Die Bibel in Nullen und Einsen umschreiben

Wenn du über Donald Knuth schreibst, ist es ganz natürlich, schriftgemäß zu klingen. Seit fast 40 Jahren schreibt der inzwischen pensionierte Professor der Stanford University das Evangelium der Informatik, ein Epos namens The Art of Computer Programming. Die ersten drei Bände bilden bereits das Gute Buch für fortgeschrittene Software-Enthusiasten und wurden weltweit in einer Million Exemplaren in einem Dutzend Sprachen verkauft. Seine Herangehensweise an Code durchdringt die Softwarekultur.

Und siehe da, Donald Knuth unterbrach seine Berufung für neun Jahre und wanderte durch die Wildnis der Computertypografie und schuf ein Programm, das zum Wort im digitalen Schriftsatz für wissenschaftliche Publikationen geworden ist. Er nannte seine Software TeX und bot sie allen Gläubigen an, wobei er den Versuch eines Stammes (Xerox) ablehnte, das Eigentum an seinen mathematischen Formeln zu behaupten. Mathematik gehört Gott, erklärte er. Aber Knuths Gott ist nicht über Tricks gegen die Gläubigen hinweg. In seinem TeX-Leitfaden The TeXbook schreibt er, dass es nicht immer die Wahrheit sagt, weil die Technik des absichtlichen Lügens es Ihnen tatsächlich erleichtern wird, die Ideen zu lernen.

Der 61-jährige Knuth (ka-NOOTH) ist nun darauf bedacht, seine heiligen Schriften zu vervollständigen, und führt ein, wie er es nennt, ein einsiedlerisches Dasein (mit seiner Frau) in den Hügeln rund um die Universität, nachdem er vorzeitig von der Lehrtätigkeit zurückgetreten ist. Er hat sein persönliches E-Mail-Konto deaktiviert und eine Webseite (www-cs-faculty.stanford.edu/~knuth/) veröffentlicht, um die Software-Massen in Schach zu halten, indem er häufig gestellte Fragen beantwortet, wie zum Beispiel: Wann kommt Band 4 heraus? ?

Ungefähr einmal im Monat während des akademischen Jahres kommt Knuth von der Höhe in einen Hörsaal im Keller des Gates Computer Science Building in Stanford, um eine seiner Computer Musings-Vorlesungen zu halten, die normalerweise über einen Aspekt seiner aktuellen Arbeit an The Art of Computer sprechen Programmierung. Diese Vorträge ziehen Informatikstudenten, Gastprofessoren, Softwareingenieure von nahe gelegenen Unternehmen und gelegentlich einen CEO an. An einem lauen Tag zu Beginn dieses Jahres sind Thema und Zuhörer anders. Zur Feier der Veröffentlichung des

dritten Band seiner gesammelten Arbeiten, Digital Typography, haben die Mitarbeiter der Stanford University Libraries ein Publikum von Fans des gedruckten Wortes eingeladen, um Knuth über die Entwicklung des TeX-Systems für wissenschaftliche und mathematische Veröffentlichungen zu sprechen. Er trägt ein schwarzes T-Shirt über einem langärmeligen schwarzen Hemd, seine Glatze glitzert im Deckenlicht und wirkt vor etwa 70 Akolythen und Kollegen angemessen mönchisch.

Zögernd, seine Worte gegen seine angeborene lutherische Bescheidenheit kämpfend, beginnt er: Mein Hauptlebenswerk und der Grund, warum ich dieses ganze Projekt begonnen habe, ist, eine Reihe von Büchern mit dem Titel The Art of Computer Programming zu schreiben, für die ich hoffe, noch 20 Jahre zu leben und das Projekt beenden, das ich 1962 begonnen habe. Leider ist die Computerprogrammierung im Laufe der Jahre gewachsen und so musste ich etwas mehr schreiben, als ich dachte, als ich es skizzierte. Die Gläubigen lachen wissentlich.

Knuth erzählt seinen Abstecher in die digitale Typografie in den 1970er Jahren. Dies war eine Zeit enormer Veränderungen in der Satzindustrie, da Computersysteme die seit Gutenberg verwendeten heißen Schriften ersetzten. Computertypografie war weniger teuer, aber auch weniger ästhetisch - insbesondere für komplexe mathematische Notationen. Knuth erinnert sich: Mit dem Wandel der Drucktechnik wurden die wichtigeren kaufmännischen Tätigkeiten zuerst behandelt und Mathematiker zuletzt. Also begannen unsere Bücher und Zeitschriften sehr schlecht auszusehen. Ich konnte es nicht ertragen, Bücher zu schreiben, die nicht gut aussehen würden.

Knuth hat es sich zur Aufgabe gemacht, jede Zeile Code für eine Software zu schreiben, die eine schöne Typografie hervorbringt. Den Namen seines Satzprogramms leitete er vom griechischen Wort für Kunst ab – die Buchstaben sind tau epsilon chi (es reimt sich auf blecch). Knuth sagt: Weit über 90 Prozent aller Bücher über Mathematik und Physik werden mit TeX und der dazugehörigen Software Metafont gesetzt, einem Werkzeug, das Knuth entwickelt hat, um ansprechende Schriftarten zu gestalten.

Er würdigt schnell den Beitrag der Schriftdesigner, Stanzschneider, Typographen, Buchhistoriker und Gelehrten, die er bei der Entwicklung von TeX in Stanford versammelt hat. Einige sind im Publikum. Er sagt ihnen: TeX ist das, was wir heute Open-System-Software nennen – jeder auf der Welt kann sie kostenlos nutzen. Aus diesem Grund hatten wir Tausende von Menschen auf der ganzen Welt, die uns halfen, alle Fehler zu finden. Ich denke, es ist wahrscheinlich das zuverlässigste Computerprogramm seiner Größe, das es je gab.

Wer an dieser Behauptung des ausgesprochen biederen Knuth zweifelt, findet Bestätigung von Guy Steele, einem der ersten Benutzer von TeX und heute ein angesehener Ingenieur bei Sun Microsystems. TeX, sagt Steele, war eines der ersten großen Programme, dessen Quellcode offen veröffentlicht wurde. Steele sagt, dass Knuths Veröffentlichung des TeX-Codes in einem Buch zusammen mit vollständigen Kommentaren es so gemacht hat, dass jeder seine Funktionsweise verstehen und Fehlerkorrekturen anbieten kann. Mit den besten Wissenschaftlern und Mathematikern der Akademie als Beta-Tester half ein außergewöhnliches Qualitätskontrollteam, TeX zu perfektionieren. (Die TeX-Entwicklungsbemühungen waren ein Modell für die heutige Open-Source-Softwarebewegung, die der Welt Linux beschert hat – ein Betriebssystem, das beginnt, mit Microsoft Windows zu konkurrieren.)

Vervollkommnung ist ein Hauptanliegen von Knuth. Die einzige E-Mail-Adresse, die Knuth unterhält, sammelt Berichte über Errata von Lesern seiner Bücher und bietet 2,56 Dollar für jeden bisher nicht gemeldeten Fehler. (Der Betrag ist ein Insider-Witz: 256 entspricht 2 hoch 8 – die Anzahl der Werte, die ein Byte darstellen kann.) Knuths Belohnungsschecks gehören zu den wertvollsten Trophäen der Computerwelt; wenige werden tatsächlich eingelöst.

Otto selbstfahrendes Auto

Er nimmt dieses Fehlergeschäft sehr ernst. In den Eingangsbereich seines Hauses sind die Worte des dänischen Dichters Piet Hein eingraviert:

Der Weg zur Weisheit?
Nun, es ist klar
und einfach auszudrücken:

Irren
und irr
und irr dich wieder
aber weniger
und weniger
und weniger.

In einer Variation dieses Themas der Perfektionierbarkeit ist Knuths Beitrag zur Informatiktheorie auf den Seiten von The Art of Computer Programming seine rigorose Analyse von Algorithmen. Mit den Methoden in seinem Buch können die Operationen, die verwendet werden, um Maschinenanweisungen in Gleichungen zu übersetzen, getestet werden, um festzustellen, ob sie optimal sind. Die Verbesserung eines Programms wird dann eine Frage des Findens von Algorithmen mit den wünschenswertesten Attributen. Nicht dass theoretische Beweise die tatsächliche Ausführung von Software auf einem Computer ersetzen können. In einer oft zitierten Bemerkung, die er auf seiner Webseite erwähnt, warnte er einmal einen Kollegen: Hüten Sie sich vor dem obigen Code; Ich habe es nur als richtig bewiesen, nicht ausprobiert.

Schlechte Pausen

Auch in Knuths Stanford-Vortrag war Perfektionierbarkeit ein Thema. Er verfolgte die Seiten seines Bandes zur Digitalen Typografie über die einleitenden Kapitel hinaus bis zum längsten Abschnitt des Buches, der ein entscheidendes Problem der Typografie anspricht. Er macht seine Zuhörer auf einen der wichtigsten technischen Tricks im TeX-System aufmerksam: die Frage, wie man Absätze so aufteilen kann, dass die Zeilen annähernd gleich und gut sind.

Schlechte Abstände zwischen Wörtern und hässliche Wahlen für Zeilenumbrüche gehörten zu den größten Fehlern in der Computertypografie, die Knuth auf seinen TeX-Kreuzzug brachten. Seltsame Wortabgründe, Strichleitern und verwaiste Textteile resultierten aus den starren Algorithmen, die verwendet wurden, um Zeilenumbrüche ohne Rücksicht auf visuelle Eleganz zu programmieren. Knuths Lösung: Lassen Sie den Computer mit Trial-and-Error-Methoden testen, wie sich jeder Textabschnitt am besten aufteilen lässt. Statt gieriger Algorithmen, die die meisten Wörter auf eine Linie packen, wird in der Computertypografie vor und nach TeX-Knuths rechenintensiver Methode Schönheit bewertet.

Knuth scheint mit der Aufgabe geboren, Schönheit auf der gedruckten Seite zu fördern – durch computergestützte Methoden. Ich habe Bücher von Anfang an geliebt, erzählt er seinem Publikum. In der Sammlung meiner Mutter fanden wir das erste Alphabetbuch, das ich hatte. Ich hatte die Buchstaben genommen und alle Serifen gezählt. Er ist stolz auf seine frühe Alphabetisierung und erzählt einem Schriftsteller, dass er das jüngste Mitglied des Book Worm Club der Milwaukee Public Library war. Auch sein Interesse an der typografischen Reproduktion entstand schon früh. Eine seiner frühesten Erinnerungen an das Pre-Desktop-Publishing war, dass er seinem Vater Ervin bei den Vervielfältigungsschablonen für den Druck des Kirchennewsletters im Keller half. Wie der Newsletter seines Vaters sollte TeX ein Homebrew-Projekt in überschaubarem Umfang sein. Die ursprüngliche Absicht war, dass es für mich und meine Sekretärin wäre, erzählt er TR in einem Interview im Arbeitszimmer seines Hauses im zweiten Stock. Zurückgelehnt im schwarzen Loungesessel räumt Knuth ein, dass die lange Reise in TeX ein kurzer Abstecher sein sollte: In einem Jahr würde ich sie fertigstellen.

Gibt es einen Jungbrunnen

Die Ereignisse nahmen eine andere Wendung. 1978 übersetzte Suns Steele – damals ein Student am MIT, der Stanford besuchte – TeX für die Verwendung auf dem Mainframe-Computer des MIT. Plötzlich, erinnert sich Knuth, hatte ich 10 Benutzer, dann 100. Jedes Mal gab es verschiedene Fehlerstufen. Zwischen dem 1.000. und 10.000. Benutzer habe ich den Code zerrissen und von vorne angefangen. Knuth sagt, er habe damals erkannt, dass TeX nicht nur ein Exkurs war, sondern selbst Teil der Vision. Ich habe gesehen, dass dies ein Bedürfnis in der Welt erfüllt und deshalb mache ich es besser richtig.

Ein entscheidender Wendepunkt in der Verbreitung von TeX war ein Vortrag, den Knuth vor der American Mathematical Society (AMS) hielt. Barbara Beeton, Stabsspezialistin für Kompositionssysteme bei AMS und langjährige Mitarbeiterin der in Portland, Ore, ansässigen TeX User’s Group, erinnert sich an diesen Anlass: Er wurde eingeladen, die Josiah Willard Gibbs Lecture zu halten. Zu den Vorrednern gehörten Albert Einstein und John von Neumann. Knuth sprach erstmals öffentlich über sein neues Satzsystem. Knuth predigte dem Chor; die versammelten Mathematiker wussten, wie sich die Druckqualität verschlechtert hatte. Beeton fügt hinzu: TeX war das erste Kompositionssystem, das vom Autor eines Artikels oder Buches und nicht von einem Verlag verwendet werden sollte. Kurz darauf wurde AMS der ursprüngliche institutionelle Nutzer von TeX und nutzte das System von Knuth, um alle seine Dokumente und Zeitschriften zu veröffentlichen.

Als sich die Nachricht verbreitete und immer mehr Benutzer seine kostenlose Software (für einen akademischen Großrechner geschrieben, aber bald für PCs verfügbar gemacht) nutzten, beschäftigte sich Knuth mit dem Studium der Geschichte des Druckens, um Lösungen für enge Anwendungen zu finden. Oftmals blieben seine Recherchen erfolglos und er musste seine eigene Antwort finden. Für feierliche Einladungen schuf er neue Schriftarten; für den Musiksatz löste er schwierige Ausrichtungsprobleme. Ich hatte so viele Benutzer, erinnert er sich. Von Hochzeitseinladungen über Programme für das örtliche Symphonieorchester bis hin zu Computerprogrammen.

Fast neun Jahre lang beschäftigte ihn Knuths Ausflug in die Typografie ganztägig und zog ihn von der Arbeit an dem Programmierbuch ab, das er als seine wahre Berufung ansah. Ich musste an das Endspiel denken, sagt er. Wie könnte ich TeX verantwortungsvoll beenden und sagen: Das wird sich nicht mehr ändern? Ich musste eine Vierjahresstrategie erarbeiten, um mich zu befreien und zu The Art of Computer Programming zurückzukehren.

Knuths Lösung: Mit der Veröffentlichung der TeX-Version 3.0 im Jahr 1990 erklärte er seine Arbeit für beendet. Die Jünger müssen das System pflegen. Knuth sagt, er werde seine Arbeit darauf beschränken, die seltenen Fehler zu reparieren, auf die er aufmerksam geworden ist; bei jedem Fix weist er der Versionsnummer eine weitere Ziffer zu, so dass sie zu pi tendiert (die aktuelle Version ist 3.14159).

Ein Ergebnis von Knuths Entscheidung, keine größeren Änderungen an TeX vorzunehmen, ist, dass das TeX-Dateiformat unverändert geblieben ist. Es ist die einzige Software, mit der Sie die Datei für Ihre Arbeit aus dem Jahr 1985 verwenden können und sie nicht mehr konvertieren müssen, um sie heute auf die gleiche Weise auszudrucken, bemerkt David Fuchs, ein leitender Forscher bei Liberate Technologies (ehemals Network Computer Inc.), der ein Doktorand in Stanford während der Entwicklung von TeX. Fuchs schätzt, dass es weltweit 1 Million TeX-Nutzer gibt; viele verwenden kommerzielle Spezialpakete, die um den TeX-Kernel herum gebaut sind, wie LAteX (eine befehlsorientierte Makrosprache) und TeXDoc (optimiert für Softwaredokumentation).

Auf der anderen Seite ist TeX in seiner Attraktivität begrenzt, weil es nicht WYSIWYG ist, gibt Fuchs zu . Anstatt Echtzeit-Interaktivität auf dem Bildschirm anzubieten, erfordert TeX eine Auszeichnungssprache, die in ein Dokument eingegeben und vom Computer interpretiert wird. Sie sehen, was Sie erst nach dem Druck erhalten. Trotz seiner wenig intuitiven Benutzeroberfläche hat TeX einen engagierten Kern von Produktionsprofis entwickelt, die keinen Ersatz akzeptieren. Warum sollte jemand etwas anderes wollen? fragt Paul Anagnostopoli, ein in Carlisle, Mass. ansässiger Verlagsberater und Autor von TeX-basierter Software für die Buchkomposition. Viele Leute interessieren sich nicht für WYSIWYG.

Opus in Arbeit

Neun Jahre anstatt eines zu verbringen, um Tex zu erschaffen, ist die gleiche Art von epischer Fehleinschätzung, die Knuth zu der monumentalen Skala von . geführt hat Die Kunst der Computerprogrammierung . Nachdem er seinen Bachelor-Abschluss am Case Institute (jetzt Case Western Reserve) erworben hatte, promovierte er und lehrte 1962 am California Institute of Technology, als er vom Lehrbuchverlag Addison-Wesley beauftragt wurde, einen Band über Computer-Compiler zu schreiben. (Compiler sind spezielle Programme, die den von Programmierern eingegebenen Text in Anweisungen in der nativen Binärsprache eines Computers umwandeln.)

In seiner von Büchern gesäumten Studie erzählt Knuth die Geschichte des Projekts. Von 1962 bis 1966 verfasste er den ersten Entwurf mit Bleistift. Das Manuskript war 3000 Seiten lang. Ich dachte, es wäre ein Band von vielleicht 600 Seiten. Ich dachte mir nur, dass die Schrift in Büchern kleiner ist als meine Handschrift. Dann habe ich Kapitel eins getippt und allein waren es 450 Seiten. Ich schickte es dem Verlag und sie sagten: Don, hast du eine Ahnung, wie lange dein Buch sein wird?

Angesichts eines so unhandlichen Manuskripts hätten viele Verlage das Projekt fallen gelassen. Stattdessen arbeitete Addison-Wesley einen Veröffentlichungsplan für das aus, was sich schließlich auf sieben Bände erstrecken könnte. Band 4 soll 2004 fertig sein, Band 5 bis 2009. Dann darf Knuth die Bände 6 und 7 fertigstellen – wenn das, was er zu seinen gewählten Themen zu sagen hat, noch lehrreich ist. Peter Gordon, Verlagspartner bei Addison-Wesley und Herausgeber von Donald Knuth seit 20 Jahren, erklärt, dass der Erfolg der ersten drei Bände von The Art of Computer Programming es dem Verlag ermöglicht hat, seine gesamte Informatiklinie auf Knuths Werk aufzubauen. Don hat seinen eigenen Lebensplan und sein eigenes Timing, bemerkt er. Er ist so ein kreativer und begnadeter Autor, das Beste, was ein Redakteur tun kann, ist ihm aus dem Weg zu gehen und ihn seinem Plan folgen zu lassen.

Es hilft, dass das Buch weiterhin Lob von anderen Sehern im digitalen Bereich erhält. Bill Gates hat in seiner Zeitungskolumne einmal einem Leser geantwortet: Wenn Sie denken, dass Sie ein wirklich guter Programmierer sind, oder wenn Sie Ihr Wissen herausfordern möchten, lesen Sie The Art of Computer Programming von Donald Knuth. Gates beschrieb seine eigene Begegnung mit dem Buch: Ich brauchte unglaubliche Disziplin und mehrere Monate, um es zu lesen. Ich studierte 20 Seiten, legte es für eine Woche weg und kam für weitere 20 Seiten zurück. Wenn jemand so dreist ist, dass er glaubt, alles zu wissen, wird Knuth ihm helfen zu verstehen, dass die Welt tief und kompliziert ist. Wenn Sie das Ganze lesen können, senden Sie mir einen Lebenslauf.

Was Knuth durch sein episches Projekt stützt, ist seine grundlegende Liebe zum Thema. Menschen, die an der Analyse von Algorithmen arbeiten, sind doppelt glücklich, sagt er und klingt wie Yoda. Sie sind glücklich, wenn Sie ein Problem lösen und wieder, wenn die Leute über Ihre Lösung in ihrer Software lächeln.

West Point Schaufensterpuppe Herausforderung

Bevor er sich im gelobten Land ausruhen kann, steht Knuth vor einem letzten Berg. Er muss den verallgemeinerten Computer, der in seinem Buch zum Programmieren von Beispielen und Übungen verwendet wird, von einer 50 Jahre alten Maschine im von Neumann-Stil mit ineffizienten Befehlen zu einem moderneren RISC-System (Reuters mit reduziertem Befehlssatz) umgestalten, das einen schnelleren Betrieb ermöglicht. (Intel-Prozessoren in den meisten PCs sind von der älteren Sorte; PowerPC-Chips in neueren Macintosh-Modellen sind RISC.) Ich versuche, ihn so zu entwickeln, dass er seiner Zeit 10 Jahre voraus ist, sagt Knuth. Ich habe alle Maschinen, die wir jetzt haben, studiert und versucht, ihre schönsten Eigenschaften zu nehmen und sie alle zusammenzustellen. Diese Super-RISC-Maschine, die er MMIX nennt, ist im Wesentlichen ein Lehrkonzept. Aber er sagt, er würde es gerne sehen, wenn es gebaut wird. Ich verbringe viel Zeit damit, es zu dokumentieren, damit jemand es bauen kann. Das Design wird gemeinfrei sein. Inmitten seiner Reihe Computer Musings mit Einführungsvorträgen zu MMIX ist Knuth nur noch wenige Monate davon entfernt, diese Phase seiner Arbeit abzuschließen.

Und dann? Ich fange an, auf Volume 4 mit Höchstgeschwindigkeit aufzuladen. Ich kann pro Tag über eine publikationsfähige Seite schreiben, sagt er. An einem anderen Buch schrieb er einmal täglich zwei Seiten, aber das war zu viel. Ich konnte kein guter Ehemann und kein guter Vater sein und das war nicht gut. Ich verspreche also nur 250 Seiten pro Jahr für Band 4. Für Anhänger von Knuths Software-Bibel, einschließlich Bill Gates, können diese Seiten nicht früh genug erscheinen.

Was Knuths unerschütterliches Vertrauen in die Verfolgung seines langfristigen Ziels angeht, scheint die Biologie auf seiner Seite zu sein. Seine Mutter ist 87 Jahre alt, bei bester Gesundheit und arbeitet noch, sagt er, im Immobilienbüromanagement. Sein Vater, der ihn auf den Weg zur Computertypografie gebracht hatte, starb im Alter von 62 Jahren. Trotzdem kommt dieser digitale Patriarch zu dem Schluss: Der Vater meines Vaters wurde 97 Jahre alt, also hoffe ich, nach ihm zu treten.

Bevor er das fortgeschrittene Alter erreicht, das für alle seine Veröffentlichungspläne erforderlich ist, muss sich Knuth möglicherweise den Versuchungen stellen, die mit Ruhm einhergehen. Eine zweiseitige Zeitschriftenanzeige für fatbrain.com verkündet über einer kantigen Collage: Die einzige Buchhandlung der Welt, in der Donald Knuth John Grisham eine Milliarde zu eins übertrifft. Dies könnte die erste kommerzielle Anerkennung von Knuths ikonischem Status unter den Digerati sein. Wird eine solche Anerkennung zu einer Plage der Aufmerksamkeit führen, gerade wenn der Weise der Software im Begriff ist, seine Reise zur Erfüllung seiner Lebensaufgabe fortzusetzen? Da fragt man sich, wie lange Moses wohl noch durch die Wüste gewandert wäre, wenn es die heutigen Medien gegeben hätte.

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