра" всегда виден в окне самописца.

Только нужен ли он оператору? Таблица, приведенная выше, показывает, что прибор с вращающейся стрелкой и линейный индикатор вполне удовлетворительны для основных видов деятельности человека. К чему же еще регистрация?

Наша таблица составлена для относительно простых объектов (их именуют "объектами 1-го порядка с небольшим чистым запаздыванием"). Если поведение объекта сложнее, если значительное время после возмущения он никак не реагирует, а, начав меняться, делает это с переменным темпом ("объект 2-го и более высоких порядков с большим чистым запаздыванием"), то подвижного указателя мало. Чтобы стабилизировать такой объект, оператор должен видеть картину его прошлого поведения. Кроме обычного дифференцирования для получения скорости, человек вынужден дифференцировать и саму скорость - находить ускорение. Оператору помогает кривая на ленте.

Принимаем самописец на вооружение. Круглый самописец хотя и осуществим, но очень неудобен, а прямоугольный - естествен, привычен для человека. Здесь особенно заметны преимущества прямоугольника: стрелка движется по горизонтали, лента по вертикали. И параметр и время хорошо различимы. Современные щиты управления содержат множество прямоугольных самописцев.

Автор почти уверен, что их больше, чем нужно оператору. В записи показаний заинтересован и технический отдел, и отдел планово-экономический, и комиссии, анализирующие аварии. Зная об этом, проектировщик пульта идет на сделку со своей совестью: вместо того чтобы установить для оператора только необходимые самописцы, а остальные параметры оснастить показывающими приборами в оперативном контуре и регистрирующими в другой зоне,- вместо этого проектировщик все главные параметры выводит на самописцы. Оператору, дескать, не во вред, а другим - на пользу.

- Как же не во вред? Регистратор - в несколько раз больше показывающего прибора.
- Зато один прибор вместо двух.
- Здесь один хуже двух: площадь обзора больше, приходится фильтровать лишнюю информацию.
- Негде устанавливать эти вспомогательные щиты, эти полные собрания самописцев.
- И не устанавливайте. Поручите анализ режимов и обработку планово-экономической информации ЦВМ. Она отпечатает результаты.
- А если ЦВМ сломается? Регистраторы - дело проверенное, надежное, пусть пишут.
- Пусть пишут... А специальные работники пусть обрабатывают потом диаграммы. Кривые-то здесь ни к чему, нужно превратить их в цифры, в бланки с числами. Пусть превращают...
- К ЦВМ клоните? Та небось сразу печатает бланки?
- Конечно, машина представит данные в оптимальной для потребителя форме. А оператору не будут мешать ни лишние люди, явившиеся за показаниями, ни лишние кривые, явившиеся на самописцах.
- ЦВМ, всюду ЦВМ. Уатт обходился и без ЦВМ, и без регистраторов.
- Без ЦВМ обходился, правда, а что касается регистраторов...

Уатт стремился понять, что происходит внутри его машины. Он изобрел для этого особенный прибор. К цилиндру машины подсоединил его миниатюрную копию - цилиндрик с поршеньком и штоком. Шток скрепил с карандашом. Меняется давление в большом цилиндре, меняется и в малом, перемещается поршенек, а карандаш проводит линию на подложенном под него листе бумаги.

Если б двигался только карандаш, он всегда рисовал бы одну и ту же линию. Уатт заставил двигаться и планшет с бумагой - сочленил планшет с главным штоком таким манером, что при подъеме штока планшет отъезжал вправо, а при опускании влево.

Два движения сложились на бумажном листе для того, чтобы карандаш изобразил тайное тайных - изменение давления в цилиндре при ходе поршня машины. Изобретатель нарек свой удивительный прибор ИНДИКАТОРОМ. Другие инструменты, обслуживающие машину, Уатт индикаторами никогда не называл - у них были собственные имена - манометр, вакууметр, уровнемер. Этот особо был окрещен индикатором, то есть указателем, выявителем, объяснителем, выразителем состояния пара в цилиндре.

Более ста лет не менялся смысл слова "индикатор", никто не посягал на него, кроме разве химиков. Прибористы-моряки придумывали "свои" инструменты и давали им "свои" имена. Прибористы-метеорологи действовали также. Прибористы-физиологи не отставали. Привычка к "удельному приборостроению" наглухо сцепила слово "индикатор" с паровой машиной.

Чтобы перейти от удельного приборостроения к системам отображения информации, потребовалось сломать перегородки, осознать единство информации, общность законов ее возникновения, переработки, представления людям независимо от сферы применения. Ломка и осознание, переход от удельности к универсальности осуществляется в наши дни. И вместе с ними расширяется смысл понятия "индикатор". Сегодня - это нечто гораздо большее, чем регистратор упругости пара. Вовсе не по небрежности мы именуем в дальнейшем индикаторами любые оперативные приборы - от указателей гномона и клепсидры до указателей космических кораблей.

ЗЕРКАЛА РЕШЕНИЙ
Где прерывисто льются
Переменные светы...
К.Д.Бальмонт

Когда в 1879 году Уильям Крукс изобрел трубку, которую ныне называют электронно-лучевой, он не думал об отображении информации. Крукс исследовал электрический разряд в газах, его волновали таинственные лучи, испускаемые разогретым катодом. Чтобы изучить катодные лучи, Крукс откачал воздух из стеклянного баллона, по форме напоминающего английский рожок, и впаял в горловину баллона... пушку. Состояла пушка из катода и анода.

Катодные лучи невидимы, но возбуждают свечение флюоресцирующего материала. Ученый покрыл этим составом дно колбы. Подал напряжение на катод и анод. Разогрел катод. И дно ярко засветилось - пошли лучи!

Круксу удалось доказать, что распространяются эти лучи прямолинейно: он поместил на их пути предмет и немедленно возникла тень на дне - экране. Природу катодных лучей раскрыл другой английский ученый - Томсон. Он доказал, что это поток отрицательных частиц - электронов, значит, и трубку резонно именовать электронно-лучевой, или сокращенно ЭЛТ. Впрочем, в англо-американской литературе ее нередко называют катодно-лучевой, то ли сохраняя оттенок таинственности, который сопровождал рождение трубки, то ли просто по традиции.

Кроме яркого свечения люминофора, у трубки Крукса оказались другие полезные особенности. Электронный луч движется с огромной скоростью. С помощью пластин или катушки луч можно отклонять, им можно управлять с высокой точностью посылать его на любое место экрана. Луч допускает фокусировку, его можно остро заточить.

Значит, ЭЛТ, показанная на рис.20, прекрасный индикатор-рисовальщик. Ученые быстро осознали это. Трубки стали (и остаются) сердцем осциллографов. А сами осциллографы стали (и остаются) главным орудием экспериментатора.


Рис.20. Электронно-лучевая трубка: 1 - экран; 2 - колба; 3 - отклоняющие пластины; 4 - электронная пушка.

Трубки мира, ЭЛТ во вторую мировую войну были призваны в противовоздушную оборону, вошли в состав радаров, локационных установок, обнаруживавших фашистские самолеты.

А после войны ЭЛТ стали телевизионными экранами. На памяти каждого из нас стремительный рост размера этих экранов, повышение качества изображения, долговечности трубок.

В последнее десятилетие ЭЛТ пришли на пульты контроля и управления, оказались спасителями от приборного перенаселения. Разнообразные сигнализаторы, цифровые и стрелочные приборы, самописцы - весь калейдоскоп индикаторов сумела заменить одна-единственная трубка (рис. 21). ЭЛТ как бы поглотила специализированные индикаторы, растворила их в себе (рис.22).


Рис.21. Основные формы отображения информации на ЭЛТ:
а - индикаторы, заменяемые электронно-лучевой трубкой: 1 - табло; 2 - цифровой индикатор; 3 - линейный указатель; 4 - стрелочный индикатор; 5 - регистратор; 6 - формы отображения информации на экране; 6 - таблица; 7 - график; 8 - столбиковая диаграмма; 9 - круговая диаграмма; 10 - мнемосхема; 11 - граф операций; 12 - карта.


Рис.22. Электронно-лучевая трубка поглотила привычные индикаторы.

Принцип умалчивания, который мы уже обсуждали, требует: не засорять внимание оператора излишней информацией, а сконцентрировать необходимые на очередном этапе контроля и управления данные. Данные эти должны быть представлены не только вместе, но и наилучшим для человека образом, в оптимальной форме.

Проблема оптимальных форм отображения информации достойна отдельной книги, которую пикак не заменит рис.21. На рисунке просто указаны некоторые, наиболее распространенные формы отображения. Столбиковая диаграмма удобна, например, для сопоставления однородных параметров вдоль технологического потока (на рисунке - температуры по пароводяному тракту котла). График необходим для выявления тенденции изменения параметров (на рисунке - семейство кривых, характеризующих ход пуска энергоблока). Мнемоническая схема отчетливо выражает технологические связи в объекте (здесь - участок перегрева пара). Граф операций удачно передает алгоритмическую последовательность, вовсе не равнозначную последовательности технологической.

Фактография - старинное искусство. В XVIII веке Уильям Плейфер опубликовал свои книги "Коммерческий и политический атлас", а также "Графическая арифметика". В первой из них, подчеркивая преимущества оптимальных форм отображения по сравнению со столбиками цифр, с цифровыми гроссбухами, Плейфер писал: "... при этом методе может быть получена в течение пяти минут такая информация, которая требовала бы дней упорных занятий с таблицами цифр, чтобы запечатлеться в памяти".

Ныне пять минут эквивалентны плейферовским дням. Фактография сделалась оперативной. При контроле и управлении не существует формы, "навсегда оптимальной" для данного параметра. На одном этапе процесса ему лучше входить столбиком в диаграмму, на другом - кривой в семейство, на следующем - текущее значение параметра должно выражаться цифрой, вписанной в вершину графа, а еще на ином - "открытым текстом", состоящим из букв и цифр.

На экране ЭЛТ должны появляться сочетания диаграмм, графиков, карт, таблиц, текстов - оптимальные для данной ситуации ГИПЕРТЕКСТЫ. Приставкой "гипер" мы подчеркиваем нестрочный, нелинейный, картиночный характер этих изображений.

Теперь очевидно, что работа ЭЛТ в телевидении и в системах отображения - разные вещи. В телевидении исходная картина всегда есть. Главное передать ее без искажений многим зрителям, что и достигается синхронной разверткой по строкам и сменой кадров. В СОИ нет исходной картины, гипертекст всякий раз нужно формировать заново. Значит, электронному лучу следует указать, ГДЕ, в каком месте экрана и ЧТО, какой знак или фигуру нужно рисовать, а также КАК рисовать знак или фигуру.

Определение этих "где", что" и "как" составляет основную трудность отображения на ЭЛТ.

Пусть набор символов заранее задан. Например, известно, что будут применяться только буквы, цифры и специальные значки. Тогда можно изготовить маску-трафарет, тонкий диск, в котором пробиты все необходимые символы (обычно 64 знака, но число их может достигать 200). Трафарет устанавливается внутри трубки, перед пушкой.

Управление лучом разбивается на два этапа. Сначала мы отклоняем его так, чтобы луч прошел через необходимое отверстие в трафарете. При этом луч приобретает форму знака. И мы возвращаем профилированный луч к оси трубки. Второй этап (он обслуживается отдельной отклоняющей системой) состоит в том, чтобы поместить знак в нужное место экрана.

Трубка, о которой идет речь, называется ПРОФИЛЬНО-ЛУЧЕВОЙ. В ней использован хорошо нам знакомый принцип доставки знаков целиком. Наш пострел - везде поспел: электронный луч профилируется то в "а", то в "я", наносит буквы, цифры, слова, числа, строки и столбцы на люминофор экрана. Текст готов, а луч спешит возобновить его, чтобы не потускнел, да заодно и изменить, чтобы не состарился.

Характроны (так иногда именуют профильно-лучевые трубки) рисуют четкие, красивые и яркие тексты. Если сделать ограничения совсем строгими, если пробить в трафарете только арабские цифры, характрон миниатюризуется, обратится в многоразрядный цифровой индикатор, один из семейства индикаторов чисел, о которых шла речь в главе "Зачарованный цифрой".

Наша цель - не вводить ограничения, скорее снимать их. Когда на ЭЛТ, кроме символьной, должна отображаться и графическая информация, когда тексты превращаются в гипертексты, приходится вернуться к трубке общего назначения (см. рис.20). Но и в этом случае для генерации знаков полезно иметь отдельное устройство. Оно, легко угадать, собирает знаки из сегментов, либо татуирует их, либо строит из штрихов.

Рассмотрим, например, как происходит электронная татуировка (рис.23, 24).  Пусть место для знака на экране ЭЛТ уже определено, нужно только его "выколоть". Начертания каждого знака хранятся в сердечниках запоминающего устройства: провод продевается в феррит, обозначающий "укол", и минует прочие сердечники. Вот поступает команда воспроизвести данный знак. Схема принимается методично просматривать сердечники, слева направо и снизу вверх. Точно также движется электронный луч в ЭЛТ. В сердечнике 7 имеется запись - луч на экране делает укол, обозначает точку в левом нижнем углу. Сердечники 2, 3 и 4 пустые - луч делает три шага по горизонтали с нулевой интенсивностью, двигается, но не рисует. В сердечнике 5 вновь запись: укол, точка в правом нижнем углу.


Рис.23. Точечное рисование (татуировка) знаков на экране ЭЛТ.


Рис.24. Знаки, получаемые при татуировке, и вид реальной прошивки

После этого схема опять приглушает луч, возвращает его в исходное положение, перемещает на одну строку вверх. В памяти это соответствует 6-му сердечнику, который прошит проводом. Значит, нарастание интенсивности луча, укол, световая точка на экране. Сердечники 7 и 8: нет записи - холостые шаги, сердечник 9 - запись и укол, сердечник 10 - нет записи, возврат к началу строки, переход на следующую строку. И так далее: пять шагов по оси "X" (их подсчитывает специальный счетчик), возврат, шаг по оси "Y" (тоже учитывается счетчиком), вновь движение по оси "X" - пока не исчерпается 35-элементная матрица знака. Все шаги втемную, кроме тех, на которых происходит татуировка.

Заметьте, в нашем примере луч совершал много лишних движений, утюжил матрицу точка за точкой, ни одной не пропуская. Можно заставить его проходить только через точки, принадлежащие знаку. Тогда интенсивность луча менять не нужно, весь знак рисуется открытым лучом.

Автору очень хочется описать генераторы знаков, использующие сегментный принцип формирования (луч при этом рисует так называемые фигуры Лиссажу), и растровые генераторы, собирающие знаки из штрихов. Но читатель - не электронный луч, он, видимо, устал от знаков.

Что ж, отдохнем на графических изображениях. В отличие от символов, начертания которых известны и хранятся в памяти, здесь все зыбко и неустойчиво. Протекает сложный процесс. Меняются его параметры, его переменные. А ЭЛТ должна показать графики соответствующих функций, нарисовать кривые. В какую сторону изогнутся эти кривые через секунду, как сильно изогнутся, а может, и вовсе выпрямятся - заранее неведомо.

Если процесс развивается быстро, если индицируемых величин много, электронный луч, хоть он и пробегает по экрану 10 километров в секунду, может не угнаться за всеми переменными.

Значит, нужны два луча одновременно. На рис.25 показана электронно-лучевая трубка с двумя пушками.


Рис.25. Двухлучевая ЭЛТ.

Сконструированы и трехпушечные ЭЛТ, и семипушечные, и десятипушечные трубки. "Пушки с пристани палят", каждый луч имеет независимое управление, возникает одновременно ряд кривых на экране...

Казалось бы, МНОГОПУШЕЧНЫМ ЭЛТ все под силу. Но нет, их возможности ограничены. Во-первых, пушки стоят не строго по оси трубки, а под некоторым углом - возникают оптические искажения. Во-вторых, управляя "своим" лучом, каждая отклоняющая система немного влияет и па "чужие" лучи. Многопушечные трубки полезны там, где не требуется точного совмещения лучей.

Графическая информация состоит из фоновых и текущих данных. Кроме кривых, которые претерпевают частые изменения, графики должны содержать оси координат, масштабную сетку, наименования функций и аргументов. Фоновая часть информации как бы организует текущую часть; она известна заранее, да и сменяется несравненно реже, чем текущая часть.

Электронный луч, однако, не делает различия. Текущие ли данные, фоновые ли, он точка за точкой рисует изображение. Едва закончив кадр, принимается возобновлять его. И так 40-50 раз в секунду. Сизифов труд!

Нельзя ли существенно упростить дело, доставив фоновую информацию на экран ЭЛТ целиком? Скажем, хранить все эти координатные сетки, заготовки для таблиц, планировки улиц, схемы технологических потоков, карты - в виде диапозитивов, или в виде кадров на кинопленке. А при надобности проектировать их на экран ЭЛТ обычным оптическим способом. Отдать быстроменяющееся, текущее - электронному лучу, а неизменное, фоновое - кадропроектору.

Так, вероятно, рассуждали изобретатели электроннолучевой трубки с ОПТИЧЕСКИМ ОКНОМ (рис.26). Получился неплохой гибрид.


Рис.26. ЭЛТ с дополнительной оптической проекцией: 1 - пленка; 2 - кинопроектор; 3 - окно для проекции.

Сизифов труд электронного луча можно уменьшить и другим путем. Сделать трубку запоминающей, перерисовывать изображение не десятки раз в секунду, а лишь когда потребуется и сколько потребуется. Приглядимся к ЭЛТ: какие ее элементы можно наделить свойством памяти?

Не пушку и не отклоняющую систему - их дело изменять, а не хранить. Значит, экран.

Большие усилия истрачены исследователями, чтобы отыскать памятливый люминофор, люминофор с большим послесвечением. Но успех пришел с противоположной стороны. Оказалось, что запоминающая ЭЛТ вообще не должна светить!

Исследователи соскоблили со дна колбы слой люминофора, нанесенный еще Уильямом Круксом, и покрыли экран скотофором, новым материалом, состоящим из кристаллов хлористого калия. При попадании на скотофор электронного луча в кристаллах образуются цветовые центры - потемнения. Изображение рассматривается в отраженном свете и выглядит темно-пурпурным на белом фоне.

Трубка с ТЕМПОВОЙ ЗАПИСЬЮ или хемитрон - так назвали этот прибор. Он хранит изображение очень долго, несколько месяцев. Чтобы стереть запись, необходимо выпустить на волю электроны, захваченные кристаллами скотофора, что достигается нагревом экрана и требует нескольких секунд.

Крепко помнит хемитрон, да трудно забывает. Его разумно применять в небыстрых системах отображения информации.

А в быстрых? Где искать безинерционную память для быстрых СОИ? Приглядимся к лучу. Может быть, беда в том, что он электронный? Для электронного - нет запоминающего слоя. Вот если б луч был ультрафиолетовым... Тогда к нашим услугам фотохромные материалы. Запись ультрафиолетом (материал темнеет, загорает в местах облучения); стирание - инфракрасными лучами; оба процесса совершаются за микросекунды. Время хранения изображения - несколько дней (иные разработчики говорят "неограниченно долго". И правы: для быстрых СОИ несколько дней - вечность).

ФОТОХРОМНЫЕ трубки содержат, кроме традиционных составляющих, преобразователь электронных лучей в ультрафиолетовые и экран из фотохромного стекла. Трубки эти разработаны совсем недавно (первые сообщения о них появились в 1970 году); фотохромное стекло еще очень дорого. Поэтому трубки имеют малые размеры, а изображение увеличивается оптической проекцией.

Хемитрон и фотохромная трубка - только два члена из многочисленной семьи запоминающих ЭЛТ. Если дополнить обычную трубку сеткой и вспомогательной пушкой, получим НАКОПИТЕЛЬНУЮ ЭЛТ. Здесь электронный луч не достигает экрана: он наносит потенциальный рельеф на сетку. Орошающая пушка непрестанно поддерживает этот рельеф, а уж сетка испускает вторичные электроны, рождает луч, рисующий на экране.

Если вместо экрана натянуть диэлектрическую пленку, потенциальный рельеф не нужно поддерживать. В такой электростатической трубке скрытое изображение проявляется заряженным порошком. После записи ЭЛТ приходится наклонять, погружать в порошок. Мало радости для оператора, зато готовый прибор ксерографической печати, столь необходимый для вывода данных из вычислительных машин.

А если... Читатель, вероятно, заметил уже, что детище Уильяма Крукса способно к поразительным перевоплощениям.

Вам мешает стеклянный экран? Вы хотели бы печатать изображение напрямую, без потерь в стекле? Пожалуйста, в ЭЛТ принтапикс - электронный луч заряжает проволоки матрицы, а те татуируют изображение на электрографической бумаге.

Требуется печатать построчно на фотопленке? Значит, изображения расположены на экране всегда в одном месте, кучно; здесь-то в конце концов и прожигается люминофор? Превратим экран в барабан, вращение которого позволит сделать износ люминофора равномерным. Такая трубка именуется ЭЛТ с линейной разверткой.

Вам не подходят габариты ЭЛТ, она слишком длинная? Установим пушку параллельно экрану, а луч, послушный электронный луч, вернем на экран с помощью дополнительной отклоняющей системы. Плоская трубка готова.

В вашей системе одно и то же изображение интересует нескольких операторов? Нельзя ли использовать одну трубку для генерации изображения, а потом уж раздать видеосигнал? Можно. ЭЛТ с ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЧИТЫВАНИЕМ похожа на накапливающую трубку. Добавлена лишь считывающая пушка и коллектор. Заметьте, электронный луч выступает в новой роли: он не рисует, а воспринимает скрытое изображение, модулируется им. Готовый сигнал поступает на сборник-коллектор, а оттуда - на ЭЛТ многочисленных пультов. Выгода здесь в том, что трубки в пультах - рабы главной ЭЛТ; им не нужны ни память, ни генераторы, ни логика, ничего, кроме видеосигнала из центра да питания.

Четыре "составляющих" у трубки: пушка, экран, отклоняющая система, колба. Всего четыре, но создают они необозримое поле для изобретательной мысли.

Если изменить число пушек... Или материал экрана... Или его форму... Или сделать окно в колбе... Если ввести в колбу трафарет... Или сетку... Или коллектор. Если отклонить луч сначала сюда... Если объединить несколько "если" сразу.

Не могу удержаться, чтобы не привести один пример, только один. Цель разработки - плоская ЭЛТ для цифробуквенных данных. Способ изображения символов - татуировка. Авторы установили за катодом два параллельных трафарета. Каждый трафарет представляет собой матрицу из восьми строк и восьми столбцов. Каждый элемент этой матрицы не элементарен. В свою очередь, элемент является матрицей, известной нам матрицей 5*7 отверстий.

Первый по ходу луча трафарет служит для выбора столбца (на весь искомый столбец подается положительный потенциал); второй трафарет - для выбора строки (тоже подачей плюсового потенциала). После трафаретов исходный луч оказывается в нужной позиции, причем он раздроблен на 5*7 лучиков.

Теперь в дело вступают две управляющие пластины. За пять тактов работы устройства они "затыкают" все лишние отверстия, после чего, на 6-м такте, разрешается прохождение оставшихся лучиков на экран. Нужный знак появляется на нужном месте. В этой остроумной трубке (ее толщина 50мм!) знак татуируется не точка за точкой, а одновременно. Татуировка параллельная, вывод текста последовательный - символ за символом.

Трудятся изобретатели и технологи, появляются трубки - малые и большие, символьные и графические, беспамятные и схватывающие навсегда, длиной с иерихонскую трубу и плоские, как бумажник. А когда идея становится вещью, трубкой, за дело берутся психологи.

Разборчивы ли изображения, какова их четкость и контрастность? Как влияют увеличение расстояния между экраном и оператором или изменение освещения пульта? Опасны ли искажения и помехи?

Искажения и помехи имеются на экране всегда, вопрос в том, какова их допустимая степень. Психологи изучают восприятие человеком безупречных символов в центре экрана и несколько деформированных - по краям трубки. В полезный сигнал вводится шум - изображение мелькает, перекашивается, а психологи следят за оператором, одолевает ли, не теряется ли.

Пионерские работы в изучении восприятия знаков выполнены профессором А.А.Крыловым и его аспирантом Г.М.Товбиным в Ленинградском университете. Исследователей особо интересовали тяжкие поражения знаков, распадение их контуров на фрагменты. Оператор принимает обломки за совсем иной знак, либо колеблется, подбирая целое к наблюдаемому фрагменту. Ученые нашли формы символов, в осколках которых все же сберегается ключевая информация обо всем знаке. Пользуясь улучшенным ими алфавитом, человек-оператор уверенно восстанавливает пораженные знаки; так антрополог Луис Лики по неполному черепу восстановил внешний вид "человека умелого".

Для Альберта Александровича Крылова исследование знаков - одно из ответвлений его главного дела. А главное дело - проникновение в глубины переработки информации человеком-оператором. Многие ученые рассматривали человека-оператора как "одноканальное звено с ограниченной пропускной способностью". Проще говоря, центральные механизмы мозга их оператора в данный момент времени делают только одну работу и одолевают ее со скоростью, определяемой сложностью задачи. Все другие сигналы и работы на период выполнения данной как бы не существуют, блокируются "на входе" оператора.

Концепция одноканальности упрощала математические модели и сослужила тем добрую службу проектировщикам СОИ. Автор и сам опирался на нее, когда рассчитывал пульт управления энергоблоком. Одна беда, не все экспериментальные факты соответствовали идее одноканальности. Чтобы согласовать ее с реальностью, мне пришлось ввести ПРЕРЫВАНИЯ РАБОТ ПО ПРИОРИТЕТАМ. Оператор, если появляется важный, особенно аварийный сигнал, прекращает менее важные действия и берется за диктуемую новым сигналом работу. Если враз возникают два равных по важности сигнала, оператор сначала делает ту работу, которая короче. Оценки относительной важности сигналов и длительности работ производит сам оператор - в напряженной обстановке управления. И, конечно, допускает ошибки в назначении приоритетов. Модель, которой пользовался автор, учитывала и приоритеты, и ошибки в их назначении, но оставалась одноканальной.

...

Альберт Александрович Крылов порвал с одноканальностью и выдвинул концепцию включения. Теоретически и тонкими экспериментами он доказал, что новые сигналы не блокируются на "входе" оператора, а ведут к гибкой перестройке информационного процесса в мозгу человека. "Целостность информационного процесса,- пишет А.А.Крылов,- заключается в непрерывном включении частных информационных процессов в единый информационный процесс. Немедленная обработка информации связана не с освобождением центральных механизмов, а с немедленной перестройкой всей информационной системы, в результате чего каждый "новый" частный информационный процесс становится элементом системы и осуществляется далее в составе этой системы".

В последних словах приведенного отрывка дважды встречается термин "система". И не случайно: концепция включения развита на основе системного подхода. Системный подход распространен Крыловым на решения оператора. Условия задачи и цель представляют собой исходную систему. Ход решения состоит в смене промежуточных систем. "Новый" процесс, включаясь, приводит к перестройке промежуточной системы в иную систему и, естественно, после перестройки все происходит иначе, чем до нее: новые условия, а то и изменившаяся цель.

Концепция включения сформулирована детально и четко, а поэтому может быть переведена на математические рельсы. Автор почти уверен, что перевод произойдет в ближайшее время и что локомотивом для маневра послужит порождающая семантика.

Быть может, у читателей сложилось впечатление, что психологи успевают за бурным прогрессом электронно-лучевых трубок. Ошибка: здорово отстают. Трубки, точнее дисплеи на основе ЭЛТ, сейчас внедряются во все отрасли народного хозяйства. Значит, необходимо психологически исследовать множество оперативных ситуаций и множество гипертекстов. Советские психологи только разворачивают эти работы.

Здесь резонно вспомнить о том, что дисплей - не только устройство вывода информации на экран, но и устройство ввода данных в ЦВМ. Все, что уже известно нам о клавиатурах, о контактных, звуковых и световых карандашах, об индикационных процессорах,- все это надлежит немедленно "включить" в новую систему - в дисплей. На рис.27 показана анатомия характерного дисплея. Он оснащен клавиатурой и световым карандашом, сигналы от которых поступают в индикационный процессор (положение светового карандаша вначале преобразуется в цифровой код).


Рис.27. Устройство дисплея на основе ЭЛТ:
1 - индикационный процессор; 2 - генераторы; 3 - регистр яркости; 4 - регистр "X"; 5 - регистр "Y"; 6, 7, 8 - преобразователи "код - напряжение"; 9, 10 - усилители; 11 - ЭЛТ; 12 - световой карандаш; 13 - преобразователь "положение - код"; 14 - клавиатура.

Индикационный процессор перерабатывает вводимые данные и порождает изображение на экране ЭЛТ. Он вычисляет шаг за шагом текущие координаты и яркость луча и помещает их в регистры осей "X" и "Y" и в регистр яркости. Цифровые данные, содержащиеся в регистрах, превращаются с помощью преобразователей в значения отклоняющего напряжения и в величину напряжения подсветки. После усиления напряжения поступают на отклоняющую систему и прожектор ЭЛТ. Индикационный процессор строит любое изображение тем же способом, каким татуируются знаки - "по точкам".

Точечный способ прост, но, согласитесь, он заключает электронный луч в стеснительные колодки. Нам, например, надо изобразить отрезок прямой, луч легко и свободно прочертил бы его на экране, да нельзя, луч закрепощен. Прямую приходится собирать из точек, как бы нанизывая бусинки на нить. Чтобы скромный отрезок явился нашему взору, процессор должен пропустить через регистры десятки координат. То же с рисованием окружностей или эллипсов, или любых иных кривых.

Раскрепощению луча способствуют генераторы, также входящие в схему дисплея. ГЕНЕРАТОРУ ВЕКТОРОВ достаточно получить от процессора начальную точку да знак и величину приращения. Остальное его личное дело: генератор начинает, где указано, и ведет луч вверх, если знак приращения положительный, или вниз, если знак отрицательный. Наклон прямой, которую чертит, повинуясь генератору, луч, диктуется величиной приращения. Процессор вмешивается лишь тогда, когда пора остановить рисование.

ГЕНЕРАТОР ОКРУЖНОСТЕЙ тоже вполне самостоятелен. Процессор сообщает ему, где поместить центр окружности и каков ее радиус. Генератор соответственно вращает луч, изображая всю окружность, или ее часть - дугу, длина которой ограничивается сигналом остановки, приходящим свыше, от процессора.

Используя генераторы векторов и окружностей, процессор может "собрать" на экране любую фигуру, и не из точек, а из фрагментов: так многорядное ожерелье связывают из готовых ниток бус. Фигуры, сложенные из дуг и отрезков, не идеальны, хотя и удовлетворительны для многих применений. Там, где требуется большая плавность и мягкость переходов, там в отряд генераторов резонно включить рисовальщиков эллипсов, или гипербол, или... Собственно, и рисование знаков, сборку их из сегментов, можно поручить отдельному работнику - ГЕНЕРАТОРУ СИМВОЛОВ.

А коли так, не отказаться ли нам вовсе от регистров и точечного способа управления лучом? Не стоит отказываться, и вот почему.

Точки на изображениях имеют самостоятельное значение. "Картинки" на экране дисплея, которые любят разглядывать астрофизики, представляют собой скопления точек. Географам нравятся композиции из точек и линий. Наш отказ повел бы к рисованию точек как "очень коротких векторов". Сняв с луча колодки, мы пезамедлительно одели бы на него вериги.

Точечный способ хорош также, чтобы обстругать фигуру на тех ее хитрых участках, где топорная работа генераторов слишком груба.

Если угодно, станем именовать набор регистров и преобразователей ГЕНЕРАТОРОМ ТОЧЕК. Программа сборки изображения, хранящаяся в дисплейном процессоре, обращается к генератору точек, как обращается к другим подвластным ей генераторам.

Рис.27 сделан нами нарочно не подробным. Не указано внутреннее содержание квадратиков "Генераторы" и "Индикационный процессор". Квадратик "Генераторы" может состоять только из генератора символов, а квадратик "Индикационный процессор" представлять собой жесткое устройство, развертывающее символы по строкам и столбцам и возобновляющее текст с должной частотой. Такой "Индикационный процессор" получает первоначальный текст от ЦВМ, а поправки - от оператора (световым карандашом указывается, куда вносится поправка, а нажатием клавишей - в чем она состоит). Дисплей служит для редактирования текста и для возврата текста в ЦВМ. Таково, например, устройство типа "Экран", способное показать текст объемом 32 строки по 64 символа в строке.

Немало, но меньше, чем содержится в странице книги большого формата. Чтобы ЭЛТ передавало книгу "страница в страницу", необходимо воспроизводить 64 строки по 72 знака в каждой, всего 4608 знаков. Дело не только в качестве самой трубки - хотя мелкопись предъявляет свои требования и к заточке луча, и к точности его посылки, и к люминофору экрана - дело в емкости памяти для хранения страниц, в сложности логических устройств, в быстродействии дисплея. "Дисплей-книга" нуждается в мини-ЦВМ для своего обслуживания. Трубку, кстати, разумно поставить на ребро - так она больше, похожа на страницу, чем при "телевизионном" положении.

Если квадратик "Генераторы" на рис.27 вмещает в себя не только генератор символов, но полный набор рисовальщиков, если под "Индикационным процессором" понимается серьезная ЦВМ, способная решать самостоятельные задачи, а не только воспроизводить текст на экране, тогда дисплей представляет собой могучий универсальный индикатор.

Между скромным "Экраном" и этим Ильей Муромцем индикаторного мира располагаются разнообразные дисплеи с различными вычислительными и графическими возможностями: знакомая нам ЭЛТ с "мышью", трубка и клавиатура на борту "АРГО" и многие-многие другие.

До сих пор мы не касались цветных ЭЛТ, речь шла о черно-белых трубках. Но цвет для человека, в том числе, для человека-оператора весьма желателен. Цвет - отличный способ различения: время поиска пропорционально количеству элементов, окрашенных в данный цвет, и почти не зависит от наличия на экране символов других цветов. Поиск объектов, отличающихся цветом, происходит быстрее, чем поиск объектов различных по форме. Это относится и к счету объектов. Инженерные психологи доказали многочисленными и изящными экспериментами, что для индикаторов контроля и управления цвет должен использоваться как основной, а форма как вспомогательный способ кодирования.

Казалось бы, цветные ЭЛТ, такие, как в телевидении, должны вытеснить черно-белые трубки, изгнать их на окраины обширного государства отображения.

Ничуть не бывало. Не хватает пороху у цветных трубок. Четкость и яркость изображения, которую они способны обеспечить, в 4 раза меньше, чем у черно-белых ЭЛТ. А управление - слишком сложное.

На рис.28 показала самая распространенная цветная ЭЛТ. Три пушки, мозаичный экран и дырчатая маска. Каждая пушка обслуживает свой основной цвет - красный, зеленый, синий. Экран сплошь покрыт люминофорными троеточиями: одно пятно воспроизводит красный цвет, другое - зеленый, третье - синий (рис.29). Мозаика из 300000 троеточий. А маска - в ней тоже 300000 отверстий - установлена по отношению к пушкам и к экрану таким манером, что пропускает лучи "красной" пушки только на красные точки люминофора, "зеленой" пушки - на зеленые точки, "синей" пушки - на синие точки.


Рис.28. Цветная ЭЛТ: 1 - система из трех электронных пушек; 2 - катушка "чистоты цвета"; 3 - фокусирующая и отклоняющая катушка; 4 - металлический конус; 5 - теневая маска; 6 - экран; 7 - стекло; 8 - защита.


Рис.29. Принцип действия цветной ЭЛТ: 1 - электронный луч; 2 - отверстия в маске; 3 - цветные точки люминофора: С - синие, З - зеленые, К - красные.

"Свои" лучи на "свои" точки пропускает, а "чужим" - ход закрыт.

Вот почему эта трубка называется ЭЛТ с ТЕНЕВОЙ МАСКОЙ. Прием, который используется в ЭЛТ с теневой маской для адресации лучей, можно назвать методом Прокруста: отверстия занимают лишь 15% площади маски, значит, 85% потока, образуемого каждым лучом, просто отсекается. А достигшая цели часть луча встречается с люминофорами, имеющими светоотдачу, значительно меньшую, чем покрытия черно-белых ЭЛТ. Да еще неизбежные ошибки стрельбы по микроцелям-троеточиям. Ошибки, нарушающие чистоту цвета.

В цветном телевизоре трубка с теневой маской на месте, а на пульте оператора... Хорошенько подумай, разработчик, прежде, чем пригласить незнакомку в теневой маске в свою систему отображения! Нельзя ли обойтись черно-белой трубкой, например, взять ЭЛТ с оптическим окном? Тогда вся фоновая информация может быть цветной, а текущая черно-белой. В целом получаем многоцветный экран, хотя и с ограничениями.

Нельзя? Что ж, обратимся к другим цветным трубкам, к ЭЛТ без маски.

В одной из них люминофор нанесен полосками, а отклонение луча выполняет проволочная сетка (проволоки параллельны полоскам люминофора). Есть конструкция, в которой экран собран в гармошку. Левые грани образовавшихся призм покрыты синим, а правые - красным люминофором; пушки установлены так, что лучи одной из них попадают на все левые, а второй - на все правые грани. Достойна упоминания идея раскрепощения луча: пусть свободно движется по полоскам люминофора; вторичное излучение выдаст, где он находится, а зная текущее положение луча, можно запереть его, если полоску нужно пропустить; цветопись происходит здесь посредством изменения интенсивности луча.

Исследуются люминофоры, начинающие светиться определенным цветом лишь при свойственной этому материалу интенсивности электронного луча. Экран ЭЛТ был бы тогда трехслойным, а луч всякий раз пробивался бы в нужный слой. Еще заманчивее люминофоры, цвет которых меняется согласно интенсивности луча. Цветная трубка содержала бы тогда один люминофор и одну пушку, оказалась бы ненамного сложнее черно-белой трубки.

Это пока мечты, впрочем, подтвержденные опытными экземплярами (все равно мечты: сколько погибало "опытных экземпляров", так и не достигнув серии). Практики всегда стараются дошлифовать имеющиеся конструкции, извлечь из них все сокрытые возможности.

Цветные видеодисплеи разрабатываются и в США, и в Японии, и в нашей стране. Хотя человек в принципе способен различать около ста оттенков, в СОИ используются лишь 5-7. При контроле и управлении нет времени для колористических споров, требуется УВЕРЕННОЕ РАЗЛИЧЕНИЕ. Пультовая ЭЛТ должна быть не импрессионистом, а художником-примитивистом: четкие линии, чистые цвета. Этим она отличается от ЭЛТ телевизионной, этим и пользуются разработчики-практики.

В ближайшие годы цветные трубки придут на многие пульты. Оператор сможет менять по желанию окраску частей изображения, тревожные сигналы сами приобретут красный цвет, а разрешающие - зеленый. Оперативный мир хоть отчасти приблизится к миру реальному, а оператор к своему предку - охотнику на слонов.

Так будет, если электронно-лучевая трубка вообще уцелеет, если ее не вытеснит плазменный, либо жидкокристаллический дисплей. Эти двое умеют не только индицировать цифры - им доступна татуировка любых изображений. Любых - в пределах разрешающей способности. Сегодня в "сыре" плазменной панели удается сделать 512*512 отверстий, значит, написать около 40 строк по 50 символов в каждой. "Кристаллы" пока отстают, но автор уверен, что эта фраза устареет раньше, чем выйдет в свет книга. Плоские экраны быстро прогрессируют, ищут дорогу к цвету. ЭЛТ тоже не стоят на месте. Предсказания "кто кого" здесь опасны, нет, я не решусь на предсказания.

Вместо предсказаний займемся терминами. Только что шла речь о "дисплеях", а в главе "Дозволенные речи" упоминались "терминалы" (было даже обещано, что терминалы придут в каждый дом). Чем отличаются "дисплеи" от "терминалов"?

Английское слово "display" означает "показ", "выставка", "проявление", "выделение". Дисплей - показывающее экранное устройство. Как правило, регистрация данных в нем отсутствует.

Терминал - слово латинского корня. Древнеримский бог Термин охранял границы и изображался в виде межевого камня. Терминал - пограничное, окраинное, оконечное устройство вычислительной системы, межевой камень между системой и пользователем. Терминал называют также АБОНЕНТСКИМ ПУЛЬТОМ. Сколько типов абонентов - столько и различных терминалов.

Страховой агент приходит на дом к своим клиентам. В руке у него плоский чемоданчик. Агент щелкает замками, крышка отскакивает, внутри чемоданчика обнаруживается клавиатурный пульт. С позволения хозяев гость снимает трубку домашнего телефона и кладет ее на рычаг своего пульта; тем самым пульт подсоединяется к телефонной линии. Агент набирает известный ему номер - чемоданчик и телефон обращаются в терминал вычислительной системы.

Агент предлагает хозяевам удобные варианты страховки, но мать семейства имеет на сей счет особые соображения. Она, например, желает, чтобы дочь получила ко дню своей свадьбы 5000 долларов, по чтобы месячный взнос не превышал 30 долларов. Агент, нажимая клавиши, передает в вычислительную систему возраст дочери и пожелание матери. Через несколько секунд вычислительная система отвечает, осуществимо ли это желание, если принять за основу расчета среднестатистический возраст замужества. Ответ отчетливо слышен из трубки телефона, он речевой.

Терминал отвечает на вопрос, принимая синтетическую речь. О механизме синтеза речи трактовалось в главе "Дозволенные речи". Клиенты нашего агента ничего не знают о механизме; тем вернее машинная речь производит иа них сильное впечатление. Терминал ускоряет работу агента, и, что гораздо важнее, делает ее более успешной. Агента с терминалом слушают внимательнее и уважительное, чем традиционного краснобая. За плоским чемоданчиком агента мнится мир кибернетики и всеобщего процветания.

Сотрудник отдаленной метеостанции обращается к вычислительной системе, чтобы обработать результаты своих наблюдений. Чемоданчик его не устраивает: не способен регистрировать информацию, строить таблицы или столбиковые диаграммы. Метеорологу впору телетайп. Свои данные он вводит посредством клавиатуры, а результаты печатаются на рулоне бумаги. Телетайп уместен и в лаборатории биолога, и в кабинете социолога или лингвиста.

Авиапассажир выпытывает у автоматического справочного бюро лучший маршрут. Автоматическое справочное бюро - не то, где девушка слушает нас и отвечает с экрана телевизора; в "автоматическом" роль девушки исполняет вычислительная машина. Не станем требовать от машины девичьей улыбки, но хорошо бы задавать ей вопросы, как и девушке,- вслух. Хорошо бы, да пока неосуществимо: нет аппаратуры речевой связи. За неимением речевой обойдемся простой, используем испытанный клавиатурный ввод.

А вывод? Конечно, синтетическая речь, причем речь женская! Хотя почему обязательно речь? Справка содержит числовые данные: номер рейса, время вылета и прибытия. Зачем запоминать числа на слух? Лучше, чтобы терминал отпечатал их и отдал справку пассажиру. Только печатать нужно не весь "разговор" человека и машины, а лишь итоговые данные.

Итак, терминал пассажира содержит телетайп и устройство речевого вывода; первый - для ввода и оформления справки, второе - для произнесения машиной "промежуточных" реплик.

Ученик в системе программированного обучения. Вот где удобен дисплей: на экране являются п текст, и формулы, и чертежи! А регистрация не нужна, точнее - она должна происходить в мозгу ученика. Итак, дисплей может служить терминалом.

Мультипликатор рисует свой фильм с помощью вычислительной системы. Графический дисплей - главное его орудие. Одного дисплея, хотя и графического, мало. Терминал мультипликатора должен содержать дополнительное устройство, фиксирующее фильм на кинопленке. Дисплей оказался частью терминала.

Терминал - межевой камень, обтесанный по вкусу абонента. Если пользователь вычислительной системы - продавец, терминал представляет собой гибрид считывателя ярлыков и кассового аппарата; если архивариус - соединение клавиатуры и репродукционной машины.

Не множа более примеров, заключим, что попятпе "терминал" много шире понятия "дисплей", что "дисплей" умещается внутри "терминала". К тому же терминал как устройство, удаленное от вычислительной системы и общающееся с ней по линиям связи, содержит специальные блоки концентрации, кодирования и декодирования данных, блоки, почти отсутствующие в дисплеях.

Работу многих терминалов нам еще придется обсуждать. Еще пройдут по этим страницам Метеоролог, Авиапассажир, Мультипликатор и Ученик. Впрочем, об одном немолодом ученике, о военном писце стоит вспомнить сейчас.

На рис.30 показан отрывок из древнеегипетского папируса. Типичный гипертекст, не правда ли? Есть и графическая часть - изображение трапеции, и символьная, причем рисунок и иероглифы переплетаются друг с другом. Здесь трактуются правила расчета объема усеченной пирамиды. Сделано это на примере фигуры с основаниями в 2 локтя и в 4 локтя, и с высотой в 6 локтей. Все размеры обозначены вблизи соответствующих сторон (палочками). Кроме того, на чертеже указаны квадраты оснований - 4 и 16. Вы легко найдете их, учтите только, что символ "П" означает "10", а символ "О" - "1" в числителе дроби.


Рис.30. Древнеегипетский гипертекст на экране ЭЛТ.

Текст читается справа налево и гласит: (1) Сложи вместе эти 16 ( III III П )
(2) с этими 8 ( IIII IIII ), с этими 4 ( II II ).
(3) Ты получишь 28 ( IIII IIII П П ).  Вычисли
(4) 1/3 ( О/III ) от 6 ( III III ). Ты получишь 2 ( II ). Умножь
(5) 28 ( IIII IIII П П ) на 2 ( II ). Ты получшь 56 ( III III П П П П П ).
(6) Смотри, он равен 56 ( III III П П П П П ). Ты нашел правильно.

В скобках приведены египетские написания чисел. Алгоритм расчета объема исходит, говоря современным языком, из формулы

V = (a2 + ab + b2)h/3.

В строках (1) - (3) папируса найдено a2 + ab + b2, а в строке (4) - h/3. Строка (5) занята умножением членов, а строка (6) подбивает итог.

На рис.30 показаны также промежуточные действия. Под фигурой - 16 суммируется с 4 и 8 (знак равенства напоминает свернутый свиток папируса), слева от фигуры - 28 сначала умножается на один, а потом - удваивается. Наконец, результат - 56 локтей - повторяется внутри фигуры.

Приведенный гипертекст вполне уместится на экране ЭЛТ. Для его воспроизведения луч должен изображать иероглифы (около 100 различных символов). Матрицей 5*7 точек здесь не обойдешься, но матрица 9*12 вполне удовлетворительна.

Выделим в гипертексте повторяющиеся выражения. Трижды употребляется "ты получишь", дважды "с этими". Другие выражения не повторяются, по это оттого, что отрывок очень короток. Если взять класс подобных отрывков (задачи элементарной геометрии), станут повторяться и "вычисли", и "умножь... на..." и "смотри, он равен". Фигуры - треугольники, трапеции, окружности тоже будут появляться многократно.

Выходит, весь гипертекст сложен из стандартных кусков. Разумно, наряду с начертаниями иероглифов, однажды записать в память ЦВМ правила сборки каждого куска, чтобы потом многократно обращаться и к атомам, и к молекулам.

Прием, который использован здесь: организация иерархии (символы - типовые выражения - стандартные фразы - блоки для гипертекстов) часто применяется при программировании задач отображения для ЦВМ.

Наш подход позволяет построить недорогой терминал для программированного обучения советников фараона. Незадачливый военный писец гораздо легче овладел бы всей премудростью, если б учился не с помощью ехидного товарища, а с помощью терминала, если б мог вызывать поучения электронного наставника столько раз, сколько ему нужно, чтобы усвоить материал как следует. Это справедливо для любого оператора, в том числе современного.

МЕСТНИЧЕСТВО
Вот если б лак содрать с волны,
Поверхность зеркала разбить,
Чтоб всею глубью глубины
Цветущий мир отобразить.
В.Шефнер

Проектировщик собирает пульт. Слева от него - корзина с командными аппаратами, справа - со щитовыми индикаторами. Он берет нужный компонент и устанавливает его в нужном месте. Конечно, все делается мысленно: роль корзин исполняют каталоги, информационные письма и номенклатуры заводов-изготовителей, а установка производится на бумаге. Проектировщик рисует ФАСАД ПУЛЬТА.

Если сказать, что это сложная и кропотливая работа, мы скажем полуправду; "большая половина" правды состоит в том, что это работа нервная. Ибо проектировщик предполагает, а разработчик располагает.

Разработчиком (в единственном числе) мы назвали множество авторов компонентов. Разноликое множество. Они служат в разных по размеру, стилю и традициям конструкторских бюро. Готовят свои чертежи для разных по оборудованию, оснастке и манере производства заводов. Подчиняются разным министерствам. И, кроме всего прочего, разработчик придумывает определенный компонент, только его, единственный и несравненный.

Разработчик старается сделать свой компонент работоспособным, надежным, дешевым и по возможности красивым. Как правило, он добивается своего. Компонент, рожденный дерзкой мыслью разработчика А, естественно, мало походит на своего друга, плод фантазии разработчика Б.

Назовем компоненты именами разработчиков. А прежде всего не совпадает с Б ПО РАЗМЕРУ. Ладно, не совпадают, в этом есть определенный смысл - не делать же тумблер величиной с самописец. Но размеры компонентов и не кратны друг другу. Установишь два ключа под самописцем - мало, остается приличная залысина; поместишь три ключа - много, торчат и слева и справа.

А и Б отличаются, конечно, и толщиной фланцев - оснований, и их формой, и СПОСОБОМ КРЕПЛЕНИЯ к пульту. О, способ крепления - отрада разработчиков, есть где разгуляться душе механика! Простак делает четыре отверстия по углам фланца: сверлите в столешнице дыры, нарезайте резьбу и крепите четырьмя винтами. Хитрец сводит четыре винта в один: наносит резьбу на горловину своего детища и придает к нему гайку величиной с блюдце. Умелец дополняет компонент крючками, планками, угольниками, штырьками, прорезями, плоскими пружинами... Все, что знает человечество о прикреплении чего-нибудь к чему-нибудь, все собрано на пульте. Музей креплений - пусть себе, но большинство из них мешает разумному взаимному расположению приборов - не состыкуешь ни вдоль, ни поперек, ни наискосок.

Если вершки А и Б, части, выступающие над столешницей, не похожи друг на друга, то КОРЕШКИ... Одни - разрослись вширь, мешая соседям, другие - ушли вглубь. Подсоединение проводов - переднее, боковое, заднее, проводники идут на клеммник - под винт, на гребенку - под пайку, на штеккерный разъем.

Проектирование фасада пульта - нервная, вредная работа. Пытаешься сочетать несочетаемое, сдружить враждебное, объединить отталкивающееся. Рисуешь фасад, лицо пульта, а думаешь о его начинке - как закрепятся компоненты, не столкнутся ли друг с другом, удастся ли подвести провода и как его, сердешного, будут потом ремонтировать?

В плачевный дуэт разработчик-проектировщик вмешивается солидный бас поставщика основного оборудования. Этот дядя вместе с аппаратом, насосом, локатором или турбиной, изготовленной на его заводе-гиганте, поставляет также приборный блок.

Солидностью фланцев и шпилек его блок напоминает турбину высокого давления. Командные аппараты и индикаторы под стать кожуху. Где он их только выискал? Таких уже давно никто не выпускает, сам он их, что ли, делает? Поставщик требует установки его блока на пульт в целости и сохранности. Иначе он не отвечает за работу турбины. Если число оборотов станет мерить не допотопный миллиамперметр, а современный прибор, турбина, может, и не станет вращаться или не возьмет нагрузку. Или в одночасье выйдет из строя.

Поставщик основного оборудования снимает с себя ответственность - страшное дело! Ради бога, установим его приборный блок на пульт...

Вот так - с бору по сосенке - собирает проектировщик свой фасад. Бесконечно переставляет кусочки картона - макеты компонентов и блоков. Полууступки и отступления, радость - возникло удачное сочетание, а здесь - не клеится, хоть умри. Компромисс на компромиссе сидит и компромиссом погоняет. Одно бесспорное достоинство у сборных пультов - дешевизна. Изготовленные из стандартных компонентов, они недороги. Воистину, дешево и сердито.

Сборные пульты наиболее распространены сегодня, их продолжают проектировать, значит, и завтра их будет много. И все-таки они принадлежат прошлому.

Два могильщика позаботятся об этом: стандартизация и интеграция.

У читателя, вероятно, давно на уме вопрос: кто разрешил такое разнообразие компонентов? Где межведомственные нормали, где ГОСТы? Есть и нормали, существуют и ГОСТы. Но они касаются свойств отдельных компонентов, либо исполнения всего пульта. Промежуточную область - соединение компонентов, сборку пульта, тяжелее всего стандартизовать. Облегчить сочленение компонентов можно, но ценой увеличения их габаритов. А куда их дальше увеличивать, пульты и так необъятны.

Кто вообще сказал, что составляющим хорошего пульта должен быть компонент? Разве применяется сам по себе ключ? Или индикатор? Или табло? Нет, конечно. Работа проектировщика пульта именно в том и состоит, чтобы создать сочетания компонентов. Но тогда, быть может, существуют УСТОЙЧИВЫЕ, ЧАСТО ПОВТОРЯЮЩИЕСЯ СОЧЕТАНИЯ? Если они есть, пульт разумнее собирать не из атомов-компонентов, а из молекул-сочетаний.

Приглядимся к фасаду пульта. Станем искать устойчивые сочетания, округлять их, как говорил некогда Леонид Семенович Бравин. О Леониде Семеновиче я еще расскажу, пока же будем округлять.

Управление механизмом (насосом, вентилятором, дозатором). Его обслуживают ключ с возвратом, две лампочки и переключатель блокировки (переключатель нужен, чтобы снимать воздействие на механизм автоматики). Первое наше округление.

Управление двумя объектами (задвижками, клапанами), стоящими последовательно друг за другом, на разветвлениях потока или на параллельных потоках. Во всех случаях используется общий ключ управления с возвратом, общий переключатель блокировки, но требуются по две сигнальные лампочки на каждый орган. Округляем все эти элементы.

Измерение по вызову. Используется прибор и многоточечный переключатель. Округляем.

Сигнализация отклонений параметров в сочетании с измерением их значений по вызову. В кружок попадают два табло (отклонение в меньшую и большую стороны) и часть многоточечного переключателя, относящаяся к нашему параметру.

Регулирование параметра. К уже известным нам (речь о них шла в главе "Мануалы") двум ключам и указателю задания добавляется прибор, показывающий и регистрирующий параметр. Округляем и эту группу - кружок получился крупнее прочих.

Регулирование участка. Здесь производится измерение трех величин: параметра на входе участка, на выходе участка и в промежуточной точке. Промежуточная точка, как заметил американский психолог А.Чапанис, помогает оператору "чувствовать движение плода при беременности". Кроме трех приборов, наш круг охватывает два ключа и указатель положения.

Хватит округлять - не потому, что кончились возможные сочетания, а потому, что принципиально вопрос ясен. Будем теперь, используя выражение того же Леонида Семеновича Бравина, птичковать. Примемся отмечать повторяемость сочетаний. Впрочем, читателю ясно и без птичкования, что мы назвали устойчивые, многократно встречающиеся на пульте группы.

Округление и птичкование большого числа пультов, предназначенных для различных целей, тщательно проводили и советские организации и зарубежные фирмы. Я назову лишь Центральный научно-исследовательский институт комплексной автоматизации, Киевский институт автоматики в СССР и фирму Сименс в ФРГ.

Автор и сам округлял и птичковал. Вместе с Виктором Кузенковым и Семеном Каганским он участвовал в работе над МОЗАИЧНЫМ ПУЛЬТОМ.

Основа такого пульта - модули-ячейки, охватывающие найденные сочетания. Ячейки стандартизуются снаружи и внутри: одинаковый размер, одинаковое крепление, одинаковая глубина, одинаковая подводка проводов.

Но дело не только в стандартизации. Компоненты, входя в ячейку, не просто собираются под одну крышу, сохраняя индивидуальность. Нет, их обособленность решительно разрушается, они обезличиваются, чтобы дать новое лицо целому - модулю.

На рис.31-37 вы видите фасады модулей для рассмотренных нами сочетаний.

Управление механизмом. Сигнальных ламп не видно - они скрылись внутри ячейки и подсвечивают прорезь в ней красным или зеленым светом. Ключ управления и переключатель блокировки слились в один орган. Модуль стал компактнее, освободилось место для участка мнемосхемы (рис.31).


Рис.31. Образование стандартной ячейки для управления механизмом: а - традиционное решение: 1 - лампочка; 2 - ключ управления; 3 - переключатель блокировки; б - новое решение: 4 - орган управления; 5 - участок мнемосхемы; 6 - сигнальный орган.

Управление двумя объектами. Соответствующая аппаратура занимает две ячейки независимо от взаимосвязей между объектами, находятся ли они на параллельных потоках (рис.32), соединены ли последовательно (рис.33) или образуют развилку (рис.34).


Рис.32. Управление двумя объектами, расположенными на параллельных потоках: а - традиционное решение; б - новое решение: 1 - орган управления; 2 - сигнальный орган.


Рис.33. Управление двумя объектами, расположенными последовательно друг за другом: а - традиционное решение; б - новое решение: 1 - орган управления; 2 - сигнальный орган.

[
Рис.34. Управление двумя объектами, расположенными на развилке технологических потоков: а - традиционное решение; б - новое решение: 1 - орган управления; 2 - сигнальный орган.

Измерение по вызову. Модульная конструкция потребовала разработки нового индикатора - многошкального прибора. Многоточечный переключатель заменен клавиатурой. Прибор и клавиши занимают удвоенную ячейку (рис.35).


Рис.35. Образование стандартной ячейки для измерения по вызову: а - традиционное решение: 1 - многоточечный переключатель; 2 - показывающий прибор; б - новое решение: 3 - многошкальный прибор; 4 - клавиатура.

Сигнализация с измерением. И здесь вместо многоточечного переключателя - "личная" клавиша вызова параметра, на которой гравируется его имя. Над и под клавишей- прорези для сигнализации (в девичестве - табло). Прорезь "над" сообщает об отклонении в большую, а "под" - в меньшую сторону. Достигнута естественная мнемоничность (рис.36).


Рис. 36. Образование стандартной ячейки "сигнализация с измерением": а - традиционное решение: 1 - показывающий прибор; 2 - табло - сигнализаторы отклонений; б - новое решение: 3 - прорези для сигнализации; 4 - клавиша вызова.

Регулирование параметра. Сочетание двух удвоенных ячеек. Одна из них содержит профильный прибор с двумя стрелками - индикатор параметра и указатель задания одновременно; это тоже специальная разработка. На другом модуле находится уже знакомая нам "венгерская пятерка" (рис.37).


Рис.37. Образование стандартной ячейки "регулирование параметра": а - традиционное решение: 1 - показывающий прибор (значение параметра); 2 - показывающий прибор (положение исполнительного механизма); 3 - переключатель "автоматическое-дистанционное" ; 4 - ключ управления "меньше-больше"; 5 - задатчик; б - новое решение: 6 - индикатор рассогласования; 7 - положение исполнительного механизма; 8 - значение параметра; 9 - задатчик; 10 - ключ "меньше-больше".

Итак, наши сочетания не всегда размещаются в одном модуле, да и сами модули бывают удвоенными и даже шестикратными. Зато обеспечен и единый шаг аппаратуры, и высокая степень заполнения пульта.

Мозаичный пульт представляет собой ячеистую раму ("ящик для яиц" - говорят американцы). В ячейки вставляются модули; если модуль занимает несколько ячеек, лишние перегородки снимают.

Полюбуйтесь на мозаичные ячейки, разработанные в Киевском институте автоматики (рис. 38,а, б, в). Из них собирается четкая мнемоническая схема. На пульте и не пусто, и не скученно.


Рис.38. Внешний вид стандартных ячеек для пультов.

Мозаичный пульт стоит дороже сборного. Если считать только изготовление пульта - существенно дороже. Если же учесть и проектирование, картина меняется. Мозаичный пульт много легче проектировать. Требуется лишь нарисовать фасад с перечнем модулей, указать НЕОБХОДИМЫЕ НАДПИСИ, да выполнить присоединения к пульту. В сборном пульте, кроме мучений с фасадом, основное время забирало составление схем его ВНУТРЕННИХ СОЕДИНЕНИЙ; в мозаичном - внутренние соединения стандартизованы.

Наши модули содержат органы управления и индикаторы, они рассчитаны на совмещение информационного и оперативного полей. Если же эти поля размежованы, если модули нужны только для дискретной и цифровой информации, легко повысить степень интеграции, перейти к БОЛЬШИМ ИНТЕГРАЛЬНЫМ СХЕМАМ. Название это мы позаимствовали из вычислительной техники потому, что сама его неуклюжесть подчеркивает укрупнение модулей.

Теперь каждый модуль - "ящик для яиц" (произошла миниатюризация старых ящиков). В мини-ячейках находятся либо четыре сигнальных лампочки, либо цифровой индикатор. Крышка ящика состоит из пленки с нанесенными на ней мнемообозначениями и линзы из пластика. Лампы и индикаторы подсвечивают пленку в тех местах, где это необходимо. В отличие от сборных и мозаичных интегральный пульт, пульт, состоящий из больших интегральных схем, реализует принцип умалчивания.

Проектировщик пульта прерывает здесь чтение этой книги и принимается за письмо автору.

- Где,- спрашивает проектировщик,- каталоги на интегральные пульты? И кто их у нас производит?
- И каталогов нет, и не производит никто,- с горечью отвечает автор.
- Почему же? Разве это так сложно?
- Нисколько не сложно. Требуется только специальная оснастка да портфель заказов, чтобы обеспечить заводу сбыт при серийном производстве.
- Эти пульты очень нужны!
- Пишите заказ...
- Да, но мы еще не знаем, как они себя поведут...
- Завод гарантирует качество.
- Но мы не умеем их проектировать... К сборным-то пультам привыкли. И заказчики не жалуются. Лучше повременить. Вы наладьте изготовление, а мы уж потом...
- Серийный завод не может изготовлять без заказов. Тем более - вы исправно покупаете у него компоненты. Получается порочный круг. И не завод виноват в этом, виноваты вы, проектировщики.

Леонид Семенович Бравин - главный специалист по автоматике Киевского "Теплоэлектропроекта" - проектировщик высочайшей, уникальной квалификации. Много я встречал и опытных, и знающих, и остроумных инженеров. Такого, вмещающего в себя проект целиком,- от общих принципов до заштатных контактов - встретил только однажды. Мне посчастливилось работать с ним вместе. Однажды он сказал: "Бывают проекты - акушеры, а бывают проекты - палачи".

Проектировщики пультов обязаны активно помогать рождению новых конструкций, а не просто надеяться на лучшее. Мозаичным и интегральным пультам нужны проекты-акушеры. А за спиной "мозаичных" и "интегральных" маячат уже БОЛЬШИЕ ЭКРАНЫ.

Большие экраны? Что это? Не простая ли перемена вывески над привычными щитами? И главное, где нужны эти большие экраны?

Ответ на вопрос разработчиков дал профессор Николаев:
- Большие экраны нужны большим системам!- сказал Владимир Иванович.

Шел Всесоюзный симпозиум по системотехнике. Модное словосочетание "большая система" употреблял чуть ли не каждый докладчик. Иной доказывал, что его система "большая", используя древний метод оценки: один, два, три, тьма.

- Большим системам нужны большие экраны,- повторил Владимир Иванович.- А разрабатывать и то и другое должны большие ученые.

Зал оживился: профессор Николаев попал в точку. Нечетко определенные "большие системы" тянут за собой туманные "большие экраны", и, конечно, одолеть нечеткую туманность под силу только "большим ученым".

А мы - практические инженеры. Нам не с большой системой, с простым пультом бы справиться, навести на нем строгий чин, учесть и человеческие и технические факторы.

Исследования Владимира Ивановича - детальные штудии пультов. Ученый вооружил инженеров формулами, по которым подсчитывается количество информации, получаемое оператором от единичного индикатора и от прибора, затерявшегося среди соседей. Формулы Николаева проникают в процесс принятия оперативного решения и в ход выбора исполнительного органа. Формулы обнимают всю деятельность.

Проектировщик пульта получил основу основ, а ученый считает, что сделал лишь первые шаги и вышел на развилку дорог. Повернешь палево - попадешь в дебри Математической Психологии, повернешь направо - окажешься в парке Системотехники.

Нет истинного понимания мышления человека без математической психологии, как нет правильного выбора места оператора в среде машин без системотехники. Владимира Ивановича интересует человек-оператор, значит, и математическая психология, и системотехника. В обеих областях Николаев и его ученики добыли интересные результаты, а главное, действуя в одной, всегда оглядываются на другую - их результаты совместимы, дополнительны, а не противоречивы, вот что главное!

Итак, профессор Николаев, системотехник и математический психолог, сказал:
- Большие экраны нужны большим системам.

Вероятно, он думал при этом о многих больших системах, но в особенности об одной, о своем родном городе, о Ленинграде. В последние годы Владимир Иванович с головой ушел в работу над системой управления жизнью Ленинграда - транспортом, торговлей, сервисом и многим, многим другим.

В центре управления такой системой, как и в центре управления воздушным движением или космическими полетами, там, где группы операторов принимают КОЛЛЕКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ, и вправду нужен большой экран.

Деловое совещание в крупной фирме. Обсуждается план исследовательских работ на будущий год. Средства ограничены, нужно выбрать наиболее перспективные направления. Перед участниками совещания большой экран, возле каждого из них - пультик для связи с ЦВМ.

Основной докладчик предлагает свой вариант плана. По ходу доклада на экране появляются соответствующие графики, таблицы, диаграммы. Докладчик выделяет цветом те части изображения, на которые слушателям следует обратить внимание в данный момент.

Доклад окончен. Участники совещания задают вопросы докладчику. При этом они возвращают на экран изображения, которые возбудили у них сомнения, подчеркивают неясные места, а докладчик, отвечая, вызывает из машины дополнительную, подтверждающую информацию.

Теперь слово представителям организаций, исключенных из плана или урезанных в средствах. О, им есть что сказать и что показать! Идет продуктивный обмен мнениями, отчасти словесный, но в основном - через ЦВМ и большой экран.

Здесь не место голословным утверждениям - их немедленно проверят и опровергнут оппоненты. Если необходимо, ЦВМ проведет в реальном времени дополнительные расчеты. Деловое совещание становится действительно деловым, а его решения - обоснованными.

Еще одно совещание - промысловый совет. Через систему связи с флотилиями и кораблями, рассеянными по обширной акватории, ЦВМ получает данные о дислокации кораблей и улове рыбы. В машину поступают также метеорологические данные и сведения от кораблей-разведчиков: косяки рыбы обнаружены там-то, движутся туда-то.

ЦВМ рассчитывает и посылает на экран консультативную оценку обстановки. Участники промыслового совета вносят коррективы, которые принимаются машиной и отображаются на экране. Соединяя интуитивные и количественные оценки, система позволяет выбрать расположение кораблей, обещающее. наилучший улов. Разработчики назвали эту систему "Северное сияние", большой экран будет установлен в Мурманске, в главном управлении "Севрыба".

Назовем еще центры управления, где полезны большие экраны: центр управления движением транспорта в крупном городе, центр управления воздушным движением, центр управления космическими полетами. Индивидуальное зеркало решений - дисплей - здесь отступает перед коллективным зеркалом решений.

Что ж, пора проникнуть сквозь зеркало и вглядеться, как устроены большие экраны. В Зазеркалье мы обнаруживаем старую знакомую - электронно-лучевую трубку. Нет, ЭЛТ не выросла до многометровых масштабов, изображение, полученное на ее экране, увеличивают, используя оптические методы. Применяется проекция в отраженном свете. Это обстоятельство, а также ограниченная яркость люминофора кладут предел увеличению.

В нашей власти повысить яркость, сделав электронный луч интенсивнее. Плата за интенсивность - сокращение срока службы ЭЛТ. Тогда, быть может, утолстить луч? Изображение станет ярче, но за счет четкости. Последняя надежда - экран. Используя экран с коэффициентом усиления 3 и хорошую проекционную трубку, достигаем площади изображения 2*3м. Если про такой экран и можно сказать, что он "большой", то с обязательным уточнением - "не очень".

Правда, известный специалист по проекционным системам Петро Влахос упоминает о проекционной системе на основе ЭЛТ с размерами экрана 12*18м. Он разработал ее для передачи чемпионата мира по боксу через закрытую телевизионную сеть и установил в автомобильном телетеатре на 1200 мест. Изюминкой системы был линзорастровый экран. "Экран обеспечивает получение вполне достаточной яркости, хотя она и не была слишком большой",- дипломатически сообщает Влахос.

Наши изображения - не бокс для автомобилистов: иная ответственность, иные мерки.

В проекционной системе с ЭЛТ четыре основных части: ОРУДИЕ ПИСЬМА (электронный луч), НОСИТЕЛЬ (слой люминофора), ПРОЕКТОР (отражательный) и ЭКРАН. Эти же составляющие входят и в другие проекционные системы.

Что если поменять орудие письма? Например, заменить электронный луч резцом? Немедленно изменится и носитель. Вместо люминофора - пленка: на прозрачной подложке светонепроницаемый слой. Резец проскребает в этом слое канавки, из канавок складывается изображение.

Похоже, это шаг назад, а не вперед: электронный луч сменило древнее стило (резец - та же заостренная палочка). Но в СТИЛОГРАФИЧЕСКОЙ системе есть одно несомненное достоинство: просветная, а не отражательная проекция, значит, большее увеличение. И разрешающая способность неплоха: если остро заточить резец, можно провести 1000 линий (при большем числе линий полоски непрозрачного слоя совсем истончаются и отслаиваются от подложки).

Да, но это неспешное прорезание канавок... В кои-то веки появится изображение?

Не такое уж неспешное. Быстродействующие серводвигатели, руководимые индикационным процессором, успевают так переместить резец, что в секунду он прочерчивает 20 знаков. Правда, знаки должны быть расположены друг за другом, в строчку или в столбик.

...

Когда размещение знаков более прихотливое, расход времени вырастает.

Возьмем один из изопов Андрея Вознесенского:



В изопе около ста знаков. Если б они были выписаны в строчку, стенографическая система воспроизвела бы их за 5 секунд. Два вида шрифта и хитрое расположение несколько усложняют дело: изоп появится на большом экране через 7 секунд (столько же времени нужно, если отображаются 15 траекторий целей и четырехбуквенные обозначения над каждой из них). Неплохо, поскольку мы можем наблюдать изображение в процессе его появления.

Но разве проекции не мешает резец?

Нет. Сам резец очень тонок, а держатель сделан из прозрачного материала; двигаясь, он не затемняет кадр. Среднее время заполнения кадра - 10 минут.

Чтобы ускорить работу системы, вводится МАГАЗИН ФОНОВ, тоже управляемый индикационным процессором. В стилографической системе магазин наполнен диапозитивами, значит, опорные данные не нужно вычерчивать - достаточно объединить их с текущими в СМЕСИТЕЛЕ.

Когда кадр заполнен, приходится продвинуть пленку и начать запись на новом месте. Старая информация, увы, исчезает из поля зрения. Эффект шемаханской царицы (помните: "А царица вдруг пропала, будто вовсе не бывало") можно смягчить, установив два комплекта аппаратуры (экран общий). Еще не исчерпан первый кадр, а уж готовится его преемник, проектор которого будет включен в свой черед.

Ахиллесова пята стилографических систем - их механическая часть. "Первые поставленные проекторы этого типа вскоре приобрели репутацию устройств, требующих непрерывного обслуживания",- сообщает очевидец. Казалось бы, со столь незавидной репутацией одна дорога - в музей технических монстров. Ах, нет, "вычерчивающие проекторы всего за несколько лет превратились из ненадежных и медленно действующих устройств в один из основных типов систем индикации". Эти слова, как и приведенные выше, принадлежат американскому специалисту по технике индикации Г.Пулу.

Парадокс! Электронная система, быстродействующая, без движущихся частей, уступает место тележке со скребком. ЭЛТ, непревзойденный индикатор для индивидуальных пультов, оказывается слабосильной, когда дело доходит до больших экранов, а тележка - справляется. Конечно, парадокс, но жизнь практического инженера полна такими парадоксами. Иные дали зовут тебя, и волшебные индикаторы, лазерная цветомузыка отображают самую душу процесса, но:
1) способны ли они работать в этой системе?
2) какова их надежность?
3) сколько они стоят?
4) кто их изготовит?

Эти неприятные, как холодный дождь, вопросы возвращают тебя к чертежу, к спецификации, к привычному решению. Только ты не настоящий инженер, если, по пути от мечты к реальности, не решишь: ладно, мы это сделаем, мы это преодолеем, пусть не сразу, но:
1) до конца месяца выдать техническое задание на ЛЦ;
2) попросить мастерские побыстрее сделать опытный образец ЛЦ;
3) предусмотреть в проекте возможность испытаний ЛЦ на объекте;
4) после испытаний - доработать и рискнуть.

И опять перед тобой открываются волшебные пространства, и индикаторы нового поколения весело резвятся на зеленой лужайке пульта, а человек-оператор, высший судья твоей работы, говорит: "Нормально!"

В стилографической системе изображение необратимое; после вычерчивания оно сохраняется навсегда. Это и достоинство (есть документ), и недостаток (расходуется пленка, необходимо перемещать ее). Как в фотоаппарате.

А правда, почему бы не заменить резец световым лучом и не фиксировать изображение на фотопленке?

Фотографировать станем с экрана ЭЛТ контактным способом. Значительно возрастает скорость системы: щелкать - не проскребать. Возможна проекция на просвет - яркость обеспечена. Разрешающая способность фотопленки в 2-3 раза выше, чем в стилографии.

Все прекрасно, но фотопленку надо проявлять. И закреплять. И сушить. Каждый фотолюбитель знает, что это кропотливая и отнимающая время работа. Тем более впечатляют достижения специалистов по ФОТОГРАФИЧЕСКИМ СОИ: система с двумя пленками - негативной и позитивной - обрабатывает кадр за 10 секунд; применение обратимой пленки несколько снижает изобразительные возможности, по доводит время обновления до 6 секунд. Достигаются такие скорости совмещением процессов проявления и закрепления, использованием горячих реактивов.

Разработана также необычная фотопленка: изображение наносится на нее ультрафиолетовыми лучами, а проявление не требует химлаборатории; достаточно нагрева до 105o. Ультрафиолетовые лучи приобретением не назовешь (тем более, что энергия экспонирования новой пленки в сотни тысяч раз больше, чем у обычной пленки). Зато сухое проявление.

Есть прямой расчет ввести преобразование электронного луча ЭЛТ - источника в ультрафиолетовой (мы встречались уже с таким промежуточным преобразованием, когда знакомились с запоминающими трубками). Так и поступила фирма Боинг, достигнув времени обновления кадра, равного 5 секундам. Рекорд для фотографических систем!

Фотографическая система готовит свой кадр гораздо быстрее, чем стилографическая. Чтобы вычертить 200 знаков, стило затрачивает 10 секунд, а луч за это время управится и с 4000 знаков. Но одна ложка к обеду дороже двадцати потом: в стилографической системе мы наблюдаем кадр в процессе формирования, а в фотографической - лишь после завершения, стилографическая система дает информацию непрерывной струйкой (по крайней мере, до заполнения кадра), фотографическая - время от времени.

Цветные изображения - вот где преимущество фотографических систем неоспоримо. Признайтесь, вы ждете и надеетесь, что цветные пленки удалось укротить так же, как черно-белые - полноценный кадр является через 10 секунд? К сожалению, пока не удалось. Капризный процесс.

Пока на цветном поприще выступает черно-белая пленка: три кадра (каждый обслуживает свой цвет) и оптическое совмещение.

И в стило- и фотографической системе носитель информации необратимый. Данные принудительно документируются, хотя зачастую документ нам вовсе не нужен и его впору по-лесковски переименовать в "тугамент".

Для больших экранов потребен ОБРАТИМЫЙ НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ, носитель, на котором данные можно записывать и стирать по нашему произволу. Обозревая ЭЛТ, мы встретились с претендентом на эту роль, с фотохромными материалами. Прозрачность фотохромных материалов изменяется при поглощении ультрафиолетовых лучей и восстанавливается под воздействием лучей инфракрасных.

Чего же лучше! Проектор, использующий ФОТОХРОМНЫЕ СВОЙСТВА, имеет три пишущих линзы (каждая с сервоприводом), а также фоновый диапозитив. Иными словами, способен изобразить три независимых кривых на заданном фоне. Источник света один и для опорных, и для текущих данных; свет раздается с помощью зеркал. Оператор по желанию может стереть часть изображения, либо засветить весь кадр. Правда, чего же лучше?

Но вот первая странность. Запись ведется не с экрана ЭЛТ, а от источника света через подвижные линзы. Почему?

Потому, что фотохромный переход требует мощного излучения - трубке не под силу. Точнее, если источником служит слабый свет трубки, нужно в сотни раз увеличить длительность экспозиции.

И вторая незадача: изображение получается негативное - фон светлый, запись темная. Для графиков негатив годится - черным по белому, а цветное изображение сложением негативов не получишь.

Но главный недостаток фотохромных материалов - быстрое уставание. При каждом переходе часть молекул теряется, становится необратимой. 500 переходов истощают материал.

Итак, хорошая разрешающая способность, но небольшая яркость изображения; управляемое запоминание, но малая скорость записи.

Наше орудие письма - электронный луч - не только способен заставить светиться экран; сверх того он состоит из отрицательных частиц, имеет отрицательный потенциал. Быть может, эффективнее писать не светом, а зарядом? С попыткой такой электростатической записи мы встречались, когда речь шла о ксерографической ЭЛТ. Там роль носителя потенциального рельефа выполняла диэлектрическая пленка.

Большие экраны нашли союзницу в другой пленке - в масляной. Непривычно, правда, масло не для смазки подшипников, а для отображения информации? Но оно работает и создает качественные многоцветные изображения.

На рис.39 показана система "Эйдофор", изобретенная швейцарскими инженерами еще в конце 30-х годов. Сердце системы - зеркало, на которое нанесена тончайшая МАСЛЯНАЯ ПЛЕНКА, и электронная пушка. Зеркало с пленкой - это конденсатор, обкладками которого являются металлизированная поверхность зеркала и обращенная к пушке поверхность масла.


Рис.39. Система отображения информации па масляной пленке: 1 - ксеноновая лампа; 2 - конденсор; 3 - зеркало; 4 - объектив; 5 - экран; 6 - шлирен-оптика; 7 - электронная пушка; 8 - записывающий луч; 9 - зеркало; 10 - щетки-ножи; 11 - слой масла; а - падающие лучи; б - не-преломленный луч; в - преломленный луч.

Записывающий луч наносит на поверхность масла отрицательные заряды, а на зеркало заранее подан положительный потенциал. Конденсатор включен в цепь, между обкладками возникает притяжение, величина которого пропорциональна квадрату значения заряда между обкладками. Масло прогибается под действием этой силы! Где больше заряд, там сильнее и прогибается. Электронный луч деформирует масляную пленку, наносит на пленку рельеф.

Теперь надо превратить этот рельеф в изображение на экране. В дело вступает ШЛИРЕН-ОПТИКА. Лучи от внешнего источника (ксеноновой лампы) фокусируются и попадают на стеклянную пластину, покрытую полосами - зеркальными и прозрачными (полосы чередуются). Половина света проходит через эту зебру и теряется, другая половина отбрасывается полосками - зеркальцами на масляную плойку.

Лучи встречаются с рельефом. На ровных участках они проходят через масло и отбрасываются зеркалом по тому же пути, что и пришли, опять попадают на зеркальные полоски, снова возвращаются. Эти лучи попали в ловушку - вовне им не выйти.

Зато на впадинах и выпуклостях рельефа, на микрооврагах и микрогорах, лучи преломляются. Зеркало отражает их по новым путям. Эти лучи минуют зеркальные заставы и сквозь прозрачные полоски вырываются на свободу.

Объектив собирает их и проецирует на экран: есть изображение!

Приглядимся к элементам системы.

МАСЛО. Изобретатели "Эйдофора" могли бы написать о поисках масла новую "Одиссею". Оно должно быть гибким (иметь подходящий коэффициент поверхностного натяжения, иначе - размытый рельеф). От масла требуется высокая прозрачность (иначе - зряшное поглощение света). Оно не смеет проводить электрический ток (иначе нанесенные электронным лучом заряды ослабеют, а изображение исказится). "Старый заряд" обязан стечь - не поздно (чтобы пе мешать новым данным) и не рано (полезно некоторое послесвечение экрана). Все эти качества должны сохраняться в масле долго.

ЗЕРКАЛО. Главное - равномерность масляной пленки на зеркале. Слой масла наносится на зеркало орошающим насосом, а разравнивается вращением зеркала и щетками-ножами. Излишек масла возвращается в бачок, из которого питается насос.

ПУШКА. Зеркало и пушка должны находиться в общем объеме. Но они несовместимы. Электронный луч любит высокий вакуум, а масляные пары снижают его, отравляют катод. Приходится изготавливать катод из вольфрама и вести непрерывную откачку паров масла (еще один насос!).

Откачка спасает не надолго: четверо суток, около ста часов служит катод. Чтобы сделать систему практически приемлемой, в нее вводят турель, такую же, как в кинокамерах, только роль объективов здесь играют сменные катоды.

Насосы, подшипники, электродвигатели, ножи, турель... Ждали электронно-оптическую красавицу, а явилась механическая горбунья. Но она многое может: время обновления кадра - десятки микросекунд, световой поток - 2000лм, разрешающая способность - 1000 линий.

Системе с масляной пленкой под силу и цветные изображения, если подавать от внешнего источника попеременно то красный, то зеленый, то синий цвет, нанося в те же мгновенья на пленку соответствующий рельеф. До сих пор мы говорили о пространственном сложении основных цветов, теперь встретили временное сложение. Оно, конечно, экономичнее - достаточно одной электронно-оптической системы, но и яркость изображения уменьшается втрое.

Всем хороша система "Эйдофор", да масло подводит. Вот если б найти идеальный носитель, послушный электростатическим силам и не отравляющий жизнь катоду...

Вот если б лак содрать с волны,
Поверхность зеркала разбить,
Чтоб всею глубью глубины
Цветущий мир отобразить,-
поддерживает нашу мечту Вадим Шефнер.

Оказывается, можно. И лак содрать, и поверхность разбить. Заменив масло термопластиком.

Термопластическая пленка состоит из тугоплавкой подложки и легкоплавкого покрытия; между ними заключен электропроводящий слой. Опять конденсатор, обкладки которого - подложка и внешняя поверхность покрытия. Как и в "Эйдофоре", электронный луч наносит на эту поверхность электростатический заряд. Но поверхность не поддается, с нее сначала нужно "лак содрать", ее требуется предварительно расплавить. В рабочее состояние термопластик проводит высокочастотный нагрев.

Теперь при обстреле электронами покрытие прогибается, образуется потенциальный рельеф.

Продвинем ленту на один шаг. Готовый кадр попадет в проектор. "Поверхность зеркала", вращающегося зеркала "Эйдофора", действительно можно "разбить" - оно не нужно. Проектор (рис.40) состоит из двух щелевых масок (чередование прозрачных и непрозрачных полосок) и двух линз. Лучи от внешнего источника проходят через первую маску (половина теряется) и направляются линзой на остывающий кадр. Они минуют прозрачную подложку и проводящий слон, но преломляются на неровностях рельефа.


Рис.40. Термопластический система отображения информации: 1 - световые лучи; 2, 5 - щелевые маски; 3 - линза; 4 - термопластик; 6 - проекционная линза; 7 - экран; 8 - электронная пушка.

Преломление позволяет лучам пройти через вторую щелевую маску (она сдвинута на одну полоску по отношению к первой и задерживает непреломленные лучи). Миновав щелевые Сциллу и Харибду, изображение через проекционную линзу является на экран.

Вы, конечно, узнали шлирен-оптику: в "Эйдофоре" лучи гоняли зеркала - щелевое и вращающееся, здесь - щелевые маски и линза, но идея не изменилась.

Пока рельеф на старом кадре затвердевает (опять "тугамент"!), электронный луч обрабатывает свежий, предварительно разогретый кадр. Если необходимо освободить термопленку от изображений, достаточно разогреть ее - как рукой снимет.

Термопластическая система умеет то же, на что способна система с масляной пленкой. Ей свойственны быстродействие, высокие яркость и четкость, цветопередача. Разрешающая способность термопластиков фантастически велика: 600 линий на миллиметр. Американская фирма Дженерал Электрик, пионер термопластического отображения, производит, например, такие устройства с экраном 2.4*2.4м, разрешающая способность 3000 линий, время обновления 0.5 секунды. А срок безотказной службы системы - не в пример масляным пленкам - 10000 часов.

В потоке изобретений, связанных с большими экранами, в калейдоскопе физических эффектов и химических реакций, в хоре прогнозов, иногда некомпетентных, но чаще пристрастных, трудно различить подлинно перспективные направления индикации.

Думается, термопластика из тех, на которые можно рассчитывать. В ней чувствуются предшествующие "культурные слои": рисует электронный луч, а канавки подлинные, как в стилографии. Даже от клинописи что-то есть: вавилоняне выдавливали знаки на сырых глиняных табличках, а потом обжигали их; в термопластике - сначала нагрев, затем - выдавливание и охлаждение.

Но пора прекратить похвалы термопластике, поскольку на большой экран рвется еще более юный и перспективный претендент. Год рождения - 1960-й, имя - лазер, родители - советские ученые Н.Г.Басов и А.М.Прохоров, американский исследователь Ч.Таунс. Особые приметы - умеет создавать мощные пучки света, состоящие из строго совпадающих лучей (когеррентные пучки).

Газовый лазер, сегодня наиболее пригодный для СОИ, состоит из четырех частей: источника, трубки с газом и двух зеркал. Источник вызывает разряд в газе. Ионизация газа и столкновение молекул приводит к срыву с атомных орбит большого числа возбужденных электронов (фотонов). Фотоны, выходя из окон трубки, многократно отражаются зеркалами, вновь возвращаются в трубку, возбуждают новые атомы, усиливая световой поток.

Зеркала строго параллельны друг другу. Многократное отражение от них истребляет непараллельные лучи, делает пучок когеррентным. Одно из зеркал пропускает часть света - так лазерный луч выводится из оптического резонатора наружу.

Заполнив трубку смесью гелия с неоном, получим красный свет; излучение ионизированного аргона дает пучки света синего и зеленого цветов, причем это чистые цвета. Нужно только уметь управлять интенсивностью лазерных лучей и положением их на экране.

Однако управление лазерным лучом - совсем не простая вещь. В ЭЛТ управление интенсивностью электронного луча (иногда говорят: модуляция луча видеоинформацией) происходит за счет изменения напряжения между катодом и анодом. Управление положением луча (развертка изображения) - посредством отклоняющих систем.

У лазера нет катода и анода, а электрически нейтральный световой луч не отклоняется емкостным или магнитным методом. Для модуляции лазерных лучей используют электрооптические эффекты в кристаллах. Изменение напряжения, прилагаемого к таким кристаллам, приводит к пропорциональному изменению их поляризационных свойств, а следовательно, к полному запиранию, полному отпиранию или к частичному пропусканию луча.

Хорошего метода развертки лазерного луча нет до сих пор. Здесь испытывались и механические приемы, возникшие в телевидении "на заре туманной юности" (многогранные зеркальные барабаны), и их модернизация (струнно-зеркальные устройства). Исследователи обращались к оптическому преломлению как способу отклонения луча (кристаллическая призма с электрически управляемым показателем преломления; ячейка с жидкостью, преломляющие свойства которой меняет ультразвук).

Большинство этих методов дают малые углы отклонения луча, то есть требуются чрезмерно большие расстояния между проектором и экраном. Другая печаль - инерционность методов, малые скорости развертки и соответствующее ухудшение изображения.

Промышленный метод развертки еще предстоит найти. Лазеры обещают и быстродействующее, и яркое, и отчетливое, и полноцветное изображение. Им 14 лет от роду. Быть может, до совершеннолетия эти обещания сбудутся?

А пока уберем лазерный луч с экрана, направим туда обычные, некогеррентные световые лучи. Лазеру же поручим наносить изображения на носитель. Быть резцом - прочерчивать прозрачные канавки в металлическом покрытии стеклянного диапозитива. Или изменять прозрачность фотохромной пленки (там требуется мощное излучение, ЭЛТ оказалась слабой, а ультрафиолетовый лазер - сдюжит). Или татуировать данные на электролюмивисцентном экране.

Такие применения под силу современным лазерам и нынешним способам управления ими. Здесь передний край сегодняшней техники отображения на больших экранах.
***

Подведем итоги и сделаем это с помощью таблицы. Мы встретились с десятью системами. Их имена: стилографическая, проекционная ЭЛТ, маслопленочный клапан, термопластический клапан, фототермическая, фотохромная, фотографическая системы, лазерный скрайбер, лазерно-фотохромное и непосредственное лазерное устройства.

Большие экраны:


Большие экраны сгруппированы в таблице по орудиям письма (резец, электронный, ультрафиолетовый, световой и лазерный лучи). Для каждой системы указан носитель информации, точнее, носитель назван для девяти систем. Десятая, непосредственная лазерная система, промежуточного носителя не имеет; условно говоря, им является модулированный луч. Звездочкой в этой графе помечены обратимые носители.

В таблице указан также тип проектора, обслуживающего каждую систему.

Таково левое крыло таблицы (читать его лучше справа налево). Правое крыло таблицы содержит основные технические данные больших экранов. Здесь приведены цифры, а цифры говорят сами за себя. Отметим только, что времена обновления, заключенные в скобки, выражены числом секунд, расходуемых на знак, а свободные от скобок - числом секунд, потребных на кадр в режиме телевизионной развертки.

Последняя графа таблицы суммирует данные по применению различных систем. Числом треугольников обозначена частота использования, цветом треугольников - новизна системы (темные - старше). Треугольники изображены на "экранах". Площадь этих "экранов" примерно соответствует возможностям увеличения каждой системы.

Так, стилографическая система широко распространена, пригодна для самых больших экранов, существует давно, способна к модернизации. Или маслопленочный клапан: при совпадающих со стилографической системой возрасте и размерах экрана используется реже и, пожалуй, исчерпал возможности совершенствования. Для новых систем частота применения будет, конечно, расти; не исключен и рост экранов.

Вопросительные знаки, указанные на иных экранах, символизируют отсутствие данных о систематическом применении (исследовательские образцы - не в счет).

Наши объяснения - лишь путеводитель по таблице; содержания ее они не исчерпывают. Оператор (в данном случае - читатель) усматривает в таблице необходимые ему, но порой неожиданные для внешнего наблюдателя связи и зависимости. Мне, например, видится явная несообразность в именах систем. Некоторые из них поименованы по орудию письма (стилографическая, фотографическая, лазерный скрайбер), другие - по носителю информации (маслоплепочный и термопластический клапаны); кстати, слово "клапан" намекает на управление светом. Как паровой клапан изменяет поток пара в цилиндр машины Уатта, так световой клапан воздействует на интенсивность света, поступающего на экран; штурвалом служит здесь записывающий луч.

В именах систем отражается и способ подачи изображения на экран (проекционная ЭЛТ, непосредственная лазерная), и характеристика пары орудие-носитель (фотохимическая, фотохромная, лазерно-фотохромная).

Названия систем возникли исторически, изобретатель нового устройства стремился обозначить его новизну в имени, нисколько не заботясь об единообразии названий. Системы - не города, их нелегко переименовывать, и мы оставим эту работу академической комиссии по терминологии.

ПОПЫТКИ ОБЩЕНИЯ
Любой вопрос
Вырастает на почве ответа.
Любой ответ
Вырастает на почве вопроса.
Амрита Притам

Предыдущая глава была последней в нашем обзоре техники индикации и дистанционного управления. Как медицинская сестра тщательно подбирает и раскладывает хирургические инструменты перед операцией, так мы осмотрели и разложили по полочкам кнопки и ключи, перфокарты и световые карандаши, цифровые индикаторы и стрелочные регистраторы, экраны малые и большие. Неоднократно упоминали мы о том, что, используя эти инструменты, человек взаимодействует с ЦВМ. Как происходит само взаимодействие, в чем секрет обмена "человек - машина"? Нелегкие вопросы, непростые ответы. Давайте, не загадывая наперед, приглядимся к нескольким программам, разработанным в разных странах.

- Здравствуйте, я СТАТИСТИК!
- Добрый день, с вами беседует ДОКТОР!
- Привет, здесь ЛЕТЧИК!
- ПЕРЕВОДЧИК к вашим услугам!

Это слышны голоса программ. Программ, разработанных для цифровых вычислительных машин, чтобы решать проблемы путем активного взаимодействия с человеком.

Дадим слово СТАТИСТИКУ. Только прежде одна оговорка: не нужно понимать употребленные здесь выражения "слышны голоса", "дадим слово" буквально. СТАТИСТИК не умеет говорить. Он будет печатать свои сообщения на телетайпе. Человек обращается к СТАТИСТИКУ посредством того же телетайпа. Шаг за шагом возникает протокол взаимодействия между человеком и машиной. Теперь - слово СТАТИСТИКУ.

1. Здравствуйте, я СТАТИСТИК! Эта программа обрабатывает данные экспериментов и наблюдений. Пользовались ли вы когда-нибудь ею? Напечатайте, пожалуйста, "Да" или "Нет" после звездочки, которую я сейчас поставлю. Свой ответ окончите такой же звездочкой.
* Нет *

2. Это не беда. Чтобы работать со мной, не нужно быть программистом. Пожалуйста, назовите свою фамилию и инициалы.
* Беликов А.Ф. *

3. Машина знакома с вами. В ее памяти выделено место для ваших статистических данных. Данные, которые необходимо обработать,- это наборы цифровых значений переменных, не так ли?
* Да *

4. Ваши данные необходимо нанести на перфокарты. Для каждой переменной подготовьте отдельную карту. Значения на карте можно располагать так, как вам удобно. Только не забудьте о запятой между целой и дробной частями каждого числа.
Не требуется ли вам пример набивки перфокарты?
* Нет. Спасибо *

5. Так нельзя. Вы можете отвечать только "Да" или "Нет".
* Нет *

6. Сколько переменных нам предстоит анализировать (напечатайте, пожалуйста, цифру)?
* 4 *

7. Хорошо. Теперь для каждой переменной укажите название и расположение ее значений на перфокарте. Мы будем просматривать переменные одну за другой. Переменная 1.
Какое название вы выбрали для этой переменной?
* Облачность *

8. Номер первой колонки карты, в которой перфорируются значения этой переменной?
* Семь *

9. Это неправильная запись. Попробуйте снова.
* 7 *

10. Какова последняя колонка?
* 7 *

11. Облачность набивается в 1 колонке, начиная с колонки 7.
Правильно?
* Да *

12. Переменная 2.
Какое название вы выбрали для этой переменной?
* Температура *

13. Номер первой колонки карты, в которой перфорируются значения этой переменной?
* 13 *

14. Какова последняя колонка?
* 16 *

15. Температура набивается в 4 колонках, начиная с колонки 13. Правильно?
* Да *

16. Переменная 3.
Какое название вы выбрали для этой переменной?
* Температура *

17. Вы уже использовали это название. Выберите другое.
* Влажность *

18. Номер первой колонки карты, в которой перфорируются значения этой переменной?
* 18 *

19. Какова последняя колонка?
* 21 *

20. Влажность набивается в 4 колонках, начиная с колонки 18. Правильно?
* Да *

21. Переменная 4.
Какое название вы выбрали для этой переменной?
* Давление *

22. Номер первой колонки карты, в которой перфорируются значения этой переменной?
* 23 *

23. Какова последняя колонка?
* 26 *

24. Давление набивается в 4 колонках, начиная с колонки 23. Правильно?
* Да *

25. Переменные, которые вы задали, таковы:
Название. Первая колонка. Последняя колонка
Облачность. 7. 7
Температура. 13. 16
Влажность. 18. 21
Давление. 23. 26
Вы подтверждаете задание?
* Да *

26. Поместите ваши перфокарты в считывающее устройство и нажмите кнопку "Ввод перфокарт" на пульте машины.
...
Значения переменных на первой карте:
Облачность = +2.0000000
Температура = +24.800000
Влажность = +65.000000
Давление = +780.0000
Правильно?
* Да *

27. Всего считано значений = 109.
Наибольшие и наименьшие значения переменных:
Облачность. 0.0000000. +8.0000000
Температура. +20.200000. +27.000000
Влажность. +45.000000. +99.000000
Давление. +740.00000. +790.00000
Теперь машина готова обработать данные. Вы хотели бы увидеть перечень характеристик, которые можно вычислить?
* Да *

28. Имеется следующий выбор:
(A) Характеристики одной переменной
Среднее значение
Стандартное отклонение
Гистограмма
Таблица частот
(B) Характеристики связи между двумя переменными
Корреляция
Регрессия
Диаграмма рассеивания
Что вам необходимо?
* Среднее значение *

29. Какой переменной?
* Температура *

30. Среднее значение переменной "Температура" = +23.400000
Что еще вам требуется? Если ничего, напечатайте, пожалуйста, "Конец".
* Таблица частот *

31. Какой переменной?
* Олбачность *

32. У вас нет переменной с таким названием. Ваши переменные:
Облачность
Температура
Влажность
Давление
Попробуйте снова
* Облачность *

33. Таблица частот для облачности:
Значение. Сколько раз встречалось?. Частота, в %. Коммулятивная частота, в %
0. 1. +0.91743119. +0.91743119
1. 8. +7.3394495. +8.2568806
2. 9. +8.2568807. +16.513761
3. 6. +5.5045871. +22.018348
4. 9. +8.2568807. +30.275228
5. 13. +11.926605. +42.201833
6. 10. +9.1743119. +51.376144
7. 25. +22.935779. +74.311923
8. 28. +25.688073. +99.999996
Всего. 109. +99.999996
Какая еще характеристика вам необходима? Если ничего, напечатайте, пожалуйста, "Конец".
* Гистограмма *

34. Для какой переменной?
* Температура *

35. На сколько групп разбить значения переменной?
* 10 *

36. Гистограмма значений переменной "Температура"
+ 20.020000
* * *
+ 20.980000
* * * * *
+ 21.850000
* * *
+ 22.770000
* * * * * * * * * * * * * * * * * *
+ 23.670000
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
+ 24.600000
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
+ 25.500000
* * * * * * * * * * * * * *
+ 26.400000
* * * * * * * *
+ 27.330000
* * *
+ 28.140000
* * *
+ 29.520000
*
+ 30.080000
Примечание: Округление значений "плюсовое". Какая еще характеристика вам необходима?
* Корреляция *

37. Между (укажите, пожалуйста, первую переменную)
* Температура *

38. И (теперь - вторую переменную)
* Давление *

39. Корреляция между переменными "Температура"' и "Давление" = +0.13852716

40. Какая еще характеристика вам необходима?
* Конец *

41. Благодарю вас, мне было приятно работать с вами.
Программа СТАТИСТИК. Конец.

Каково ваше впечатление о СТАТИСТИКЕ, читатель? Если он вам понравился, напечатайте, пожалуйста, "Да", в противном случае - "Нет". Печатайте после звездочки, которую я сейчас поставлю
* ...

Нет, ожидание напрасно, не придет ко мне, на страницу, которую я сейчас пишу, ваш ответ. А он мог бы существенно улучшить дальнейшее изложение. Но, увы, между автором и читателем отсутствует активное взаимодействие. Мне остается только догадываться.

Думаю, что СТАТИСТИК показался вам хорошим парнем. Прежде всего он демократичен, не ограничивается кастой профессионалов-программистов, а готов работать с неискушенным человеком и умеет это делать. В приведенном протоколе СТАТИСТИК помогал метеорологу. Но он в равной мере готов услужить инженеру, или ботанику, или социологу. А также - никакому не "ологу", а просто любителю, который наблюдал сегодня на улице длину дамских юбок и размеры шиньонов, а теперь жаждет определить средние значения и стандартное отклонение этих переменных, да еще выявить корреляцию между ними.

СТАТИСТИК не навязчив. Форму, в которой человек должен ему отвечать, он указывает однажды, надеясь, что человек и в дальнейшем станет печатать аналогично. Лишь когда человек допускает ошибку (и только тогда), СТАТИСТИК напоминает правильный способ ответа. В нашем протоколе это случилось на 5-м и 9-м шагах.

СТАТИСТИК вежлив. Кроме обычных "пожалуйста", "благодарю вас", "это не беда", он обходительно и разнообразно строит свои вопросы (сравните, например, вопросы шагов 3, 15, 25 и 28 ), не декларативно, а кстати предлагает услуги (шаги 4, 26, 27).

В то же время СТАТИСТИК деловит и краток. Обратите внимание, как энергично провел он часть диалога между седьмым и двадцать пятым шагами. Здесь проявилось и другое свойство СТАТИСТИКА - он считает человека высшим судьей и повторяет введенные данные, чтобы человек мог оценить, правильно ли его поняли, а при необходимости - внести исправления. Более того, дополнительно к проверкам шаг за шагом, СТАТИСТИК выносит на суд человека обобщенные результаты ряда шагов, итоги этапа работы.

Так случилось на 25 шаге нашего протокола. СТАТИСТИК направил человеку для оценки сводку переменных. Обозревая всю картину, человек может обнаружить ошибки, которые пропустил раньше, когда за деревьями не видел леса.

И у высшего судьи бывают слабости. Поэтому СТАТИСТИК памятлив и внимателен, что приводит к обнаружению ошибок человека. Например, на шаге 17 СТАТИСТИК отвергает предложенное человеком название переменной - оно использовалось ранее, а на шаге 32 - выявляет опечатку.

Все свойства СТАТИСТИКА - и демократичность, и вежливость, и деловитость, и уважение к человеческому интеллекту, и аккуратность,- все эти свойства заложены в него другим человеком - составителем программы, американским математиком Колином. Составитель программы был хоть отчасти психологом. Он запрограммировал эффект разумного общения.

Нам необходимо теперь разобраться, как этого удалось достичь, выяснить, что у СТАТИСТИКА за душой.

Оказывается, ничего сверхсложного. Путь решения задачи, сценарий всегда один и тот же (рис.41). Он состоит из пяти этапов: знакомство, ввод данных, объявление возможностей, выбор нужной программы и получение результатов. Ядром СТАТИСТИКА является библиотека подпрограмм обработки данных. Каталог этой библиотеки сообщил нам сам СТАТИСТИК на 28 шаге протокола. Сценарий, движущая пружина диалога, позволяет человеку добраться до нужного участка ядра, искдючая лишние шаги, если выясняется, что человек не нуждается в них, делая остановки и требуя исправлений, если машина не понимает человека.


Рис. 41. Построение сценария программы СТАТИСТИК. Н - начало; О - оценки: человек удовлетворен?; К - конец; Б - библиотека подпрограмм; 1 - знакомство; 2 - ввод данных; 3 - объявление возможностей; 4 - выбор подпрограммы; 5 - расчет и выдача результатов.

В жестком сценарии ограничена также форма ответов оператора. "Да" или "Нет", число, произвольное имя - вот допустимый набор. Даже этим скудным набором человек не вправе пользоваться свободно. Приглядитесь к протоколу. На каждом шаге СТАТИСТИК предопределяет единственную форму ответа: только имя, только число, только "Да" или "Нет". Значит, анализ реплик человека здесь элементарный; ошибки обнаруживаются простым сравнением с требуемой, либо ранее указанной человеком формой.

Реплики программы разнообразней и богаче, чем дозволенные реплики человека. Но и они являются шаблонами, стандартными конструкциями всего двух сортов. "Шаблоны-монолиты" целиком хранятся в памяти машины и поступают на печать тоже целиком, без малейших изменений, как бы не развивался диалог.

Примеры из протокола:
2. Это не беда. Чтобы работать со мной, не нужно быть программистом. Пожалуйста, назовите свое имя, отчество и фамилию.
17. Вы уже использовали это название. Выберите другое.
40. Какая еще характеристика вам необходима?

Из сорока одной реплики программы, встретившейся в нашем протоколе, двадцать четыре - это "шаблоны-монолиты". Остальные 17 являются "шаблонами с окнами".

"Шаблон с окнами" имеет пропуски между некоторыми словами или предложениями. В эти окна вставляется информация, полученная от человека, либо вычисленная машиной - на отведенное место, без всяких изменений. Когда все окна заполнены, телетайп печатает текст.

Примеры:
11. Облачность набивается в [1] колонке, начиная с колонки [7]. Правильно?
39. Корреляция между переменными "[Температура]" и "[Давление]" = [+0.13852716]
В примерах окна обозначены рамочками.

Чтобы избежать монотонности, одна и та же реплика программы может иметь несколько "словесных оформлений". Варианты используются сценарием по очереди.

Ну вот, разобрана на части игрушка, и исчезло волшебство. Теперь ясно, что СТАТИСТИК незатейлив, что он действует лишь в своей области, а общаться с ним разрешено только на примитивном языке. Язык Эллочки Щукиной несколько уступал языку Шекспира. Для СТАТИСТИКА Эллочка - недосягаемый Шекспир.

Жалко. Диалог между людьми тем и хорош, что разговор ведется обоими собеседниками непринужденно, на естественном языке. Мы прощаем СТАТИСТИКУ узкую специализацию - каждый хороший инструмент специализирован, но не прощаем птичий язык. Нужна программа, взаимодействующая с человеком по-человечески.

Кто там на очереди? ДОКТОР? Давайте прислушаемся к его беседе с пациенткой.

Добрый день, я ДОКТОР! Садитесь, пожалуйста, за пишущую машинку и расскажите, что вас беспокоит.

1. * Все мужчины одинаковы *
Кого именно вы имеете в виду?

2. * Ну, мой парень заставил меня прийти сюда. *
Ваш парень заставил вас прийти сюда?

3. * Он говорит, что я все время чем-то подавлена *
Мне жаль, что вы чем-то подавлены.

4. * Я и в самом деле несчастна. *
Вы думаете, приход сюда поможет вам не быть несчастной?

5. * Во всяком случае помощь мне нужна. *
Какое значение имела бы для вас эта помощь, если бы вы ее получили?

6. * Быть может, я научилась бы как-то ладить с мамой.*
Расскажите еще что-нибудь о вашей семье.

7. * Моя мать заботится обо мне. *
Кто еще из вашей семьи заботится о вас?

8. * Отец *
Ваш отец?

9. * Вы чем-то похожи на моего отца *
В чем вы видите сходство?

10. * Прежде всего, вы мне очень полезны *
Что заставляет вас думать, что я вам очень полезен?

11. * Вы не спорите со мной *
Как вы думаете, почему я не спорю с вами?

12. * Вы меня боитесь *
А вам приятно думать, что я вас боюсь?

13. * Мой отец всех боится *
Что еще вам приходит в голову, когда вы думаете о вашем отце?

14. * Стружки *
Имеет ли это какое-нибудь отношение к тому, что ваш приятель заставил вас сюда прийти?

Прервем здесь этот искренний разговор и осмыслим то, что услышали. Во-первых, поставленная цель достигнута - и ДОКТОР, и девушка объясняются на естественном языке. В отличие от СТАТИСТИКА, ДОКТОР не навязывает форму ответа: печатайте, как придется.

Во-вторых, предмет обсуждения много шире. Этот ДОКТОР, по-видимому, психиатр, а пациентка, если не душевно больна, то сильно взволнована. ДОКТОР, похоже, выясняет причину ее недомогания, и делает это, как и положено психиатру, задавая осторожные, косвенные вопросы.

А у девушки, что на уме, то и на языке, точнее, на клавиатуре машинки. Ее мысль перескакивает с предмета на предмет. ДОКТОР, получается, готов к самым неожиданным поворотам мысли собеседницы.

Перед нами не только программа, общающаяся на естественном языке, перед нами - искусственный интеллект. Еще несколько реплик, ДОКТОР уяснит себе природу девичьего беспокойства и отобьет на машинке рецепт...

Программа ДОКТОР - разумная программа. Это можно доказать самым строгим образом - по методу английского математика Алана Тьюринга. Пусть изобретен некоторый автомат, который претендует на звание разумного. Как испытать его? Посредством игры в имитацию - рекомендует Тьюринг. Спрячем автомат за стеной, а в соседнем помещении оставим лишь связанную с ним пишущую машинку да стул. Пригласим в комнату испытателя, человека, существо разумное по определению. Испытатель не знает, кто находится за стеной - автомат или другой человек. Он садится за машинку и ведет беседу с соседом. Если ответы соседа окажутся осмысленными, значит, он разумный. Чтобы исключить случайность, можно привлечь группу испытателей, и решить судьбу претендента большинством голосов.

ДОКТОР прошел усиленные тьюринговские испытания. В главной больнице штата Массачусетс с ДОКТОРОМ беседовали десятки больных (наша девушка - одна из них). Большинство - 60% - признало ДОКТОРА разумным и компетентным. Они признали ДОКТОРА разумным, несмотря на то, что их заранее предупредили: вы беседуете с машиной. "Ложь!- возмущался каждый из них.- Ни одна машина не могла бы понять меня так хорошо!"

ДОКТОР - разумная программа. Присоединяетесь ли вы к этому мнению, читатель? Колеблетесь? Это, вероятно, потому, что разуверились в СТАТИСТИКЕ. СТАТИСТИК, вежливый и пунктуальный СТАТИСТИК, оказался набором шаблонов. Приглядимся к ДОКТОРУ - не сделан ли он из того же теста?

В каждом разговоре психиатра с пациенткой встречаются слова: "угнетена", "подавлена", "встревожена", "несчастна", "помощь", "лечение" и т.д. Что, если в программе хранятся шаблоны-монолиты, служащие стандартным ответом на реплики, содержащие эти слова?

Шаг 3 протокола. "Он говорит, что я все время чем-то подавлена",- жалуется девушка на своего спутника. ДОКТОР просматривает эту реплику слева направо и сопоставляет каждое слово пациентки со списком ключевых слов. Успеха он добивается лишь на последнем слове реплики: "подавлен(а)" есть в списке. Тогда программа отбрасывает все слова, стоящие слева от заветного, остается одно "подавлена". Если бы после слова "подавлен(а)" стояли бы другие слова, программа равнодушно зачеркнула б и их. Всегда сохраняется только ключевое слово. А с ключевым словом в памяти машины жестко связан шаблон-реакция:
подавлен(а) -> Мне жаль, что вы чем-то подавлены.

Этот шаблон извлекается из памяти, и ДОКТОР формирует очередную реплику:
Мне жаль, что вы чем-то подавлены.

Аналогично может действовать ДОКТОР на шагах 4 и 5 протокола. Шаблоны-монолиты здесь имеют вид:
несчаст(ен)(на) -> Вы думаете, приход сюда поможет вам не быть несчастн(ым)(ой)?
помощь -> Какое значение имела бы для вас эта помощь, если бы вы ее получили?

Шаги 3, 4 и 5 вполне обеспечивают шаблоны-монолиты. Но уже на шестом шаге получается осечка: девушка говорит только о своей маме, ДОКТОР, расширяя тему, просит дополнительных сведений о семье пациентки. Известные шаблоны здесь не подходят. Никто, однако, не запрещает построить новый гнездовой шаблон:
мать, отец, сестра, брат, жена, муж -> Расскажите еще что-нибудь о вашей семье.

Значит, в список ключевых слов необходимо занести родственников и друзей - психическое состояние пациента тесно связано с их поведением. Нелишни в этом списке и сослуживцы, и соседи...

Однако, сколько не расширяй список, всегда есть вероятность, что ДОКТОР не найдет в реплике пациента ни одного ключевого слова. Это, видимо, случилось на втором и восьмом шагах нашего протокола. Случилось, но не загнало изворотливого ДОКТОРА в тупик. Он поступил, как поступают многие люди, когда не дослышат или не поймут реплику собеседника. Он переспросил, переделал повествовательное предложение в вопросительное, ничегошеньки не изменив в нем по существу. Опять шаблон.

В протоколе есть участок, когда ДОКТОР и его пациентка принимаются выяснять отношения. На 9-м шаге девушка говорит, что ДОКТОР похож на ее отца, на 10-м - что ДОКТОР ей полезен, на 11-м - что программа не спорит с ней, а на 12-м даже предполагает, что ДОКТОР боится ее. Наш психиатр не удивляется, а всякий раз печатает разумный уточняющий вопрос. Как он это делает?

Умудренные в отыскании шаблонов, мы находим их и здесь. Зацепкой, ключевой конструкцией, служит пара местоимений, выражающая отношение. Например, на шаге 10 ключевая пара: "вы мне". ДОКТОР, просматривая реплику пациентки, находит ключевую пару:
Прежде всего, вы мне очень полезны.

Вся реплика девушки оказывается разделенной на три части:
1) Прежде всего, 2) вы мне 3) очень полезны.

Часть 1 отбрасывается ДОКТОРОМ:
1) 2) вы мне 3) очень полезны.

В части 2 "вы" заменяется на "я", а мне - на "вам":
1) 2) я вам 3) очень полезны.

В части 3 глагол переводится в первое лицо единственного числа:

2)я вам 3) очень полезен.

Наконец, реплика ДОКТОРА снабжается глубокомысленным началом: "Что заставляет вас думать, что..." и вопросительным знаком.
Результат:
Что заставляет вас думать, что я вам очень полезен?

Обнаруженный прием похож на шаблон-переспрос: тоже возвращает пациенту реплику, однако в соответствующем обрамлении.

Внимательный читатель уже заметил, что, обсуждая протокол, мы касались разных реплик, но не первой. Девушка начала беседу с ДОКТОРОМ с философского обобщения: "Все мужчины одинаковы". Программа перевела разговор в конкретный план: "Кого именно вы имеете в виду?". В комментариях к шахматной партии после такого хода стоял бы восклицательный знак. Незаурядный ход. Значит, наша "гипотеза шаблонов" терпит крах?

Попробуем спасти ее. Употребляя собирательные "все", "никто", "всегда", "никогда", человек часто думает о конкретных лицах и определенных временах. ДОКТОР может содержать соответствующие шаблоны-уточнения:
все, никто -> Кого именно вы имеете в виду?
всегда, никогда -> Когда это случалось чаще всего?

Обратимся к заключительной реплике протокола. ДОКТОР напоминает пациентке, отклонившейся от предмета разговора, его начало. Это ли не разумный поступок? Но и его совершает простейший шаблон-счетчик: пунктуально следит, в течение скольких шагов протокола не упоминалась причина консультации. Если число "беспричинных" шагов превосходит заданное, ход диалога корректируется.

ДОКТОР способен разнообразить свои реплики, не быть нудным. Проследите, например, как обсуждает он тему семьи (шаги 6, 7 и 13 протокола). Что ж, еще по опыту СТАТИСТИКА мы знаем, как имитировать разнообразие: шаблон содержит в правой части несколько альтернативных вариантов, прокатываемых по очереди.

Подведем итоги. ДОКТОР - никакой не психиатр, а механический преобразователь реплик пациента. Он не знает медицины и не понимает естественного языка. Он только ищет ключевые слова и соответствующие им шаблоны. ДОКТОР наловчился скрывать свое непонимание, создавать иллюзию понимания. Кстати, когда программа теряет нить диалога, она печатает осторожное "Я вас не совсем понимаю", или "Повторите (объясните) это, пожалуйста", или, на худой случай, любимое докторское "Гм... гм..." Думает, значит.

Программа ДОКТОР - грубая карикатура на врачей. Отчего же ей удалось обмануть 60% людей? Дело тут в особых правах психиатра и в особом отношении к нему пациентов. Пациент считает, что любой вопрос, заданный психиатром, имеет смысл. Если на реплику пациента "Люди живут в домах" психиатр ответит вопросом "А для вас очень важно, что люди живут в домах?", то пациент не сочтет врача идиотом. Он, быть может, осознает странность вопроса, но решит, что доктор спрашивает так неспроста, что в этом есть высший, скрытый от непосвященного смысл, что по ответу доктор станет судить о психике пациента.

Вера прежде, чем проверка, толкование чаще, чем понимание - вот психологический климат нашего диалога. И получается, что ДОКТОРУ почти ничего не нужно знать о внешнем мире, что он может быть примитивнее примитивного СТАТИСТИКА. ДОКТОР - эхо, которому лишь воображение и надежда пациента придают черты мудрого исцелителя. У ДОКТОРА нет никакого ядра, пусто за душой.

Но здесь мы, вероятно, перебрали через край. Кое-что за душой у ДОКТОРА все же есть. ДОКТОР похож на Полыхаева, руководителя солидного учреждения, описанного И.Ильфом и Е.Петровым. Помните, Полыхаев изобрел набор штемпелей-резолюций. Здесь были и "Прекрасная мысль. Полыхаев", и "Знаю я ваши штучки. Полыхаев", и "Уволить без выходного пособия. Полыхаев", и любимое "Тише едешь - дальше будешь. Полыхаев".

Про Полыхаева никак не скажешь, что ему неведом внешний мир. В определенном смысле руководитель "Геркулеса" постиг души и своих начальников, и своих подчиненных, а ответные реакции на события свел к 36 штемпелям. Применяя свои 36 резинок - тоже по ключевым словам,- Полыхаев ходит в энергичных руководителях. Преувеличение сатириков? Преувеличение, спору нет, но насколько преувеличение?

ДОКТОР - тоже набор штемпелей, хранящихся в памяти вычислительной машины и оттискиваемых по мере надобности. Штемпелей-шаблонов у ДОКТОРА сотни, придуманы они хитрее полыхаевских, а машина научена собирать из нескольких штемпелей единый текст.

Разработчики ДОКТОРА знали многое и о психоанализе, и в особенности - о беседе людей. Их главный прием - выделение из реплики ключевого слова - вполне оправдан: беседуя, каждый из нас стремится найти в словах другого главное. Оправдан и переспрос, и подбадривающие реплики ДОКТОРА.

Беда в том, что ДОКТОР ограничивается этим нехитрым арсеналом, что он не анализирует реплик собеседника по существу. Быть может, это умеют другие программы - ЛЕТЧИК, ПЕРЕВОДЧИК или УЧИТЕЛЬ? Мы познакомимся с ними в следующей главе.

ДИАЛОГ
Они сошлись. Волна и камень,
Стихи и проза, лед и пламень
Не столь различны меж собой.
Сперва взаимной разнотой
Они друг другу были скучны;
Потом понравились; потом
Съезжались каждый день верхом
И скоро стали неразлучны.
А.С.Пушкин

Естественный язык состоит из десятков тысяч слов. Имеются сотни приемов сборки предложений. Большинство слов многозначно. Метафоры, идиомы, эллипсисы густо заселили наш язык.

Требование общаться с машиной на естественном языке, невинное на первый взгляд, оборачивается непреодолимыми сегодня трудностями. Не стоит пока вводить в ЦВМ слова Анны Ахматовой:

Тебе так весело грустить
Такой нарядно обнаженной,-

машина не обнаружит спрятанного в двух строках мира надежд.

Если не по плечу машине язык в целом, быть может, одолима его часть. Мы, например, хотим улететь в другой город. Приходим в кассу Аэрофлота. Обращаемся в справочное бюро. Диалог с информатором - не стихи Ахматовой. Здесь речь о рейсах, типах самолетов, названиях городов, времени отправления. Ограниченный словарь. Небольшое число способов построения фраз, хотя язык остается по-прежнему естественным.

Программа, выдающая справки (назовем ее ЛЕТЧИК), состоит из трех частей: преобразователя, массива и команд.

Преобразователь начинает дело, он обрабатывает реплику пассажира. Например, человек спросил:
"Летают ли самолеты типа ТУ-134 из Киева в Днепропетровск?"

Преобразователь расчленяет фразу на составляющие - группу сказуемого и группу подлежащего:
Летают ли из Киева в Днепропетровск | самолеты типа ТУ-134?

Каждая группа, в свою очередь, делится. Группа сказуемого - на сказуемое и обстоятельство места, группа подлежащего - на подлежащее и определение.

В обстоятельстве места преобразователь, пользуясь списком обслуживаемых пунктов, обнаруживает, что Киев и Днепропетровск - пункты; по виду предлогов (из... в...) преобразователь устанавливает, что Киев - пункт отправления, а Днепропетровск - пункт прибытия. Еще преобразователь узнает в определении ТУ-134 - тип самолета (тоже по списку - списку типов). Других существенных элементов в реплике не находится. Преобразователь завершает свою работу, придав реплике такой вид:

? СВЯЗЫВАТЬ (тип ТУ-134, пункт Киев, пункт Днепропетровск) . Это команда уже не на естественном, а на формальном языке, промежуточном между языком машины и языком человека.

Действие команды СВЯЗЫВАТЬ состоит в том, что она перебирает данные в массиве в поисках рейсов, удовлетворяющих нашему условию.

В память машины занесены все рейсы с их основными характеристиками (тип самолета, время вылета, время прибытия, аэропорт вылета, аэропорт прибытия, дополнительные данные). С массивом рейсов и имеет дело команда СВЯЗЫВАТЬ. Она выявляет, что такого рейса в массиве нет, и сообщает ответ пассажиру.

Вопросы, обычно задаваемые пассажирами, делятся на несколько групп. Прежде всего пассажир стремится выяснить, можно ли вообще долететь из пункта X в пункт Y, сколько таких рейсов будет еще сегодня, сколько часов лету до Y, можно ли успеть в Y к сроку (в первой половине дня, до ночи, к утру).

Вторая группа вопросов связана с предпочтением одного типа самолетов другим. Хочется узнать, летают ли самолеты типа Z в Y.

Третья группа - вопросы о наличии мест (более удобных, или, на худой случай, хоть каких-нибудь) и о сервисе в пути (кормят ли пассажиров, например).

Четвертая группа относится к пункту прибытия: есть ли гостиница в аэропорту и свободные места в ней? сколько езды от аэропорта до центра города?

Конечно, мы не исчерпали все возможные вопросы, да и не стремились к этому. Вопросы, напомним, задаются на естественном языке, в произвольной форме, значит, в одной реплике могут объединяться элементы нескольких наших групп.

Чтобы ответить на эти вопросы, мало команды СВЯЗЫВАТЬ. Полезны еще такие команды, как ВРЕВЫЛ(R, Y) - находит время вылета рейса R в пункт Y, ВРЕПОЛ(R, Y) - вычисляет время полета рейса R в пункт Y, ПИЩОБС (Z, Y) - устанавливает, чем кормят при полете самолета типа Z в пункт Y. Всего в ЛЕТЧИКЕ полтора десятка команд.

ЛЕТЧИК синтаксически анализирует каждую входную реплику, выявляет смысл реплики и обращает ее в команду. Команда извлекает из массива необходимые данные, перерабатывает их и включает в ответ.

Сам ответ, как это было у СТАТИСТИКА и у ДОКТОРА, представляет собой "шаблон с окнами". ЛЕТЧИК способен потребовать уточнения, если он не понял пассажира. Есть у него и другие черты, роднящие с предшественниками, например, использование телетайпа для ввода реплик человека. Отличие ЛЕТЧИКА - речевой вывод реплик машины, не всех, впрочем: итоговая справка печатается на телетайпе. Вот отрывок из диалога ЛЕТЧИКА с пассажиром.

Привет, здесь ЛЕТЧИК. Сегодня 15 сентября, время моск. 10.37.
Я готов ответить на вопросы относительно полетов из нашего аэропорта.

* Смогу ли я сегодня улететь в Днепропетровск? *
Да.

* Я хотел бы лететь самолетом типа ИЛ-18 * Самолеты типа ИЛ-18 в Днепропетровск не летают. Назовите, пожалуйста, другой тип.

* Ту-134 *
К сожалению, и это невозможно. В Днепропетровск направляются самолеты типов АН-24 и ЯК-40. Какой вы предпочитаете?

* Самолет ЯК-40 *
Сегодня ожидаются три рейса самолета ЯК-40 в Днепропетровск. Время отлета 11.15, 14.30 и 21.00. Нужны ли уточнения?

* Да. Если я улечу рейсом в 14.30, смогу ли я сегодня же отбыть из Днепропетровска в Саратов? *
Какое время вы хотите пробыть в Днепропетровске?

* 5 часов *
Вы включили сюда и время на проезд от аэропорта до центра города или нет?

* Нет *
Время проезда от аэропорта до центра города составляет 25 минут. Следовательно, всего вам требуется около 6 часов. Правильно?

* Нет. На всякий случай, возьмем 7 часов *
Тогда рейс, отлетающий в 14.30, вам не подходит. Единственный пригодный рейс в 11.15. Нужнна ли вам полная справка о рейсе?

* Конечно *
Распечатка:
Рейс 1147. Киев - Днепропетровск. Самолет типа ЯК-40. Свободных мест 6. Продажа билетов в кассе 3.
Вы удовлетворены справкой?

* Не совсем. Укажите, пожалуйста, еще самое тихое место *
Я не понял вас. Изложите свой вопрос иначе.

* Укажите место, где меньше всего слышен шум двигателей *
Вас интересует свободное место в самолете рейс 1147, где меньше всего слышен шум двигателей. Правильно?

* Да *
Место 11г. Все ли ясно?

* Да, все ясно *
Вы можете взять с собой запись этого разговора. Оторвите кусок ленты о край каретки. Справка 4724 окончена. Благодарю вас. ЛЕТЧИК.

ЛЕТЧИК и похож, и непохож на ДОКТОРА. ДОКТОР служит для оценки некоторых идей о диалоге, Джо Вейценбаум из Массачусетского технологического института написал эту программу в научных целях. Для пациентов ДОКТОР бесполезен.

ЛЕТЧИК приносит ежедневную практическую пользу людям. После этой справки он отпечатает справки #4725, #4726 и так далее. Каждый из нас хотел бы встретить ЛЕТЧИКА в аэропорту. Его готовность ответить на любой вопрос, его терпеливость стократно искупают известную непонятливость.

ЛЕТЧИК добивается успеха потому, что имеет дело с малой языковой подсистемой. В естественном языке множество малых подсистем. Беседуя о погоде, о спорте, о химии или модах, мы невольно переходим с уровня большого языка на уровень малой подсистемы: в каждой области свои термины, свои обороты, меньше вариантов, чем в великом, могучем и свободном языке. Никто не возбраняет человеку и в таком специализированном диалоге употребить необычные слова или фразы, например, спросить у ЛЕТЧИКА: "Как СКРОЕН самолет ИЛ-18?"

ЛЕТЧИК, одолев структуру фразы, не выявит ее смысла. Он посоветует человеку изложить свой вопрос иначе. Диалоги с разными людьми приучили нас приспосабливаться к собеседнику, к его уровню понимания и характеру. Потребность, чаще всего срочная, в справке не позволит шутить и с машиной. Коли ЛЕТЧИК не понимает, мы откажемся от вольностей, станем говорить попроще - вернемся в малую языковую подсистему.

Правда, если границы малой подсистемы выбраны неточно, ЛЕТЧИК станет часто отказывать. Недостаток преодолимый. Включим в программу механизм запоминания неопознанных слов и фраз. Пусть этот механизм, подобно человеческой памяти, вначале фиксирует все странности, но надолго сохраняет лишь часто повторяющиеся. Их ЛЕТЧИК сообщает своим программистам, а те - уточняют границы малой языковой подсистемы. ЛЕТЧИК обучается, его работа становится удовлетворительной.

Можно рассчитывать на успех работы СПОРТСМЕНА (справки о результатах любых состязаний и о предстоящих соревнованиях), и ХИМИКА (рефераты по избранной теме), и МОДЕЛЬЕРА (рекомендации, как лучше одеться).

Малая языковая подсистема - небольшое озеро, связанное с океаном языка. Мы построили ботик, чтобы плавать в этом озере. Но - такова природа человека - нас влечет из относительно спокойного озера в бурный океан. Хотелось бы совладать с языком в целом.

О, это трудный путь, усеянный обломками кораблей и телами мореплавателей. Перевод с одного языка на другой был едва ли не первой областью применения вычислительных машин для решения нечисловых задач. Уже в первой половине 50-х годов демонстрировались успехи машинного перевода. Казалось, еще немного и прогрессивное человечество получит электронных переводчиков. Но настал конец 60-х, и известные советские специалисты в этой области отметили: "Практического машинного перевода, который вошел бы в научный обиход так, как вошли, например, магнитофон, микроскоп, ЭВМ, до сих пор нет".

В США проблему обсуждал АЛЬПАК - имя напоминает о штурме горных вершин, а означает совещательную комиссию по автоматической переработке языков. АЛЬПАК заключил, что в настоящее время неперспективно строить большие системы автоматического перевода, лучше сосредоточить усилия на подготовке лингвистической базы и на решении алгоритмических проблем. Путь оказался не только трудным - запретным.

Но, быть может, там, где споткнулась полностью автоматическая переработка, справится человеко-машинная процедура? Канадка Маргарет Мастерман, воодушевленная этой идеей, разработала свою систему перевода с английского языка на французский.

Перевод ведет человек, хорошо знающий английский, но незнакомый с французским языком. Он сидит за пультом, содержащим ЭЛТ и световой карандаш. Карандаш нужен переводчику не для рисования или письма. Он служит только для прикосновения к световым кнопкам. О световых кнопках мы не упоминали в главе "Мануалы" - расскажем теперь.

Световую кнопку бесполезно нажимать пальцем, не поддастся она и удару ладони или кулака. Световая кнопка - квадратик, нарисованный электронным лучом на экране ЭЛТ, квадратик из вертикальных штрихов. Касаясь квадратика световым карандашом, мы сообщаем вычислительной машине его координаты. Машина узнает, что мы коснулись данной световой кнопки, а это равносильно нажатию кнопки реальной...

Машина приступила к переводу фразы:
Не went to the police.

Она провела уже синтаксический анализ и ищет теперь смысл фразы. А у фразы, как назло, множество смыслов, например, "Он отправился в полицию", "Он обратился к полиции" и т.д. Какой из этих смыслов истинный?

Машина берется за сказуемое. Что означает в данном случае "went" - глагол, выражающий движение?

МАШИНА СПРАШИВАЕТ, а вопросы воспроизводятся на экране ЭЛТ:
Имеете ли вы в виду, что:
Он переместился куда-либо? []
Он испортился? []
Он перебрался через что-либо? []
Он вступил в общение с кем-либо? []

Справа от каждого вопроса обозначается световая кнопка.

ЧЕЛОВЕК ОТВЕЧАЕТ: подносит световой карандаш к нижней световой кнопке. Глагол "went" здесь не означает "переместился", "испортился" или "перебрался", а имеет смысл "вступил в общение". Ответ человека фиксируется в машине.

И снова МАШИНА СПРАШИВАЕТ:
Имеете ли вы в виду, что:
Он выдал все врагу? []
Он рассказал что-то некоторому слушателю? []
Он обратился за консультацией к авторитетному лицу или в компетентные органы? []

Человек подносит световой карандаш к верхней кнопке. Смысл глагола "went" удалось уточнить: не просто "вступил в общение", а "все выдал врагу".

Машина, установив точный смысл сказуемого, переходит к дополнению, к слову "police". В памяти ЦВМ хранятся словарные статьи, причем каждая статья организована в виде "дерева смыслов". На рис.42 приведена статья для слова "police". ЦВМ знает уже, что речь идет об одушевленном существе, о враге. Поэтому она, двигаясь по ветвям дерева, обозначенным на рисунке жирными линиями, приходит к слову "фараоны".


Рис.42. Словарная статья в виде "дерева смыслов".

С помощью человека машина за два шага нашла безупречный перевод фразы: "Не went to the police" означает: "Он выдал все фараонам". Неожиданно, правда?

Неожиданно для нас, но не для человека-оператора. Человек вместе с вычислительной машиной шел к этому смыслу, опираясь на свое понимание не одной фразы, а всего текста. Видеть явления в контексте - одно из главных преимуществ человека по сравнению с машиной, и оно использовано в ПЕРЕВОДЧИКЕ.

Программы автоматического перевода исходили из идеи постредактирования. Вычислительная машина переводит, как может, и печатает результат. Человек после этого устраняет в нем шероховатости.

Маргарет Мастерман заменила постредактирование предредактированием. Работая с ПЕРЕВОДЧИКОМ, оператор последовательно уточняет смысл фразы на родном языке до тех пор, пока машина не найдет безупречный эквивалент на языке чужом. Движение к истине происходит по ветвям "дерева смыслов" (для слова "police" - обозначено жирными стрелками). Обычно перевод простой фразы или части сложного предложения требует 2-3 шагов диалога. Значит, дважды или трижды человек подсыпает соломки на место предстоящего падения.

Итак, во мраке машинного перевода обозначился просвет. Вооружаемся толковыми словарями каждого языка и двуязычным словарем. Строим на их основе деревья. Помещаем этот лес в память вычислительной машины. Придумываем сценарий диалога. Нажимаем кнопку "пуск" и...

Увы, все обстоит гораздо сложнее. Появление машинного перевода застало врасплох лингвистику. Академические словари, прекрасно служащие людям, недостаточны для машин. Они содержат не все смыслы, причем отсутствуют самые хитрые, неуловимые оттенки. Нужна огромная работа над "параллельными текстами" на двух языках, чтобы выудить ускользнувшие смыслы.

Когда это произойдет, и словарь займет свое место в памяти вычислительной машины, там окажется не просто лес - джунгли. Нужны особые орудия, чтобы прорубиться в них к искомому участку.

Маргарет Мастерман написала поэтому не универсальную программу. ПЕРЕВОДЧИК предназначен для переложения с английского на французский ОФИЦИАЛЬНЫХ ДОКУМЕНТОВ (проблема для двуязычной Канады насущная). Документы отличаются ограниченным словарем и специфическими оборотами - снова языковая подсистема, но более мощная, чем в программе ЛЕТЧИК.

Вероятнее всего проблема обмена между человеком и машиной на естественном языке, проблема переработки естественных языков, не будет решена фронтальным наступлением. Здесь эффективней высадка десантов на отдельных участках, овладение малыми землями - языковыми подсистемами, расширение плацдармов, создание коридоров между участками, слияние участков. Таков первый урок ПЕРЕВОДЧИКА.

Внимательный читатель, вероятно, обнаружил парадоксальность ПЕРЕВОДЧИКА. Из известных нам программ он ближе всего к естественному языку, а человек-оператор, знаток естественного языка, вообще не пользуется им. Разрешенные человеку реплики примитивнее, чем у СТАТИСТИКА. Вводя свои мнения в машину, человек только касается световым карандашом необходимой кнопки (переводимый текст вводится заранее - с перфокарт). Хорошо это или плохо?

Если достаточно, то хорошо, даже отлично: чем проще "внешняя" работа человека, тем быстрее и безошибочнее он справляется с ней, тем больше времени у него остается на главную, "внутреннюю" работу - разумную перелицовку текста. А простота "внешней" работы человека достигается тщательным конструированием программы.

Возьмем себе на заметку: для решения сложных проблем не обязательны разнообразные индикаторы и органы управления, достаточно указывать в узловых точках, по какой ветви дерева решений идти дальше. Таков второй урок ПЕРЕВОДЧИКА.

...

Два урока позади. Нам предстоит теперь побывать на третьем уроке, который дает уже не переводчик, а УЧИТЕЛЬ. Ученик этого УЧИТЕЛЯ сидит не за партой - перед ним дисплей, содержащий плазменную панель и клавиатуру. На плазменной панели высвечивается ход диалога.

1. УЧИТЕЛЬ готов помочь тебе в изучении географии Южной Америки. Это 4 раздел курса 6-го класса. Сегодня 8 декабря 1972 года. Если и ты готов, мы можем начать. О готовности сообщи, напечатав "готов". Я обозначаю звездочкой место, где высветится твой ответ. Не забудь отметить конец печати еще одной звездочкой. Пожалуйста, печатай.
* Готов *

2. Напечатай, пожалуйста, свою фамилию, имя н отчество.
* Чачко Святослав Алексеевич *

3. Укажи еще фамилию учителя.
* Николаева *

4. Спасибо, мы можем начать нашу беседу.

5. Что такое Чили?
* Страна *

6. Правильно. Какова приблизительно площадь Чили? Выбери одну из указанных:
214000
742000
49883
63690
* 214000 *

7. Ты не прав. Правильный ответ 742000 квадратных километров. Население Чили равно приблизительно 8500000 человек. Правда или ложь?
* Правда *

8. Согласен, правда. На каком языке говорят чилийцы? Выбери один из следующих:
швейцарский
французский
аргентинский
испанский
Ты слишком долго думаешь...
* Испанкий *

9. Ты хотел напечатать "Испанский". Очень хорошо. Столица Чили город Сантьяго. Правильно или нет?
* Правильно *

10. Прекрасно. Какова приблизительно площадь Бразилии?
* 2500000 квадратных километров *

11. Ошибка. Ладно, скажи мне, справедливо или нет следующее утверждение: "Площадь Парагвая составляет приблизительно 47432 квадратных километра?

12. * Какова площадь Бразилии? *
Площадь Бразилии приблизительно 8512000 квадратных километров. А теперь ответь на мой вопрос.
* Ложь *

13. Я не понимаю тебя. Перефразируй свой ответ, пожалуйста.
* Нет *

14. Прекрасно.
Площадь Парагвая составляет около 406800 квадратных километров.
Бразильцы говорят по-французски. Правда или ошибка?
* Ошибка *

15. Согласен с тобой.
В действительности бразильцы говорят по-португальски. Правда ли, что столица Бразилии город Бразилия?
* Да *

16. Отлично.
Каково приблизительно население Бразилии?
* 70000000 *

17. Близко к истине. Более точный ответ 86000000.

18. Что такое Бразилия?
* Сообщите мне данные о Перу *

19. Подожди минуту. Я обращусь к своей памяти. Теперь я готов и сообщаю:
Перу - это страна.
Она находится в Южной Америке.
Население приблизительно 12000000 человек.
Столица - Лима.
Но ты не ответил на мой предыдущий вопрос.
* В/О *

20. Ты хочешь перейти к беседе по способу В/О? Пожалуйста, ответь Д или Н.
* Д *

21. Ладно, пойдем дальше.

22. * Пожалуйста, сообщите мне еще о Перу * Площадь Перу приблизительно 1285000 квадратных километров. Язык - испанский.

23. * Как велика площадь Бразилии? *
Площадь составляет около 8512000 квадратных километров.

24. * Какова главная религия Уругвая? * Главная религия Уругвая католицизм.

25. Хорошо, что делать дальше по твоему мнению?

26. * Главной религией Перу является --- * Боюсь, что я не знаю этого.

27. * Правда ли, что площадь Уругвая равна 170000? *
Около того. Точный ответ 186900.

28. * Укажите, пожалуйста, главные реки Аргентины? *
Я не понял слова "укажите". Задай вопрос иначе.

29. * Главными реками Аргентины являются ---. *
Главными реками Аргентины являются Парана, Парагвай, Уругвай, Рио-Саладо и Пилькомайо.

30. * Перинт *
Ты хочешь перейти к беседе по способу Перинт? Пожалуйста, ответь Д или Н.

31. * Д *

32. Ладно. Пойдем дальше. Где находится Бразилия? Отвечай быстрее, я жду.
* В Южноамерике *

33. Я убежден, что ты хотел напечатать "Южная Америка".
Это верно.
Справедливо ли утверждать, что главными городами Бразилии являются Сан-Паулу, Рио-де-Жанейро, Бразилия, Порту-Алегри, Ресифп, Сантус, Манаус и Белен?
* Да *

34. Великолепно.
Главными городами Боливии являются ---?
* Ла-Пас, Сукре, Богота и Аконкагуа *

35. Вот как! Во всяком случае мы сейчас разберемся, что ты напечатал правильно.
Ошибочно указаны "Богота" и "Аконкагуа". С другой стороны, "Ла-Пас" и "Сукре" названы правильно.
Полный ответ должен включать еще Потоси, Кочабамба и Санта-Крус.
Население Боливии достигает --- человек.
Выбери из следующих цифр
845600
1033500
8297216
4000000
* 40

36. Ты долго думаешь...
* 4000000 *

37. Правильно.
Печатай И или Л после следующего предложения: Боливийцы говорят по-испански.

38. * Что такое Кордова? *
Кордова это город.
Он находится в Аргентине.
Население города 700000 человек. А теперь ответь на мой предыдущий вопрос.
...

39. Сегодняшняя беседа окончена.
Мне было приятно работать с тобой, Святослав Алексеевич Чачко.

Автор просит прощения у строгого читателя за то, что в качестве ученика в диалоге выступал его, автора, сын. Святослав, мне кажется, заслужил такую честь: добросовестно перевел с английского языка несколько статей о программах-учителях, уточнил все географические наименования, пересчитал мили в километры, а сверх того много размышлял о семантической сети - основе УЧИТЕЛЯ.

Прежде чем и нам заняться семантической сетью, расшифруем сокращения, встречавшиеся в диалоге: "Д" и "Н" означают соответственно "Да" и "Нет", а "И" и "Л" - "Истина" и "Ложь". Добавим еще, что аббревиатура "В/О" расшифровывается как "вопрос - ответ", а сокращение "Перинт" надо понимать как "переменная инициатива". Два последних сокращения, точнее, то, что скрывается за ними, стоят особого разговора.

Речь идет о двух принципиально различных режимах диалога. Первый из них - "вопрос - ответ" - нам хорошо известен. В таком режиме работали СТАТИСТИК, ДОКТОР и ПЕРЕВОДЧИК (вопросы всегда задавала программа, а отвечал всегда человек), этот же режим свойствен ЛЕТЧИКУ (здесь, наоборот, задает вопросы человек, а отвечает программа).

УЧИТЕЛЬ, как и ЛЕТЧИК, умеет отвечать на вопросы ученика. Но УЧИТЕЛЬ способен и на гораздо большее - действовать в режиме "Перинт", с переменной инициативой.

Рассмотрим, не увлекаясь подробностями, основной ход нашего диалога. После знакомства (шаги 1-4) УЧИТЕЛЬ принимается задавать вопросы, а ученик пытается отвечать на них (шаги 5-11). На 12-м шаге случилось неожиданное - ученик не захотел следовать по машинному пути, а сам задал вопрос.

Роли в диалоге помепялись - инициативой овладел ученик. Вежливый УЧИТЕЛЬ удовлетворил любопытство подопечного, но проявил и последовательность - попросил ученика ответить на ранее заданный вопрос. Ученик покорился, и вплоть до шага 18 инициатива принадлежала УЧИТЕЛЮ.

На 19-м шаге ученик вновь взбунтовался - не пожелал продолжать беседу о Бразилии, спросил о Перу. Учитель рассказал о стране древних инков и, естественно, вернулся к своему, оставленному без ответа, вопросу.

Не тут-то было! Ученик не отдал инициативу. Он предпочел изменить режим диалога - перешел на способ В/О. Что делать, программа покорилась - и до шага 24 отвечала на вопросы ученика. На 25-м шаге ученик замешкался. УЧИТЕЛЬ мягко попытался перехватить инициативу. Ученик не согласился и до 29-го шага оставался лидером.

На шаге 30 человек добровольно вернулся к режиму "Перинт". Машина взяла вожжи в свои руки - до шага 38, когда у ученика возник неожиданный вопрос.

В нашем протоколе инициатива трижды переходила от программы к человеку и возвращалась обратно. Конечно, диалог с переменной инициативой обладает гораздо большей гибкостью, чем система "вопрос - ответ". Но и "интеллектуальные возможности" программы должны быть здесь несравненно выше.

И правда, УЧИТЕЛЬ умеет излагать свой предмет, равно как умеет контролировать знания ученика. Он приспосабливается к конкретному ученику, задавая вопросы наводящие, расширяющие и углубляющие материал.

"Бразильцы говорят по-французски. Правда или ошибка?" - искушает он ученика. Ученик легко справляется: "Ошибка". А УЧИТЕЛЬ, согласившись, сообщает важную новость: "Они говорят по-португальски" (ученик-то, видимо, считал - по-испански; ага, по-португальски!- обрадуется он. Обрадуется - и запомнит).

В другом случае УЧИТЕЛЬ добивается правильных знаний, отделяя в ответе ученика овсы от плевелов. На шаге 34 ученик сообщает пазвания четырех городов Боливии. Среди них Богота - столица Колумбии и Аконкагуа - гора в Чили. УЧИТЕЛЬ, обозначив ошибки, соглашается, что Ла-Пас и Сукре - действительно боливийские города. "Полный ответ должен включать еще Потоси, Кочабамбу и Санта-Крус" - завершает он дело.

УЧИТЕЛЬ избегает лобового нажима. На шаге 6 ученик ошибся, называя площадь Чили, и УЧИТЕЛЬ исправил его. На шаге 10 ученик снова врет и опять про площадь, теперь площадь Бразилии. УЧИТЕЛЬ прощает ошибку. "Ладно",- говорит он на шаге 11 и задает вопрос о... величине территории Парагвая. Здесь у иного ученика заест ретивое. С нашим так и случилось - на 12-м шаге он перехватил инициативу и прямо спросил у программы размеры Бразилии: он не нуждается в снисхождении и готов запомнить площадь этой самой Бразилии сейчас же.

А если б ученик не возмутился? Программа все равно улучшила бы момент, чтобы сообщить ему, насколько велика Бразилия. Сценарий УЧИТЕЛЯ, хоть прямо, хоть в обход, но обеспечивает получение подопечным необходимых знаний.

УЧИТЕЛЬ не мелочен. Он согласен с приближенными оценками площадей и населения, видимо, понимая, что люди не сильны в запоминании чисел. Прощает он и описки ученика (шаги 8-9, 32-33), притом, в отличие от ДОКТОРА, не строит из себя всезнайку. На 19-м шаге, прежде, чем ответить на вопрос ученика о Перу, программа просит: "Подожди минуту. Я обращусь к своей памяти". Естественная реакция человека на неожиданную просьбу такова: "Значит, и машина не может сразу - должна поразмыслить. Выходит, география Южной Америки - серьезный предмет!" На эту внутреннюю реакцию человека рассчитана реплика программы.

Вопрос ученика о главной религии Перу (шаг 26) загнал машину в тупик. УЧИТЕЛЬ честно признает: "Боюсь, что я не знаю этого". Ожидаемая реакция человека: "Машина не семи пядей во лбу, вполне можно узнать географию Южной Америки ЛУЧШЕ УЧИТЕЛЯ!"

Так возбуждается дух соревнования. Если же ученик пассивен, тянет с ответом, программа подталкивает его: "Ты слишком долго думаешь" (шаги 8 и 36), "Хорошо, что делать дальше по твоему мнению?" (25), "Отвечай быстрее, я жду" (32). Кстати, на 35-м шаге ученик "полуответил" - начал печатать число, да замешкался от неуверенности. Программа вмешалась, обозначив свое вмешательство специальным значком,- и ученик одолел задачу.

Несомненно, УЧИТЕЛЬ и знает свой предмет, и умеет передать знания, умеет учить. Знаниями питает программу семантическая сеть, дидактические хитрости находит настраиваемый сценарий.

Семантическая сеть, как и сеть рыбацкая, состоит из узлов и связей между узлами. Узлы семантической сети представляют собой списки. Вот, например, узел "Аргентина".

АРГЕНТИНА: тип страна; положение Южная Америка; координаты -22,-55; пограничные страны Боливия, Парагвай, Чили, Уругвай; столица Буэнос-Айрес; города Буэнос-Айрес, Кордова, Мендосаб, Тукуман; рельеф подсписок 1, подсписок 2...

Приведенный список имеет голову - имя списка и тело. Тело, в свою очередь, состоит из членов (отделены друг от друга точкой с запятой). Все члены тела устроены одинаково: на первом месте находится признак, а на втором - значения этого признака.

Представьте себе, что имя и значения еще не внесены в список, а указаны лишь признаки - положение, координаты, пограничные страны, столица, города, рельеф. Тогда перед нами "шаблон с окнами", пригодный для описания любой страны, не обязательно Аргентины. Поместив в окна конкретные значения каждого признака, мы превратим заготовку в образ. Если из всех возможных столиц выбрать Буэнос-Айрес, из всех южноамериканских городов - Кордову, Мендосу и Тукуман, если каждому признаку присвоить "аргентинское" значение, то возникнет список с именем "Аргентина". Список "Уругвай" содержит те же признаки, отличаются лишь значения.

В нашем списке для признака рельеф не указаны конкретные значения. Их место занимают таинственные "подсписок 1" и "подсписок 2". Вот как они выглядят:

ПОДСПИСОК 1: тип горы; название Анды; координаты -22, -45; высочайшая Аконкагуа (6960), прочие нет...

ПОДСПИСОК 2: тип степи; название нет; координаты -26, -43; опорные пункты Буэнос-Айрес, Ла-Плата, Санта-Фе, Кордова.

Первый из подсписков представляет собой шаблон с окнами для сведений о горах, а второй - о степях. Шаблоны эти пригодны для любой страны, а заполнены - для Аргентины. Описание рельефа Аргентины потребовало двух подсписков, для Бразилии нужен еще третий - подсписок данных о пустынях.

Число подсписков, входящих в данный список, неограничено. Каждый подсписок обладает всеми правами списка, то есть может, в свою очередь, набухать за счет подподсписков. Иными словами, узел иногда оказывается простым, а иногда - двойным, тройным, морским, сложной вязки.

Если присмотреться к семантической сети, то обнаружится, что из-под поверхности каждого узла, с разных ее глубин, пробиваются многочисленные ростки связей с другими узлами. Связи позволяют перейти от частного к общему и, наоборот, конкретизировать общие данные. Например, в узле "Аргентина" признак положение имеет значение "Южная Америка". От этого значения предусмотрена связь с узлом "Южная Америка". В последнем признак страны принимает значение "Аргентина", и соответствующая связь возвращает нас к узлу "Аргентина".

Узел, как бы он ни был сложен сам по себе,- лишь точка в сети, одна из сотен или тысяч точек. Двигаясь от точки к точке, перемещаясь по прихотливым ветвлениям, возвращаясь и вновь продвигаясь вперед, можно образовывать новые понятия. Например, ученик спросил у УЧИТЕЛЯ названия столиц стран, граничащих с Аргентиной. Узла со списком этих столиц нет в семантической сети, сведения о них разбросаны по разным узлам, их нужно найти и собрать воедино. Путь по семантической сети начинается в узле "Аргентина", определяется признак пограничные страны и его значение - Боливия, Парагвай, Чили, Уругвай. От узла "Аргентина" программа продвигается к узлу "Боливия", а в нем - к признаку столица. Значение этого признака - Ла-Пас. Так появляется первая составляющая будущего ответа УЧИТЕЛЯ.

Следующий переход - к узлу "Парагвай", завершается он выявлением столицы этого государства. И еще переход - к узлу "Чили", и еще - к узлу "Уругвай". Добывая всякий раз наименование столицы, программа накапливает свой ответ: "Столицы стран, граничащих с Аргентиной, Ла-Пас (Боливия), Асунсьон (Парагвай), Сантьяго (Чили), Монтевидео (Уругвай)".

Еще пример. Программа попросила ученика назвать "самую высокую гору на материке". Ученик ответил "Чимбарасо". Как УЧИТЕЛЮ проверить правильность ответа?

В семантической сети нет узла-списка "Горы", сведения о вершинах хранятся в виде "подсписка 1" в узлах каждой страны. Программа начинает свой путь по сети с узла "Материк". Приобретя здесь список стран Южной Америки, она направляется в каждую из стран за "подсписком 1" - перечнем горных вершин. В подсписке 1 содержится не только наименование вершины, но и ее высота (в круглых скобках). УЧИТЕЛЬ сопоставляет высоты и располагает названия гор в порядке убывания высот. Теперь он готов к проверке. Результат: Чимбасаро, названный учеником,- не на первом месте, и УЧИТЕЛЬ печатает: "Ты не совсем прав. Вулкан Чимбарасо (6262м) - третья по высоте вершина материка. На 700 метров выше его гора Аконкагуа. Четвертое место занимает вулкан Котопахи (5897м). Еще сотня с небольшим метров - и Котопахи вошел бы в число шеститысячников.

Семантическая сеть - карта смыслов, как бывает карта шоссейных дорог. Ее узлы - торговые города. Допустим, в одном мы покупаем котелок, в другом крупу, в третьем - зачерпнем воды, а в четвертом - поставим котелок на огонь. Глядишь и сварится не вода, не гречка, не котелок, нечто новое - каша. Сеть служит не только для того, чтобы собрать факты и понятия, относящиеся к делу. Сеть - и в этом соль (кстати, кашу-то мы сварили без соли) - умеет порождать новое. Возникает новое посредством операций математической логики.

В обычной алгебре начальными элементами служат переменные. Связи между переменными задаются посредством функций: Y=f(x) вышито на знамени алгебры. Алгебра умеет преобразовывать функции. Сложные и громоздкие поначалу, алгебраические выражения тают из-за сокращений, взаимных уничтожений, группировок. После упрощений вместо переменных "x" подставляются их числовые значения, соответственно в число обращается и значение функций, числом становится Y.

У нас роль переменных играют признаки. Признаки тоже приобретают значения, только не числовые, а смысловые. Можно строить логические функции, описывать связи между признаками, объединять частные смыслы в единый смысл.

Мы привели достаточно примеров, чтобы показать, что УЧИТЕЛЬ не глуп. Как не глуп был шахматный автомат Кемпелена - обыгрывал даже опытных игроков. Секрет автомата открылся, когда на очередном сеансе случился пожар. Услышав запах дыма и крики, из потайного лаза в корпусе автомата вывалился маленький человечек, инвалид, лишенный ног, но не лишенный ума.

Современные программы для ЦВМ, программы диалога, тоже СОДЕРЖАТ "МАЛЕНЬКОГО ЧЕЛОВЕЧКА". Этот человечек, точнее, свойственный нам образ мысли, закодирован и в синтаксическом анализе, и в семантических сетях, равно как в правилах движения по ветвям сетей и способах формирования сложных понятий из простых.

В УЧИТЕЛЕ скрыт даже не маленький, а крошечный человек, весь духовный мир которого ограничен географией Южной Америки, а запас слов - малой языковой подсистемой, "географическим наречием". Но опыт УЧИТЕЛЯ принципиально важен. Совсем еще недавно, в 1969 году английский кибернетик Займан писал об особенностях ЦВМ: "со словами машине нечего делать". И продолжал: "Совершенно невозможно сложить или вычесть, или логически сопоставить, или сделать преобразование Фурье, или определить сходимость, или сделать что-либо такое, чему трудно подобрать название, со столь разношерстным подбором материала".

Человеку, в отличие от ЦВМ, есть что делать со словами, его мысли формируются из слов. Похоже, именно здесь проходит барьер между человеком и машиной, именно здесь решается, кто во что горазд.

Опыт УЧИТЕЛЯ опровергает Займана. ЦВМ, пусть в узких пределах, пусть с разъяснениями человека, но эффективно работает со словами и понятиями, ими выражаемыми. Мы поэтому отмечаем особый вклад Джейма Карбонелла, разработавшего программу УЧИТЕЛЬ.

В Иллинойском университете (США) недавно запущена система программированного обучения студентов. "Платон" - так назвали эту систему. Древнегреческий философ создал когда-то в садах, близ Афин первую академию. Прогуливаясь по тропинкам, ученик и учитель беседовали. Обучаемый приобретал знания в режиме активного взаимодействия с учителем, в режиме диалога.

Иллинойский "Платон" беседует сразу о 20 различных предметах с 4000 студентов. Каждый из студентов - человек за пультом. А каждый пульт представляет собой сочетание клавиатуры, плазменной панели и проектора с произвольной выборкой (рис.43).


Рис.43. Пульт ученика в обучающей системе "Платон": 1 - клавиатура ввода; 2 - зеркало; 3 - объектив; 4 - планшет с диапозитивами.

Плазменная панель - вы помните?- состоит из трех слоев стекла, значит, прозрачна. Иллинойсцы установили позади панели планшет с рамкой на 100 диапозитивов. Рамка движется по направляющим, подставляя под объектив нужный кадр. Через зеркало этот кадр проектируется изнутри на плазменную панель, как на экран.

Фоновая информация в студенческих пультах поступает с диапозитивов, а текущая - татуируется на плазменной панели. Конечно, и поступлением и совмещением обоих видов информации заведует ЦВМ. А студенты, нажимая клавиши пультов, ведут диалоги с машиной, четыре тысячи параллельных диалогов.

Пульты "Платона" отличаются от дисплея, использованного нами при изучении географии Южной Америки, только одним нововведением - проектором. Очень полезное нововведение: географии нельзя учить лишь на словах, требуется показывать карты. Хорошо придуманы пульты "Платона", механика в них разумно сочетается с электроникой.

Плазменная панель, кстати, допускает и регистрацию хода диалога без помех оператору (киносъемка ведется с обратной стороны панели). Изобретен и световой карандаш для плазменной панели; можно, значит, пользоваться световыми кнопками.

Мы знакомы уже с пятью диалоговыми программами для ЦВМ, изучили пять протоколов и все пять были чисто словесными, символьными. Правда, в первом протоколе, при работе СТАТИСТИКА, встретилось нам и графическое отображение, была построена гистограмма температур. Собрал ее СТАТИСТИК тоже из символов-звездочек. Текст еще не стал гипертекстом.

Диалог при обучении не может состоять только из символов. Хороший учитель географии должен показывать карты, круговые диаграммы национального состава населения и столбиковые - температур января и июля. Если УЧИТЕЛЬ учит биологии, на экране обязаны появляться мутирующие дрозофилы; если органической химии - взаимодействие молекул; если контролю и управлению - блок-схемы алгоритмов.

Словесный обмен необходимо пополнить графическим обменом. Две программы - АНИМАТОР и ПРОКРУСТ, описанные в следующей главе, введут пас в мир "графического диалога".

РЕЗВИСЬ, МОДЕЛЬ, НЕ ЗНАЙ ПЕЧАЛИ!
Время настоящее и время прошлое,
Быть может, оба наступают в будущем.
Т.С.Эллиот

Диалоговая программа АНИМАТОР, разработанная Толботом, Карром, Коултером и Хвангом, предназначена для рисования мультфильмов. Перед художником экран электронно-лучевой трубки, в правой его руке световой карандаш, а левая - лежит на клавиатуре.

Художник-мультипликатор стал человеком-оператором. Он делает ленту "Сказка о царе Салтане", сцену, соответствующую пушкинским словам:

Ветер на море гуляет
И кораблик подгоняет;
Он бежит себе в волнах
На раздутых парусах.

1. На экране ЭЛТ художник видит следующий список:
Определение рисунка []
Определение движения []
Определение сцены []
Определение сегмента []
Воспроизведение []
Передача []

Это перечень основных режимов, в которых работает программа АНИМАТОР. Справа от названия каждого режима обозначена световая кнопка.

2. Художник подносит световой карандаш к верхней световой кнопке, выбирая режим "Определение рисунка".

3. АНИМАТОР очищает экран и дает имена кнопкам клавиатуры. Программа нарекает клавиши. Одна из них получает имя "ТОЧКА", другая - "ПРЯМАЯ ЛИНИЯ", третья - "ОКРУЖНОСТЬ"... АНИМАТОР не только присваивает имена, но и соответствующие функции. Едва художник нажмет клавишу "ТОЧКА", на экране появится светящаяся точка; если коснется клавиши "ОКРУЖНОСТЬ" - на экране обозначится окружность. Кроме имен - составляющих будущего рисунка, есть еще имена (клавиши) для установки длины отрезка или радиуса окружности, для внесения цифробуквенного текста на определенные места экрана, для стирания части или всего изображения. Короче говоря, на третьем шаге диалога АНИМАТОР обратил клавиатуру в средство сборки рисунка из элементов - примитивов.

4. Человек тотчас использует это средство. Нажимая клавиши, он указывает последовательность отрезков, изображающих кораблик. Если художник не удовлетворяется только примитивами, если он хочет изобразить особенный завиток сказочного кораблика, к его услугам световой карандаш. Мультипликатор обычно пользуется и клавишами, и световым карандашом. Кораблик появляется на экране по мере рисования, а когда художник завершает рисунок - все необходимые данные заносятся в память ЦВМ. Чтобы извлечь по надобности эту информацию, нужно дать изображению заголовок. Шаг 4 начинается с того, что посредством буквенноцифровой части клавиатуры художник дает название КОРАБЛИК, а уж потом - принимается рисовать.

Изобразив кораблик, человек завершает первую часть работы - рисунок готов. Теперь нужно придать ему движение.

5. Определение движения - отдельный режим программы АНИМАТОР. Специальной клавишей человек вызывает перечень основных режимов.

7. На экране появляется уже знакомый нам список со световыми кнопками.

8. Художник подносит световой карандаш ко второй световой кнопке, выбирая режим "Определение движения".

9. АНИМАТОР очищает экран и переименовывает клавиши. Новое имя одной клавиши - "ПЕРЕМЕСТИТЬ", другой - "ПОВЕРНУТЬ НА", третьей "ХРАНИТЬ", четвертой - "ЗА", пятой - "КАДР" и т.д. Новые имена - новые функции.

10. Человек составляет на клавиатуре определение:
КАЧКА-1 = ПЕРЕМЕСТИТЬ DX=80, DY=0 и ПОВЕРНУТЬ НА -25o
Подчиняясь определению, кораблик на экране станет двигаться слева направо. Он одолеет 80мм, одновременно его нос опустится на 25o от горизонтали.

11. Мультипликатор, действуя как и на шаге 10, задает новый вид качки
КАЧКА-2 = ПЕРЕМЕСТИТЬ ЛХ=128, AY = 64 и ПОВЕРНУТЬ НА 50o
Кораблик на экране, продолжая движение слева направо, будет перемещаться резвей, его нос станет подниматься, перейдет горизонталь и задерется на 25o.

12. Человек указывает последовательность движения:
КАЧКА-12 = КАЧКА-1 ЗА 1 КАДР, КАЧКА-2 ЗА 1 КАДР
Кораблик на экране "умеет" теперь и опускаться и подниматься. Остается задать продолжительность движения.

13. Художник составляет определение:
КАЧКА = КАЧКА-12, КАЧКА-12, КАЧКА-12
Соответственно кораблик пробегает экран за 6 кадров.

Три из них показаны на рис.44,а, б, в.


Рис.44. Программа АНИМАТОР. Кадры на экране ЭЛТ: а - кораблик взбирается на волну; б - кораблик опускается; в - снова подъем.

Мы формально выразили поэтическое: "Он бежит себе в волнах". Только волн в нашем протоколе нет, есть лишь качающийся кораблик. Художнику следовало бы на 6-м шаге нарисовать ВОЛНЫ, а на 14-м ввести такое определение движения:

14. НЕПОДВИЖНО=ХРАНИТЬ ЗА 6 КАДРОВ
и в заключение собрать из определенных им рисунков и движений сцену.

15. Человек вызывает перечень основных режимов.

16. АНИМАТОР выводит на экран список.

17. Человек подносит световой карандаш к световой кнопке "Определение сцены".

18. АНИМАТОР очищает экран и по-новому нарекает клавиши в клавиатуре.

19. Человек с помощью клавишей называет этот эпизод СЦЕНА-43 и связывает рисунок КОРАБЛИК с движением КАЧКА, а рисунок ВОЛНЫ с движением НЕПОДВИЖНО.

20. Сцена #43 предстает перед нашими глазами - кораблик бежит себе в неподвижных волнах.

Конечно, художник вправе заставить двигаться волны, придать кораблику, кроме килевой, еще и бортовую качку, особо заняться парусами или корабельщиками. Принцип диалога от этого не изменится.

Из основных режимов АНИМАТОРА в нашем протоколе не понадобились "Определение сегмента", "Воспроизведение" и "Передача". Сегменты - это крупные куски мультфильма, состоящие из нескольких сцен; при выполнении сегмента сцены стыкуются друг с другом, вводятся смены планов, наплывы, затемнения и т.д.

Режим "Воспроизведение" удобен для художника. Он может просмотреть на экране ЭЛТ любую из своих заготовок, возникших в процессе работы над фильмом,- рисунки, движения, сцены, сегменты - и выбрать необходимое.

Наконец, режим "Передача" служит для выпуска готовой продукции: информация передается в специальное устройство, которое воспроизводит фильм на кинопленке.

АНИМАТОР - реально действующая программа, впрочем, как и все предшествующие. С помощью АНИМАТОРА за 1-3 часа рисуется карикатурный или учебный фильм. Но не фильм художественный - для искусства примитивы АНИМАТОРА слишком грубы.

А для управления энергоблоком? Казалось бы рисование мультфильмов и управление - вещи не совместные. Но отчего же тогда входной язык АНИМАТОРА так напоминает ЯЗОН? Отчего же конструктор пульта энергоблока не откажется ни от списка-справочника возможностей программы, ни от рационального распределения функций между клавиатурой и световым карандашом, ни от переменной семантики части клавишей?

Оттого, что все эти особенности улучшают оперативное взаимодействие и, следовательно, полезны конструктору пульта. Он прячет их в свою копилку вместе с принципом умалчивания, принципом таковой цепи, принципом оптимальности гипертекстов...

Продолжая обсуждение графического обмена, мы обратимся теперь к программе ПРОКРУСТ. Но сначала несколько общих замечаний.

Ко многим названиям нашего века - век электричества, атома, космоса - справедливо добавить еще одну этикетку: век эксперимента. Экспериментировали и в XVI, и в XVII, и в XVIII, и в XIX, причем из века в век фронт эксперимента расширялся, а число экспериментаторов росло.

В наше время экспериментируют и физики, и инженеры, и социологи, и литературоведы. Быть может, XXI век перехватит, как эстафету, у XX это почетное звание, но пока палочка у нас, наше столетие - Век Экспериментов и Экспериментаторов.

Каждый экспериментатор тщательно и многократно изучает свой объект, собирает цифры, опытные данные. Коллекция нужна ему не сама по себе, экспериментатор надеется на основе опытных данных понять явление.

Чтобы понять, нужно упростить, отбросив несущественное. Таков первый шаг. Второй - ввести очищенные данные в контекст дальнейших преобразований.

Чаще всего данные опытов служат пищей для математической модели. Введя их в эту модель (то есть подставив в соответствующие уравнения), мы найдем новые важные черты портрета объекта. Найдем, если сами данные будут выражены в подходящем - формульном, аналитическом виде, причем эта формула не окажется чужеродной, когда ее соединят с тканью математической модели.

Итак, наша цель - обратить груду цифр в одну формулу, заменить опытные данные аналитическим выражением, произвести аппроксимацию.

Выбирая формулу - заменитель, резонно предусмотреть, к чему приведет наш выбор, окажемся ли мы среди множества многоэтажных многочленов, которые и переписать-то верно не всегда удается, или выйдем на дорогу алгебраических упрощений, на дорогу ясности.

Значит, аппроксимация экспериментальных данных двулика. Нельзя забывать о контексте дальнейших преобразований, но нельзя и в погоне за гладкостью контекста пренебречь близостью к опытным данным. Экспериментальные данные, только они, рисуют лицо объекта. Из-за помех, из-за неточностей измерения, из-за того, что измерить удалось не совсем там, где хотелось,- лицо объекта замутнено, искажено, видно не лицо - личина. "Близость к экспериментальным данным" не означает "слепой учет любого из них".

Аппроксимация экспериментальных данных аналитическими выражениями - нелегкое искусство. Опытные специалисты тратят на "хорошую" аппроксимацию не меньше времени, чем на сбор опытных данных.

Диалог человека с вычислительной машиной решительно сокращает это время. Итак, программа ПРОКРУСТ - помощник в аппроксимации.

Вместо привычного нам протокола взаимодействия человека и ПРОКРУСТА используем теперь БЛОК-СХЕМУ ДИАЛОГА. Станем обозначать действия человека двойными, а работу машины - одинарными прямоугольниками.

На 1-м шаге диалога (рис.45) человек вводит в машину экспериментальные данные, нажимая на клавиши. Если записать последовательность нажатия, получим такую картину:
* i:=1 step 1 until 21
t[i]:=0.05 step 0.05 until 1.00
y[i]:= 0.0; 2.4; ...; 0.5 *

Рис.45. Блок-схема программы ПРОКРУСТ (этапы I, II и III).


Надпись на одной из клавишей ":=" означает "присвоить", надпись на другой "step" - означает "шаг", а марка третьей "until" - понимается как "до".

Иными словами, оператор сообщает машине, что:
1) точкам отсчета присвоены номера, начиная с #1 и до #21, без пропусков;
2) ось абсцисс обозначается "t" и разбита на равные отрезки размером 0.05 каждый в диапазоне 0.05-1.00;
3) ось ординат обозначается "y"; ординаты принимают последовательные значения 0.0; 2.4 и т.д.;
4) в изложенном и состоит вся реплика (нажатие особой клавиши * открывает и закрывает ее).

Человек ввел данные, а ПРОКРУСТ тотчас отображает их в виде таблицы на экране - представляет оператору для проверки (второй шаг). Человек подтверждает правильность ввода (ветвь "да"), либо вносит поправки (ветвь "нет") до тех пор, пока все не станет на свои места. В блок-схеме диалога образовалась первая петля, и неизвестно точно, сколько раз придется человеку проходить шаги 1, 2 и 3. Он обычно сразу вводит данные без ошибок, либо исправляет ошибки при втором заходе. Так или иначе, экспериментатор с помощью ПРОКРУСТА выполняет ввод данных (на блок схеме этап ввода обозначен римской цифрой I).

ПРОКРУСТ отвечает ИЗМЕНЕНИЕМ ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ экспериментальных данных. Машина показывает на экране график. 21 экспериментальная точка помечены на графике крестиками (этап II, он же шаг 4 на блок-схеме).

Экспериментатор оценивает возникшую перед ним картину (вы, читатель, тоже можете ее оценить,- взгляните на рис.46) и придумывает АППРОКСИМИРУЮЩИЙ МНОГОЧЛЕН. Как и всякий многочлен, аппроксимирующий состоит из членов - компонентов. В ПРОКРУСТЕ компонентами служат элементарные функции, такие, как синус, логарифм, экспонента. Поведение каждой элементарной функции, ее график, опытному человеку знакомы прекрасно. Теперь он приготавливает коктейль, смесь из некоторых функций, полезную на данный случай. В коктейль-многочлен можно добавить и постоянные величины - числа.


Рис.46. Экспериментальные точки нанесены на график.

Для точек, отображенных на экране, человек не тревожит ни синус, ни логарифмы. Он решает взять за основу простенький компонент, выглядящий так:

(2t-l)**(r-1)

и собрать многочлен из восьми одинаковых компонентов, но с разными показателями степени. Пусть, думает экспериментатор, "r" пробегает последовательно значения 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8. Соответственно возникнут компоненты 1, (2t-1), (2t-1)2... (2t-l)7. В коктейле каждый из них будет играть свою роль, иметь свой вес, свою долю участия.

Пусть вес первого компонента равен p1, вес второго p2 ... восьмого р8. Вес любого компонента резонно обозначить рr. Тогда каждая составляющая коктейля имеет вид:

pr(2t-1)**(r-1)

а весь коктейль представляет собой сумму восьми составляющих:

sum(r=1..8 )(pr(2t-1)**(r-1))

Обозначим наш коктейль (он же - аппроксимирующий
многочлен) буквой K:

K = sum(r=1..8 )(pr(2t-1)**(r-1))

Человек, используя клавиатуру, вводит этот многочлен в машину. Машина отображает его на экране в виде формулы. Человек удостоверяется, что ПРОКРУСТ понял его правильно. На блок-схеме (см. рис.45) видно: в ходе диалога возникла вторая петля, охватывающая шаги 5, 6 и 7. В этом смысле этап III диалога аналогичен этапу I.

Задача аппроксимации теперь свелась к подбору "весов" pr . Человек может облегчить этот подбор, если задаст ограничения. Соответствующие этапы IV и V показаны на рис.47. В нашем случае экспериментатор нажимает клавишу "ограничений нет" и, пропуская шаги 9, 10 и 11, передает "слово" ПРОКРУСТУ.

Рис.47. Блок-схема программы ПРОКРУСТ (этапы IV, V, VI и VII).


ПРОКРУСТ стремится найти такие рг , чтобы расхождения между экспериментальными точками и аппроксимирующей кривой были незначительными.

Сумма этих расхождений служит КРИТЕРИЕМ СОВПАДЕНИЯ; чем она меньше, тем лучше.

ПРОКРУСТ ищет pi, соответствующие самому малому значению критерия совпадения из всех возможных. При подборе коэффициентов он использует программу ЛИНЕЙНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ (этап VI диалога).

"Программа... программирования" - неудачное выражение, не так ли, что-то вроде "масло масляное"? Зловредная тавтология возникла здесь из-за ошибки переводчика. Встретив впервые английское "linear programming", переводчик передал его буквально - "линейное программирование".

Изобретатели термина не имели в виду ни вычислительных машин, ни способов программирования для них. "Programming" относится совсем к другой области, это орудие для плановиков-экономистов, математический способ составления хороших планов. Способ, к сожалению, не универсальный; прилагательное "linear" определяет круг его применений: только для линейных комбинаций элементов плана...

У нас как раз линейная комбинация, коктейль из элементарных функций. ПРОКРУСТ находит наилучшие веса членов аппроксимирующего многочлена.

На 13-м шаге диалога ПРОКРУСТ воспроизводит на экране кривую, соответствующую выбранным весам. Аппроксимирующая кривая появляется на фоне экспериментальных точек - вы видите ее на рис.48. Кстати, следите ли вы за ходом диалога по блок-схеме? Если забыли, просмотрите пройденные шаги и этапы.


Рис.48. Аппроксимирующая кривая, первое приближение.

Следующий, 14-й шаг делает человек. Он оценивает качество аппроксимации. Если экспериментатор находит, что совпадение хорошее (ветвь "да") и на экране нет лишних изображений (ветвь "нет" после шага 15), то экспериментатору остается лишь нажать кнопку "Регистрация" (шаг 23). ПРОКРУСТ отобьет бланк, содержащий аппроксимирующий многочлен, таблицу весов и график - все результаты диалога (шаг 24). Если же, по мнению экспериментатора, аппроксимация непригодна, то он вызывает на экран таблицу весов. ПРОКРУСТ показывает, а человек анализирует эту таблицу (этап XI диалога, состоящий из шагов 20, 21 и 22).

Человек в результате анализа либо приходит к выводу, что предложенный им аппроксимирующий многочлен из рук вон плох, либо, что многочлен сносный, хотя и требует улучшения. В первом случае экспериментатор решительно корректирует многочлен, а для этого - возвращается к шагу 5 диалога. Он выбрасывает или добавляет элементарные функции, а то и начисто меняет весь комплект функций. Во втором случае, когда не нужны революционные изменения, оператор тоже движется вспять, но только до 8-го шага.

Второй случай и встретился в нашем примере.

...

Аппроксимирующий многочлен, пожалуй, незачем перекраивать. Вот только ДВУХГОРБОСТЬ КРИВОЙ (рис.48 ) несколько неприятна. Что ж, это дело исправимое.

Чтобы кривая сохраняла выпуклость, следует ввести дополнительное ограничение - вторая производная функции K во всех точках должна быть равной нулю. Оператор вводит это табу, возвращаясь от шага 22 к шагу 8. Заданное им ограничение (шаг 9) отображается на экране (шаг 10), что позволяет человеку проверить правильность ввода (шаг 11). Этап V, куда входят шаги 9, 10 и 11, охвачен привычной уже для нас "корректирующей петлей". Интересно, что эта "малая" петля сама оказывается внутри другой, "большой" петли, захлестнувшей весь участок от 22-го до 8-го шага. Равно и "малая петля" этапа III попадает в "большую" петлю, стянувшую шаги от 21-го до 5-го.

Итак, ограничение введено, и ПРОКРУСТ по проторенному пути достигает шага 13 - воспроизводит улучшенную кривую на фоне экспериментальных "крестиков" и "старой" кривой, первого приближения (как это выглядит - видно на рис.49).


Рис.49. Аппроксимирующая кривая, второе приближение (для сравнения - кривая первого приближения показана пунктиром).

Экспериментатор опять может почувствовать неудовлетворение. Его воля вновь вызвать на экран таблицу весов, анализировать ее, искать совершенство.

На экране накапливаются следы поисков человека - семейство аппроксимирующих кривых и семейство таблиц. Неудачные приближения экспериментатор стирает, чтобы не мешали выбрать из удачных самое удачное. Стирание лишнего с экрана обеспечивает этап IX диалога (рис.50).

Рис.50. Блок-схема программы ПРОКРУСТ (этапы VIII, IX, X, XI, XII).




В нашем примере аппроксимация устраивает оператора (ветвь "да" после шага 14), но он хотел бы окончательно в этом убедиться, а для этого - посмотреть ее "в чистом виде". Шаги 15, 16, 17 и 18: оператор стирает кривую первого приближения. На шаге 19, глядя на изображение, такое же, как на рис.51, он решает: да, новая аппроксимация выглядит хорошо. Перескок на этап XII - результат достигнут.


Рис.51. Аппроксимирующая кривая - результат диалога.

В рассмотренном примере оператор ни разу не ошибался и только единственный раз подправил исходные условия (ввел ограничение). Ему удалось выполнить аппроксимацию за 28 шагов. В идеальном случае достаточно тринадцати шагов. Диалог может затянуться, если подбор членов для аппроксимирующего многочлена не удался, или если многократно приходится вводить дополнительные ограничения. Кстати, в ПРОКРУСТЕ, кроме второй производной, можно ограничивать первую производную, или задавать диапазоны изменения коэффициентов.

Раз на раз не приходится, но в среднем экспериментатор застревает в петле "реконструкция полинома" на 2-5 циклов, а петлю "дополнительные ограничения" проходит 2- 3 раза. С аппроксимацией набора из полусотни отсчетов человек справляется за полчаса-час.

Понравился ли вам, читатель, новый способ описания диалога - блок-схема? Немного громоздко, правда? Зато обстоятельно и - на все случаи жизни. Привыкнув, понимаешь блок-схему без дополнительных описаний, если, конечно, известны составляющие ее кирпичики. Кирпичиком данной блок-схемы может оказаться целая блок-схема низшего уровня. Например, в нашей схеме, как Иона во чреве кита, живет стандартная подпрограмма "Линейное программирование". Эта подпрограмма, пожалуй, больше нашей - кит оказался во чреве Ионы.

Из блок-схемы образуются протоколы диалога, стоит лишь указать направления движения на развилках, выбрать ветвь "да" или ветвь "нет", когда требуется, и проследить последствия выбора. Все возможные протоколы скрыты, заморожены в блок-схеме.

Кроме шагов, рационально выделить в блок-схеме более крупные единицы диалога - этапы. Их в ПРОКРУСТЕ двенадцать. Шаги внутри этапа тесно связаны между собой общей целью, поэтому в нашей схеме попадаются и одношаговые, и двухшаговые, и трехшаговые этапы.

Но блок-схема - не только номерованное описание хода взаимодействия. В ней, обратите внимание, есть еще две графы: "форма отображения информации" и "тип действий".

Начнем с формы отображения. В ПРОКРУСТЕ ввод данных в машину происходит только двумя способами: посредством АЛГОЛ*-реплик и двоичных команд. Третьего не дано.

АЛГОЛ* - третий язык взаимодействия, который обсуждается в этой книге. Если два других - ЯЗОН и АНИМАТОР - сделаны для узкой области применения, только на случай управления энергоблоком или рисования мультфильмов, то АЛГОЛ (без звездочки!) -язык широкого профиля, самый распространенный в нашей стране язык программирования. На нем пишут сложные программы. Цифровая машина, "понимающая" АЛГОЛ, вооружена транслятором - специальной программой-переводчиком на язык машинных команд. АЛГОЛ-программы пишут заранее, готовят впрок.

Перфорируют их на картах. Вводят в ЦВМ, транслируют и отлаживают целиком. А решения получают еще когда-нибудь, по мере надобности.

Как мраморный дворец не может служить переносным жильем для туриста, так канонический АЛГОЛ не подходит для непосредственного взаимодействия, для диалога человек-машина.

АЛГОЛ, мы уже сказали, самый распространенный язык для связи человека с ЦВМ. Его знают многие, к нему привыкли многие. Используя алгольные конструкции в диалоге, мы здорово расширили бы круг готовых операторов, сняли бы проблему переучивания, столь болезненную для людей.

Быть может, в мраморном дворце найдется подходящее помещение. Быть может, удастся выделить в АЛГОЛЕ оперативное подмножество, набор простых средств, пригодных для диалога?

Да, это удалось сделать и для европейского АЛГОЛА и для любимца американских программистов - ФОРТРАНА. Созданы оперативные подмножества языков программирования, построены переводчики "реплика за репликой", интерпретаторы, известные уже нам по ЯЗОНУ.

В программе ПРОКРУСТ ввод данных происходит на оперативном АЛГОЛЕ (обозначен АЛГОЛ*). Мы видели уже АЛГОЛ*-реплику, посредством которой экспериментатор ввел в ЦВМ данные опытов.

Подобные АЛГОЛ*-реплики подает экспериментатор на 5, 9 и 16-м шагах диалога, пользуясь двумя группами клавишей. Алгольная группа усеяна клавишами, на головках которых выгравированы do, for, step, until, *, :=, +, -, x, /, ^ и т.д. Цифробуквенная группа напоминает клавиатуру пишущей машинки.

Кроме АЛГОЛ*-реплик, для ввода в ПРОКРУСТЕ используются двоичные команды. Пришел черед рассмотреть и их. Двоичные команды подтверждают или отрицают правильность "восприятия" машиной АЛГОЛ*-реплик. Такова их роль на шагах 3, 7, 11 и 18 диалога. Значит, все эти шаги могут обслужить две функциональные клавиши: одна с гравировкой "Да", другая - "Нет" и с общей надписью "Проверка правильности ввода".

Двоичные команды встречаются также на этапах оценок: потребности в ограничениях - шаг 8, необходимости частичной очистки экрана - шаг 15, качества аппроксимации - шаги 14 и 19, анализа таблиц - шаг 22. Здесь тоже достаточно двух функциональных клавишей "Да" и "Нет" с общим заголовком "Оценка ситуации". Наконец, в блок-схеме встречается команда "Регистрация" - ей соответствует особая клавиша.

Выходит, что от двух полей клавиатуры - алгольного и буквенноцифрового - отмежевывается третье: функциональное поле. На нем, кроме пятерки уже названных, расположены кнопки "пуск", "стоп", "повторить реплику" и некоторые другие. По размерам функциональное поле уступает соседним полям, а по важности, пожалуй, превосходит их. Это поле определяет весь ход диалога.

Разрешены только две формы ввода информации в машину - АЛГОЛ*-реплики и двоичные команды. Как же отвечает на них ПРОКРУСТ? Вывод данных для проверки программа осуществляет на "естественном" языке. Например, на втором шаге диалога ПРОКРУСТ отображает на экране таблицу, на 6-м и 10-м шагах - формулы в обычной математической записи. На 17-м шаге программа, слов не тратя по-пустому, отвечает действием - стирает с экрана лишние линии.

ПРОКРУСТ сменяет одну форму отображения другой, если этого требует контекст дальнейших преобразований. После проверки человеком качества ввода по таблице (здесь нужна методичность, и таблица - лучшая форма отображения), ПРОКРУСТ наносит ТЕ ЖЕ ДАННЫЕ на график, а таблицу стирает. Шаг 4 позволяет человеку работать дальше в графической форме. Программа накапливает кривые на одном графике (шаг 13) и таблицы - в одном кадре с графиком (шаг 21). В целом малая языковая подсистема, на базе которой возникают ответы ПРОКРУСТА, улучшает качество взаимодействия.

Блок-схема диалога содержит еще одну, последнюю графу, где указан тип действий, если соответствующий шаг выполняется человеком, либо тип программы, если дело поручено машине. Очень важная и показательная графа!

Приглядимся к шагам человека. Встречаются два вида операций: простые и концептуальные. "Простыми" мы назвали действия человека, последовательность которых четко определена, а план выполнения заранее известен до деталей. В инженерной психологии такие операции именуют "программными", но у нас термин "программа" и его производные занят уже дважды - для программирования машинного и для программирования математического.

В блок-схеме ПРОКРУСТА из пятнадцати шагов человека - семь простых. В их числе все шаги ввода данных и проверки правильности ввода, а также шаги вызова информации на экран либо на регистрацию.

Восемь шагов человека - не простые, а концептуальные. Латинское "conceptus" означает "мысль", "представление". Первый же из концептуальных шагов (в блок-схеме он имеет номер 5) подвигает человека на открытие: нужно изобрести аппроксимирующий многочлен.

Когда ПРОКРУСТ показывает экспериментатору график с "крестиками", он бросает человеку вызов: как одолеешь ты эту нестройность? что можешь предложить гармоничное?

Роберт Эйрес, крупный современный физик и математик, специалист по программированию, который сам много аппроксимировал и много думал об аппроксимации, назвал ее "подгонкой смирительной рубашки к данным". По Эйресу человек производит подбор формы кривой, "руководствуясь скорее всего тем, чтобы выбранная кривая обладала следующими тремя свойствами: морфологической простотой, гладкость и симметрией. Так как три упомянутых выше эстетических принципа не определяют кривую однозначно, то зачастую при этом приходится учитывать еще одно требование - требование математической простоты. Это означает, что при прочих равных условиях мы будем стараться описать имеющиеся эмпирические данные с помощью хорошо знакомых стандартных функций, таких, как экспоненциальная, квадратичная или логарифмическая. В случае необходимости использовать периодическую функцию мы, естественно, в первую очередь попытаемся применить синусоидальную или косинусоидальную функцию. В ряде случаев наличие значительного элемента случайности наводит на мысль о возможности применения функций нормального (гауссова) или логарифмически нормального распределений".

А если первая попытка оказалась неудовлетворительной, как человек учитывает свой опыт, как, например, он сужает область определения "весов" многочлена? Психологи считают, что в мозгу оператора складывается концептуальная модель объекта. Альфред Чапанис, выдвигая понятие концептуальной модели, определил ее как "знание существенных свойств объекта и главных взаимосвязей между свойствами".

Концептуальная модель является динамической - человек предвосхищает последствия, к которым ведет изменение того или иного параметра. Более того, оператору известна чувствительность модели к возмущениям, по крайней мере, ее наиболее чувствительные точки. Разумное сужение области определения "весов" есть результат знания чувствительности аппроксимирующего полинома.

Подробно изучая программу ПРОКРУСТ, мы не только пополняли свой арсенал человеко-машинных процедур, но и знакомились с ходом проектирования таких процедур, с проектированием деятельности, с детальным разделением функций между человеком и машиной, с выбором оптимальных для данной процедуры гипертекстов.

Зная каковы гипертексты, инженер подбирает подходящий к случаю терминал. Для АНИМАТОРА - дисплей с ЭЛТ, световым карандашом и своеобразной клавиатурой, сочетающийся с устройством фильмопечати. Для ПРОКРУСТА - тоже дисплей, но без светового карандаша, с клавиатурой попроще и с совсем простым печатающим устройством: ПРОКРУСТ печатает не кинофильмы, а итоговые бланки - формулу, таблицу и график, притом делает это неспешно.

Терминалы ДОКТОРА, ЛЕТЧИКА, ПЕРЕВОДЧИКА, УЧИТЕЛЯ, АНИМАТОРА относятся к числу пассивных абонентских пультов: принимают данные с линии связи, воспроизводят и регенерируют их, собирают команды оператора, концентрируют и передают их в линию. Американские инженеры называют пассивные пульты более определенно - глупыми (dumb).

Глупым терминалам противопоставляются сообразительные (smart) пульты; у нас привился более осторожный термин - активные оконечные устройства. Граница между активным и пассивным терминалами не определяется сложностью изображения. Графический дисплей, который мы называли Ильей Муромцем индикационного мира, может оказаться пассивным терминалом, если его процессор "занят" только гипертекстами, световым карандашом да клавишами, если любые вычисления за него должна производить вычислительная система.

Активность - способность индикационного процессора решать задачи абонента без обращения к вычислительной системе. Конечно, не все задачи - только относительно простые и часто встречающиеся. Сложные и редкие остаются в ведении вычислительной системы.

СТАТИСТИК и ПРОКРУСТ под силу активному терминалу, из чего не вытекает, что их обязательно загружать в активный терминал. Чтобы объяснить, почему не вытекает, познакомимся еще с одним оператором - с бухгалтером небольшого завода. Передовой бухгалтер совершает текущие расчеты с помощью активного терминала, в режиме диалога с терминалом. Кончается рабочий день, бухгалтер уходит отдыхать. А терминал остается в деле: сортирует накопленные за день данные.

Ночью, когда линии связи и вычислительная система не загружены, терминал передает эти данные в систему, система проводит их тщательный анализ и балансирование. Результаты возвращаются на терминал и ждут утра, чтобы бухгалтер осмыслил их на свежую голову.

Активный терминал позволяет абоненту расширять библиотеку своих программ и помогает обращаться к программам системным. Активный терминал - орудие для рачительного хозяина. Манилов полностью положился бы на огромные возможности центральной вычислительной системы и обращался бы из Маниловки в Москву за каждым пустяком; Манилову активный терминал ни к чему. И Плюшкину ни к чему - вон пылится ламповая ЦВМ, так и не включенная в работу. Активный терминал - для делового абонента, который отлично знает, какие программы выгодно сработать самому, а услуги каких - купить у вычислительной системы.

Следовательно, СТАТИСТИКУ или ПРОКРУСТУ надлежит быть абонентской программой, если абонент занимается всерьез и надолго статистическими выкладками пли аппроксимацией - только тогда.

Мы познакомились со СТАТИСТИКОМ, ДОКТОРОМ, ЛЕТЧИКОМ, ПЕРЕВОДЧИКОМ, УЧИТЕЛЕМ, АНИМАТОРОМ и ПРОКРУСТОМ. Их семь, известных нам программ, а семь - счастливое число, менять его не резон.

Осталось только назвать авторов программы ПРОКРУСТ. Тут возникает затруднение. Главные черты ПРОКРУСТА взяты из работы Ла Фаты и Розена, во многом он похож на программу К.С.Терентьева, а кое-какими свойствами наделил ПРОКРУСТА автор. Кстати, и имя ему придумал. Впрочем, и в другие диалоговые программы, описанные здесь, внесены изменения и дополнения. Они впитали черты двух десятков реальных программ, в основном советских, и потому перелицованы на отечественный лад.

Клавиатуры и речевой вывод, малые и большие экраны - в наших руках могучий арсенал. Хитрость в том, чтобы разумно им распорядиться. Как писали в Лиллипутии? Не слева направо, подобно европейцам, не справа налево, подобно арабам, не сверху вниз, как китайцы, а наискось от одного угла страницы до другого, как английские леди.

Может, оптимальный гипертекст для вашей, читатель, задачи - диагональ матрицы показателей? Или следует поступить, как делали отсутствующие в русском переводе "Путешествия Гулливера" КАСЧАГИАНЦЫ? Эти писали снизу вверх. По мере развития процесса старые, ненужные данные станут уходить за рамку экрана, а свежие займут их место.

Отображение информации - область новая и древняя, опирающаяся на весь изобразительный опыт человечества и на сегодняшнюю изобретательность инженера. Удивительно интересное дело - конструирование пультов!

СКРОМНАЯ МАШИНА
Шум внушает невеждам идею силы, а скромность в машине им так же мало понятна, как и в людях.
Джемс Уатт

Во многих местах этой книги упоминается щит управления блоком котел-турбина; фрагменты блочного щита рассеяны по всем почти главам. Пришла пора собрать из частей целое, объединить идеи о языках контроля и управления, о новых устройствах отображения информации, о диалоговых программах. Начнем с самой броской части блочного щита - с мнемонической схемы. Читатель помнит, конечно, роль, которую мы отвели мнемосхеме: организатор органов управления, а также сигналов положений и состояний. Но не сигналов отклонений от нормы, а тем более не показывающих и регистрирующих приборов. Ограничение обосновывалось тем, что мнемосхема, содержащая сигналы отклонения и приборы, вырождается.

- Нечего сказать, вырождается!- возмутится компетентный читатель.- Автор, похоже, не видел никогда графических панелей, великолепных, разноцветных мнемосхем, объединяющих и сигналы отклонений, и приборы, и ключи управления. Все необходимое оператору вписано в мнемосхему, поместилось в мнемосхеме, сверкает и переливается.

Автору придется сознаться, что графические панели он хотя и видел, но не любит, что по своей нелюбви хотел вовсе умолчать о них, да не вышло.

Графическая панель кажется мне декорацией, а не подлинным помощником операторов. Большая часть такой панели занята слепыми изображениями, в которые кое-где вкраплены индикаторы и ключи. Размеры панели соответственно гипертрофированы; оператор принужден ходить вдоль ее многометрового фронта. Парадно, но не сподручно. Солдаты промышленности - машинисты нуждаются в небольшой панели, в деловой мнемосхеме.

Собственно, операторам не требуется одновременно вся мнемосхема. На очередном этапе управления нужна некоторая ее часть: изображение блока в целом, но с небольшим числом подробностей; или мнемосхема технологической группы, зато со всеми деталями; или сочетание нескольких групп при среднем "увеличении". Оператор сам может выбрать, какая мнемосхема ему нужна сейчас, было бы из чего выбирать и где показывать мнемосхемы.

Возникает идея мнемоскопа, дисплея для мнемосхем. От дисплея, показанного на рис.27, мнемоскоп отличается двумя особенностями: прямой связью с энергоблоком и своеобразием генератора. Связь с объектом поручена коммутатору (рис.52); он собирает текущие положения элементов энергоблока и заносит их в оперативную память. Начертания всех мнемосхем (их оказалось около ста), как и всякая фоновая информация, записаны заранее в постоянную память дисплея.


Рис. 52. Мнемоскоп. 1 - датчики положения; 2 - коммутатор; 3 - оперативная память; 4 - постоянная память; 5 - Устройство кодирования; 6 - генератор мнемознаков; 7 - генератор букв и цифр; 8 - усилитель подсветки; 9 - видоусилитель; а - отклоняющая катушка; б - мнемосхема; в - координатная клавиатура. На рисунке для примера зачернены две клавиши вызова и задвижка, соответствующая им на мнемосхеме.

Рисовальщиком мнемосхем является генератор мнемознаков. Он способен управлять лучом ЭЛТ так, что на экране изображаются условные обозначения задвижек, клапанов, механизмов. В его силах видоизменить эти изображения, чтобы передать текущие положения элементов ("открыто - закрыто", "включено - отключено"). Он, наконец, умеет соединять условные обозначения между собой посредством толстых или тонких, прерывистых или непрерывных линий (отрезки различных линий, уголки и развилки входят в состав мнемознаков). Кроме "генератора умелого", в мнемоскопе содержится генератор надписей - заурядный рисовальщик букв и цифр.

Сборкой мнемосхемы руководит постоянная память: она обращается к оперативной памяти и в зависимости от текущего положения каждого элемента указывает, какому генератору работать, что и где рисовать; она заведует также регенерацией изображения.

Мнемоскоп служит для прямого управления по мнемосхеме. Мы используем координатный метод управления. Перед экраном устанавливается стекло, разграфленное сеткой 12*12 линий; слева от экрана и под ним - по 12 клавишей, соответствующих линиям. Начертания мнемосхемы выбраны таким образом, что элементы управления попадают только в пересечения линий; оператору для вызова любого из элементов достаточно нажать две клавиши - вертикальную и горизонтальную. Вызов подтверждается миганием знака (информация о вызове, как и текущие положения, заносится в оперативную память и приходит на экран по проторенному пути - команды постоянной памяти выполняются генератором мнемознаков). Убедившись в правильности вызова, оператор дает исполнительную команду; для нее под экраном предусмотрен общий ключ управления.

В мнемоскопе, пожалуй, осталось одно темное место: как оператор вызывает потребную мнемосхему? Изощренные в разнообразных методах и средствах отображения информации, мы легко одолеем неясность. Таким, например, образом: на наш экран выдается список мнемосхем, подобный списку режимов в АНИМАТОРЕ. Световые кнопки списка помещаются в перекрестье определенных линий координатной сетки, то есть соответствуют реальным клавишам. Нажал оператор две клавиши, и замигала световая кнопка - выбрана нужная строка; повернул ключ исполнительной команды - список исчез с экрана, его сменила желанная мнемосхема.

А в каком порядке располагать мнемосхемы в списке? Совсем пустяковый вопрос. Скажем, по алфавиту. Алфавит-то оператор знает накрепко, не забудет и в нормальном режиме, и в аварийной ситуации. Алфавит не забудет, может забыть, точнее переиначить, другое - наименование мнемосхемы. В нашем списке она окрещена "Горелки котла" и следует за "Аварией вспомогательного оборудования", а человек, не дай бог, станет искать "Форсунки котла", устремит взгляд не в голову списка, а в его хвост. Не найдет, забеспокоится, станет хаотически перебирать строки - наименования...

В каком же порядке расположить имена в списке? По важности мнемосхем? По частоте их использования? А может, просто в порядке, ДИКТУЕМОМ МНЕМОСХЕМОЙ?

На нашем экране высвечивается обобщенная мнемосхема энергоблока. Ее элементами являются не задвижки, не клапаны - целые участки. Элементы обобщенной мнемосхемы подчиняются старому правилу - размещены только в перекрестьях координатной сетки. Поиск нужной мнемосхемы облегчен: технологическая последовательность однозначна, она не имеет синонимов и не допускает перестановки слов. Вызов найденной мнемосхемы тоже прост и стандартен, не отличается от других вызовов.

Кроме вызова мнемосхем по желанию человека, мнемоскоп приспособлен для принудительного вызова - по командам автоматов. Сработала защита энергоблока. Ее органы велят мнемоскопу убрать с экрана заурядную информацию и высветить мнемосхему "Авария общеблочная". Оператор может теперь убедиться в полноте действий защиты, а то и вмешаться и довести дело до конца.

Хватит о мнемоскопе. Впрочем, жаль его покидать, не раскрыв один секрет: в мнемоскоп встроена ГРАФИЧЕСКАЯ ГРАММАТИКА.

Мнемознаки, надписи и линии - это символы графического языка. Нам приходилось уже сравнивать графический язык с айсбергом: символы только его малая, надводная часть. А под водой - грамматика графического языка, грамматика изображений.

Рассмотрим грамматику, работающую с четырьмя мнемознаками и двумя видами соединительных линий. Мнемознаки на рис.53 называются <ПН> - поверхность нагрева, <ВП> - впрыск, <КЛ> - клапан, <РО> - регулирующий орган; линии называются <НР> - непрерывная и <ШП> - штрих-пунктирная. Все это служебные имена, нужные только для записи грамматических операций, их внутренний характер подчеркивается заключением сокращений в угловые скобки.


Рис.53. Символы графической грамматики и их обозначения (в угловых скобках).

Происходит сборка мнемосхемы (рис.54). Вначале мнемознак клапана стыкуется с мнемознаком регулирующего органа. Новообразование получает служебное название ВЕТВЬ и подчинено грамматическому правилу:
<ВЕТВЬ> (1, 2) -> <КЛ> <РО> (21) (10, 02) <ШП>


Рис.54. Этапы сборки мнемосхемы.

Разберемся в устройстве правила. Пренебрежем в начале цифрами, заключенными в круглые скобки, и учтем, что служебный знак -> равносилен словам "представляет собой".

Правило гласит: <ВЕТВЬ> представляет собой <КЛ>, справа от которого размещен <РО>, причем <КЛ> и <РО> соединены между собой линией <ШП>.

Теперь обратимся к цифрам. Заметим, что на рис. 53 входы и выходы мнемознаков пронумерованы. Нумерация нужна, чтобы точно записать их сцепления между собой. В правой части правила запись (21) означает, что точка "2" мнемознака <КЛ> сцепляется с точкой "1" мнемознака <РО>; запись (10, 02) утверждает, что точка "1" мнемознака <КЛ> свободна и находится в новообразовании слева, а точка "2" мпемознака <РО> тоже свободна, но оказалась справа (эти "слева" и "справа" диктуются соответствующим положением нулей: 10 и 02). В левой части правила записью (1, 2) введена нумерация входа и выхода новообразования - на тот случай, если придется включать его в более сложные структуры.

Грамматическое правило теперь совсем понятно; скрупулезности ради, заметим, что примененный в нем простенький прием - примыкание и сцепление элементов, по-научному называется конкатенацией. (Помните, когда хулиган Квакин получил от Тимура бумагу и прочел ее заголовок - ультиматум, он растерялся. Выручил Квакина его подручный Алешка, объяснив: "Ультиматум - это такое международное слово. Бить будут". Аналогично конкатенация - это такое международное слово. Примыкать и сцеплять будут).

Используя конкатенацию, соберем еще одну заготовку:
<ЗВЕНО> (1, 2, 3) -> <ВП> <ПН> (21) (100, 020, 003) <НР>

Из рис.54 очевидно, каково это <ЗВЕНО>. В формулировке правила любопытна запись (100, 020, 003). "Трехместный" характер ее составляющих вызван тем обстоятельством, что мнемознак <ВП> имеет три возможных точки сцепления. Пунктуальность требует четких указаний о каждой из них; вот мы и говорим, что точка "1" <ВП> пе вступает в соединения и оказывается в новой конструкции крайне левой; при нашем способе выражения все высказанное обозначается кратко - 100; мы фиксируем далее, что точка "2" <ПН> также свободна и становится средней точкой: 020, и, наконец, мы утверждаем, что точка "3" <ВП> - крайне правая: 003.

Продолжая сборку на основе конкатенации, объединим <ВЕТВЬ> и <ЗВЕНО> в <УЧАСТОК>:
<УЧАСТОК> (1, 2, 3) -> <ВЕТВЬ> <ЗВЕНО> (23) (100, 010, 002)

после чего соберем <ПУТЬ>:
<ПУТЬ> (1, 2) -> <УЧАСТОК> (20, 03) | <УЧАСТОК> <ПУТЬ> (32) (20, 03)*

В последнем правиле появился новый служебный знак - вертикальная черта; он читается "или". <ПУТЬ> представляет собой или один <УЧАСТОК>, или <УЧАСТОК >, к которому примкнут другой <УЧАСТОК>, или цепочку из трех <УЧАСТКОВ>, или из четырех, или из любого числа <УЧАСТКОВ>. Правило (*) содержит рекурсию.

Термин "рекурсия" малознакомый, зато все знают однокоренную с ним "экскурсию". Экскурсанты идут по намеченному пути вместе с экскурсоводом, осматривая достопримечательности, идут от начала к концу, не возвращаясь. Рекурсанты, если б такие существовали, забывают рекурсовода в начале маршрута, проходят участок пути и возвращаются, чтобы спросить у рекурсовода:
- Участок пройден, наш путь равен участку. Что дальше?
- Можно осмотреть еще участок,- говорит рекурсовод...
- Два участка пройдено, наш путь достиг двух участков,- докладывают затем исправные рекурсанты.
- Пройдите еще один,- разрешает рекурсовод, переместившийся за это время к началу второго участка.

И так далее.

Конечно, никакого рекурсовода в действительности нет; его роль играет удивительное правило (*). Оно устроено таким образом, что позволяет нанизывать <УЧАСТОК> за <УЧАСТКОМ> по надобности.

Заключительный этап сборки:
<ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ> -> <ПУТЬ> <ПУТЬ> <КЛ> (221)

Чтобы собрать из шести исходных символов мнемосхему пароперегревателя, ушло пять правил. Грамматика, показанная на рис.54, частная, бирюлечная, если угодно. Она порождает мнемосхему пароперегревателя с любым числом поверхностей нагрева и впрысков, но пе охватывает других участков энергоблока. В бирюлечной грамматике, однако, проглядывает характер солидных графических грамматик, их способность к компактному описанию изображений.

Наша грамматика владеет тремя орудиями: конкатенацией, рекурсией и иерархией. Конкатенация расставляет элементы изображения по местам, рекурсия плодит однотипные заготовки, а иерархия встраивает заготовку в заготовку.

Действуя то врозь, то вместе, конкатенация, рекурсия и иерархия схватывают все мнемосхемы энергоблока, посредством всего сорока правил. Эти правила помещаются в небольшой постоянной памяти дисплея, занимают "кубик" в 128 слов (по размерам "кубик" близок к странице книги).

Грамматические правила - концентрат изображений, кубик пеммикана вместо кастрюли похлебки. Упомянув ПЕММИКАН, мы невольно направили свои мысли к путешественникам и первооткрывателям начала столетия. ("Великий боже! Это страшное место, а нам и без того ужасно сознавать, что труды наши не увенчались завоеванием первенства. Конечно, прийти сюда тоже что-нибудь да значит, а ветер может завтра стать нашим другом. Несмотря на огорчения, мы поели густой похлебки из пеммикана и в желудках у нас приятное ощущение..." - заносит в свой дневник Роберт Фолкон Скотт).

Непременный спутник путешественника - географическая карта. Сегодня ЦВМ осваивает искусство рисования карт: основа машинной картографии - графическая грамматика, около двухсот правил. Двести правил грамматики вряд ли спасли бы несчастного капитана Скотта, но хорошая карта не раз выручала других, более удачливых путешественников, а ЦВМ будет рисовать множество отличных карт.

Разработаны графические грамматики, порождающие структурные формулы в химии, структуры физики элементарных частиц, блок-схемы алгоритмов.

Блок-схемы алгоритмов очень полезны при управлении энергетическим блоком. Мнемосхемы, о которых шла речь до сих пор, выражают технологические последовательности - направления потоков воды, пара, топлива, воздуха. Чтобы достичь некоторой цели, человек-оператор действует часто в иных последовательностях: что-то сделает с водой, потом обратится к топливу, потом к воздуху, потом вернется к воде и наконец займется паром. Порядок действии человека не совпадает с технологической последовательностью.

Мнемоскоп - советчик оператора, советы разумно представлять как последовательность желательных действий человека, в форме деревьев или блок-схем алгоритмов.

Возник новый вид мнемосхем - алгоритмические мнемосхемы. И новая грамматика, "занимающая" в постоянной памяти мнемоскопа еще один "кубик".

Почему, однако, еще один? Не вытеснят ли алгоритмические мнемосхемы привычные технологические мнемосхемы, не захватит ли новая грамматика старый "кубик" постоянной памяти?

Нет, не вытеснят, нет не захватит. Потому что алгоритмическая мнемосхема - отличный наставник, но никудышный аналитик. По "алгоритмической" оператор прекрасно видит ход своих действий, уже выполненных и будущих, подлежащих исполнению. По "алгоритмической" оператору удобно действовать: элементы помещены в пересечения координатной сетки мнемоскопа, переключай один за другим, как указано. Если бы удалось разработать советы на все случаи жизни, "алгоритмическая" победила бы "технологическую".

Для энергоблока не построена пока полная система точных предписаний. Самые коварные ситуации - пред-аварийные - трудно поддаются алгоритмизации. Необходим человек, концептуальный оператор, анализирующий тонкости ситуации и синтезирующий ответные меры. Алгоритмическая мнемосхема здесь не помощник - в ней разорваны технологические связи. Основа "синтеза через анализ" - технологическая мнемосхема. По ней оператор следит, не возможна ли где вредная рециркуляция газов, не возникает ли где противоток пара, не влияет ли как-то механизм X на теплообменник Y. Технологическая мнемосхема помогает человеку выполнить человеческое, произвести, как говаривал Ломоносов, "сопряжение далековатых идей".

Технологическая мнемосхема обязана помогать в этом "сопряжении". Так ее и нужно строить,- чтобы наталкивала на "сопряжение". Иными словами, разработчику мнемосхемы важно знать, что с чем и в каком порядке "сопрягает" оператор.

В который уже раз мы наталкиваемся на необходимость описания деятельности человека. Сейчас речь о наименее алгоритмических ее этапах, об особых уловках оперативного мышления. На мнемосхеме отображаются положения и состояния десятков элементов. Количество возможных комбинаций положений и состояний измеряется многими миллионами. Иные из них запрещены - ведут к развитию аварии, иные безразличны, а некоторые - полезны, помогают выйти из тупика. Среди "полезных" есть "самые полезные", их последовательность образует оптимальный путь.

Принимая решение, оператор не производит полного перебора (он закончил бы его через несколько лет), а сокращает число возможностей с нескольких миллионов до нескольких единиц. Человеческие приемы сокращения числа переборов называются эвристиками.

Известный советский психолог профессор Рубахин говорит в случаях, подобных нашему:
- Поищите-ка эвристические компоненты в мышлении человека...
- Оно насквозь эвристическое!- горячо заявляет иной его коллега.
- И отлично. Тогда сделайте описание эвристик.
- О каких описаниях вы говорите, Владимир Федорович?! Мышление неформализуемо. Пусть инженеры рисуют блок-схемы алгоритмов, настоящий психолог не унизится до примитивов.
- До примитивов - не унизится, а до подробностей мышления обязан добраться. Представьте себе аэрофотоснимки. Они совсем не идеальны - подпорчены помехами, "зашумлены", как говорят инженеры. Но человек умеет отделить помехи от полезного изображения, снять "шум", выявить содержание снимка. Как он добивается результата?
- Понятно как - человек обладает творческим мышлением.
- Именно потому, что обладает, нельзя останавливаться па столь общих утверждениях. Конкретно: сколько эвристик участвует в распознавании аэрофотоснимков? Как устроена каждая?
- Но формальное описание мышления невозможно.
- Давайте говорить не о мышлении вообще, а об определенных задачах, не о полном формальном описании, а об описании квазиформальном...

Прервем диалог "психолог - психолог" и признаемся, что мы несколько оглупили оппонента Владимира Федоровича: подлинные аргументы психологов-старообрядцев и гибче, и изощреннее, но сводятся они к категорическому: неописуемо.

Профессор Рубахин отвечает мягкой улыбкой и конкретными работами. Им и его учениками выделены эвристики, помогающие в распознавании зрительных образов и предложен общий метод схватывания эвристик, фиксации их - отчасти формальной, отчасти неформальной записи этих уловок мышления.

Опираясь на опыт выделения эвристик, Владимир Федорович перешел к главной проблеме сегодняшней инженерной психологии - к проблеме взаимодействия людей с цифровыми вычислительными системами. Абоненты, пользователи, операторы,- как нас не называй,- мы все чаще обращаемся к вычислительным системам. Чтобы миллионы диалогов были возможны и эффективны, нужно разделить нас на классы по информационным потребностям и умениям, нужно выделить "машинную" и "человеческую" составляющую в каждом классе совместных решений.

Отсюда прямая дорога к принципам построения диалоговых программ и к принципам конструирования технических средств-терминалов, нашего мнемоскопа в том числе.

Графическая грамматика обеспечивает построение любой мнемосхемы, понимание эвристик - выбор той из них, которая наиболее полезна оператору. Мнемоскоп обязан индицировать и технологические и алгоритмические мнемосхемы, изменять форму представления одной и той же информации по воле оператора.

Мнемоскоп - любопытный образчик дисплея; он уже не цифробуквенный экран, но еще не универсальный графический. Он специализированно-графический экран.

Специализация, самоограничение позволили разработать скромную машину.

...

В щите управления энергоблоком, который мы сейчас проектируем, мнемоскоп не служит для отображения значений параметров. Эту важнейшую задачу поручим другому дисплею на основе ЭЛТ, напарнику мнемоскопа по имени параметограф.

Электронно-лучевая трубка появилась на электростанции лет пятнадцать назад; она работала тогда в промышленном телевидении. Передающие камеры притаились у люков и глядели в топку котла, одна из них забралась на дымовую трубу и купалась в дыму. Оператор, пользуясь переключателем, мог наблюдать на экране и ход горения и его результаты. Более того, он мог узреть показания приборов на местных щитах - перед ними тоже стояли передающие телевизионные камеры.

Параметограф - прямой потомок того экрана. Телевизор сросся с ЦВМ - возник дисплей. Телевизор умеет показывать явное - пламя ли, дым ли, индикаторы ли, все равно. ЦВМ умеет выявлять тайное - взаимосвязи, тенденции, препятствия. Гибрид телевизора и ЦВМ делает тайное явным.

На экране параметографа отображаются значения параметров, характеризующих душу энергоблока. Как и в мнемоскопе, здесь есть коммутатор, собирающий данные от датчиков, только дапные эти не дискретные, а непрерывные. Специальный преобразователь обращает показания датчиков в двоичные коды, которые отправляются в оперативную память параметографа. Данные в памяти освежаются по мере движения коммутатора.

Остается выбрать, какие из имеющихся данных нужны сейчас оператору и в какой форме надлежит их представить.

Потребный набор данных зависит от этапа деятельности человека. В равной мере от этапа деятельности зависит и выбор мпемосхемы из числа хранящихся в мнемоскопе. Иными словами, выбор мнемосхемы диктует набор параметров. Параметограф не нуждается в собственной клавиатуре, он полностью подчинен клавиатуре мнемоскопа. Нажатие клавишей мнемоскопа передается в постоянную память параметографа и активизирует список параметров, связанных с данной мнемосхемой. По этому списку значения параметров извлекаются из оперативной памяти и передаются на экран.

Вызвал оператор на мнемоскоп пароперегреватель, и одновременно со знакомой нам мнемосхемой, занявшей экран мнемоскопа, на экране параметографа является набор параметров, исчерпывающе характеризующих процесс перегрева пара. Сработала блочная защита - на мнемоскопе мнемосхема "среднего плана", на параметографе - набор параметров, на поведении которых существенно сказываются защитные операции, тоже "средний план". Сформировала ЦВМ совет - на мпемоскопе блок-схема алгоритма, на параметографе - набор параметров, обеспечивающих контроль исполнения.

Итак, набор параметров определен заранее. А форма их представления? Температура перегрева пара, например. В главе "Мальчик со стрелкой" мы выяснили, что для общей оценки состояния лучшей формой является "стрелка на шкале", для стабилизации значения параметра - график, для оценки экономичности режима - цифра. Добавим, что для перераспределения "нагрузки" между впрысками оптимальная форма отображения - столбик (в сопоставительной диаграмме температур пара по тракту).

В зависимости от решаемой оператором задачи форма отображения одного и того же параметра ДОЛЖНА МЕНЯТЬСЯ. Занесем в постоянную память список соответствий "задача - форма отображения". Одновременно с набором параметров параметограф станет находить форму представления каждого из них. Только как параметографу "узнать", какую задачу надумал сейчас решать человек?

Иногда это само собой разумеется: выполняет совет машины, следит за действиями защиты. А иногда мудрено понять. Но сам-то оператор в любом случае знает, что собирается делать; пусть сообщит свой замысел параметографу. Предусмотрим специальную клавиатуру типов задач. Достаточно оператору коснуться одной из них, чтобы параметограф нашел все соответствия и высветил на экране оптимальный набор информации. Если оператор пренебрег клавишами типов, параметограф все равно отобразит полный набор данных, но не в оптимальной, а в заранее предписанной каждому параметру (компромиссной) форме. Последняя заносится наряду с именем в список параметров.

Чтобы параметограф умел отображать наборы параметров в разнообразных формах, в него встроена графическая грамматика. Здесь правила построения осей координат и координатной сетки, правила вычерчивания кривых и нанесения надписей на графике, правила объединения кривых в семейства, правила формирования сопоставительных и круговых диаграмм. Новая грамматика, конечно, мощнее грамматики мнемосхем; имя ей грамматика гипертекстов.

Не всех, конечно, гипертекстов. Ей не под силу гипертекст из египетского папируса, приведенный нами в конце главы "Зеркала решений", хотя по мощности та и эта грамматики близки.

Естественно подумать об универсальном графическом языке и универсальной грамматике для двухмерных изображений (и для трехмерных тоже). Такие языки и грамматики интенсивно разрабатывают; мы с сожалением пройдем мимо них, потому что наш путь иной - мы проектируем щит управления энергоблоком.

Основная ячейка будущего щита уже готова: пара "мнемоскоп - параметограф". Мнемоскоп, ведущий в этой паре: от него на параметограф поступают команды вызова. Но и параметограф - не только ведомый: здесь рождаются советы, параметограф управляет высвечиванием на экране мнемоскопа блок-схем алгоритмов. В итоге параметограф оказывается несколько сложнее мнемоскопа: производит более хитрую переработку информации, готовя и регенерируя гипертекст, содержит специальные программы, вырабатывающие советы. В состав параметографа входит мини-ЦВМ.

Неразлучная пара "мнемоскоп - параметограф" приковывает к себе третьего: человека-оператора. Если сосредоточить на двух экранах все сведения об энергоблоке, оператору ничего не останется другого, как непрерывно следить за экранами. Нехорошо - человек утомляется, теряет бдительность. И не нужно - блок насыщен автоматикой и способен большую часть времени работать без вмешательства оператора.

Зачем же зря мучить человека? Не лучше ли организовать особую зону, ЗОНУ ОБЩЕЙ ОЦЕНКИ СИТУАЦИИ? Выделить важнейшие характеристики работы блока и показать их размашисто, крупно, различимо с любого места блочного щита. Если "важнейшие" в норме, оператор спокоен, если ушли в неприятную область, человек обращается к паре "мнемоскоп - параметограф" и корректирует отклонение.

Включим в зону общей оценки ситуации три составляющих: генеральную мнемосхему, генеральные индикаторы и сигнализатор событий.

ГЕНЕРАЛЬНАЯ МНЕМОСХЕМА. Предельно упрощенное изображение технологии. Вместо нескольких параллельных потоков, аппаратов или механизмов изображается один, а действительно работающее число элементов высвечивается цифровыми индикаторами, врезанными в потоки. Вспомогательные элементы вовсе исключаются. На генеральной мнемосхеме мигающим светом указываются факты нарушений. По ней оператор судит о конфигурации участков блока и об их работоспособности.

ГЕНЕРАЛЬНЫЕ ИНДИКАТОРЫ. Около десяти самописцев, "на перьях" которых - жизненно важные параметры блока. Вместе они создают у оператора "образ текущего состояния", сопрягаемый им с конфигурацией и работоспособностью участков.

СИГНАЛИЗАТОР СОБЫТИЙ, табло, на которое методом татуировки наносится одновременно до 20 сообщений, каждое длиной до 10 слов. О том, как синтезируются такие сообщения, мы подробно говорили в главе "Одни неприятности". Сигнализатор событий привлекает внимание оператора к отклонениям значений параметров от нормы, неисправностям в схемах автоматики и тем самым конкретизирует указания "генеральных". Световые сигналы сопровождаются, конечно, звуковыми - зуммером для предупредительных и звонком для аварийных сообщений.

Устройство сигнализатора событий элементарно. Сигналы отклонений возбуждают соответствующий "центр" в его постоянной памяти, а оттуда немедленно следуют команды на зажигание газоразрядных ламп (или световых диодов) в лицевой матрице табло. Просто устроены также генеральные индикаторы и генеральная мнемосхема.

Зона общей оценки ситуации не нуждается в услугах ЦВМ, как не нуждается в них мнемоскоп. И очень хорошо, что не нуждается.

- Впрочем, что здесь хорошего? На протяжении книги автор заявил себя активным сторонником цифровых машин. Нелогично открещиваться от них в самом конце.
- Отчего же нелогично?
- Оттого, что вы нагромождаете множество самодельных устройств, каждое со своей памятью, вместо небольшой ЦВМ.
- Не в размерах дело.
- Замените слово "небольшая" словом "недорогая". Я хотел сказать, что одна ЦВМ обслужит все ваши устройства отображения, достаточно лишь подать на ее входы сигналы. Она соберет их, обработает и выдаст на индикацию.
- Легенда о цифровом ящике! Чтобы ЦВМ работала, мало подать входные сигналы, нужно расписать ее действия, составить пошаговые программы, согласовать чередование программ в реальном времени.
- Распишем и согласуем.
- А надежность? Стоит ли важнейшие показатели блока прогонять через ЦВМ, подвергать пересылкам, прерываниям, сжатиям?
- Есть много способов сохранить надежность: проверка и корректировка кодов, двойной и тройной просчет, резервирование холодное и резервирование горячее.
- Некороткий путь к надежности. И не гладкий. И машина-то оказывается не столь уж недорогая.
- Вы выдвигаете дополнительные требования...
- Какие же это дополнительные требования? Надежность - основное требование. Оно и толкает нас сегодня на ограничение роли ЦВМ. Сегодня мы поручаем ЦВМ только параметограф. Остальная часть щита управления непрограммная, остальное - автономные устройства с "запаянной логикой". Расчеты показывают, что сегодня ограниченный вариант - наилучший.
- Положим так. А завтра? Какова роль цифровой машины на будущих щитах управления энергоблоками?
- Чтобы здраво судить о "завтра", полезно вернуться во "вчера".

Специалисты по вычислительной технике любят говорить о поколениях вычислительных машин. Как сменяют друг друга поколения людей, так и мир машин развивается от первого "лампового" поколения ко второму "полупроводниковому", а затем к третьему "интегральному". Сегодня в расцвете сил третье поколение, есть образцы цифровых машин четвертого поколения, копятся идеи для пятого поколения ЦВМ.

Смена поколений происходит и на блочных щитах управления. В таблице обозначены основные ее вехи. Первое поколение щитов резонно назвать ИНДИВИДУАЛЬНЫМ. К каждому датчику приписан свой индикатор, к каждому исполнительному механизму - свой ключ. Форма представления информации неизменная. Человек-оператор принужден всякий раз мысленно преобразовывать информационную модель - выделять из полного объема нужные ему элементы и перекодировать значения.

Эволюция блочных щитов управления


Второе поколение - щиты с избиранием элементов. Каждый индикатор связан теперь с группой датчиков и воля оператора соединить с прибором любой из них. Равно и ключ управления соединяется по вызову с желаемым исполнительным механизмом, одним из группы.

Приборов на щите стало намного меньше, удобство работы увеличилось. Вызвав на индикаторы и ключи определенные "элементы", человек подготавливает себе набор информации для ряда операций. В пределах этого ряда он не нуждается в полной информационной модели, обходится избранной субмоделью.

Вместе с удобством возникла опасность. "Элементы" за пределами субмодели не контролируются оператором, вообще никем и ничем не контролируются. А если они, пользуясь бесконтрольностью, уйдут за пределы норм, если блок начнет бушевать, а в озерце субмодели сохранится полный штиль?

Запредельные элементы нельзя оставлять без надзора. На щите появляется ЦВМ: сравнивает текущие значения параметров с заданными, обнаруживает отклонения. По сигналам машины оператор видоизменяет свою субмодель: вызывает на групповые индикаторы "горячие" точки, отбросив несущественные "холодные".

С объектами управления труднее сладить, чем с параметрами. Для них нет жестких норм, неосуществим машинный контроль. Пришлось указать их положения и состояния на развернутой мнемосхеме. Щиты второго поколения установлены на всех отечественных энергоблоках мощностью 300МВт и выше.

Щит третьего поколения не смонтирован еще нигде.

Мы проектировали его с вами на этих страницах, уважаемый читатель. Прежде всего свернули мнемосхему; детальную картину сменила иерархия: генеральная и набор сменных мнемосхем. Упростили сборку информационной субмодели: вместо вызова "по элементам" - одномоментный вызов. На новом щите установили 2-3 пары "мнемоскоп-параметограф": по числу одновременно работающих операторов. Расширили роль ЦВМ: из скромного сторожа машина превращена в советчика и оптимального кодировщика информации, представляющего людям данные в желаемой ими форме. Щит третьего поколения назовем щитом с избиранием форм отображения.

В таблице указано время рождения и мужания каждого поколения; для спроектированного нами щита это соответственно 1974 и 1977 годы.

За третьим поколением - четвертое. Щиты четвертого поколения станем именовать диалоговыми: главной предвидимой их чертой является диалог оператора с ЦВМ на основе семантической сети.

В главе "Диалоги" мы подробно рассмотрели семантическую сеть, содержащуюся в программе УЧИТЕЛЬ. Семантическая сеть может быть составлена и для энергоблока. Ее узлами станут "Дымосос", "Мельница", "Питательный насос" и другие списки, охватывающие свойства механизмов блока. Наряду с полем "Механизмы" в сеть войдут ноля "Теплообменники", "Функциональные группы", "Агрегаты", каждое из которых содержит своп ряд узлов. Названные поля описывают "анатомию" энергоблока.

Кроме "анатомии", в сеть включается "физиология", то есть действие энергоблока (поля "Среды", "Динамика", "Процессы") и "эволюция" - старение и износ оборудования, восстановление после ремонтов (поля "Отклонения", "Неисправности", "Отказы").

Элементы семантической сети связаны между собой многократно - на различных уровнях, в различных слоях. Примеры смысловых связей: "является частью", "влияет на...", "преобразуется в...", "вероятнее, чем...".

Семантическая сеть сама по себе неиерархична. Иерархия возникает, когда один из элементов сети принимается за начальный, а от него ведется развертывание смыслов. Например, сигнал отклонения от нормы признака "разрежение в топке" возбуждает узлы "Дымосос", "Тягодутьевая установка", "Среды", "Режимы", "Неисправности". В них формируются возможные причины отклонения. Каждая из причин, в свою очередь, возбуждает связанные с той точки контроля и допуски, что приводит к оценке правдоподобия каждой причины. Результат - дерево оценок, корень которого - отклонение разрежения от нормы.

Дерево оценок позволяет определить причину отклонения. Последняя оказывается началом или корнем дерева планов: с помощью семантической сети отыскиваются возможные действия по стабилизации режима и реальные, сиюминутные ограничения, исключающие некоторые из действий.

Порождение деревьев оценок и планов, выбор одного из множества возможных путей по сети диктуется правилами движения. Здесь действует особая грамматика, не столь четко определенная и упорядоченная, как грамматика гипертекстов, вероятностная по своей природе. И потому правильнее говорить не об одном из множества путей, а о нескольких путях решения оперативной задачи.

Работу над семантической сетью для блока котел-турбина ведут сейчас автор и его сотрудники. Уже установлено, что с помощью нашей сети удастся уловить лишь часть оперативных решений, действительно принимаемых человеком (по оптимистической оценке - процентов 30). Выяснилось также, что программа, исчисляющая решения, не будет полностью автоматической. Оператору придется вводить в нее данные, не измеряемые датчиками, и ограничения, не выраженные явно. Следовательно, получается программа, взаимодействующая с оператором, программа оперативного диалога.

Случилось отклонение... Сеть генерирует первоначальное дерево оценок, в котором еще много неясностей ("вопросительных знаков"). Оператор отвечает на вопросы машины, вводя в нее результаты прослушивания и осмотра агрегатов. Программа реконструирует дерево оценок; число "вопросительных знаков" сокращается. Два-три шага в диалоге человека с машиной - и действительная причина отклонения найдена.

Человек подтверждает, что он согласен с этой причиной, не видит в данных обстоятельствах никакой другой. Программа переходит к построению дерева планов. Опять - первоначальное дерево, опять корректировки, подсказанные опытом человека. Наконец, план готов и человек вправе выполнить его сам, либо поручить выполнение машине ("свободный" партнер станет следить за порядком исполнения). Оперативный диалог используется нами для поиска выхода из ненормальных режимов, для стабилизации предаварийных ситуаций. Мы пытаемся облегчить бремя человека-оператора именно здесь.

Потом, если первая попытка будет удачной, мы распространим оперативный диалог на режим пуска энергоблока. Потом... Чтобы не приняться за строительство моста из Маниловки в Москву, притормозим свои "потом".

Одно ясно: автоматика вторгается в сферу оперативных решений, берется помогать человеку в принятии этих решений. В распределении функций между оператором и автоматами происходит новый сдвиг пластов.

Щит четвертого поколения будет приспособлен для оперативного диалога. С точки зрения техники индикация здесь реально использование многоцветных экранов и синтезированной речи. Основными составляющими "четвертого" щита служат генеральный информатор и дисплеи решений.

ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ИНФОРМАТОР - слияние большого экрана (вспомните главу "Местничество") и речевого синтезатора (глава "Дозволенные речи"); обе части управляются встроенной ЦВМ. Особо важные сообщения дублируются визуальным и речевым каналами информатора.

ДИСПЛЕИ РЕШЕНИЙ - приборы для принятия и реализации детализированных решений. Основные орудия человека - карандаш и клавиатура. Вероятнее всего, световой карандаш и клавиатура с переменной семантикой. Карандашом оператор отсекает ветви на представленном машиной дереве или обозначает на блок-схеме алгоритма этап, подлежащий исполнению; так реализуется наша давняя идея: управлять, рисуя.

Клавиатура служит для ввода в ЦВМ дополнительных данных. Функции клавишей задает ЦВМ, они меняются в зависимости от этапа диалога (вспомните АНИМАТОР).

Таким видится блочный щит четвертого поколения. Самое поразительное в нем - полное отсутствие традиционных индикаторов. Рожденный как объединение индикаторов, щит теперь вовсе их лишился.

Бросим последний взгляд на нашу таблицу. В ней отразилась эволюция блочных щитов управления за тридцать лет. Половину срока господствовали щиты первого поколения, треть - щиты второго поколения, третьему поколению отводится едва шестая часть периода, у четвертого поколения ожидается совсем короткий век - одна десятая тридцатилетия.

Будет ли расти темп перемен и дальше? Наступит ли время, когда, что ни год, то новое поколение щитов? Или прогресс замедлится?

Это прямо зависит от успехов психологии оперативного мышления. В юношеских стихах Лермонтова есть удивительные строки:

В уме своем я создал мир иной
И образов иных существованье;
Я цепью их связал между собой,
Я дал им вид, но не дал им названья.

Будто поэт знал о семантической сети, более того - о концептуальной модели...

Чем глубже удастся исследовать "образов иных существованье", чем большую часть концептуальной модели оператора мы обратим в программы для ЦВМ, тем более совершенными станут блочные щиты.

Совершенные щиты - вовсе не скопление индикаторов и ключей, увенчанное гигантской мнемосхемой, вовсе не мигающее, звенящее и гудящее великолепие. Совершенство - это глубокая переработка информации. Оптимальное ее представление. Эффективный диалог. Минимум суеты, максимум правильных решений. Совершенство - это скромность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
A потом придут оттенки, а потом полутона,
то уменье, та свобода, что лишь зрелости дана.
А потом и эта зрелость тоже станет в некий час
детством, первыми шагами тех, что будут после нас.
Ю.Левитанский

Первым специалистом по отображению информации был Персей. Оп взялся покончить с горгоной Медузой, от одного взгляда на которую люди обращались в камни. Чтобы убить Медузу, ее надо было увидеть. Чтобы не обратиться в камень, на нее нельзя было смотреть. Персей разрешил противоречие с помощью своего щита: навел его на Медузу и наблюдал врага через СОИ.

Сегодня в мире число специалистов по отображению информации близко, вероятно, к 100000. Заглянем хоть мельком в три лаборатории: чем они занимаются, что готовят для нас новенького?
***

... Большой экран, "точками" которого являются полупроводниковые лазеры. Состоит из троеточий, как покрытие цветной ЭЛТ. Обещает удивительное многоцветное изображение, управляется непосредственно ЦВМ, имеет фантастическую надежность - срок службы достигает 100 лет. Осуществим к 1985 году...

... Объемный индикатор, не стереоскопический, а вправду объемный - изображение формируется в прозрачном кубе, заполненном газом. От разных источников света на куб направляются два луча. Каждый из них изменяет энергетическое состояние газа. В точке пересечения молекулы возбуждаются настолько, что возникает флюоресценция газа. Как и в ЭЛТ, интенсивностью и отклонением лучей, а также регенерацией изображения управляет индикационная, встроенная ЦВМ. Объемный индикатор появится в 1976 году...

... Следящие устройства. Эти реагируют не на нажатие кнопок или голос, а на движения глаз, или положение тела, или частоту пульса оператора. Достаточно подмигнуть, чтоб команда была выполнена. Если человек упал (а не должен был падать), или потерял сознание (а должен быть в полном здравии), то следящее устройство выведет оператора из контура управления, заменит его автоматом... Следящие устройства уже испытывают.

Специалисты по СОИ все чаще говорят о симбиозе человека и вычислительной машины. В биологии слово "симбиоз" означает сообщество различных видов животных, тесное объединение, в котором каждый вид приносит пользу другому. В антропотехнике симбиоз - это сращивание оператора с машиной, ведущее к созданию новой системы. "Если бы не ограничения, вносимые современными техническими средствами, то функцией системы индикации было бы осуществление такой связи между человеком и машиной, которая приближалась бы к телепатическому уровню" - утверждает Лев, крупный американский специалист по дисплеям.

Мысль Лева не нова, она приходила в голову еще Гомеру:

Кормщик не правит в морях кораблем феакийским; руля мы
Нужного каждому судну, на наших судах не имеем -
Сами они понимают своих корабельщиков мысли,
Сами находят они и жилища и людей и поля их
Тучнообильные; быстро они все моря обтекают,
Мглой и туманом одетые. Нет никогда им боязни
Вред на волнах потерпеть иль от бури в пучине погибнуть.

Новым является тот факт, что человечество приближается к исполнению мечты о симбиозе, пусть не посредством телепатии, но неуклонно приближается. В XVII веке термометр называли "философским инструментом" - он расширил границы знаний о природе и заслужил столь громкое имя.

Сегодня "философский инструмент" - это терминал вычислительной системы.

Математика пришла во все отрасли человеческой деятельности, а терминал позволяет современному человеку столь естественно пользоваться математикой, сколь естественно "человек умелый" орудовал рогатиной. К 1980 году число терминалов только в США достигнет 2.5 миллиона. Этот стремительный рост (математик назвал бы его факториальным) побуждает иных думать, что вот-вот традиционный вид homo sapiens уступит место другому виду - homo matematicus.

Не уступит. Хотя бы потому не уступит, что сами математики нуждаются в терминалах не меньше, чем прочие смертные. Математика становится экспериментальной наукой. Собственно, она всегда ею и была, только эксперименты у математиков носили умозрительный характер.

Когда Гаусса спросили, как он пришел к некоторым общим идеям, он ответил: "Путем планомерного экспериментирования "на пальцах"". Он, например, отыскивал и выписывал все периодические дроби, образующиеся обращением простых дробей в десятичные со знаменателем аж до тысячи - искал общие закономерности, относящиеся к периодическим дробям.

Сегодня "король математиков" сел бы за свой пульт, сделался на время оператором, а вычислительная система исправно перебрала бы все дроби. Работы меньше, чем на час, а потом - занимайся, Гаусс, концептуальной стороной новой проблемы.

За последние двадцать лет достигнуты поразительные результаты в развитии человеко-машинных систем. Это объясняется свойственным XX веку стремительным темпом роста науки, но также и тем, что предмет оказался одновременно на переднем крае теории (изучение мышления) и практики (разработка промышленных систем). Что же дальше? В будущем оператором станет каждый человек, каждый без исключения. Пульты-игрушки будут знакомить малышей с миром оперативных задач. Пульты обучающих машин поведут школьников от азов к вариационному исчислению, от элементарных понятий вежливости к искусству социального поведения. Обществу станет под силу "проектирование личности". Кстати, определение "проектирование личности" принадлежит не отчаянному кибернетику, а великому педагогу А.С.Макаренко.

Мир науки и управления производством будет миром "людей за пультами". Пульты придут и в искусство: развитие темы - для композитора, метафоры - для поэта, исторические детали - для романиста, все это подготовят людям будущего пульты.

Пульты найдут место в каждой квартире. Прием всемирного телевидения будет только самой традиционной их функцией. Назовем и другие: участие в обсуждениях общественных проблем, голосование, домашнее обучение, справки о транспорте, погоде, спектаклях, литературе, воспроизведение любых гипертекстов, значит, книг и фильмов из хранилищ, взаимная "переписка", связь между владельцами пультов, заказы всего - от ананасов к столу до ящериц в живой уголок, даже игры между знакомыми, неведомые пока информационные игры.

Пульты станут переносными, даже миниатюрными. Девушка будущего, открыв сумочку, достанет оттуда зеркальце, обратится к нему:

Свет мой, зеркальце! скажи,
Да всю правду доложи.

И этот плоский экран с речевым вводом-выводом расскажет ей все.

Навеяло...

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ИЗ ИГРОВОЙ СИСТЕМЫ WARHAMMER 40000
(из Флафф Библии, перевод фанатский)

Внешний вид оборудования варьируется от планеты к планете, от системы к системе. На каждом из миллионов миров в составе Империума, дизайн устройств основывается на обычаях и вкусах местных жителей. Немногие миры одобряют архаичный образец аппаратуры, полагая, что размещение кнопок и рычагов образуют часть рунического образа непосредственно важного для работы механизма. Другие же миры предпочитают подражать более развитым технологиям их предков, используя более продвинутые, но не более эффективные, чистокристаллические или голографические системы управления.

АРХАИЧНЫЙ КОНТРОЛЬ
В основном это кнопки и рычаги, выключатели и кодовые наборы, объединенные в панели, и контролируемые на видео или цифровых дисплеях. Этот вид управления прост для понимания обитателя двадцать первого века.

ЧИСТОКРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
и компоновки атомных цепочек не имеет видимых систем управления, однако внешне выглядят, как черные плиты или прозрачные, как стекло, листы. Поддерживаемый суспензорами, бездействующий пульт управления может представлять собой парящую стеклянную или каменную панель. Та же самая панель может быть врезана в пол, потолок или просто парить в любом положении, воспринимая голосовые, радиосигналы или же воздействие сенсоров давления, детекторов присутствия и пр. Панели активируются кодированным радиосигналом, голосом или просто касанием. Активированная панель отображает информацию визуально, подобно видеоэкрану. Эквивалентом кнопок служат разноцветные огоньки, которые реагируют на касание или тепло.

ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ ПРОЕЦИРОВАНИЕ
окружает пользователя голографическими изображениями, в результате чего получается нечто вроде трехмерного видеодисплея. Активируются подобные системы присутствием пользователя или же тем же методом, что и кристаллические системы управления. Проецирование обеспечивает функции контроля и управления. Проекторы чувствуют движение глаза и конечностей пользователя, переводя их в компьютерные команды, так что последний просто нажимает виртуальные "кнопки". Это наиболее специализированный тип осязательных панелей, с которыми не может работать необученный человек. Одно неверное движение полностью собьет все настройки, а уникальные движения руки/ладони/пальца или же глаза формируют основание для операционной процедуры.

МОЗГОВЫЕ ИМПУЛЬСЫ
Данная система обходится безо всяких панелей и управляющих механизмов, разрешая пользователю управлять и контролировать систему одной лишь силой мысли. Такие системы весьма сложны, и воспроизводить их технически очень сложно. Соответственно подобные системы очень редки. Наиболее часто они применяются в оборудовании дредноутов; в системах некоторых кораблей также используется мысленная связь, но это не является нормой. Подобные устройства требуют огромного опыта и практики для их максимальной эффективности. Физическим компонентом является специальный обруч, одевающийся на голову оператора, который воспринимает и усиливает все его мысли. Более грубым и упрощенным методом может являться вживление трансмиттера в спинной мозг пользователя, но его чрезвычайно трудно удалить, не причиняя физическое или ментальное повреждение.
***

Пульт из м/ф Thunderbirds:

(Нажать для увеличения).

Наука и жизнь 3/23.



Для чего круглое отверстие в боку этого древнего будильника-калькулятора? Это - точилка для карандашей!