ические операции, в последнее время довольно сложные.
Прямой, так сказать, наследник рентгена — рентгеновский томограф, с помощью вычислительной техники он намного обошёл прародителей. В компьютер в цифровом виде вводится несколько рентгеновских снимков, сделанных с разных сторон, машина вычисляет и демонстрирует на дисплее детальный «разрез» наблюдаемой области. Компьютерный томограф — это не прибор, это метод и, если хотите, стратегия. Уже сейчас, заменив в томографе рентген ядерным магнитным резонансом (ЯМР — тонкий квантовый процесс, позволяющий оценить состав вещества), получают «разрез» с указанием неуловимых ранее отклонений в структуре тканей.
ВК-262. Эту красивую идею высказал еще Фарадей: для получения электромагнитной индукции можно двигать не проволоку, а ионизированный газ. Когда он проходит магнитное поле, в нём, как в проводнике, наводится э.д.с., и мы получим электрическую энергию. Такой МГД (магнитогидродинамический) генератор долго изучался, а в 1971 году на одной из московских электростанций был построен с мощностью 25 МВт. Исследования на нём приближают использование идеи в технике будущего.
Р-119. АБСОЛЮТНО НЕОБХОДИМЫЙ И НЕ ОЧЕНЬ ИЗВЕСТНЫЙ ДЕШИФРАТОР. Это устройство, также работающее с двоичными числами и иными двоичными кодами, совсем уже мало знакомо широкой публике. Нужно ли вообще такое знакомство? Это важный вопрос, о котором удалось лишь мельком сказать в конце подписи к рисунку Р-115 о сотовом телефоне, и ответ на который пока не отражён в законах. В ожидании решений глобальной важности скажем пока несколько слов о самом дешифраторе (декодере). Даже только знание этого слова и простейших операций, доверенных дешифратору, реально облегчит знакомство с устройством нашего мира. Сегодня дешифраторы — это большая наука и серьёзные теории, посвящённые операциям с различными кодами. В то же время в электронных автоматах и компьютерах дешифраторы выполняют много таких операций, которые можно пояснить простыми примерами. Представьте себе, что на космическом корабле в результате вычислений на входе дешифратора (1) в виде электрических импульсов и пауз входного напряжения Uвх, появился один из четырёх управляющих сигналов — 11, 10, 01 или 00. Каждый из этих сигналов должен привести к какому-либо важному действию, например, к включению небольшого реактивного двигателя, к повороту влево или вправо приёмной антенны и к повороту солнечной батареи. Дешифратор по входному напряжению Uвх определяет, какой из четырёх сигналов пришёл, его схема легко и надёжно различает комбинации 11,10,01 и 00. В зависимости от полученного сигнала, дешифратор замыкает один из четырёх выходных проводов и подаёт напряжение Uвых на нужный агрегат. Дешифратор ежеминутно решает тысячи подобных задач в компьютере, распознав, например, по адресу нужную ячейку памяти и записав в неё заданную информацию (2). Или опять же по адресу определив ячейку памяти и считав из неё информацию. С помощью дешифраторов рассылаются в нужные места команды управления и элементы новых программ. О широком круге задач, для решения которых применяется дешифратор, говорят, в частности, многочисленные статьи о нём в популярной литературе. Такие, например, как «Дешифратор пространственного звука», «Преобразование двоичного кода в семисегментный», «Взломщики паролей», «Преобразование к-ичного кода в кп-ичный», «Декодер текста» и многие другие.
Т-229. Бесшумные шаги минут. Наручные электронные часы — один из самых дешёвых электронных приборов, говорят, оптовики уже продают их на вес чуть ли не по доллару за килограмм. А вместе с тем это устройство не такое уж простое, в нём сотни транзисторов и диодов, тактовую частоту отбивает высокостабильный кварцевый генератор, и погрешность обычно не более малых долей секунды в сутки. Генератор выдаёт сравнительно высокую частоту, за ним следует делитель частоты в виде длинной цепочки триггеров, на одном из её выходов появляются секундные импульсы тока, дальше более редкие минутные и часовые импульсы, а затем переключающие сигналы для календаря. Наконец, в часах имеется блок для установки нужного времени и даты и, конечно, жидкокристаллический экран с транзисторным переключателем цифровых сегментов. Есть электронные часы со стрелками и миниатюрным шаговым электродвигателем, на него поступают секундные импульсы, и дальнейшее замедление минутной и часовой стрелок осуществляют шестерёнки.
Сегодня электронные часы самый, наверное, рядовой представитель электроники, напоминающий при этом, что она умеет делать очень важное дело — отсчитывать время.
Т-230. Главное дело электроники и её главный инструмент. Вопрос «Кого ты больше любишь: папу или маму?» — вообще-то, запрещённый вопрос, лучше сказать, неуместный. Зачем это «больше», за которым обязательно следует «меньше»? Зачем это соревнование? Точно так же неуместно, думается, спрашивать, какая область электроники самая главная, — все они много делают для людей.
И всё-таки…
И всё-таки на широком фронте электронной техники одно направление надо бы выделить — это компьютеры. Сегодня компьютер можно, видимо, назвать главной электронной машиной, по крайней мере, по динамизму, по массовому к нему интересу, по тому, как он меняет нашу жизнь, как резко повышает эффективность любого дела, в которое включается. Вспомните: за несколько лет он изменил банковское и складское дело, учёт, многие области конструирования, научных исследований, управления производством, транспортом, снабжением, торговлей — список большой.
ВК-263.За миллиарды лет до человека природа создала свои солнечные электростанции. Миллионы лет эволюции закрепили цепочки фотосинтеза: используя энергию солнечного света, они создавали молекулы, которые затем отдавали запасенную энергию растениям. В наше время растущих цен на нефть оказалось выгодным и безвредным из некоторых растений получать сохраняющие энергию спирты и понемногу (до 10–12 %) добавлять их в бензин. Это полезная временная мера до освоения новых источников энергии.
Р-120. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ — ДЕТАЛИ ДУМАЮЩИХ МАШИН. Очень давно, размышляя об устройстве мира, древние философы стали задумываться о способности человека логически мыслить. За прошедшие тысячелетия, особенно в последние годы, размышления о мыслящем человеке дали начало стройным теориям, которые, в частности, пытаются найти чёткое математическое описание того, что мы называем логикой. Кроме того, совсем уже недавно появились электрические управляющие машины, которые могут выполнить то, что до этого считалось монополией думающего человека. В таких машинах часто есть, как их называют, логические элементы, хотя, кажется, никто ещё не показал, что такие же точно элементы есть в живой материи, участвующей в логическом мышлении.
На рисунке показаны три основных типа логических элементов, применяемых в электронных схемах. Свое название «логические элементы» все они, видимо, получили потому, что их действия очень напоминают операции, который производит логически мыслящий человек.
Первый логический элемент (1) называют схема ИЛИ — она срабатывает и выдаёт на выходе импульс, если входной сигнал (импульс тока) подаётся на любой из входов — на первый вход, или на второй, или на оба сразу. Второй логический элемент (2) называется схема И — он срабатывает только в том случае, если входные сигналы подаются одновременно на оба входа, и на первый, и на второй. Наконец, третий логический элемент (3) называется схема НЕ (иногда пишут схема НЕТ) — она, как говорится, делает всё наоборот, и когда на её входе есть сигнал, на выходе сигнала нет, а когда на входе схемы сигнал исчезает, на выходе он появляется.
Размышления и разговоры о персональных компьютерах в основном касаются программ, и это объяснимо. Во многом программа, или, как говорят, софт (в переводе «мягкая», то есть легко меняемая составляющая), определяет то, что вы можете получить от своей машины. Про «железо», то есть про компьютерную электронику, вспоминают нечасто. А жаль, каждый пользователь в каком-то объёме должен знать о ней, должен понимать, что и как она делает. Это не только справедливо, но чрезвычайно полезно — понимание сути дела всегда создаёт особое чувство спокойствия, уверенности. Эта короткая заметка не может, разумеется, заменить учебную книгу, но несколько фактов и цифр помогут если не понять, то почувствовать масштабы и уровень электронной схемотехники персонального компьютера.
И заметьте — компьютер поражает своей чёткостью и исполнительностью, несмотря на всю сложность и многообразие выполняемых операций, на огромное их количество, необходимое даже для простого перемещения курсора или стирания буквы. И несмотря на то что делается всё в бешеном темпе — миллионы действий в секунду. Только нажал клавишу — и твоя вычислительная машина тут же, что бы ты ни приказал, мгновенно и беспрекословно выполняет задание, сделав для этого, может быть, много тысяч невидимых чётко запланированных операций и пересылок сигнала.
К сказанному нужно сделать два очень важных примечания.
Первое. Микропроцессор уже давно можно встретить не только в компьютерах. Несложные, в частности, четырёхразрядные варианты микропроцессора работают в лифте, автомобильном двигателе или в фотоаппарате и, самостоятельно выполняя десятки операций управления, освобождают человека от рутинных действий и размышлений. Какой-нибудь недорогой аппарат, приборчик и даже детская игрушка с микропроцессором — сегодня дело обычное.
Второе. Несмотря на лавинообразный прогресс электронной схемотехники, не видать бы нам ни персональных компьютеров, ни доступных по цене цветных телевизоров, сотовых телефонов или видеокамер, если бы не малоизвестные широкой публике просто фантастические достижения технологов.
Т-231. Сумма технологий сделала электронику Электроникой.