Юрий Чирков – Гомо Сапиенс. Человек разумный (страница 80)
Электронная вакуумная лампа – вот основная деталь, которую использовали при создании ЭНИАКа. Это основа и соль всего дела. Если бы не лампы, если бы ЭВМ тогда была бы построена на механических компонентах, то эта машина должна была бы быть размерами с… небоскреб! И ответов от такого чудища нужно было бы ждать годы. Лампы же позволили ЭНИАКу давать ответы через минуты.
Вакуумные лампы – это было лучшее, чем располагала техника тех, теперь уже далеких лет. Тогда они вовсю использовались в радиоприемниках. Излучаемые передатчиком радиоволны необыкновенно мощны, но, когда они, обегая земной шар или рассекая просторы космоса, проходят большие расстояния, их сила может снизиться в миллионы раз. Этот шепот радиоволн нельзя было бы расслышать, если бы не электронные лампы. Они усиливали электромагнитные послания настолько, что сигналы вновь становились достаточно мощными, способными привести репродуктор приемника в действие и дающими уже слышимый звук.
Однако вакуумные лампы были громоздкими (и первые радиоприемники достигали величины комода). Инженеры всячески пытались их усовершенствовать, желая прежде всего эти лампы уменьшить. Постепенно удалось наладить выпуск ламп-малюток, высотой всего в 2–3 сантиметра. Трудно сказать, до каких пор дошла бы эта миниатюризация, если бы… если бы не возникло новое чудо техники – полупроводники.
12.2. Серебряный юбилей транзистора
Когда легендарный Гулливер, проснувшись, увидел разгуливающих по нему лилипутов, он ничуть не удивился миниатюрным размерам своих тюремщиков. Так и мы не удивляемся электронным лилипутам наших дней: карманным радиоприёмникам, переносным батарейным телевизорам и прочим чудесам электроники, возможность которых обеспечили нам транзисторы.
Если из химически чистого вещества – германия или кремния – изготовить кристалл со строго заданным количеством нужных примесей, введенных в его состав, то можно получить устройства, способные делать все то же, что делали прежде радиолампы.
Эти замечательные кристаллы-усилители назвали «транзисторами», потому что они передают (ТРАН-сфер – так звучит соответствующее английское слово) электрический сигнал через тело, которое в обычных условиях было бы сопротивлением (реЗИСТОРом).
Транзисторы, переняв все функции радиоламп, освоив все лучшее, что они умели делать, смогли избавиться и от всех их недостатков. Прежде всего им не нужен был вакуум как изолятор. Ведь кристалл сам по себе не проводит электрический ток. Так отпала необходимость в дорогостоящем вакууме (его надо создать!) и хрупком стекле.
Теперь о долговечности транзисторов. Лампы быстро перегорали (малейшая трещинка нарушала вакуум, испарение металлических нитей резко усиливалось, они быстро выходили из строя), полупроводники же могли работать практически неограниченное время.
Еще достоинство: транзисторы работали при комнатных температурах, не нуждались в разогреве. А люди старшего поколения помнят, как бесконечно тянулось время, пока «грелись лампы», как долго надо было ждать, когда радиоприемник наконец заговорит. Потому-то транзисторы и могут работать на слабом токе, с напряжением всего в несколько вольт (лампы требовали ста вольт и выше), отчего им достаточно энергии маломощных батареек и других слабых источников энергопитания.
Но, пожалуй, главный козырь транзисторов – их миниатюрность, уже первые из них не превышали величины булавочной головки. Объясняется это тем, что, как изолятор, кристаллическое вещество намного эффективнее вакуума, что и позволяет размещать различные компоненты транзистора на микроскопических расстояниях друг от друга.
Все перечисленные и многие другие качества транзисторов сделали их незаменимыми для техники. Именно транзисторы превратили ЭВМ из мастодонтов, редких и громоздких зверей, в существа, которые могли уже разместиться на письменном столе, они вскоре начали выпускаться серийно.
В 1973 году мир отмечал серебряный юбилей транзисторов. Ученые и популяризаторы науки и техники в пышных речах-статьях возглашали хвалу этому чудесному изобретению. Предлагалось, между прочим, срочно создать музей электроники, где можно было бы разместить и показать все образчики ЭВМ, все их поколения: на лампах – первое, на транзисторах – второе…
Увы, в те годы (а ведь с тех пор прошло не так-то уж много лет!) хвастать еще было особенно нечем. Если бы организаторы такого музея вознамерились, скажем, создать макет компьютера, равного по своим возможностям – хотя бы внешним! – человеческому мозгу, всем его миллиардам нейронов, заменив их даже не лампами, а транзисторами, им бы пришлось изрядно потрудиться. И прежде всего сильно задуматься о поисках места для такого экспоната. Хотя такая модель мозга не заняла бы, как в 50-е годы, территории, соизмеримой с размерами Нью-Йорка или Токио, все же и с полупроводниками она бы, как говорится, не влезла ни в какие ворота!
Создать компьютер с числом элементов, равным числу нервных клеток головного мозга человека, и чтоб он был способен разместиться в объеме черепной коробки? Фантастика? Да, но только для тех лет. В конце 80-х годов прошлого века это была уже вполне конкретная цель, которые стали ставить перед собой разработчики ЭВМ. И в этом деле все свои надежды они связывали уже со словами «интегральные схемы».
12.3. Как муха превратилась в слона
Существует англосаксонский вариант лесковского Левши. Будто бы некий мастер-виртуоз послал другому булавку, на ее головке он выгравировал слова: «Как тебе это нравится?». Последовал ответ: «Ничего особенного». Написано это было на той же булавке, но внутри буквы «о» в слове «это».
Эта притча невольно приходит на ум, когда вспоминаешь недолгую историю развития микроэлектроники. Череда поколений превратила ЭВМ в карликов, низвела их узлы до микробных размеров.
Вакуумные лампы сменили полупроводники-транзисторы. Переход к интегральным схемам (разработчики предпочли сокращение ИС) знаменовал приход третьего поколения ЭВМ. Это уже было истинно гравировальное искусство – размещать на крохотных (теперь они почти могут пройти сквозь игольное ушко) микрокристалликах кремния как можно больше транзисторов-деталей.
Собственно, тут-то и занялась заря эры микроэлектроники.
Начиная с 60-х годов прошлого века каждый год количество отдельных электронных элементов на чипе (так назвали западные специалисты микрокристаллы с нанесенными на них большими – БИС – и сверхбольшими – СБИС – интегральными схемами, они условно характеризуют четвертое поколение компьютеров) примерно удваивалось. И к концу века степень интеграции выросла до немыслимых пределов: до 105–106 элементов на одном чипе.
Специалисты считали, что подобные суперчипы дадут возможность вскоре воплотить все качества современного большого компьютера в одном устройстве размером со спичечную головку!
О фантастичности достижений технологов говорило то, что на кремниевой пластинке 5х5 миллиметров (клеточка арифметической тетради) удавалось выложить мозаику деталей, которых хватило бы для создания сотни телевизоров!
Темпы развития микроэлектроники потрясали. Английский ученый К. Эванс тогда подсчитал, что, если бы автомобилестроение развивалось так же, как микроэлектроника, то современный «роллс-ройс» стоил бы всего 1,35 фунта стерлингов, причем ему бы хватило четырех с половиной литров бензина на дорогу в 3 миллиона миль. Наконец, дюжина таких автомашин могла бы разместиться… на спичечной головке.
Так рассуждали люди ученые. Они привыкли иметь дело с цифрами. Те же, кто хотел бы представить себе компьютерное хозяйство планеты глазами наивного ребенка, заметили бы иное. Они отметили бы, что магия миниатюризации буквально превратила муху в слона.
Чтобы воочию убедиться в этом, достаточно полистать популярные журналы последних десятилетий XX века. Там непременно встретишь и муху. Маленькая рядом с электронной вакуумной лампой, она – видимо, фотографов и художников прельстили огромные фасеточные глаза, задорные усики и стеклянный блеск крыльев – заметно прибавляет в размерах, если ее посадить рядом с интегральной схемой.
Да это настоящий циклоп! Чтобы разглядеть муху, достаточно невооруженного глаза, но чтобы проследить все хитроумие переплетений линий-путей для бегущих по ним электронов на микросхеме – необходим микроскоп. Да не простой, а электронный!
12.4. От станков до кофемолок
Для многих крупных фирм США, Японии, стран Западной Европы (над всем этим ломали головы и в стране СССР) миниатюризация – насущная забота. Создать суперчипы с миллионом транзисторов на одном кристалле – вот заветная мечта ученых и технологов. Зачем?
Экономится не только вес, габариты, не только минимизируется потребляемая мощность энергии, не только увеличивается надежность элементов (применяя сверхбольшие интегральные схемы, мы практически сможем дублировать все электронные схемы для того, чтобы компьютер продолжал работу и в том случае, если какая-либо его часть выйдет из строя). Уменьшение размеров не только дает простор для автоматизации производства ЭВМ, позволяет поставить это дело на поток. Главная выгода от миниатюризации все же в другом – резко уменьшается стоимость компьютеров. По оценкам (конец прошлого века) английских специалистов. тогда микрокомпьютер стоил (в пересчете на советские деньги) около сотни рублей, в то время как в 50-е годы сравнимые с ним по рабочим характеристикам устройства стоили миллионы.