Xerox ParcTab: компьютер-кочевник, "звезда смерти" и повсеместные вычисления

АрхивСтатьи

Компьютеры должны быть не просто лучше и удобнее. Они должны уйти на задний план и стать незаметными для нас. В исследовательском центре Xerox PARC об этом задумались ещё в середине девяностых.

Зачастую будущее "куют" не только отдельные личности, но и целые коллективы увлечённых своим делом людей. К таким "фабрикам прогнозов" можно отнести исследовательский центр PARC компании Xerox. Его специалистами было сделано множество технологических открытий, которые легли в основу нынешнего компьютерно-сетевого мира.

Мышь, графический интерфейс пользователя, локальные сети - вот далеко не полный перечень исследовательских "пророчеств" инженеров PARC. Но есть среди них прогнозы особого рода - исследования, рисовавшие новую эпоху развития вычислительной техники.

К ним относится идея "повсеместных вычислений" (ubiquitous computing) и её овеществленное воплощение - планшет-малютка ParcTab, первенец племени кочевых (nomadic) компьютеров.

Компьютеры-невидимки

Начало девяностых годов. Время, когда становится окончательно ясно, что персональный компьютер - не мода, не игрушка, а инструмент, с помощью которого можно решать массу повседневных задач. Небольшие и доступные компьютеры неожиданно становятся трендом. Рынок мгновенно реагирует на растущий спрос, а многочисленные аналитики наперебой провозглашают "эпоху PC".

Есть, однако, среди этой PC-эйфории человек, который считает, что эпоха персональных компьютеров - всего лишь переходный этап к будущему информационному обществу. Этап неизбежный и имеющий массу недостатков.

Человек этот - сотрудник Xerox PARC Марк Вейзер - мечтает об ином компьютерном будущем, в котором полно компьютеров... невидимых для пользователя.

Вейзер и его единомышленники из PARC убеждены, что истинные технологии должны быть незаметны людям. Когда технология органично вплетена в структуру повседневности, то мы, пользуясь ими, даже не осознаём их присутствия.

В качестве примера невидимой информационной технологии Вейзер приводит письменность. Письменность постоянно присутствует в нашей жизни, находясь "в фоне" и не требуя от нас особого внимания или каких-либо сверхусилий. При этом, являясь технологией-невидимкой, письменность отлично справляется со своей задачей - мгновенно доносит до нас необходимую информацию.

Вычислительная техника к началу девяностых годов в сравнении с письменностью была просто младенцем. Для работы с персональным компьютером требовались специальные знания и навыки, не имеющие никакого отношения к задачам, решаемым пользователями. Такую ситуацию Вейзер сравнивает с периодом становления письменности, когда для большинства обывателей книги были диковинкой и лишь немногочисленные писцы-профессионалы владели техникой изготовления и использования чернил, папируса, пергамента или бумаги.

• Мейнфреймы - один компьютер, много пользователей
• Персональные компьютеры - один компьютер, один пользователь
• Повсеместный компьютинг - один пользователь, много компьютеров

Проблема "тайной ауры", окружающей компьютеры, в том числе и персональные, и выводящая людей, владеющих ими значительно лучше рядового обывателя, в особую касту "компьютерщиков", сохраняется и в современном нам мире. В девяностые же она цвела пышным цветом.

Суть проблемы вовсе не сводится к недружелюбности интерфейсов "человек-компьютер". После появления графических пользовательских сред, интуитивно понятных устройств ввода-вывода и расширения мультимедийных возможностей они перестали быть такими уж недружелюбными.

Вейзер считал неуместной саму идею персональности компьютеров. Все, даже самые передовые разработчики компьютерных систем, акцентировали внимание человека на самом компьютере. Вейзер же мечтал о формировании такого подхода к вычислительной технике, при котором компьютеры не подменяют собой окружающий мир.

Как технология может пропасть с глаз долой? Хорошей иллюстрацией подобного феномена является такой функциональный узел множества механизмов, как двигатель. На заре промышленной революции единственный мощный двигатель использовался для того, чтобы приводить в движение множество станков. С появлением недорогих электромоторов необходимость в этом отпала. Сегодня электродвигатель - один из самых невидимых компонентов современной техники. В среднестатистическом автомобиле их насчитывается более двух десятков.

Чтобы слиться с окружающей средой, компьютеры действительно должны стать повсеместными - настолько распространёнными и включёнными в каждый аспект человеческой деятельности, что перестанут рассматриваться как какой-то отдельный от среды объект. И в этом смысле идея повсеместных вычислений (ubiquitous computing) являлась полной противоположностью модной в то время технологии виртуальной реальности (virtual reality), которая стремилась поместить пользователя "внутрь" персонального компьютера, генерирующего имитацию окружающей действительности.

Самое интересное, что эти размышления Вейзера были не просто теоретизированием. Инженеры в PARC всё же в большей степени практики, чем философы.

Сразу несколько творческих групп в стенах исследовательского центра Xerox трудились над материальным воплощением идеи ubiquitous computing, пытаясь заглянуть в будущее. Они, безусловно, осознавали, что результат их работы будет всего лишь концепцией, попыткой оценить жизнеспособность повсеместных вычислений, а настоящие "повсеместные" гаджеты будут сильно отличаться от прототипов, ограниченных несовершенствами технологий девяностых.

Кроме того, экспериментальный характер этого исследования ограничивал повсеместность вычислений рамками одного офиса - самой лаборатории PARC. Но разве все эти ограничения способны остановить настоящих мечтателей?

ParcTab. Кочевник между "Звёздами смерти"

Вейзер не сомневался, что "повсеместная" компьютерная система должна быть распределённой, а сами компьютеры в зависимости от специализации должны принимать разные формы. Некоторые из них будут стационарными и даже персональными, а другие превратятся в кочевников (nomadic), следующих за своими хозяевами.

В качестве ещё одной удачной аналогии компьютерного разнообразия Вейзер приводит меры длины: дюйм, фут и ярд. Их появление связано с различным масштабом представления разметов оцениваемых объектов. Применяя эту метафору, разработчики PARC предложили как минимум три класса компьютеров:

• компьютеры дюймового масштаба (1 дюйм = 2,5 см) - небольшие вычислительные устройства размером с ладонь или меньше, которые постоянно находятся с пользователем и постоянно включены в повсеместную инфраструктуру. Им инженеры PARC дали общее название Tab;
• компьютеры футового масштаба (1 фут = 30 см) - также носимые девайсы, хотя их размер и не очень приспособлен для постоянного ношения. Скрепя сердце, исследователи отнесли к прототипам фут-компьютеров тогдашние ноутбуки. На самом же деле, как нам теперь понятно, они размышляли о планшетах. И поэтому название для этого класса компьютеров подобрали соответствующее - Pad;
• компьютеры ярдового масштаба (1 ярд = 91 см). В девяностые они относились к разряду фантастики. Компьютерные стены общего пользования, отображающие информацию сразу для множества людей и позволяющие коллективно работать над задачами. Для них было предложено название Board.

Работа велась сразу по всем трём фронтам, но наиболее значимые результаты были получены только с Tab-системами. XeroxPad - десятидюймовый планшет, оснащённый радиомодулем для взаимодействий ближнего поля (NFC), так и остался грубым прототипом.

Компьютер-стена LiveBoard - гигантский проекционный телевизор с лазерным сканером положения руки пользователя сумел выбраться из прототипного состояния и даже попал в серийное производство, правда, в слегка уменьшенном виде.

А вот малыш ParcTab, компьютер-кочевник размером чуть больше пейджера, добрался до периода реального использования и пережил несколько инкарнаций.

Все три новых класса компьютеров, а также привычные уже персоналки и рабочие станции Unix, включённые в локальную сеть, и составили распределённую повсеместную систему.

В основу её концепции коллектив Вейзера положил два понятия: коммуникация и контекст. Коммуникация - повсеместно настроенная простая связь всех компьютеров позволит им мгновенно делиться информацией о собственном статусе, своём пользователе и окружающей их обстановке, то есть контекстом, в котором они работают в данный момент. Такой контекстной информацией могут быть сведения о пользователе компьютера, окружающих его в данный момент людях, статусе других, находящихся поблизости, компьютеров и периферии, например принтеров, или, к примеру, кофеварок, информация о времени, погодных условиях и многом другом.

Благодаря обмену текущим контекстом повсеместным компьютерам не нужно быть особенно интеллектуальными. Им достаточно предоставлять своему пользователю в каждый момент времени нужную ему информацию. Как это делают, например, часы на руке, о существовании которых мы по большей части забываем. Роль вездесущих "часов" в эксперименте Вейзера выполняли малыши ParcTab.

Размер ParcTab составлял половину размера имеющихся в то время на рынке PDA-устройств наподобие Apple Newton - 10х8х2,5 сантиметра. Благодаря уникальной конструкции и особенностям программного обеспечения, поворачивающего экран, ParcTab мог использоваться как правшами, так и левшами.

Сердцем ParcTab был восьмибитный однокристальный микроконтроллер 87С524, работавший на частоте 12 мегагерц - разновидность популярной в то время системы на чипе Intel 8051. Кроме процессорного ядра, он обладал собственной оперативной памятью, ПЗУ, таймером и портами ввода-вывода.

В качестве экрана применялся ЖК-дисплей размеров 6,2 на 4,5 сантиметра разрешением 128 на 64 монохромных пикселя. Экран был сенсорным, и пользователь мог использовать для работы с ним как пальцы, так и перо.

На боковом торце ParcTab располагались три клавиши, позволяющие управлять им одной рукой. Средняя клавиша активировала ParcTab, выводя его из режима ожидания. С помощью верхней и нижней клавиш пользователь перемещался по элементам меню или прокручивал информацию на экране. Свой выбор он подтверждал нажатием средней клавиши. Был у ParcTab и небольшой динамик, привлекающий звуковыми сигналами внимание пользователя.

Никель-кадмиевого аккумулятора ёмкостью 360 мА·ч хватало на восьмичасовой рабочий день при условии десятиминутного использования в течение каждого часа.

Очевидно, что ParcTab не мог стать автономным вычислительным устройством - мощности было недостаточно. Но от малыша-кочевника этого и не требовалось. Фактически ParcTab был вариантом тонкого клиента, постоянно подключённого к офисной инфраструктуре.

Небольшие размеры гаджета и желание сделать его как можно более "долгоиграющим" обусловили выбор системы коммуникации. В сетевую инфраструктуру ParcTab подключался по инфракрасному 850 нм каналу, обеспечивающему пропускную способность 9600 и 19200 бод. Он связывался с ближайшим приёмопередатчиком, который размещался в каждом офисном помещении под потолком.

За своеобразный внешний вид эти ощетинившиеся инфракрасными диодами коммутаторы сотрудники PARC прозвали DeathStar - "Звезда Смерти".

Каждая из этих "звёзд" через локальную сеть подключалась к последовательному порту одной из рабочих станций Unix. Специально разработанный протокол позволял ParcTab обмениваться данными с собственной программой-агентом, выполнявшейся на рабочей станции. Простейшим видом данных был сигнал "маяк", передаваемый ParcTab каждые тридцать секунд. Благодаря ему агент был всегда в курсе, возле какой из "звёзд смерти" находится его подопечный. Это давало возможность посылать на ParcTab контекстную информацию. Например, о "табах", находящихся поблизости, или о доступности стоящих в комнате принтеров.

Кроме передачи контекстной информации программа-агент выполняла функции удалённого управления запуском приложений ParcTab, выполнявшихся на рабочей станции, и преобразования результатов их работы в вид, который подходит для небольшого экрана "кочевника".

Всего для ParcTab было написано около трёх десятков разнообразных программ. Среди них были почтовые клиенты, просмотрщики и редакторы документов, программы мгновенного обмена сообщениями, удалённого управления консолью Unix, утилиты, информирующие о погоде, и даже игры. Разработка большинства из них велась на языке Modula-3.

К марту 1993 года в офисе PARC было развёрнуто 25 инфракрасных приёмопередатчиков, и двадцать сотрудников центра получили по личному ParcTab. Спустя год эта инфраструктура стала вдвое больше: пятьдесят инфракрасных точек доступа и сорок один пользователь.

Раздавались наладонники не просто так. Вейзер со своей командой тщательно следил за использованием компьютеров-кочевников, частотой применения тех или иных программ и результатами реализации концепции. Привыкают ли пользователи к тому, что у них всегда при себе готовый к работе электронный помощник? Параллельно решались технические проблемы - такие, как интерференция приёмопередатчиков нескольких находящихся рядом наладонников и ошибки в программах.

Тринадцать недель сорок один счастливчик из числа персонала PARC пользовался услугами ParcTad. Это 4871 минута - по 119 минут взаимодействия с устройством на каждого пользователя. С учётом выходных дней среднее ежедневное общение пользователя с ParcTab теоретически должно было составить всего 1,8 минуты в день. Практика недалеко ушла от теории. Эксперимент показал 97 секунд чистого ежедневного использования терминала-малютки.

При этом предпочтение пользователи отдавали всего трём программам: почтовому клиенту tabmail, утилите отображения погодных условий weather и файловому менеджеру tabbrowse, позволяющему копаться в собственной домашней папке на удалённой рабочей станции.

Что же касается информации о местонахождении других владельцев ParcTab и доступности вычислительных ресурсов, то она была так ненавязчива и естественна, что пользователи воспринимали её как нечто само собой разумеющееся. А значит, идея компьютера-невидимки, придуманная Вейзером, всё же сработала.

Сеть в центре PARC была всего лишь экспериментальным полигоном концепции повсеместных вычислений. Серийный выпуск ParcTab никогда не планировался. А значит, после окончания эксперимента компьютеры-кочевники и точки доступа "DeathStar" стали историей. Историей, имеющей продолжение.

Оглянитесь вокруг. Миллионы владельцев смартфонов ("табов") и планшетов ("пэдов"), непрерывно получающих от своих устройств контекстную информацию о местоположении друг друга, решаемых в данный момент задачах, ближайших ресторанах, кинотеатрах, музеях и других объектах. Имеющих доступ к удалённым хранилищам файлов и программ. И главное, не задумывающихся о том, что их гаджет является компьютером. Использование этих устройств сегодня стало частью нашей повседневной жизни - компьютеры действительно спрятались от нас за экранами гаджетов. И ещё в куче других устройств - таких, как "умные" телевизоры, медиацентры, домашние сетевые хранилища файлов.

Ну а свежая инициатива Google Glass, предлагающая компьютер-очки (или очки-компьютер), - ещё один шаг к исчезновению вычислителей из нашего поля зрения. Более крупные вычислительные мощности скрываются от нас за стенами могучих ЦОДов, превратившись для нас в "облачную" абстракцию.

Впрочем, даже сейчас идеи Вейзера не реализованы до конца. Мы стали заметно ближе к повсеместным вычислениям (и малыш ParcTab сыграл в этом не последнюю роль), но самое интересное - по-прежнему впереди.