|
Геннадій Іванович Іванов
Для чого толь багато учинені досліди у фізиці й хімії? Для чого толь великих мужів були праці і життя небезпечні випробування? Для того чи тільки, щоб, зібравши безліч різних, речей і матерій в безладну купу, дивитися і дивуватися їх безлічі не роздумуючи про їх розташуванні і приведення в порядок?
Михайло Ломоносов
За спостереженнями знаменитого російського мандрівника Н. І. Миклухо-Маклая, тубільці Нової Гвінеї вважали таким чином: "Папуас загинає один за іншим пальці руки, причому видає певний звук, наприклад бе-бе-бе ... Дорахувавши до п'яти, він говорить Ібон -бе (рука). Потім він загинає пальці іншої руки ... поки не доходить до Ібон-али (дві руки). Йде далі, засуджує бе-бе .., поки не доходить до самба-бе і самба-али (одна нога, дві ноги). Якщо потрібно вважати далі, папуас користується пальцями рук і ніг кого-небудь іншого ".
Ймовірно, цей пальцевий метод був першою спробою давньої людини вести рахунок. Власна рука стала своєрідною лічильної технічної системою, в якій функції двигуна, трансмісії, робочого органу і засобів управління виконував сама людина. Але потреба у веденні рахунку зростала з кожним століттям. Пальцевий метод явно давав збої, але все ж він ще довгий час залишався в багатьох країнах єдиним.
"У світі є багато важких речей, але немає нічого важчого, ніж чотири дії арифметики" - такий запис залишив в одному зі своїх численних трактатів середньовічний ірландський чернець Біда Високоповажний (673-735 рр.). На багатьох сторінках свого фоліанта цей працьовитий монах докладно викладав методи рахунку до мільйона на своїх пальцях ... Шкода, що при його житті не було міжнародної організації по обміну науково-технічною інформацією. Високоповажний зміг би дізнатися, що задовго до нього в Стародавньому Римі вже зрозуміли неперспективність пальцевого рахунку і перейшли на спеціальні дерев'яні або кам'яні палички з зарубками. З'явилася перша рахункова машина, що складається поки з одного робочого органу - палички. Так і повинно було бути.
Дослідження розвинених технічних систем показують, що всі вони зароджувалися з робочого органу, який, як правило, спочатку являє собою одиничний елемент лінійної форми. Потім цей робочий орган починає набувати криволінійні, об'ємні форми. Паличку з зазублинами змінив круглий жетон, сферична бирка, куля, які перекладалися з однієї скриньки в інший. Робочий орган перейшов в полисистему. У майбутньому він ще не один раз буде здійснювати подібні дії, коли від нього буде потрібно чергове поліпшення характеристик, а поки розвиток його зупинилося. Потрібна була трансмісія.
У античного історика Геродота (V ст. До н. Е.) Є розповідь про те, як перський цар Дарій, вирушаючи в похід на скіфів, наказав іонійцями залишитися для охорони мосту через річку Істер і, зав'язавши на ремені 60 вузлів, вручив його зі словами: "Люди Іонії, візьміть цей ремінь і зробите так, як я скажу вам: як тільки ви побачите, що я виступив проти скіфів, з того дня ви почнете щодня розв'язувати по одному вузлу, і коли знайдете, що дні, позначені вузлами, вже минули, то можете відправлятися - до себе додому ".
Як бачимо, Дарій заповнив прогалину і першим винайшов лічильний пристрій, в якому частину робочого органу перетворилася в зачаток трансмісії. Цей крок також типовий для всіх технічних систем, і він неминучий, якщо неможливо застосувати трансмісію від іншої системи.
У VI столітті нової ери здобуло популярність китайське лічильний пристрій, в якому знайомі круглі вузлики були виконані у вигляді бус, нанизаних на мотузочку. Це був вже значний крок вперед - елемент трансмісії остаточно сформувався, і робочий орган відокремився від нього, зберігаючи з ним шарнірну зв'язок.
А на рубежі XVI-XVII століть з'явилися російські абак-рахунки, в яких трансмісія вже була виконана у варіанті полісістеми і представляла собою декілька горизонтальних спиць з рядами кісточок. Ця конструкція, пізніше отримала назву бухгалтерські рахунки, поширилася в усьому світі. Вдосконалений варіант, що дозволяє вести нескладні операції додавання і віднімання, зберігся до наших днів.
Але навіть ця вдала конструкція не могла тоді повністю задовольнити зростаючим потребам в рахунку. Було потрібно якісна зміна трансмісії, і для цього вона повинна була наздогнати в своєму розвитку робочий орган, тобто стати динамічною, що розділяється, і від прямих форм і прямолінійних рухів перейти до криволінійним, об'ємним.
Так і сталося. Але скільки було перед цим порожніх проб і помилок! Їх аналіз зайняв би не одну сотню сторінок. Багато життя виявилися витраченими даремно. Це мала бути геній Блез Паскаля, щоб вже в 1639 році замінити плоскі спиці на круглі осі і шайби, які взаємодіють один з одним і з робочим органом. Поступальне переміщення камінчиків, кісточок, жетонів в абаковідних інструментах замінилося на обертальний рух осей і коліс.
Можливості машини різко зросли. На ній вже можна виготовляти не тільки операції віднімання, додавання, але і ділення, множення. Було виготовлено кілька діючих машин. Звістка про них сприймалося як диво. Паскаль отримав королівський привілей, яка встановлювала його пріоритет у винаході та закріплювала за ним право виробляти і продавати машини.
У середині шістдесятих років нашого століття в Національній бібліотеці Мадрида були виявлені два томи неопублікованих рукописів великого Леонардо да Вінчі. В одному з них знайшли ескіз 13-розрядного підсумовує пристрої з десятізубовимі колесами ... Як бачимо, необхідність перекладу трансмісії з площини в об'єм була усвідомлена задовго до Паскаля. Але тільки він, Блез Паскаль, зміг остаточно реалізувати її на практиці. Слід зазначити, що прогресивність рішення Паскаля полягала не тільки в тому, що в його машинах була присутня досить розвинена трансмісія, а й в тому, що в останніх своїх моделях він вперше ввів зачатки засобів управління. Зубчасте колесо трансмісії забезпечувалося спеціальним виступом-штифтом, який у певний момент впливав на механізм переведення десяток. Це звільняло людини від запам'ятовування розрядів чисел і їх ручного перекладу.
Отже, три частини машин сформувалися, людина залишалася тільки "двигуном" і частково органом управління. Майже до п'ятдесятих років нашого століття можна було повсюдно зустріти механічні арифмометри, ручку яких посилено крутив і студент, і інженер, і науковий співробітник.
Що ж відбувалося далі? Машина Паскаля вдосконалювалася, її частини переходили в полисистему, обростали допоміжними пристроями, динамізувати і знову згорталися, коли вдавалося поєднати ряд функцій в одній деталі. Йшов довгий процес розвитку на макрорівні. З громіздкого комода, що стояв на підлозі, машина перетворилася в настільний прилад.
У другій половині XVIII століття в Росії в місті Несвіжі годинниковим майстром і механіком Е. Якобсоном була створена обчислювальна машина, у якій частина трансмісії виконувалася у вигляді пружини. При повороті ключа на певний кут запасалася енергія для подальшого обертання шестерень і дисків з цифрами. Ця машина працювала значно швидше за своїх попередників, де повільно, вручну необхідно було повертати багато дискові колеса. Зародився двигун, точніше зачаток двигуна, який відокремився від трансмісії. Він довгий час не мав власного джерела енергії і працював як акумулятор зовнішньої енергії. Цікаво те, що така історія спостерігається у всіх технічних систем - вони якщо не мають можливості взяти готовий двигун з боку, то породжують його самі зі своєї трансмісії у вигляді накопичувача енергії. Згадайте гончарний круг, де його центральний вал мав потовщення, що грає роль маховика і нагромаджує в собі енергію майстра. Згадайте "самобеглую" коляску Кулібіна, у якої педалями розкручувався маховик, що допомагає на підйомах. Нарешті, подивіться на ножну швейну машинку - принцип той же.
Таким чином, 200 років розвитку підсумкових машин пройшли. Сформувалася повна технічна система, у якій попереду стояв довгий життєвий шлях.
Лише з першого погляду здається, що історія відкриттів і винаходів повністю залежить від особистості, від його таланту. Ось, мовляв, народився розумна людина, і техніка відразу рушила вперед. Помилкова думка! Перш ніж народитися такій людині, потрібно щоб з'явилася суспільна потреба в певному механізмі. Згадайте лічильну машину Леонардо да Вінчі, яка набагато випередила потреби суспільства і тому забулася.
Подібне сталося і з обчислювальними машинами.
До середини XIX століття їх можливості значно випереджали потреби громадськості, і вони зупинилися в своєму розвитку. Але ось до кінця XIX століття і початку XX століття розвивається промисловість зажадала введення багатьох і швидких розрахунків. Організувався промисловий випуск підсумкових машин. Всі частини обчислювальної машини стрімко удосконалювалися. Робочий орган придбав цифровий друкуючий пристрій, трансмісія стала многоразрядной і перенастраиваемой, засоби управління вже мали окремий пульт для введення чисел, введення поправок і пошуку помилок.
Протиріччя, що виникають між частинами системи, долалися збільшенням їх рухливості, гнучкості, введенням додаткових шарнірних зв'язків, узгодженням ритміки і іншими способами основних законів розвитку на макрорівні.
До середини 50-х років XX століття промислові рахункові машини сформувалися остаточно і придбали вже власний двигун-електропривод.
Задовольняючи збільшені суспільні потреби в обчисленнях, машина обростала сотнями механічних допоміжних пристроїв і знову пішла зі столу, перетворившись на велика шафа. Правда, вона вже вміла не тільки віднімати, складати, множити і ділити, а й витягувати квадратний корінь, причому робила це набагато швидше, ніж людина.
Все було б добре, але спроба ще більше збільшити швидкодію машини викликала в ній катастрофічне зниження надійності. У ній щось відразу ламалося, нервувало, заклинювало. Сотні важелів, коліщаток і кулачків, судорожно сіпаючись і підштовхуючи один одного, не встигали прийняти, обробити і передати поставляється двигуном енергію.
Ніякі місцеві конструктивні хитрощі не могли вже змінити картину. Усе! Машина вибрала свої ресурси на макрорівні і не бажала розвиватися далі. Були потрібні нові якісні зміни всередині системи.
Перші кроки щодо часткового перекладу робочого органу на мікрорівень були зроблені ще в 1887 році американським винахідником Холлеритом. Він замінив громіздку полисистему зубчастих коліс металевою щіткою, підключеного до джерела струму. Коли вона накладалася на спеціальну перфокарту, її волоски замикалися тільки на певні контакти певних електромагнітів, які, втягуючи свій сердечник, повертали рахунковий вал на потрібний кут. Ідея з перфокартами була підхоплена багатьма винахідниками, і в 1913 році вже налагоджується промисловий випуск таких електромеханічних лічильних машин.
У 1944-1947 рр. американський фізик Г. Айкен виготовляє і передає Гарвардському університету ряд нових релейних машин. У цих машинах на виході не було вала, який треба було обертати. Зате машина включала в себе 13 000 електромеханічних реле, що замикає сотні і тисячі контактів. Операція множення тривала вже не більше 1 секунди. Розквіт релейних машин припав на середину 50-х років. Радянський інженер Н. І. Бессонов побудував релейний машину, яка працювала за запропонованим ним принципом каскадного виконання операцій. Машина виконувала 20 операцій в секунду. Це був рекорд, але це був і межа. Потрібно було остаточно переводити машину на мікрорівень - в ній ще багато залишалося від "старого світу" - рухливі якоря реле, контакти, пружини і т. П.
135 днів засідав федеральний окружний суд в американському місті Міннеаполісі, перш ніж наприкінці 60-х років оголосив остаточне рішення з приводу спору про авторство першої електронно-обчислювальної машини.Автором ЕОМ визнавався доктор філософії з теоретичної фізики Джон Вінсент Атанасов. Болгарин по походженням, Атанасов став американцем у другому поколінні.
У 1970 році на запрошення Болгарської академії наук Атанасов відвідав батьківщину своїх предків, де був нагороджений орденом Кирила і Мефодія I ступеня за видатний внесок у створення електронних обчислювальних машин.
У 1933 році Атанасов першим запропонував замінити електромеханічні реле електронними лампами. Принципово новим було також і введення в машину елементів пам'яті у вигляді кількох сотень ємнісних конденсаторів. Машина остаточно перейшла на мікрорівень. Почалася нова бурхлива епоха розвитку обчислювальної техніки.
У 1952 році була побудована перша велика радянська ЕОМ "Стріла". Вона містила кілька десятків тисяч електронних ламп і займала зал 100 м2. Одне тільки охолодження ламп вимагало 50 кВт електроенергії - потужності, достатньої для невеликого заводу. Але конструктори йшли на це, тому що машина дозволяла здійснювати тисячі і тисячі операцій в секунду. Потім був процес згортання багатьох елементів в один з виконанням всіх колишніх функцій. По черзі використовувалися можливості групи молекул, одиничної молекули, частини молекули; групи атомів, одиничного атома, частини атома елементарної частинки речовини.
Погляньте на сьогоднішні обчислювальні машини. По можливостях вони не поступаються першій ЕОМ, але їх можна покласти в портфель або навіть в кишеню. Замість колишніх габаритних електронних ламп - основного робочого органу - стала працювати внутрішня структура речовини. На одному квадратному міліметрі твердого кремнієвого кристала вдається розмістити десятки і сотні тисяч робочих елементів. Такі інтегральні схеми дозволяють вести мільйон і більше математичних операцій в секунду. Ведуться успішні дослідження з вкраплення спеціальних речовин в кремнієві кристали за допомогою лазерної техніки. Це дозволяє включити в роботу групу і поодинокі атоми, як самостійні функціональні елементи обчислювальної машини. Вся машина тепер може бути представлена у вигляді одного невеликого кристала, що споживає для своєї роботи крихти світловий або теплової енергії з навколишнього середовища.
А де двигун, трансмісія і засоби управління? Вони зникли, тобто "Згорнулися" в один робочий орган, що представляє собою одне універсальне "ідеальне" речовина. При цьому нова технічна система автоматично поглинула багатьма надсистемами, де вже в їх складі продовжує своє вдосконалення.
Сьогодні ЕОМ найменше використовується як суто математична машина. Вона веде літаки, коректує польоти супутників, допомагає модельєра знайти кращий фасон одягу, становить оптимальний раціон кормів на фермах і виконує тисячі інших важливих і потрібних людям справ. ЕОМ продовжує вдосконалюватися. Відкриття ефекту надпровідності дозволило застосувати імпульсивний квантовий струм, який несе в собі масу нових можливостей. Йдуть спроби замінити традиційні електрони фотонами світла. Крихітні частинки світла дозволять створити нові обчислювальні машини так званого асоціативного пошуку.
Колись математик Шенкс витратив все своє життя на те, щоб обчислити число П з точністю до семисот семи десятитисячних знаків. Недарма на його могилі лежить плита без єдиної написи на ній, зображений тільки знак (пі).
Сучасна обчислювальна машина зробить цю роботу за кілька хвилин. Життя - і кілька хвилин ... Справді, призначення розуму не в тому, щоб просто вирішувати задачу, а в тому, щоб знайти її, зрозуміти і, довіривши рішення машині, шукати нове завдання і нові засоби для її вирішення.
Технічні засоби, що створюються людиною, стають продовженням самої людини, його світу, його думки. Поступово техніка все більш і більш становитиме суть самої людини. З бездушного набору механізмів техніка перетвориться в живій біологічний саморозвиваються світ, хто підноситься могутність людини. Природні елементи і технічні засоби будуть не відрізняються один від одного.
Ніхто не мав сумніву в тому, що машини майбутнього - це машини, що вирощуються (!) За спеціальною біотехнології. Вже отримано ряд цікавих успішних дослідів зі створення таких "живих" комп'ютерів. Такі комп'ютери, можливо, навіть навчаться читати наші думки! У всякому разі, про таку можливість цілком серйозно міркують американські дослідники, які провели ряд дослідів, в ході яких з'ясувалося, що, аналізуючи біоструми, що надходять з різних областей мозку, машина здатна вловлювати не тільки емоційний стан людини - спить він або не спить, спокійний або в гніві, - але навіть визначити напрямок його думок.
І, нарешті, вже сьогодні проглядається принципова можливість імплантації біологічних комп'ютерів під шкіру людини, з тим щоб замінити відмерлі нервові волокна або, можливо, навіть окремі клітини мозку!
Згадайте, на початку глави ми говорили про те, що людина для рахунку використовував самого себе. Пройшли століття. Система рахунку, зробивши величезну спіраль, знову повернулася до людини.
Ми коротко простежили шлях розвитку і перспективи тільки однієї технічної системи. Типовий чи цей шлях? Чи всі системи підуть по ньому? Були перевірені десятки і сотні технічних систем. Виявилося, що всі вони мають одні й ті ж етапи розвитку. Інакше просто і не могло бути. Закони єдині, і розвиток може йти тільки по ним. Складена своєрідна єдина схема розвитку технічної системи з урахуванням відомих на сьогодні законів.
Однак справа ускладнюється тим, що закони розвитку спрацьовують непослідовно один за одним, а паралельно, переплітаючись між собою, і доповнюючи один одного. Сьогодні намітилися, можливо, не безперечні, але тільки фрагменти та кой схеми, зате ясно позначилося величезне поле для досліджень.
|