Физик объясняет

Коды, лампы и компы: у нас в гостях преподаватель ИЦТЭФ Юрий Геннадьевич Скурыдин

9 июля интернет-центр АлтГУ празднует двадцатипятилетний юбилей. А в «ЗН» в честь грядущего праздника решили выяснить, как развивалась вычислительная техника на разных этапах истории. Рассказывает об этом доцент кафедры вычислительной техники и электроники ИЦТЭФ Юрий Геннадьевич Скурыдин.

– Юрий Геннадьевич, расскажите о ключевых этапах развития вычислительной техники.

– Если говорить об истории вычислительной техники, то разговор нужно начинать с развития информационных технологий. А первые информационные технологии, с которыми встретился человек: речь и письменность. Причина появления речи и письменности – необходимость обмена информацией.

Причина появления вычислительной техники – необходимость автоматизации счета.

Сначала для этой цели изобрели счетные палочки и счеты. Они могли выполнять только простые операции. Но инженерная мысль не стояла на месте, и в XVI–XVII веке появились счетные машины. Самые известные из них – счетные машины Паскаля и Лейбница. Это механические устройства с большим количеством зубчатых колес, которые позволяли производить разрядный счет. А наш соотечественник механик шведского происхождения В. Т. Однер создал особенный арифмометр: зубчатые колеса в нем были с переменным количеством зубьев. Что это меняло?

Представим колесо с десятью зубьями, по аналогии с десятичной системой счисления. Но в изобретении Однера можно было утапливать зубцы, тем самым устанавливая начальное значение числовых разрядов на шкале. В некоторых источниках изобретение В. Т. Однера называлось едва ли не первым прорывом в информационных технологиях в России. По его системе была создана счетная машина «Феликс», популярная в СССР. Но действительная автоматизация пришла с открытием электричества.

В конце XIX – начале XX века появились электромеханические устройства: вместо вращения ручки в них использовали электрический двигатель, который частично брал на себя функции человека. Работа шла быстрее, но устройства все еще не программировались. К тому же производительность таких устройств была невелика. Тогда, в конце 30-х – начале 40-х годов XX века, появился компьютер Джона Атанасова – первая конструкция, близкая к современному компьютеру. Вся система была электромеханической, на основе бумажных конденсаторов и электромеханических реле. Примерно в то же время возник и компьютер ЭНИАК с первым примитивным программированием – штекерным. Значение каждого разряда и числа устанавливалось на нем с помощью штекеров и переключателей. Компьютер был ламповым, то есть работал на основе электронно-вакуумных ламп – диодов и триодов. Сегодня такие технологии можно увидеть разве что у бабушек и дедушек на советских телевизорах, да и то лишь в качестве предметов мебели. Ламповые компьютеры занимали помещения размером со спортивный зал или большую комнату, а в рабочем состоянии находились меньше, чем в состоянии поиска неисправностей и ремонта. Километры проводов, большое количество энергоемких ламп и прочих элементов требовали огромного энергопотребления. Это были ЭВМ (электронно-вычислительные машины) первого поколения. Производительность таких компьютеров была очень небольшой.

– Что же случилось потом?

– Научная мысль не стояла на месте. К концу 40-х годов были изобретены полупроводниковые элементы, они заменили лампы в компьютерах. Уменьшились габариты и энергопотребление, увеличилась производительность. Так люди перешли к ЭВМ второго поколения. Программировались такие компьютеры с помощью машинных кодов. Каждое элементарное действие вводилось вручную, не дай бог ошибешься – придется все переделывать. Чтобы упростить задачу, создали первые языки программирования – ассемблеры. А позже в обиход вошли и высокоуровневые языки, максимально приближенные к нашему естественному. Первый такой язык – Фортран.

Примерно через десять лет появилось третье поколение. Чем же оно принципиально отличалось от второго? Ранее использовали дискретные полупроводниковые элементы: то есть десять транзисторов – это десять транзисторов, отдельно размещенных на схеме. В третьем поколении стали использоваться интегральные микросхемы. Теперь в одном корпусе могло быть размещено сразу несколько транзисторов, диодов.

Наконец, настало время четвертого поколения, обусловленное переходом к микропроцессорной технике. А именно интегральным микросхемам большой и сверхбольшой степени интеграции. Теперь транзисторов в корпусе могло быть сотни тысяч. Это постепенно вело к тому, что в середине 70-х годов появились ПК (персональные компьютеры). Ранее речи о персонализации идти не могло: компьютеры были для корпоративного, промышленного применения. Немалая заслуга на этом поприще принадлежит небезызвестному Стиву Джобсу – будущему основателю корпорации Apple, который совместно со своим близким другом Стивом Возняком разработал первые модели ПК, снискавшие большую популярность в мире. Им в значительной степени удалось стать поистине законодателями моды в мире ПК. Джобс и Возняк разработали множество концептуальных архитектурных и программных решений, определивших будущее персональных компьютеров на долгие годы.

– Получается, в скором времени нам ждать ЭВМ нового поколения?

– Думаю, что если опираться на элементную базу, то пока нельзя говорить о появлении пятого поколения. В настоящее время основной упор делается на увеличение плотности размещения дискретных элементов (тот самый техпроцесс), разработке новых программных и архитектурны решений. При этом принципиального изменения элементной базы не происходит. Но это не страшно: у четвертого поколения большой запас модернизации. Например, стало возможным создавать многоядерные процессоры, или многопроцессорные вычислительные системы, благодаря которым стало реальным распараллеливание решения задачи на множество потоков, или параллельное решение множества задач. К тому же сегодня обычному пользователю нет никакой необходимости задумываться над тем, как решается его задача. Несколько утрируя, можно сказать, что пользователю главное – запустить нужную программу, а все остальное она и компьютер сделают самостоятельно. Говоря о прогрессе в области развития вычислительной техники, нельзя обойти вниманием и мобильные устройства. В этой области изменения стали поистине революционными. Сегодня у каждого в кармане или в руках такой компьютер, о котором не могли даже мечтать еще пятнадцать–двадцать лет тому назад. Если же говорить о перспективах следующего – пятого (с точки зрения элементной базы) поколения ЭВМ, то наиболее вероятной видится разработка квантовых вычислительных систем, над созданием которых сегодня ведется активная работа. Однако говорить об их скором внедрении в повседневную жизнь пока преждевременно.

– Знаю, что ваша область научных интересов в значительной степени лежит за пределами компьютерных наук. Вы также специализируетесь на управлении отходами производства и потребления. Расскажите, как перерабатывают разные виды сырья?

– Сырье очень разное. Лично я занимался техникой обработки и переработки растительного сырья. Опилки, щепа, стружка… Их можно использовать и для мебельного производства, и создавать, например, древесный уголь в процессе пиролиза. А попутно с углем выделяются смолы, горючий газ, метиловый спирт, уксусная кислота. Растительное сырье очень ценное для переработки.

Другой вид – бытовые отходы. То, что мы с вами генерируем каждый день: пластик, бумага, пищевой мусор. Это тоже подлежит вторичной переработке. Самая большая проблема тут, что отсутствует сортировка мусора. Но радуют подвижки в этом направлении: постепенно внедряется раздельный сбор, строятся или планируются к постройке мусоросортировочные комплексы.

Есть производственные отходы: химические, мебельные, металлургические. Наслышан, что на металлургическом производстве скапливается огромное количество разных шлаков. Их тоже можно перерабатывать и извлекать из них ценные элементы – даже золото или платину, но вопрос в наличии соответствующих технологий и в рентабельности их внедрения. В этих направлениях также есть прогресс – то, что раньше считалось отходами, сейчас подлежит вторичной переработке, а то, что считается отходами сегодня, – наверняка будет подлежать вторичной переработке завтра.

– А безотходное производство возможно?

– Можно к этому стремиться – как к бесконечности (улыбается). Но достичь этого вряд ли возможно. Все равно будут появляться отходы, которые мы не сможем переработать на соответствующем этапе развития общества и технологий. Как, например, ядерные отходы, которые хоть и не все, но приходится захоранивать. Хотя физики сейчас стремятся к безотходному ядерному циклу и достигают в этом значительных успехов.

– В 2012 году вы принимали участие в Ярмарке инноваций и получили диплом I степени за проект «Композиционный материал из отходов растительного происхождения». Расскажете о вашем проекте?

– Сначала скажу, что мне в целом нравилась идея таких ярмарок. Интересно посмотреть, что создают ученые в инновационных вузах Алтайского края и не только. Приезжали туда даже томичи, кемеровчане, новосибирцы. А мой проект был продолжением моей кандидатской работы. Его суть в создании композитного древесно-пластикового материала на основе метода взрывного автогидролиза.

– Как это?

– Мы помещаем в замкнутый сосуд растительные отходы, например белые опилки. Сосуд наполнен водой. При высокой температуре в среде насыщенного водяного пара из опилок, стружки или щепы мы получаем бурую массу, которую можно прессовать и использовать без добавления клеящих компонентов. Технология эта, конечно, была известна до меня. Я разрабатывал для нее более простые и мягкие технологические режимы. Меня даже приглашали в Управление лесами Алтайского края с целью оценки перспектив применения такой технологии на местных предприятиях, состоялся соответствующий разговор с вице-губернатором. Но быстро пришло понимание, что из-за отсутствия стандартного оборудования, необходимости серьезных НИОКР и наличия финансовых рисков быстрое внедрение технологии невозможно. Мне кажется, эта технология еще ждет своего часа и однажды обязательно будет использована – пусть даже не совсем в том виде, в каком ее разрабатывали мы. Ведь гидролиз материалов растительного происхождения – базовая технология для получения множества продуктов, а само растительное сырье – неисчерпаемый ресурс.

Ника СТОЛПОВСКАЯ

562 просмотров