Аркадий Частиков - Архитекторы компьютерного мира

Весной 1977 года Дональд Кнут резко изменил род своих занятий. Просматривая гранки проверенного издания второго тома, он неожиданно почувствовал, что полиграфия нуждается в кардинальном изменении. Он хотел уничтожить эти гранки, поскольку они выглядели ужасно. Пространственное расположение знаков было плохим, и особенно острой проблемой в издании был стандартный шрифт и вид математических уравнений. Кнут хотел понять, почему печатная работа, в которой использовался фоторепродукционный шрифт, была такой непривлекательной. Он решил посвятить несколько месяцев тому, чтобы попытаться совместить математику и компьютерную науку с задачей улучшения внешнего вида книг. Проект длился девять лет!

Кнут изобрел ТеХ, первую издательскую систему, а также METAFONT, систему, которая использует классическую математику для придания внешнего вида шрифтам. ТеХ был назван одним из наиболее важных изобретений в истории печатания книг. Некоторые сравнивали его по значению с Библией Иоганна Гуттенберга, что смутило Кнута.

ТеХ позволяет наборной машине размещать буквы и знаки на странице со значительной гибкостью и эстетичным качеством.

METAFONT позволяет дизайнеру создавать шрифт или комплект шрифта, полный с буквами, числами и пунктуацией в специфичном стиле. Комплект шрифта может быть изображен на мониторе и может быть изменен любым способом.

Кнут ввел обе программы в открытое пользование: ни он, ни Стэнфордский университет не заработали на них ни гроша. Он написал программы, как он говорит, из любви к книгам и для достижения необходимой эстетики.

Когда Кнут сверстал второй том "Искусства программирования", используя METAFONT и ТеХ, результат был лучше, но не идеальным. Плохо получались числа. Так он потратил еще пять лет, работая с лучшими дизайнерами по графике, для того, чтобы создать новые системы и наиболее полно использовать их потенциал. Летом 1986 года разработки Кнута по типографии были завершены, и вышел пятитомник "Компьютеры и набор знаков". Первый том посвящен ТеХ; второй содержит полный источник кодов ТеХ; третий и четвертый, соответственно, посвящены METAFONT и полному источнику кодов для него; пятый том содержит 500 с лишним примеров программирования по METAFONT.

В 1986 году на приеме в издательстве "Addison-Wesley", устроенном в его честь, ему задали вопрос: "Будет ли завершен его семитомник, будут ли дописаны четыре недостающих тома?" Он ответил, что их написание заняло бы еще двадцать лет.

Прошло тринадцать лет. В 1999 году профессор Кнут заявил, что к существующим трем л омам он намерен добавить еще два тома. Кроме того, он решил заменить виртуальную модель компьютера MIX 1009 (модель, похожую на реальные компьютеры конца 60-х — начала 70-х годов), на языке которого написаны большинство алгоритмов первых трех томов, на новую модель — 64-разрядный процессор MMIX 2009 с RISC-архитектурой. В следующих изданиях "Искусство программирования" примеры будут приводиться на языке ассемблера ММIX.

Дональд Кнут полагает, что изучение машинного языка по-прежнему необходимо программисту, ведь надо знать, во что будут переведены конструкции языков высокого уровня и что представляет собой аппаратное обеспечение. В противном случае, по словам профессора Кнута, программы будут получаться весьма странными.

Номер 2009 является средним арифметическим номеров четырнадцати процессоров. В их числе — CRAY I, IBM 701, Alpha 21264, MIPS 4000, StrongArm 110, Sparc 64 и др. Логическая модель MMIX довольно подробно описывает поведение настоящего процессора. Например, для каждой команды указано число тактов, требующихся для выполнения, определено поведение процессора в таких ситуациях, как неверное предсказание ветвления или промах кэша. В модели имеется набор изменяемых параметров, поэтому на самом деле MMIX — это целое семейство совместимых процессоров. Профессор Кнут намерен реализовать метасимулятор для всего семейства, чтобы можно было менять параметры модели и исследовать поведение программ.

Дональд Кнут уже разработал архитектуру процессора, простой симулятор и ассемблер. Первая редакция описания набора команд была опубликована в феврале, а четвертая редакция введения в MMIX вышла в конце июня. Теперь предстоит перенос всего накопленного программного фонда старого MIX на новый RISC-процессор MMIX. Дональд Кнут приглашает к сотрудничеству добровольцев со всего мира, прежде всего студентов.

Как заметил Питер Гордон, издававший книги Кнута в издательстве "Addison-Wesley": "Если его сравнить с Евклидом за его работу "Искусство программирования" и с Гуттенбергом за работу по ТеХ, мы можем только догадываться, каким будет следующее сравнение".