Симонов Николай Сергеевич
История электороники в самом кратком изложении

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Links
Кожевенное мастерство: сумки, ремни своими руками
Оценка: 5.00*3  Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Опубликовано в издании: Симонов Н.С. Несостоявшаяся информационная революция: условия и тенденции развития в СССР электронной промышленности и средств массовой коммуникации. Часть I. 1940-1960-годы.- М.: Русский Фонд Содействия Образованию и Науке, 2013.- 280 с.

НИКОЛАЙ СИМОНОВ

ИСТОРИЯ ЭЛЕКТОРОНИКИ В САМОМ КРАТКОМ ИЗЛОЖЕНИИ

HISTORY OF ELECTRONICS IN THE SUMMARY


 
  Впервые термин "электроника" в научный оборот в 1904 г. ввел профессор физики Нюрнбергского университета Артур Рудольф Венельт, подведя определенный итог многолетних теоретических и научно-практических исследований "очень быстрых электрических колебаний", которые открыл англичанин Джеймс Максвелл, опытно воспроизвел немец Рудольф Генрих Герц, а впервые научился ими управлять русский инженер Александр Степанович Попов. "Очень быстрые электрические колебания", это - радиоволны, которые в миллион раз длиннее световых, но распространяются с одинаковой с ними скоростью - 300000 км/сек. Радиоволны возникают во время грозы, их в спокойном состоянии производит Солнце - естественный генератор и резонатор электромагнитного излучения.
  В современном понимании термина "электроника", это - наука и отрасль общественного производства, которая возникла в результате органического слияния радиофизики, радиотехники, электромеханики, физики твёрдого тела, микроэлектроники, оптики, автоматики и технической кибернетики.
  Электроника - основная магистраль научно-технического прогресса, а ее история - неотъемлемая часть реалий современной эпохи, ее тайная движущая сила и бытовая сторона нашей жизни.
  Каждая область современной электроники подразделяется на ряд разделов и ряд направлений. Раздел объединяет комплексы однородных физико-химических явлений и процессов, которые имеют фундаментальное значение для разработки различных классов электронных приборов данной области. Направление охватывает методы конструирования и расчётов электронных приборов, родственных по принципам действия или по выполняемым ими функциям, а также способы изготовления этих приборов.
  Средства массовой коммуникации (англ. mass media) - способы донесения словесной, звуковой и визуальной информации по принципу электронного широковещательного (англ. broadcasting) канала или цифровых (англ. digital) технологий. Средства массовой коммуникации, это - радио, телевидение и Интернет.
  Англоязычное слово "телекоммуникация" (telecommunication) имеет схожую морфологическую структуру, но обозначает совсем другое - электросвязь, то есть связь, при которой передача информации любого вида осуществляется электрическими сигналами, распространяющимся по проводам или радиоволнам.
  В современном обществознании принято считать, что в 1970-1980-е годы в результате прогресса электроники, средств массовой коммуникации и телекоммуникаций в мире произошла "революция в организации и обработке информации и знания" (Д.Белл), которая запустила процесс построения "информационного общества", для которого характерно:
  1) ускорение информационного обмена между участниками рынка и представителями профессиональных сообществ;
  2) создание глобального экономического и культурного пространства;
  3) ориентация производства не на объем, а на качество и разнообразие продукции;
  4) интенсификация производства и повышение производительности "индивидуального", "совместного" и "всеобщего" труда";
  5) социальная интеллектуализация "индивидуального" труда и увеличение творческого потенциала личности;
  6) повышение эффективности государственного и корпоративного управления.
 

* * *

<
  Все важные исторические события можно разделить на две категории: начало чего-то нового и ключевые этапы, своего рода вехи развития какого-либо направления, без которых история складывалась бы совсем иначе. Это в полной мере относится к истории электроники.
     Спору о том, кто изобрел радио: Александр Попов или Гульельмо Маркони,- уже больше ста лет; как и спору о том, пришли ли они к одной мысли независимо друг от друга, или нет. В 1897 г. Маркони получил британский патент N12039 "Усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов в передающем аппарате". В том же году он учредил (при поддержке британского почтового ведомства) "Беспроводную телеграфную компанию", которая добилась выдающихся успехов в производстве и продаже радиотелеграфного оборудования по всему миру.
     В общих чертах, как считают специалисты, приёмник Маркони воспроизводил "телефонный приёмник депеш" Попова, а передатчик - "вибратор Герца", усовершенствованный французом Эдуардом Брэнли ("датчик радиоволн" или "когерер").
     В Англии "отцом радио" считают ректора Бирмингемского университета сэра Оливера Лоджа (англ. Sir Oliver Joseph Lodge). В 1898 г. сэр Лодж (он также считается изобретателем электрической свечи зажигания в цилиндрах бензиновых двигателей) предложил использовать "индукционную катушку или антенный контур в беспроводных передатчиках или приемниках". Однако практической реализацией данной идеи сэр Лодж заниматься не стал,- его больше интересовали проблемы теософии.
     Принципиально новым в патентной заявке Маркони было то, что приемное устройство изначально соединялось с телеграфным аппаратом, а передатчик - с ключом Морзе, что и делало радиосвязь средством коммуникации. Кроме того, магнитный детектор Маркони был гораздо чувствительнее кристаллического детектора Попова, что признавал и сам Попов. В 1899 г. Попов добавляет в схему приемника "головные телефоны" - в просторечье, '"наушники". В свою очередь, Маркони в 1900 г. патентует 'синтонную настройку' - возможность передачи и приема радиосигнала одной радиостанцией, но в разных частотных диапазонах. Встречались, когда либо, Попов и Маркони, лично, и как они друг к другу относились, доподлинно неизвестно, хотя на эту тему в историографии истории электроники существует несколько, более или менее, правдоподобных версий.
     Радиоприемник с кристаллическим детектором и головными телефонами, благодаря своей простоте и дешевизне, на долгое время стал самым распространенным радиоустройством. Главное его преимущество заключалось в том, что он не требовал источника электрического тока. Увеличение дальности приема радиосигналов обеспечивалось возрастанием высоты подвеса вертикального приемного провода (приемной антенны), вплоть до подъема верхнего его конца воздушным змеем.
     Улучшить качество детектора Попова и передатчика Маркони смог немецкий физик Карл Фердинанд Браун (Karl Ferdinand Braun). Он заменил эбонит сульфидом свинца (РbS), и тем самым усилил чувствительность кристаллического детектора. Затем он сконструировал конденсаторный контур с направленной антенной, и тем самым увеличил энергию передатчика. Если до этого дальность передачи искрового радиотелеграфа составляла около 20 км, то искровой передатчик Брауна обеспечил дальность действия свыше 10 000 км. В 1897 г. он изобрел осциллоскоп - прибор, в котором переменное напряжение перемещает пучок электронов внутри вакуумной трубки с катодными лучами и оставляет на ее поверхности след. После того, как был открыт электрон (носитель элементарного электрического заряда) "трубка Брауна" стала называться "электронно-лучевой". В 1909 г. Браун (совместно с Маркони) получил Нобелевскую премию по физике "в знак признания заслуг в развитии беспроволочной телеграфии". Такую же премию мог получить и Попов, но тремя годами раньше русский ученый скончался от кровоизлияния в мозг в возрасте 46 лет.
     Одновременно с Маркони, Поповым и Брауном научно-практической разработкой принципов радиосвязи занимался американский ученый и изобретатель сербского происхождения Никола Тесла, которого иногда называют "Электрическим Прометеем". Электродвигатель переменного тока - превосходный пример одного из изобретений Тесла, которые изменили мир. В 1896 г. Тесла разработал "резонанс-трансформатор" радиоволн низкой частоты, колебательная энергия которых распространяется в пространство через радиоантенну. Данное изобретение предназначалось, не много ни мало, как "для освещения, нагрева и передвижения электрического транспорта на земле и в воздухе".
     В 1902 г. датский инженер Вальдемар Паульсен (Valdemar Poulsen), будучи уже всемирно известным изобретателем магнитофона, запатентовал способ генерирования радиотелеграфных сигналов с помощью электрической (вольтовой) дуги, электроды которой располагаются между двумя полюсами электромагнита. Дуговые генераторы системы Паульсена позволяли получать незатухающие колебания на частотах до нескольких сотен килогерц. "Выдувание" дуги и, соответственно, модулирование сигнала осуществлялось с помощью промежуточного антенного контура, соединенного с телеграфным ключом. Для приема сигналов дуговых радиостанций вместо кристаллического детектора применялось специальное устройство под названием "тиккер". В России первая дуговая радиостанция (проект С.М. Айзенштейна) вступила в эксплуатацию в 1910 г. в г. Севастополе. Это было громоздкое многотонное сооружение, включающее мощный электромагнит, систему электропитания и водяного охлаждения.
     Незатухающие электромагнитные колебания генерировались также с помощью вращающихся искровых разрядников - роторных электромашин ("машинных передатчиков"), работавших со скоростью до 20 000 оборотов в минуту. Частота генерируемого тока достигала десятков килогерц. Для получения более высоких частот к машинному генератору добавлялись цепи умножения частоты в виде трансформаторов. Первая отечественная машина высокой частоты (мощность 2 кВт) была построена в 1912 г. инженером В.П. Вологдиным. В 1915 г. Вологдин разработал машинный генератор для бортовой радиостанции самого большого самолета того времени "Илья Муромец".
     В 1906 г. по сведениям Международного бюро телеграфных управлений в мире насчитывалось 332 радиостанции (береговых - 76, судовых- 246). По состоянию на 15 сентября 1912 г. этот показатель составлял 2121 радиостанций (298 береговых и 1824 судовых). Наиболее широко системы беспроводной телеграфной связи применялась в Великобритании и в США. Следом за ними шли Германия, Франция, Италия и Россия. Подавляющее количество радиооборудования в мире выпускалось двумя фирмами: транснациональной корпорацией "Общество Маркони" и немецкой "Телефункен"
     На состоявшейся в 1906 г. в Берлине Международной административной конференции с участием представителей 29 стран впервые были приняты регламент радиосвязи и международная конвенция, вступившая в силу с 1 июля 1908. В регламенте было зафиксировано распределение радиочастот между разными службами радиосвязи и установлен международный сигнал бедствия SOS: "три точки -- три тире -- три точки".
     Важным этапом в развитии радиосвязи стало изобретение радиовещания. Проблемой передачи радиоволнами артикулированной человеческой речи занимались многие ученые и инженеры, в том числе - изобретатель телефона Александр Белл. Предпринимались попытки применить в конструкции голосовых передатчиков дуговые генераторы, включив в цепь заземления микрофон, но, созданная на патентах Паульсена, компания "Federal Telegraph" упорно отказывалась от использования электрической дуги в других целях, кроме радиотелеграфии сигналами Морзе. Того же мнения придерживался Гульельмо Маркони, компания которого занимала монопольное положение на рынке искровых радиостанций.
     Первым, кто продемонстрировал грандиозные возможности радиовещания, был канадский ученый Реджинальд Фессенден (Reginald Fessenden). В 1906 г., накануне Рождества, он стал автором, звукорежиссером и исполнителем первой в мире "радиопередачи" - радисты на кораблях Северной Атлантики могли явственно слышать через головные телефоны, как изобретатель играет на скрипке и зачитывает отрывки из Библии. Непризнанным соавтором этого технического достижения является американский инженер шведского происхождения Эрнст Александерсон, который разработал для Фессендена "машинный передатчик", работавший со скоростью 100 000 оборотов в минуту.
     Превращение радиотелеграфа в средство глобальной электросвязи, соединяющее страны и континенты, и первые опыты радиовещания послужили исходным пунктом развития промышленной радиотехники, а затем и электроники, грандиозные успехи которой мы видим теперь повсюду.
     Начало развитию электроники положило изобретение вакуумных электронных приборов для усиления и генерирования слабых токов и высокочастотных колебаний: двухэлектродной лампы-диода (Джон Флеминг, 1904 г.) и трехэлектродной лампы-триода (Ли де Форест, 1906 г.). Данным изобретениям предшествовало открытие в 1875 г. Томасом Эдисоном эффекта "термоионной эмиссии" - почернения внутренней поверхности герметичной стеклянной колбы лампы накаливания в результате, как тогда считали, испускания электрически заряженных частиц-ионов (от греч. "ион" - идущий, путешествующий) сильно нагретыми твердыми телами. Факт существования электрона и термоэлектронной эмиссии бесспорным стал лишь в 1911 г.
     Диод Флеминга (прибор также носит названия: "лампа с термокатодом", "вакуумный диод", "кенотрон", "термоионная лампа", "вентиль Флеминга") представлял собой герметичный стеклянный баллон с впаянной в него угольной нитью накаливания, окруженной металлическим цилиндром. Цилиндр был назван анодом (от греч. "анодос" - путь вверх), нить накала - катодом (от греч. "катодос" - спуск). В начале XX века полагали, что электрический ток течет от положительного полюса к отрицательному, подобно тому, как стекает, сверху вниз, вода. Сегодня мы знаем, что, на самом деле, происходит обратное: электроны путешествуют от отрицательного полюса к положительному, т.е. от катода к аноду.
     Однако, Флеминг и де Форест неправильно понимали принципы работы своих приборов, объясняя их выпрямительные (диод) и усилительные (триод) свойства ионизацией разреженного газа. И даже предупреждали, что из баллона электронной лампы никоим образом нельзя откачивать газ, создавая в ней вакуум.
     В 1910 г. немецкий инженер и предприниматель Роберт фон Либен сконструировал триод с сеткой в виде перфорированного листа алюминия. Сетка помещалась в центре баллона, деля его на две части: в нижней части - нить накала (катод), в верхней части - анод. В целях увеличения эмиссионных свойств радиолампы фон Либен предложил покрывать нить накала тонким слоем окисла кальция или бария и заполнять баллон парами ртути.
     В 1913 г. сотрудник немецкой фирмы "Телефункен" Александр Мейсснер использовал трехэлектродную лампу конструкции фон Либена для генерирования незатухающих электрических колебаний и построил на ее основе первый в мире ламповый радиопередатчик. Конструкцию триода с экранной сеткой в 1916 г. усовершенствовал сотрудник компании Siemens and Halske Вальтер Шоттки, назвав ее тетродом, по числу электродов ("тетра", по-гречески - "четыре").
     Однако первые радиолампы имели слабый коэффициент усиления. Необходимы были дополнительные изыскания, чтобы превратить триод в настоящий усилитель. Этим новым устройством стала регенеративная схема, запатентованная в 1914-1916 гг. американскими инженерами Э.X. Армстронгом и Ли де Форестом. Затем в радиоприемниках появились усилители высокой и низкой частоты.
     В 1916 г. ученый и инженер Ирвинг Ленгмюр (Irving Langmuir) из исследовательской лаборатории General Electric Company (GE) изобрел парортутный вакуумный насос, в 100 раз более мощный, чем любой, ранее существовавший. Это дало ему возможность сконструировать полноценный вакуумный триод (в патенте изобретателя прибор назывался "плиотрон") и, таким образом, положить начало развитию вакуумной электроники. Электрические токи в вакууме нашли широчайшую область применения. Это - все без исключения радиолампы, ускорители заряженных частиц, масс-спектрометры и СВЧ- генераторы. И везде, где производятся электровакуумные приборы, применяются насосы ленгмюровского типа. В 1932 г. Ленгмюр удостоился Нобелевской премии 'за открытия и исследования в области химии поверхностных явлений', одним из которых являлось описание им в 1918 г. термоэлектронной эмиссии вольфрамовой нити накала, покрытой слоем оксида тория. В последующие годы вакуумные радиолампы с вольфрамовым торированным катодом во всем мире были признаны наилучшими по своей надежности и экономичности.
     После окончания I мировой войны радиотехника выделяется в самостоятельную инженерно-техническую дисциплину, предмет исследования которой - колебательные и связанные контуры, фильтрующие цепи, усилители низкой, промежуточной и высокой частоты, модуляторы, детекторы, мультивибраторы, генераторы, ограничители, линии задержки и т.д. Многочисленные фирмы занимаются совершенствованием конструктивных элементов радиоприемников: детекторов, электронных ламп, конденсаторов, трансформаторов, рамочных антенн и т.д.
     Прогресс в использовании радиоприемных устройств дал возможность в 1920 г. открыть первую радиовещательную станцию в США (г. Питсбург). В 1921 г. заработала первая радиовещательная станция во Франции. С помощью передатчика мощностью 5 кВт, установленного на Эйфелевой башне, на волне 2600 м передавались новости, сообщения о погоде и сигналы точного времени. В 1922 г. была создана Британская Вещательная Компания (British Broadcasting Company - BBC). В 1923 г. вступила в эксплуатацию московская радиостанция имени Коминтерна с передатчиком мощностью12 кВт. Станция работала на волне 3000 м.
     С изобретением усилителя промежуточной частоты на 465 кГц, классическим типом радиоприемного устройства становится супергетеродин, чувствительный ко всему диапазону радиоволн, включая короткие. Первые 6-ламповые супергетеродины производства General Electric Company поступили в продажу в марте 1924 г.
  В 1929-1930 гг., одновременно в Европе и Америке, были разработаны многоэлектродные радиолампы с экранными сетками (тетроды, пентоды, гептоды и октоды), которые позволяли получить больший размах выходного напряжения и обеспечить более высокое качество воспроизведения звука. В декабре 1933 г. А.Х. Армстронг запатентовал FM-радио, в котором, в отличие от AM-радио, используется не амплитудная, а частотная модуляция радиоволн. FM-радио позволяло уменьшить влияние помех в радиоэфире от атмосферного электричества и действующего электрооборудования.
  В 1930-е годы, наперекор "великой депрессии", начинается "золотая эра" радиоламповой схемотехники. Этот период также называют "золотым веком радиовещания". В США объем продаж радиоприемников вырос до 8-10 млн. шт. в год (из них четверть - автомобильные).
  В Европе всех перещеголяли немцы, первыми на практике реализовавшими лозунг: "Радио в каждый дом!" Общее количество радиоприемников, выпускавшихся с 1933 г. по программе Gemeinschaftserzeugnis, составляло не менее 3 млн. шт. в год. Курировал Программу лично рейхсминистр пропаганды Йозеф-Пауль Геббельс.
  Во всем мире радио было признано новой массовой культурой и активно развивающейся индустрией.
  После того как телефон стал привычным и совершенно необходимым бытовым прибором, была решена техническая задача пользоваться им в любом месте и в любое время. С 1934 г. в США начинается развитие радиально-зональной автомобильной телефонной радиосвязи (для нее было выделено 4 канала в диапазоне 30--40 МГц), которой имели право пользоваться спасательные службы, государственные учреждения, полиция и диспетчерские службы такси.
  Авторы американской многотомной истории мобильных телефонов из Stanford Research Institute утверждают, что самое раннее описание концепции сотовой радиосвязи, которой сейчас пользуются миллиарды людей, появилось в 1947 г. в "Техническом меморандуме" Bell Labs. В этом документе был подробно описан критический и уникальный элемент сотовой связи - многократное использование радиочастоты в небольших ячейках. Это - один из ключевых элементов технологии сотовой связи, отличающий ее от других видов подвижной (мобильной) радиосвязи: спутниковой и радиально-зоновой.

  Техническая суть проблемы такова. Допустим, что территорию, например, штата Калифорния, необходимо полностью обеспечить устойчивой подвижной телефонной радиосвязью, которой могли бы воспользоваться многочисленные владельцы авто первой в мире автомобильной державы. Для этого, в первую очередь, следовало установить по всей территории штата базовые приёмопередающие станции. Каждая базовая станция имеет высокую мачту-антенну для передачи (приема) радиосигнала на максимально возможное расстояние. Зона покрытия станции на ровной поверхности - круг. Чем больше площадь круга (зоны покрытия), тем меньше требуется базовых станций. Каждый работающий мобильный радиотелефон принимает и передает базовой станции собственный уникальный идентификационный код, по которому она его опознает в качестве абонента, находящегося в зоне действия сети.
  В мобильной радиосвязи канал - пара частот. Одна частота, чтобы передать и одна, чтобы получить. Это создает цепь или полный маршрут связи. При совершении звонка от одного абонента (владельца мобильного телефона) к другому выделяется определённый диапазон частот. Если в штате Калифорния десять тысяч человек будут звонить одновременно, то потребуется пять тысяч отдельных радиодиапазонов, что практически невозможно реализовать. Однако можно использовать отдельные диапазоны повторно. Главное, чтобы они не повторялись в зоне покрытия одной станции. Таким образом, если сеть имеет в своём распоряжении 100 диапазонов радиочастот и располагает 100 базовыми станциями, то потенциально она может обеспечить 100 в100 = 10 000 одновременных разговоров.
  Систему радиосвязи, изложенную в докладе Bell System, впоследствии стали называть "cellular" ("ячеистой" или "клеточной"). В русском варианте она называется сотовой, наверное, из-за того, что форма зоны покрытия базовой станции, составленная из перекрывающихся границ между другими зонами соседних базовых станций (их шесть), напоминает пчелиные соты.
  В различных стандартах сотовой связи, естественно, имеются свои особенности. Но алгоритмы их работы в основе своей очень похожи. Если абоненту сети сотовой связи нужно позвонить, он нажимает соответствующую клавишу на своем телефоне, что аналогично снятию трубки. Во время набора номера радиотелефон занимает тот свободный канал, уровень сигнала в котором особенно велик. По мере удаления абонента от данной базовой станции и перемещения его в зону действия другой базовой станции, уровень сигнала падает, и качество разговора ухудшается.
  Суровые математические расчеты сообщают о том, что максимально возможное расстояние между сотовым телефоном и базовой станцией может составлять 35 км. Это связано с работой технологии TDMA - каждой базовой станции выделяется тайм-слот в 0,577 миллисекунд (точнее говоря, работает отношение 15/26), за это время станция должна успеть ответить соте. Скорость распространения радиоволн конечна и хорошо известна - 300 тыс. км/с, максимальное расстояние вычисляется как простое перемножение времени на скорость. Вот так и получаются эти самые 35 км.
  В действительности ячейки никогда не бывают строгой геометрической формы. Реальные границы ячеек имеют вид неправильных кривых, зависящих от условий распространения и затухания радиоволн, т.е. от рельефа местности обслуживаемой территории, плотности застройки и других факторов. Кроме того, в пределах зоны уверенного приема часто имеют место области, в которых прием сигнала невозможен (теневые зоны). Соответственно положение базовой станции лишь приблизительно совпадает с центром ячейки, который сложно определить однозначно.

 
  Одним из самых ранних примеров использования сотовой радиосвязи считается система MTS, разработанная в Bell Labs, и впервые испытанная 17 июня 1946 г. в Сент-Луисе (штат Миссури). В том же году компания запустила "службу хайвэй", которая обслуживала автолюбителей, курсирующих между Нью-Йорком и Бостоном. Сервис выглядел довольно примитивно: абоненту присваивался один специальный канал, и вызовы совершались через телефониста-оператора, которому сообщался номер вызываемого абонента. Во время телефонного разговора приходилось нажимать кнопку, чтобы говорить, и отпускать ее, чтобы слушать. Базовые станции работали в диапазоне от 35 до 44 МГц, который оказался несовместимым с некоторыми радиоэлектронными устройствами военного и гражданского назначения, и вскоре проект был закрыт. Сотовая связь возродилась 40 лет спустя, но уже на основе принципиально иной электроники - с использованием компьютеров, микросхем, микропроцессоров и цифровых технологий.

  Выдающуюся роль в развитии мобильной радиосвязи сыграл американский инженер и изобретатель Ал Гросс (1918- 2000), который с детства был энтузиастом-радиолюбителем. В 1938 г. он изобрел и запатентовал портативное радиоприемное устройство, которое назвал хорошо известным теперь именем walkie-talkie, то есть что-то вроде "иду-говорю". Очень скоро walkie-talkie попал в поле зрения американской разведывательной конторы, предшественника нынешнего ЦРУ, -- US Office of Strategic Services. Эта военизированная организация мобилизовала Гросса на службу, и вскоре аналоги walkie-talkie ("Joan" и "Eleanor") успешно использовались американскими разведчиками, работавшими во время II мировой войны за линией фронта.
  В 1949 г. Ал Гросс изобрел и запатентовал пейджер (от англ. page - "мальчик-слуга"), предназначив этот приборчик для срочного вызова больничных врачей к пациентам. Но оказалось, что медикам совсем не хочется, чтобы их в любой момент могли вызвать в реанимацию. Один врач так прямо и сказал изобретателю: "Тут рядом с больницей, где я работаю, есть поле для гольфа. Неужели Вы думаете, что я ..." Тогда Гросс вынужден был трансформировать пейджер в устройство для электронного замка, которым запираются и открываются двери гаража (garage door opener). В одном из последних интервью, опубликованном в газете Arizona Republic Newspaper, он сказал, что родился слишком рано, когда из изобретений и патентов невозможно было извлечь сколь-нибудь существенную выгоду: "Если бы я родился на 35 лет позже, Билл Гейтс стоял бы далеко позади меня".

 
  Ключевой момент становления современной электроники - создание на основе достижений электровакуумной техники радиолокации, которую не без основания считают одним из "чудес XX века".
  Радиолокационные станции, обладая беспредельной дальностью действия, не зависящей от времени суток и погодных условий, помогают решать самые разнообразные и сложнейшие военные и народнохозяйственные задачи. Как пишет генерал М.М. Лобанов, "по тонкости и остроумию применяемых приемов радиолокация превосходит все, что радиотехника дала в последующем радиосвязи, радионавигации, телевидению, кибернетике и т. п."
  Пионером практической радиолокации в Германии стал ученый-физик Христиан Хюльсмейер (1904 г.), в США - инженер Лоуренс Хайленд (1930 г.), в Англии - университетский преподаватель Роберт Уотсон-Уатт (1935 г.), в СССР - военный инженер Павел Ощепков (1934 г.).

  Слово "радар" вошло в научно-техническую литературу и речевой обиход, благодаря не вполне корректному техническому отчету американского морского ведомства (The United States Navy). В 1936 г. в США была разработана первая радиолокационная станция для обнаружения надводных кораблей, работавшая на частоте 200 МГц. В апреле 1937 г. ее протестировали на борту четырехтрубного эсминца "Лири" водоизмещением 1090 тонн. В официальном техническом отчете эта РЛС получили название RADAR - сокращенное обозначение от "Radio Detection And Ranging" (в переводе на русский, "прибор для радиопеленгации и дальнометрия"). В 1942 г. в погоне за немецкой субмариной U-275 "Лири" не устоял перед атакой акустической торпеды, и стал третьим американским эсминцем, потопленным в ходе Битвы за Атлантику.
  Самое раннее упоминание об использовании волн Герца (так когда-то называли радиоволны) для отслеживания движущихся объектов относится к 1904 г., когда служащий компании Siemens Христиан Хюльсмейер (Christian Hlsmeyer, 1881 --1957) из Дюссельдорфа изобрел, собрал, испытал и даже запатентовал устройство, которое назвал "телемобилоскоп" (германский патент N 165546). Согласно патентной заявке, это был "аппарат, излучающий и принимающий волны Герца и предназначенный для обнаружения находящегося на их пути металлического тела, например поезда или корабля, и предупреждения о его появлении". 17 или 18 мая 1904 г. Хюльсмейер впервые публично представил свой прибор в Кельне на мосту через Рейн. На демонстрации присутствовали представители судовых компаний, журналисты и многочисленные зеваки. Об уникальном эксперименте сообщили многие европейские и некоторые американские газеты, но изобретатель для продолжения исследований не получил никакой финансовой поддержки, и вскоре о нем и о его изобретении напрочь забыли. Понадобилось тридцать лет, прежде чем идея применения радиоволн для обнаружения самолетов и кораблей смогла быть претворена в реальную электронную аппаратуру.

 
  Для производства радаров потребовались электровакуумные приборы, параметры которых (механические, электрические, радиотехнические) предъявляют очень высокие требования к точности, чистоте поверхности, прочности и герметичности соединений. Например, технологический цикл изготовления магнетрона (генератора радиоволн) состоит из 450-ти технологических операций ("шагов"), и почти все они необратимы, то есть в случае даже незначительного отклонения от технического задания при исполнении одной-единственной операции бракованным становится все изделие.
  Радиолокация продвинула в жизнь целое направление прикладной науки и производства - импульсную СВЧ-технику, которая является критической базовой технологией и показателем принадлежности страны к высокому уровню технического развития. Она же послужила стимулом для быстрого развития электроники мощных источников высокочастотной энергии. Все больший интерес проявлялся к дециметровым и сантиметровым волнам, к созданию электронных приборов, способных работать в этих диапазонах.
  Создание радиовзрывателей для зенитных снарядов и первых зенитных ракет положило начало микроминиатюризации электронной техники. По сути радиовзрыватель, это - миниатюрный радиолокатор, работающий в метровом диапазоне волн, совмещающий в себе функции передатчика, приемника и усилителя допплеровских частот. Все это дополнялось устройством взведения, предохранения и источником электропитания.

  Радиовзрыватели (впервые применены в 1943 году в английской системе ПВО) содержали миниатюрный приемопередатчик, который излучал направленный пучок высокочастотного излучения на цель и детонировал при получении отражения от цели. Главная техническая проблема заключалась в создании приемопередатчика, способного выдерживать ударные нагрузки при выстреле из орудия. Американские разработчики имели возможность обратиться к опыту создания слуховых аппаратов, которые уже выпускались промышленностью с использованием субминиатюрных радиоламп, усовершенствовать его, и, в конце концов, такая радиолампа с номинальной ударопрочностью 20000 g стала основной частью прибора.

 
  В США разработка и промышленное внедрение СВЧ-технологий в основном завершается к 1945 г., причем, совокупные финансовые затраты на создание национальной радиолокационной системы береговой противовоздушной обороны оцениваются в сумму $2,5 млрд. - на $500 млн. больше официальной стоимости "Манхэттенского проекта". После окончания II мировой войны, когда исчезла угроза нанесения по территории США авиационного бомбового удара, данные системы, за ненадобностью, были свернуты и отправлены в запас.
  Лишившись сверхприбыльных военных заказов на производство радиолокационного вооружения, электронная промышленность США нашла сферу деятельности в массовом производстве кинескопов и всеобщей телефикации страны. Если в 1947 г. в США было около 180 тыс. телевизоров, то к 1953-му их число возросло до 28 млн. В 1953 г. в США началось регулярное цветное телевещание по системе NTSC. Львиную долю кинескопов для цветного телевидения производила корпорация RCA. Секрет фирменного кинескопа - трехлучевая трубка с теневой маской (англ. shadow mask), из сплава железа и никеля с 370000 микроскопических отверстий.
  В СССР создание научной, опытно-конструкторской и производственной базы для радиолокационного вооружения начинается в довоенный период и завершается в середине 1950-х годов. Количество произведенных черно-белых телевизоров превысило в СССР один миллион только в 1957 г., а регулярное цветное телевещание началось 1 октября 1967 г. (одновременно с Францией).
  Со второй половины 1950-х к радиолокации и телевидению - фаворитам промышленной электроники - добавились ЭВМ и автоматизированные системы числового программного управления.
  В процессе производства электронно-вычислительной техники длительное время применялась трудоемкая технология "навесного монтажа", отработанная в процессе сборки радиоприемников и телевизоров: дискретные элементы - радиолампы, и электромеханические реле - соединялись между собой сетью переплетающихся проводов. Все это делало аппаратуру ЭВМ громоздкой, тяжелой, ненадежной и энергозатратной. Например, в первых компьютерах использовались тысячи радиоламп, которые размещались в металлических шкафах и занимали много места. Весили такие машины соответственно - тонны. Для их охлаждения приходилось использовать мощные вентиляторы. Приняв средний срок службы радиолампы за 500 часов, при количестве ламп в одном устройстве 2000 шт., в среднем каждые 15 минут следовало ожидать отказ, по крайней мере, 1 радиолампы.

* * *


  Радиолампе требовалась более компактная, экономичная и надежная замена. И она в 1948 г., наконец, нашлась в виде транзистора (от англ. transfer resistor - трансформатор сопротивлений) - полупроводникового электронного прибора, управляющего током в электрической цепи, за счёт изменения входного напряжения.
  В качестве элемента регенеративной схемы радиоприемника транзистор способен выполнять ту же функцию, что и радиолампа-триод.
  В других электронных приборах, например ЭВМ, несколько транзисторов, соединенных по определенной схеме, выполняют функцию переключательных (логические вентили) и запоминающих (триггеры) устройств.
  Транзистор, изготовленные из прозрачного полупроводникового материала, это - светодиод, способный заменить лампу накаливания. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, срок его службы может достигать 100 тыс. часов, что почти в 100 раз больше, чем у вакуумной лампы накаливания.
  Транзистор, имеющий два устойчивых состояния: низкой проводимости и высокой проводимости,- это - тиристор - преобразователь переменного тока, способный заменить ртутный выпрямитель (игнитрон).
  Экспериментально во всех полупроводниках (12 химических элементов в средней части таблицы Менделеева), при условии внедрения в них некоторых примесей, например, мышьяка или сурьмы, обнаруживается присутствие двух электрических токов. Первый, как предполагается, обусловлен вытолкнутыми из атомов свободными электронами и называется электронным (n-тип, от англ. negative -- отрицательный). Второй объясняется движением электронов, связанных с атомами. Он называется дырочным (p-тип, от англ. positive -- положительный). На границе раздела областей с различными типами электропроводимости образуется запирающий слой (англ. barrier layer). Благодаря этому слою, для одних токов транзистор ведет себя как проводник, а для других -- как изолятор.
  Простейший биполярный транзистор имеет в своей структуре два взаимодействующих p-n-перехода и три внешних вывода: эмиттер, базу и коллектор. Эмиттеру, базе и коллектору соответствуют катод, сетка и анод трехэлектродной радиолампы - триода.
  Изобретателями транзистора считаются сотрудники компании Bell Labs Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Бреттейн, в 1956 г. удостоенные Нобелевской премии по физике "за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта".

  Дата рождения транзистора 16 декабря 1947 г. В этот день в одной из лабораторий Bell Labs заработал твердотельный усилитель, который и считают первым в мире транзистором. Устроен он был очень просто - на металлической подложке-электроде лежала пластинка поликристаллического германия (Ge), в которую упирались два близко расположенных (10-15 мкм) контакта. Авторы изобретения - Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Бреттейн.
  Согласно легенде, открытию помог его величество случай: 16.12.1947 г. при проведении очередного эксперимента У. Браттейн нечаянно почти вплотную сблизил два игольчатых электрода на поверхности кристалла германия, да еще перепутал полярность напряжений питания, и вдруг заметил на экране осциллографа влияние тока одного электрода на ток другого.
  Руководство Bell Labs, понимая важность открытия, усилило отдел Шокли специалистами и на время засекретило проект. 30 июня 1948 г. Bell Labs продемонстрировала публике "безламповый радиоприемник", объяснив, на каких принципах работают его приемно-усилительные элементы. За месяц до этого события в совете директоров Bell Labs состоялось тайное голосование по выбору имени нового электронного прибора. Отбросив слишком длинное "полупроводниковый триод" (semiconductor triode), и непонятное "йотатрон" (iotatron), руководство Bell Labs утвердило "транзистор".

 
  По запоздалым воспоминаниям, "поведение точечного контакта на поверхности кристалла германия", наблюдали первые разработчики СВЧ-детекторов - приборов для выпрямления тока в аппаратуре радаров. У советских же специалистов, как вспоминают ветераны советского электропрома, до середины 1948 г. для изучения транзисторного эффекта вообще не было ни грамма германия (элемент этот достаточно редкий, дорогой, предметов ширпотреба из него не делают).
  В 1950-е годы в СССР самым лучшим специалистом в области полупроводниковой электроники считался академик Абрам Федорович Иоффе (1880-1960), обыкновенно именуемый "отцом советской физики". Но в период самых выдающихся открытий ученых-экспериментаторов из Bell Labs (1948-1951 гг.) он был вынужден помогать Курчатову, а в 1952 г. попал под очередную волну сталинских репрессий ("борьба с космополитизмом", "дело врачей"). Его отстранили от руководства Ленинградским физико-техническим институтом (ЛФТИ), закрыли или урезали финансирование ряда перспективных проектов, которые он инициировал. По воспоминаниям современников, Иоффе "был раздавлен и уничтожен", и воспрял духом лишь тогда, когда Сталина, а затем Берию отправили на погост.
  Считается, что первые НИР по транзисторам ("точечно-контактным триодам") в Советском Союзе в 1949 г. поставили:
 -- ФИ АН СССР (Б.М. Вул, А.В. Ржанов);
 -- ЦНИИ -108 (С.Г. Калашников, Н.А. Пенин, директор А.И. Берг);
 -- НИИ-160 (А.В. Красилов и С.Г. Мадоян).
 
  Bell Labs,- и это очень примечательно, - решилась на необычный маркетинговый ход. В сентябре 1951 г. корпорация объявила, что полностью передаст права на изготовление транзистора всем компаниям, готовым выложить довольно скромную сумму в 25 тыс. долларов вместо регулярных выплат за пользование патентом, и предложила обучающие курсы. Лицензию приобрели 26 компаний. Среди них были как крупные фирмы (Motorola, IBM, General Electric), так и малоизвестные, например, Texas Instruments. Более ста представителей от каждого покупателя лицензии были в апреле 1952 г. приглашены на симпозиум по транзисторным технологиям. Восемь дней специалисты Bell Labs работали с посетителями с утра до вечера. Все материалы симпозиума были на следующий год опубликованы в книге "Транзисторная технология", которая впоследствии получила ласковое прозвище - Mother Bell's Cookbook ("Поваренная книга матушки Белла").
  Первый специализированный институт полупроводниковых приборов в Советском Союзе был создан в июне 1953 г. по инициативе А.И. Берга, М.Г. Первухина, отчасти - А.Ф.Иоффе и Б.М. Вула. Серийное производство полупроводниковых приборов (точечные и плоскостные диоды), началось в 1955 г. на ленинградском заводе "Светлана".

  Первоначально технология изготовления транзисторов была полукустарной. Кристаллы германия резали на маленькие пластинки, которые служили базой. Эмиттер и коллектор создавали, накладывали маленькие кусочки индия на пластинки германия, и быстро нагревали их до 600 градусов Цельсия. При этой температуре индий сплавлялся с находящимся под ним германием. При остывании насыщенные индием области приобретали проводимость p-типа. На завершающей операции кристалл помещали в корпус и присоединяли выводы.
  Для массового производства такая технология не годилась, и скоро были придуманы средства комплексной механизации. Тонкие круглые германиевые пластинки диаметром до 2,5 мм, протравленные кислотой, загружались специальным виброустройством в многогнездный держатель. Индиевые шарики засыпались в так называемый "распределитель", который раскладывал их по одному шарику на каждую пластинку, и затем все устройство перемещалось через водородную печь. Водород нужен для очистки поверхности германия от окисла, чтобы индий хорошо ее "смачивал". Длительность обработки в печи и температуру подбирали так, чтобы толщина базы составляла примерно 0,025 мм. Далее поверхность германия стабилизировали легким протравливанием в щелочном растворе. Затем транзисторы высушивали в нагретом воздухе с контролируемой влажностью и герметизировали, помещая в каждый корпус по крупинке пористого стекла.

 
  В апреле 1954 г. Гордон Тил (Gordon Teal), инженер американской компании Texas Instruments, разработал первый в мире образец кремниевого сплавного транзистора. Промышленное производство новых изделий началось менее чем через месяц. Рабочая температура транзисторов поднялась до 125-150 градусов Цельсия, и кроме того кремниевые приборы оказались значительно стабильнее и надежнее германиевых.
  "Сплавная" технология, однако, обладала рядом принципиальных недостатков, обусловленных трудностями управления процессом внедрения примесей. В 1955 г. в Bell Labs был создан диффузионный германиевый транзистор. Метод "диффузии" состоял в том, что пластинки полупроводника помещали в атмосферу газа, содержащего пары примеси (сурьмы), которая должна была образовать эмиттер и коллектор, и нагревали пластинки до температуры, близкой к точке плавления. Атомы примесей при этом постепенно проникали в полупроводник. В результате применения метода диффузии появилась практическая возможность создавать транзисторы с толщиной базы 0,2-0,3 мкм.
  В 1957 г. американская компания General Electric выпустила первые промышленные образцы тиристоров - четырехслойных полупроводниковых диодов, которые заменили дорогостоящие и крупногабаритные ртутные выпрямители переменного тока. Достаточно сказать, что ртутный выпрямитель на 1000 ампер имел массу 300 кг, а тиристор на тот же ток вместе с охладителем - всего 5 кг. В дальнейшем тиристоры нашли применение в блоках питания, генераторах, инверторах и зарядных устройствах. В СССР тиристоры начали выпускаться с 1961 г.
  В 1958 г. во многих странах проводились работы по созданию диффузионных транзисторов с мезаструктурой (от исп. mesa -- плато), при которой диффузия происходит равномерно по всей поверхности полупроводника. Важной особенностью данной технологии явилась возможность изготовления сотен транзисторов на одной пластине, а также варьирования параметров полупроводников путем создания, так называемых гетероструктур.
  В 1959 г. Джин Хорни (Jean Hoerni), инженер американской компании Fairchild Semicondactor, запатентовала технологию производства кремниевых биполярных транзисторов, при которой диффузия локализуется, а для остальной части поверхности пластины создается маска из диоксида кремния. Ее (технологии) уникальность состояла в возможности создавать на поверхности кремниевой пластины методом фотолитографии топологические рисунки (шаблоны) различных областей с различным типом или величиной проводимости, а затем внедрять в заготовку различные примеси и выращивать изолирующие слои. В истории электроники эта технология также известна под названием планарной (англ. planar -- плоскость).
  Появление планарной технологии вызвало качественный сдвиг в полупроводниковом производстве. Возможность точного проектирования геометрических конфигураций p-n-переходов, их взаимного расположения, а также защита мест выхода p-n-переходов на поверхность от внешних влияний -- вот, те основные черты, которые обеспечили планарной технологии блестящее будущее.
  Уникальные свойства кремния для литографии и выращивания изоляционных слоев предопределили судьбу германия, который постепенно вышел из состава сырьевой базы промышленной электроники.

  Технологическая цепочка по производству полупроводникового кремния состоит из следующих звеньев: 1) добыча кварцевого песка; 2) получение поликристаллического (металлургического) кремния; 3) выращивание монокристаллов кремния; 4) получение пластин необходимого диаметра и физических свойств,- и требует сложного и дорогостоящего оборудования.
  Более 80% кристаллов кремния получают методом Чохральского, названным в честь польского химика начала XX века. Однажды он нечаянно уронил в тигель с расплавленным оловом металлическое перышко. Медленно вытаскивая его, чтобы не обжечься, ученый заметил, что перо тянет за собой нитку застывающего олова. Оказалось, она представляет собой монокристалл. Почти полвека никто не вспоминал о Яне Чохральском (1885 - 1953). Наконец в 1950 г. в США его методом, впервые, были успешно выращены монокристаллы германия, а затем кремния.
  Если донорские и акцепторные примеси, введенные в расплав кремния, таковы, что одни из них больше "предпочитают" твердую фазу, чем другие, то при вытягивании кристалла с чередованием ускорения и замедления можно создавать чередующиеся слои n- и p-типа, и в одном слитке получать множество транзисторных слоев с заданной топологией.

 
  Транзисторы постепенно обосновывались в радиоприемниках и телевизорах, в приборах промышленной автоматики и вычислительной техники. Однако производители вакуумной электроники сдаваться без боя не собирались. В 1959 г. RCA выпустила первую серию нувисторов - сверхминиатюрных и надежных металлокерамических приемно-усилительных радиоламп. "Великий перелом" наступил в 1961 г., когда объём производства полупроводниковых приборов в США превысил объём производства радиоламп: было изготовлено 190 млн. шт. транзисторов и 260 млн. шт. точечных диодов, по сравнению с 360 млн. шт. радиоламп.
  Благодаря транзисторам удалось увеличить плотность расположения компонентов радиоэлектронной аппаратуры, сделать ее более компактной и менее энергозатратной, ускорить и усовершенствовать процессы ее сборки. В производстве радиоэлектронной аппаратуры стали широко применяться многослойные печатные платы (англ. printing plate), в которых все одиночные проводники объединены в единое целое и изготавливаются одновременно групповым методом путем стравливания медной фольги с поверхности фольгированного диэлектрика. Основные конструктивные элементы печатной платы - основание (подложка) и проводники. Эти элементы необходимы и достаточны для того, чтобы печатная плата была печатной платой. Круг второстепенных элементов несколько шире: контактные площадки, переходные металлизируемые и монтажные отверстия, ламели для контактирования с разъемами, участки для осуществления теплоотвода и т.д.

  В СССР разработка технологии печатных плат началось в первой половине 1950-х. Этим занимался горьковский Центральный научно-исследовательский институт технологии и организации производства (ЦНИИТОП). Первые образцы радиоэлектронной аппаратуры с применением печатных плат были изготовлены в 1953-1954 гг. на Воронежском радиозаводе (радиоприемник "Дорожный") и на Кунцевском электромеханическом заводе (телевизор "Старт"). Процесс изготовления первых отечественных печатных плат весьма оригинален. Основанием плат (из-за дефицита фольгированной меди) служили пластины, прессованные из карболита. Прессование производилось таким образом, что в пластинах образовывались канавки, после металлизации которых, они служили проводниками.
 

  Применение технологии печатных плат позволило решить проблему повышения надежности контактных соединений между радиодеталями.
  Естественным развитием технологии печатных плат стало изобретение интегральной микросхемы (англ. integrated circuit), все компоненты которой (резисторы, транзисторы, конденсаторы и проводники) собираются в виде единого блока. Первым эту идею в начале 1950-х годов выдвинул англичанин Джефф Даммер (Geoff Dummer), но практически в 1958-1959 гг. реализовали Джек Килби из Texas Instruments и Роберт Нойс из Fairchild Semicondactor.
  Независимо друг от друга они пришли к выводу о том, что "объемное сопротивление самого полупроводника и емкость p-n-перехода внутри него можно было скомбинировать с транзисторами и создать завершенную схему из одного и того же материала" (Из Нобелевской лекции Джека Килби 8 декабря 2000 г.).
  Первая интегральная схема (ИС) Джека Килби под названием Type 502, собранная на пластине кристалла германия площадью 11х1,5 мм, представляла собою триггер - простейший цифровой автомат, выполняющий логическую функцию ИЛИ-НЕ либо И-НЕ. Этот класс электронных устройств (изобретены в 1918 г. английскими физиками В. Эклси и Ф. Джорданом) используется для формирования импульсов, в генераторах единичных сигналов, для построения делителей частоты, электронных счетчиках и сумматорах. Триггеры является принципиально важным элементом любого компьютера.
  В марте 1960 г. Джек Килби впервые продемонстрировал инновацию на выставке американского Института радиоинженеров. Специалисты встретили solid circuit ("цельную схему") довольно прохладно. Сразу же обратили внимание на конструктивный недостаток: все соединения ИС выполнены золотыми проволочками, что с точки зрения надежности не давало ей никаких преимуществ, по сравнению с печатными платами.
  Этот недостаток смог исправить Роберт Нойс. Он изготовил схему триггера на пластине кристалла кремния и соединил ее компоненты токоведущими дорожками из алюминия. Дорожки наносились на поверхность пластины вакуумным напылением, по шаблону (маске), через оставленные отверстия, и отлично, без всякой сварки, "прилипали" к контактам.
  Первая в мире промышленная партия кремниевых ИС под названием "Micrologic" с 20 элементами на кристалле была изготовлена компанией Fairchild Semicondactor в 1960 г. по заказу Пентагона и использовалась в системе наведения ("вычислителе") ракет класса "Минитмен". Помимо основной функции расчета уравнений наведения "вычислитель" выполнял ряд дополнительных функций, связанных со сборкой ракеты, ее хранением в шахте и при подготовке к запуску.

  В СССР первый опытный образец ИС, напоминающий "цельную схему" Джека Килби, в 1959 г. изготовила группа разработчиков КБ Рижского завода полупроводниковых приборов (РЗПП): Карнов, Осокин и Пахомов. В 1962-63 гг. РЗПП по заказу ВМФ выпустил несколько тысяч монолитных схем-триггеров под индексом "Р12-2". Они предназначались для использования в аппаратуре корабельных АТС.
  Конструктивно "Р12-2" были выполнены в виде "таблетки" из круглой металлической чашечки диаметром 3 мм и высотой 0,8 мм. В ней размещался кристалл германия (с двумя транзисторами и двумя резисторами) и заливался полимерным компаундом, из которого выходили короткие внешние концы выводов из золотой проволоки диаметром 50 мкм, приваренные к кристаллу. Масса "Р12-2" не превышала 25 мг.

 
  Интегральные схемы (ИС) значительно сократили габариты электронных изделий и устранили необходимость процесса сварки контактов радиодеталей паяльными жалами - филигранной и трудоемкого операции, выполняя которые даже самые опытные сборщики и наладчики допускали в среднем по 10 ошибок на 1000 спаек.

  Превращение Японии в мировой центр высоких технологий во многом стало возможно, благодаря использованию дешевого труда стрессоустойчивых, опрятных, дисциплинированных и добросовестных сельских девушек. Переехав в города, они заняли рабочие места в цехах и лабораториях, и своими длинными и гибкими пальчиками обеспечили ставшее легендарным качество японской электронной аппаратуры.
  В конце 1960-х гг. этот опыт решили внедрить в СССР, в частности, на Западной Украине, располагавшей избыточным сельским населением. Деревенских девушек везли в города и ставили к конвейеру. Увы, японский опыт не сработал: даже на заводах, выпускавших электронику для военных целей, брак иногда доходил до 100%. Когда стали выяснять причины, по которым наши "заводские девчата" оказались настолько менее эффективными, чем японские, обнаружилось одно недоучтенное поначалу обстоятельство. Хотя японок действительно везли в города из сел, происхождение у них было отнюдь не крестьянское -- они росли в семьях потомственных ремесленников, то есть там, где на протяжении многих столетий оттачивались навыки кропотливого труда и работы с весьма деликатными инструментами. Отсюда и гибкие пальцы, и усидчивость, и дисциплина, и готовность к самопожертвованию./ См.: Менцин Ю.Л. Тонкие пальчики японских нанодевочек // Вокруг света.- 28.08.2007.

 
  Вначале ИС использовались в электронных калькуляторах, затем их стали встраивать в другие устройства, например терминалы, принтеры и различную автоматику. Потребности гражданской и военной промышленности год от года росли, и в результате в 1969 г. в США было произведено 350 млн. ИС, то есть за 7 лет их производство выросло в 700 раз!
  Еще никогда в истории ни одна отрасль промышленности не росла столь стремительными темпами, причем, не в ущерб стоимости и качеству продукции! Так, если проследить динамику уменьшения цены интегральных микросхем с 1964 г. по настоящее время и наложить на нее, например, цены на автомобили, то, если бы цена автомобиля имела такую же динамику, он сейчас стоил бы доли цента.
  По конструктивно-технологическому исполнению все ИС подразделяются на следующие типы:
 -- Пленочные микросхемы -- все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде пленок:
  - толстоплёночная интегральная схема (нанесение слоев паст толщиной от 1 до 25 мкм);
  - тонкоплёночная интегральная схема (вакуумное напыление плёнок толщиной до 1 мкм).
 -- Полупроводниковые микросхемы -- все элементы и межэлементные соединения выполнены на одном полупроводниковом кристалле (например, кремния или германия).
 -- Гибридные микросхемы -- кроме полупроводникового кристалла содержат несколько бескорпусных диодов, транзисторов и (или) других электронных компонентов, помещенных в один корпус.
 
  Микросхема, исполненная на тонкой пленке, напоминает слоеный пирог. На основание схемы - германиевую или кремниевую пластину (чип) толщиной не более 0,5 мм - наносят, слой за слоем, различные материалы: алюминий играет роль проводника, нихром - сопротивления, окись кремния - диэлектрика. При этом каждый слой получает рисунок от фотошаблона, созданного на этапе схемотехнического проектирования. В результате образуются компоненты ИС -- участки, эквивалентные по своим свойствам транзисторам, конденсаторам и резисторам.
  При изготовлении полупроводниковых ИС (англ. system-on-chip) требуется неоднократное проведение фотолитографического процесса с воспроизведением на исходном чипе совмещающихся между собой различных рисунков (фотошаблонов). Элементы будущей ИС создаются посредством легирования, то есть внедрения (загонки) в пластину различных примесей и их распределения (разгонки) по требуемому объему. Основным методом легирования является диффузия парами гидрида фосфора, мышьяка и бора при температуре 1100--1200 градусов Цельсия.
  Точность поддержания температуры, постоянство концентрации примеси у поверхности чипа, длительность процесса отжига определяют распределение примеси по толщине пластины и, соответственно, точные параметры элементов будущей микросхемы. Скорость роста эпитаксиального слоя - порядка 1 мкм/мин, но ее можно регулировать. Толщина эпитаксиального слоя составляет от нескольких микрометров для сверхвысокочастотных транзисторов до ~100 мкм для высоковольтных тиристоров.
  Важнейшая характеристика ИС - степень интеграции, то есть число активных элементов (для определённости - транзисторов) в одной сборке. Вплоть до середины 1960-х годов среди производителей полупроводниковых приборов господствовало убеждение в том, что, по мере насыщения ИС активными элементами, практический выход пригодных изделий будет столь низким, что никогда не принесет выгоды. "Это - эффект множества яиц: чем больше вы их накладываете в корзину чипа, тем вероятнее, что он будет плохой",- утверждал в 1965 г. вице-президент Bell Labs Джек Мортон, считавшийся гуру транзисторной схемотехники.
  Военные программы и подготовка полета космического корабля "Аполлон" на Луну потребовали создания миниатюрных электронных приборов на базе микросхем, содержащих до 25 элементов. Немаловажное значение для повышения степени интеграции элементов ИС имело решение корпорации IBM о разработке электронных запоминающих устройств на базе МОП-транзисторов ("Металл-Окисел-Полупроводник"). Данный проект предусматривал создание ИС, содержащих не менее 215 элементов на одном чипе.
  Применение технологии ионной имплантации позволило существенно повысить точность управления концентрацией и глубиной легирования транзисторов. Основными блоками ионно-лучевой установки являются: источник ионов, ионный ускоритель, магнитный сепаратор, система сканирования и камера, в которой находится бомбардируемый образец. Позднее, в 1980-е годы, для контроля топологических чертежей и фотошаблонов стали применять ЭВМ, что обеспечило высокое качество разработок и привело к созданию систем машинного проектирования сверхбольших интегральных схем (СБИС).
  В СССР промышленное производство больших интегральных схем (БИС) началось с опоздания. Первая отечественная серийная БИС "Тропа" с 20 элементами в кристалле являлась аналогом американских микросхем серии SN-51 фирмы Texas Instruments. "Тропа" была изготовлена в 1962 г. в НИИ-35 коллективом, который в дальнейшем перешел на работу в НИИ микроэлектроники (НИИМЭ). Первый ГОСТ, устанавливающий единую систему обозначений ИС отечественного производства, вышел в 1968 г., а в 1969 г. - Общие технические условия на полупроводниковые (НП0.073.004ТУ) и гибридные (НП0.073.003ТУ) микросхемы 58-ми типономиналов. Последние маркировались буквами после цифровой части обозначения ИС, например 1ХЛ161Ж.

* *

*


  Создание сверхбольших интегральных схем создало условия, когда микроэлектроника и вычислительная техника образуют единое целое.
  Первый микропроцессор Intel 4004 (создан 15 ноября 1971 г.) состоял из 2300 транзисторов, работал с тактовой частотой 108 кГц и обладал вычислительной мощностью, сравнимой с мощностью первого электронного компьютера ENAC. Своим названием 4004-й обязан тем, что для хранения одной цифры в ячейке запоминающего устройства электронного калькулятора требуется 4 бита. Этот микропроцессор нашел практическое применение в калькуляторах, в устройствах управления дорожными светофорами и в медицинских анализаторах крови.
  Почти сразу, вслед за семейством Intel 4004/4040, Texas Instruments выпускает 4-х pазpядный процессор TMS 1000 - первый в мире монокристальный микрокомпьютер для карманных калькуляторов.

  Микропроцессор оказался изобретён, как это часто бывает, случайно, в рамках совсем другой технической задачи. Первоначально основатели компании Intel Энди Гроув, Роберт Нойс и Гордон Мур не помышляла ни о каких процессорах и занималась разработкой и продажами микросхем памяти, на которые тогда как раз ожидалось увеличение спроса. В 1969 г. в Intel появились несколько человек из Buscom - молодой японской компании, производителя калькуляторов. Им требовался набор из 12 интегральных схем в качестве основного элемента нового дешёвого настольного калькулятора. Теда Хоффа - руководителя отдела, занимавшегося разработкой различных устройств на основе продукции Intel - возможно, не без участия японца Матасоши Шима (Masatoshi Shima), осенила блестящая идея. Вместо того чтобы создать калькулятор c некоторыми возможностями программирования, он предложил сделать все наоборот: универсальный компьютер, программируемый для работы в качестве калькулятора.
  Развивая идею, в течение осени 1969 г. Хофф определился с архитектурой будущего микропроцессора. Семейство состояло из четырёх 16-выводных микросхем, энергонезависимую память для загрузки программ и расширитель ввода-вывода для связи с клавиатурой, индикатором и другими внешними устройствами. Производственный процесс был довольно примитивным. Президент и главный исполнительный директор Intel Энди Гроув в одном из интервью рассказывал: "Производственная зона смотрелась, как мастерская кустаря-одиночки: кругом валялись шланги, провода, различные приспособления; все это напоминало компьютерный эквивалент мастерской братьев Райт. Большая часть технологических операций выполнялась вручную. Рабочие в цехе пинцетом загружали кремниевые пластины, из которых вырезались кристаллы, на "кораблики" и заталкивали их в раскаленные докрасна печи. Затем операторы вручную манипулировали кранами, подвергая пластины воздействию различных газов".
  По мере увеличения габаритов пластин и резкого возрастания требований к точности управления технологическим процессом на смену людям пришли машины. В современных промышленных установках пластины перемещаются с одного технологического участка на другой с помощью роботов с микропроцессорным управлением, а в задачу операторов входит поддержание высокого уровня производительности систем. Миниатюризация транзисторов кристалла делает все более актуальной проблему удаления мелких частиц, типа пыли и волосков, из зоны проявления пластин. На первых заводах стандарты были не очень-то жесткими: рабочие не покрывали голову и лишь надевали поверх уличной одежды легкий халат. Затем для снижения уровня загрязнений и повышения чистоты воздуха были внедрены особые комбинезоны. Сейчас сотрудники "силиконовых фабрик" носят костюмы из безворсовой антистатической ткани, маски, защитные очки, перчатки, бахилы и пользуются специальными дыхательными аппаратами.

 
 
  Микропроцессор Intel 8008, выпущенный в 1972 г., предназначался для обработки символьной информации в терминалах "больших ЭВМ" - "мейнфремов". Его архитектуру и набор инструкций (48 команд) разрабатывал заказчик - компания Computer Terminal Corporation (CTC). "8008-й" мог адресовать до 16 кб памяти, состоял из 3,5 тыс. транзисторов и работал на тактовой частоте от 500 до 800 кГц.
  Общий экономический спад 1970 года привел к тому, что CTC охладела к своему проекту, выполненному почти на 90%. Дабы уладить неприятную ситуацию, CTC разрешила Intel использовать архитектуру чипа как угодно. В обмен Intel обязалась не предъявлять финансовых претензий. В 1972 г. после доработки изделия Intel выпустила его в продажу, полагая, что оно найдет применение в калькуляторах и в автоматических закаточных машинах. Однако нашлись энтузиасты, которые пытались собрать на нем домашний компьютер. Результаты были скорее демонстрационными, нежели полезными, но микрокомпьютерная революция началась.
  Параллельно с микропроцессами для вычислительной техники в Intel проводились работы по созданию микроприборов промышленной автоматики. В качестве примера можно привести микроконтроллер "8048", который поступил в продажу в 1976 г. Помимо центрального процессора в нем находились 1 килобайт памяти программ, 64 байта памяти данных, два восьмибитных таймера, генератор часов и 27 портов ввода/вывода. Следующий микроконтроллер "8051", выпущенный в 1980 г., стал классическим образцом устройств данного класса. Этот 8-битный чип положил начало целому семейству микроконтроллеров, которые господствовали на рынке вплоть до недавнего времени. Микроконтроллеры можно встретить в огромном количестве современных промышленных и бытовых приборов: станках, автомобилях, сотовых телефонах, телевизорах, холодильниках, стиральных машинах и даже в кофеварках.
  Неизвестно, вырвалась ли бы Intel в лидеры продаж микропроцессоров для домашних, а затем персональных компьютеров, если бы не Федерико Фэджин (Federico Faggin), которого можно смело считать одним из отцов-основателей 4-го поколения ЭВМ. Именно он "давил" на руководство компании, чтобы начать разработку изделия, более мощного, чем "8008". Руководство тянуло с принятием решения до тех пор, пока не узнало, что компания Motorola разрабатывает свою версию 8-битного процессора.
  1 апреля 1974 г. Intel выпустила процессор "8080", более чем в десять раз превосходивший "8008" по производительности. Достигнуто это было как увеличением тактовой частоты до 2 МГц, так и более совершенной архитектурой, потребовавшей уже 6 тыс. транзисторов. Шина памяти была доведена до 16 разрядов, благодаря чему "8080" мог адресовать до 64 килобайт памяти. С этим чипом также связано очень важное нововведение - появление стека внешней памяти.
  Микропроцессор MC6800 производства компании Motorola поступил в продажу на две недели позднее, да и к тому же оказался значительно слабее. Развивая успех, Intel приступила к разработке 16-битного микропроцессора "8086" производительностью от 330 до 750 тыс. операций в секунду. В это время Федерико Фэджин уже простился с Intel и основал компанию Zilog, которая в 1976 г. выпустила усовершенствованный 8-битный микропроцессор Z80 (в СССР производился его аналог Т34ВМ1).
  Выпуск 16-битного микропроцессора Intel 8086 (также известный как iAPX86) состоялся в июне 1976 г. Микропроцессор непосредственно не выполнял команд для работы с числами с плавающей запятой. Данная функция реализовывалась отдельным чипом - математическим сопроцессором (FPU), который требовалось дополнительно установить на материнской плате ЭВМ. С тех пор сопроцессоры широко применяются во многих профессиональных ПК, предназначенных для выполнения сложных статистических и инженерных расчетов.
  Настойчивость и целеустремленность, проявленные Intel при разработке микропроцессоров, а также способность производить их в достаточном количестве, убедили руководство корпорации IBM выбрать для линейки совместимых персональных компьютеров процессор "8088", выпущенный в 1979 г. Решение IBM было крайне важно для Intel. Один из сотрудников Intel вспоминал: "В те времена объем производства считался большим, если он достигал 10 тыс. единиц продукции в год. Кто же мог тогда предположить, что масштаб производства ПК возрастет до десятков миллионов в год? "
  В Таблице 0.1 представлены технические данные микропроцессоров, выпущенных корпорацией Intel с 1971-го по 2000-й годы. В каждой новой модели используются все более эффективные микропроцессорные архитектуры и технологии конструирования.
  В середине 1980-х микропроцессоры практически вытеснили прочие виды CPU - central processor unit (центральный процессор ЭВМ),- вследствие чего термин "центральный процессор" превратился в синоним слова "микропроцессор". Тем не менее, это не так: центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы, построенные на основе микросхем сверхбольшой (СБИС) интеграции.


  Все компоненты микропроцессора одновременно собирается на одном кристалле кремния (чипе), подобно пицце, которая, в конце концов, продается порезанной на куски. Для моделирования и тестирования функций будущего изделия используются рабочие станции автоматизированного проектирования (САПР).
  Технология состоит из трехсот с лишним операций - "шагов". На первых шагах из тяжеленной длинной цилиндрической болванки (слитка) кремния чистотой 99,9999%, алмазными дисками нарезаются тонкие пластины. Затем они полируются до зеркального блеска механическими и химическими методами.
  Отполированные пластины помещают в камеру, где под воздействием высокой температуры и давления происходит окисление кремния и образование на его поверхности защитной пленки. После этого защитную пленку удаляют с тех мест, которые будут подвергаться дальнейшей обработке, с целью создания схем транзисторной логики.
  Удаление пленки осуществляется посредством травления химическими реактивами, а для того, чтобы в результате этой операции оксидная пленка удалялась избирательно, только в нужных местах, на поверхность ее наносят слой фоторезиста (особого состава, который изменяет свои свойства под воздействием ультрафиолетового излучения).
  После процедуры травления на кремниевой основе остается топологический рисунок, на котором обозначены места дислокации будущих активных элементов (транзисторов). Начинается самый ответственный этап - внедрение в эти области легирующих примесей мышьяка, бора и т.д. для создания структур с необходимыми n-n и p-p переходами.
  Процесс внедрения примесей осуществляется посредством ионной имплантации, при которой ионы нужной примеси излучаются высоковольтным ускорителем и, обладая достаточной энергией, проникают в поверхностные слои кремния. Этап ионной имплантации завершается созданием необходимого слоя полупроводниковой структуры, в котором могут быть сосредоточены миллионы транзисторов.
  Далее, транзисторы в нужной последовательности соединяются между собой проводниками - контактами стоков, истоков и затворов. Осуществить требуемую разводку в пределах того же слоя, где расположены сами транзисторы, нереально - неизбежны пересечения между проводниками, потому для соединения транзисторов друг с другом применяют послойную металлизацию. Для этого по маске в нужных местах вытравливается слой диоксида кремния, и соответствующие окна заполняются атомами металла. Для создания очередного слоя на полученном рисунке схемы выращивается дополнительный слой диоксида кремния и т.д. Процесс нанесения слоев заканчивается, когда электрическая цепь полностью собрана.
  Поскольку за один раз на одной пластине создается несколько десятков процессоров, на следующем этапе они разделяются на матрицы и тестируются.
  На ранних этапах развития микропроцессорных технологий отбраковывалось более 50% матриц, сейчас процент выхода выше, но 100% результата пока еще никто не достиг.
  Производство микропроцессоров предъявляет очень высокие требования к качеству материалов, точности работы оборудования и условиям производства. Обработка пластин должна осуществляться по высшему классу чистоты обработки поверхности с отклонением от плоскости не более 1 мкм. Запыленность воздуха не должна превышать 3000 пылинок на 1 м3, а на рабочем месте возле обрабатываемой пластины - не более 30 пылинок. Для сравнения заметим, что в одном кубическом метре обычного городского воздуха содержится около 50 миллионов пылинок.
  У этой "идеальной чистоты", к сожалению, есть и обратная сторона, о которой не принято говорить. При изготовлении интегральных микросхем и микропроцессоров используются такие технологии, как эпитаксия, диффузия, травление кристаллов, напыление металлов. Вот, к примеру, какие "ингредиенты" и процессы при этом задействованы: травление плавиковой кислотой (смесь азотной, уксусной и концентрированной серной кислот), испарения которой способны убить всё живое; обжиг в водородных печах; вакуумное напыление алюминия; промывка в активных реагентах - три-хлорэтил, четырех-хлорэтил, ацетон; высокотемпературная диффузия соединениями фосфора с водородом и т.д. Всё это сопровождается выбросами ядовитых летучих соединений в атмосферу, ядовитыми выбросами в водоёмы, в почву...
 
  К разработке микропроцессоров, как следует из мемуаров ветеранов советского электропрома, СССР приступил в 1973 г. Этим занимался Специальный вычислительный центр (СВЦ) завода "Ангстрем" в рамках НИР "Юз-1". Вначале было принято очень разумное решение: "На основе анализа первых зарубежных МП и лучших ЭВМ разрабатывать универсальный комплект микропроцессорных БИС (МПК) с архитектурой открытого типа, позволяющей строить на нем разнообразные ЭВМ. Повторять зарубежные образцы бессмысленно". Но 29 июня 1976 г. Министр электронной промышленности СССР А.И. Шокин издал приказ N168 "Об образовании НПО "Научный центр", в соответствии с которым Специальный вычислительный центр прекратил существование. Вместо разработки оригинальных образцов отечественных микропроцессоров началось копирование чужих.
  На рубеже 1980-90-х гг., в проектировании и производстве вычислительной техники произошли революционные изменения: проектирование ЭВМ превратилось в значительной мере в проектирование сверхбольших интегральных схем (СБИС) типа "система на кристалле", сочетающих в себе и компоненты, и законченные схемы. Изготовление ИС всегда требовало чрезвычайно дорогостоящего оборудования. Но, если в 1965 г. мировая цена типовой производственной линейки составляла 1 млн. долл., то к 1980 г. - уже более 50 млн. долларов. Если в 1960-е годы затрата $1 на капитальное оборудование приносила около $10 в виде поступлений от продажи произведенной продукции, то к середине 1980-х отношение указанных затрат к продажам было уже приблизительно один к одному.
  Для стимулирования прогресса микроэлектроники и вычислительной техники правительству США потребовалось подключение всех национальных ресурсов. В 1976 г. появляется так называемая "Программа Пентагона", по которой в электронные фирмы из государственного бюджета самой богатой страны мира потекли колоссальные финансовые потоки. Даже по названию понятно, что основная направленность работ была чисто военная. Действительно, ее целью было создание комплекта сверхбольших и сверхскоростных интегральных схем с повышенной радиационной стойкостью. Этот набор с широчайшими вычислительными возможностями предназначался для систем управления стратегических крылатых ракет и других новейших интеллектуальных сверхточных видов оружия, применяемых в условиях ядерной войны.
  Выполнение этой военной программы дало старт развитию технологии микропроцессорной техники и инструментам автоматизации (EDA) нового поколения, которые послужили основой для создания серии недорогих, но мощных профессиональных ЭВМ для инженерно-технических расчетов. Далее, появилась возможность реализации концепции персональных компьютеров (ПК) и создание коммерческих сетей сотовой связи (cellular network).
 

* *

*


  Первые модели ПК, появившиеся на потребительском рынке в 1970-е гг., сейчас принято называть "домашними" (англ. home computers). Это - Altair, производства компании MITS (на базе процессора Intel 8080), и Apple II, производства компании Apple Computer (на базе процессора "6502" от компании MOS Technology) .
  Altair продавался очень дешево: $397 за шт. при стоимости микропроцессора $200. Таким образом, купить его было "все равно, что укрась". У машины не было ни монитора, ни клавиатуры, ни тем более мыши, но уже имелась операционная система СР/М. Текстовая и символьная информация вводилась с помощью переключателей на передней панели, а результаты отображались на светодиодных индикаторах.
  В 1975 г. Пол Ален (Paul Allen), молодой программист из Бостона, в соавторстве со студентом Гарвардского университета Билл Гейтсом (Bill Gates) написали для Altair интерпретатор языка BASIC. С этого заказа, выполненного за несколько дней, началось история непрерывного успеха Microsoft - крупнейшей транснациональной корпорации по разработке и производству программного обеспечения (рыночная капитализация на май 2010 года -- $247,23 млрд.).
  Altair пользовался популярностью, для него были написаны тысячи программ, однако MITS не имела достаточного опыта для удовлетворения массового спроса, и в 1977 г. основатель компании Э.Робертс продал свой проект фирме Pertec Computer.
  Apple Computer II (на базе 8-разрядного микропроцессора M68000 производства компании Motorola) поступил в продажу в 1977 г. по цене $1298 за шт. В машине была реализована поддержка вывода на экран монитора различных цветов, разработаны команды для работы со звуком, имелся контроллер гибких дисков и клавиатура. Всю эту "начинку" удалось вместить в достаточно компактный литой пластиковый корпус бежевого цвета. В отличие от других компьютеров, имевших вид неуклюжих ящиков из листового металла, Apple II выглядел просто красавцем.
  Стив Джобс (Steve Jobs) -- один из руководителей и основателей фирмы Apple Согр. определял этот тип ЭВМ, как "индивидуальный инструмент для усиления природных возможностей человеческого разума". По его инициативе в 1982 г. Конгресс США рассмотрел "Законопроект о технологическом образовании" (The Technology Educational Act of, 1982, N 5573), в соответствии с которым в школьных классах США в течение 1983 г. предполагалось бесплатно установить 103 тыс. компьютеров Apple-II. "Дети не могут ждать",- аргументировал он цель этой акции.
  В июле 1985 г. Стив Джобс приезжал в Москву, надеясь встретиться с М.С. Горбачевым. Его радушно принимали в Институте проблем информатики АН СССР, где он провел семинар на тему о роли и значении микро-ЭВМ с "дружественным интерфейсом" в школьном образовании и преодолении компьютерной неграмотности.
  Словосочетание Personal Computer впервые употреблено в 1981 г. в анонсе корпорации IBM. В нем сообщалось о выходе "компактной и недорогой компьютерной системы" стоимостью $1565, "сконструированной специально для применения в бизнесе, в школе и доме". При этом подчеркивалось, что в этой системе "предлагается множество усовершенствованных возможностей, а с дополнительным программным обеспечением могут использоваться сотни популярных прикладных программ".

  Все "домашние компьютеры" конструировались по так называемой "закрытой архитектуре". Это означало, что аппаратные средства машины оставались для конечного пользователя "вещью в себе": любая их модификация требовала достаточно высокой специальной квалификации в области электроники. С того момента, когда на его корпусе заворачивался последний винт, система была обречена на необратимое старение. Фирма IBM произвела в этой области настоящий переворот, предложив "открытую архитектуру", которая допускала замену пользователем дополнительных устройств. Например: пользователь приобрел домашний компьютер с монохромным (одноцветным) монитором и таким же видеоконтроллером (контроллером, который управляет монитором). Через 1-2 года на рынке появился цветной контроллер. Даже неспециалист в состоянии извлечь из системы устаревшее устройство и заменить его новым. Еще через 2 года появился улучшенный цветной графический контроллер. Пользователь вновь заменяет лишь один из компонентов и так далее. Преимущества подобного подхода очевидны: во-первых, отпадает необходимость в замене системы в целом, во-вторых, совершенствование компьютера становится уделом самого пользователя, а в-третьих, процесс ремонта сводится к замене отдельного элемента, а не устройства в целом, что можно сделать намного быстрее.

 
  IBM PC 5150 на базе процессора Intel 8080 и операционной системы MS DOS - родоначальник всего семейства современных "персоналок", в какой бы стране и под какой бы торговой маркой они не производились. Все они имеют устройство ввода/вывода или BIOS, системную плату, 8/16/32/64-разрядную шину расширения, последовательный и параллельный порты, видеоадаптеры стандартов VGA и XGA, интерфейс съемных и жестких дисков, контроллеры, блок питания, интерфейс клавиатуры, интерфейс мыши и т.д.
  Пойдя навстречу пользователям, IBM сработала против себя, так как очень скоро началось лавинообразное нарастание производства "клонов" IBM компаниями-конкурентами. В конечном итоге любая из моделей "клона" становилась лучше своего прототипа (по быстродействию, дизайну и т.д.), и IBM утратила монополию на этом рынке.
  Однако современный ПК в большей степени можно назвать Intel-совместимым, чем IBM-совместимым. Контролируя рынок процессоров, корпорация Intel, естественно, контролировала и рынок микросхем системной логики. С 1994 г. Intel стала самым крупным в мире производителем системных плат. Большинство пользователей ПК теперь покупает компьютеры, по сути, произведенные фирмой Intel, и неважно, на какой фабрике закручивались винты в корпус системного блока.
  В январе 1983 г. популярный американский еженедельник Time назвал человеком года ... персональный компьютер! Это стало признанием факта, что РС стал главной новостью года предыдущего. По тогдашним прогнозам журнала, к концу ХХ века в мире должно насчитываться уже 80 млн. персональных компьютеров. Реально сегодня такое количество РС продается в мире всего за полгода.
  Развитие вычислительной техники и создание компьютерных сетей позволило сдвинуть с мертвой точки развитие мобильной сотовой связи. Начиная с 1954 г., Bell Labs неоднократно обращалась в Федеральную комиссию связи (FCC) с просьбой о выделении для сотовой телефонии отдельной полосы частот, и, наконец, в 1968 г. такое разрешение получила. Но минуло еще 4 года, прежде чем Технический доклад корпорации прошел все инстанции и согласования. В перечне дел Технического доклада Bell Laboratories имеется патент США на имя Амоса E. Джоела Младшего (Amos Edward Joel, Jr.) N 3663762 от 21 декабря 1972 г. - первый американский патент для сотовой подвижной (мобильной) радиосвязи.
  Еще шесть лет прошло, прежде чем FCC разрешила Bell Labs начать испытания, которые прошли вполне успешно. Пассажиры в поездах Metroliner, выполняющих рейсы между Нью-Йорком и Вашингтоном, были приятно удивлены тем, что они могут делать телефонные звонки прямо во время движения поезда. Шесть высокочастотных каналов в 450 MГц диапазоне были использованы снова и снова в девяти зонах вдоль 225-ти мильного маршрута. Новаторство состояло в применении компьютерного контроля телефонного сигнала, когда тот переходит от одной сотовой ячейки к другой. Компьютерный контроль позволял в течение всего лишь тысячной доли секунды переключать мобильный телефон с одного промежуточного передатчика на другой.
  Изобретателями первого опытного образца переносного телефонного аппарата сотовой связи (американский патент N 03906166) считается группа специалистов компании Motorola. И это имеет приемлемое объяснение. В 1956 г. Motorola выкупила у Ала Гросса патент и разработала первый в мире промышленный образец пейджера - приёмника персонального вызова. Среди первых пейджеры взяли на вооружение торговые агенты, торговые консультанты, журналисты и менеджеры по сбыту. Затем пейджерами обзавелись все, кто хочет быть всегда доступным: от священников до девушек по вызову. Сын основателя компании Роберт Галвин (Robert Galvin), занимавший в то время пост исполнительного директора, выделил $15 млн и велел подчиненным в течение 10 лет создать радиотелефон, который пользователь мог бы носить с собой, также как пейджер. Окрыленные подчиненные представили проект уже через три дня, а через два месяца изготовили работающий макет на основе 30 многослойных печатных плат.

  Интересно, что опытно-конструкторские работы по созданию малогабаритной "трубки" сотового телефона велись параллельно с конкурентами из Bell Labs. Собственно, поэтому 3 апреля 1973 г. первый звонок доктор Мартин Купер (Martin Cooper) из Motorola сделал не кому иному, а своему непосредственному конкуренту Джоулю Энгелю (Joel Engel). Вот, что он, в частности, рассказал об этом в интервью телекомпании CNN:
  "Первый публичный звонок я сделал на улицах Нью-Йорка. Моим собеседником был Джоэль Энгель, глава программы разработок мобильных телефонов в AT&T {старое название Bell Labs}. Я позвонил ему и сказал: "Джоэль, я звоню тебе с сотового телефона, настоящего сотового телефона, переносимого, портативного и совершенно реального". Я не помню точно, что он ответил, но он на мгновение потерял дар речи. <...> Мы созвали пресс-конференцию в 1973 году, я протянул мобильник одной журналистке и попросил ее сделать телефонный звонок. И она спросила: "Могу ли я позвонить моей маме в Австралию?". И я ответил - "Конечно!". И она позвонила. Эта женщина была просто потрясена, она не могла представить, как этот маленький телефон может преодолеть половину земного шара, чтобы дать ей возможность поговорить с матерью, которая действительно ответила ей по телефону. Ньюйоркцы стояли с открытыми ртами. Прием был совершенно необычайным".

 
  С момента этого исторического звонка до создания первой в США сети сотовой связи прошло 10 лет. Первая национальная сеть Advanced Mobile Phone Service (AMPS) заработала в США только в 1983 г., когда Пентагон и спецслужбы США "расчистили" для нее достаточно широкие полосы радиочастот.
  В 1985-87 гг. Motorola организовала массовое производство сотовых телефонов в США и в других странах мира: Японии, Англии, Франции, Западной Германии и т.д. Ее конкурент - Bell Labs получила (что удивительно - без судебных заморочек) законно причитающейся ей роялти и заняла внушительный сегмент рыночной ниши разработчика и производителя оборудования базовых станций.
  В 2007 г. во всем мире было продано 240 млн. сотовых телефонов, а общее количество абонентов сотовой связи превысило 3 млрд. человек. Почти половина всех сотовых телефонов, проданных в мире, содержат в себе микросхемы Texas Instruments, разработанные английской компанией ARM. Эволюция телефонных микрочипов не столь заметна, как у их компьютерных собратьев, но это вовсе не означает, что ее нет. Третье поколение мобильных чипов от Nvidia, Intel и Samsung представляют собой однокристальные микропроцессоры (single-chip-processor-platform) с вдвое большей производительностью, чем комплекты микросхем Texas Instruments.
 

* *

*


  В СССР идеи информатизации общества на основе общедоступной вычислительной техники, Интернета и мобильной радиосвязи получили признание на государственном уровне с превеликим опозданием - в 1985-1986 гг., когда к власти пришел М.С. Горбачев, и началась долгожданная "перестройка".
  11 июня 1985 г. в докладе на совещании в ЦК КПСС по вопросам ускорения научно-технического прогресса Горбачев признал: "К сожалению, положение с развитием микроэлектроники и информатики складывается у нас довольно сложное, я бы сказал, просто опасное". / РГАНИ. Ф.9. Оп.5. Д.16. Л.32.
  В 1985 г. парк универсальных ЭВМ класса "мэйнфрейм" в СССР составлял около 13 тыс. машин и все они являлись, так сказать, компьютерами коллективного пользования. Непосредственного пользователя к машинам никогда не подпускали - около них колдовали инженеры, системные программисты и операторы, а пользователь чаще всего передавал в узкое окошечко или клал на стеллаж в соседнем помещении рулон перфоленты или колоду перфокарт, на которых была его программа и входные данные задачи.
  К персональным компьютерам власти относились с предубеждением, как к орудию производства буржуазного общества, и связывали лавинообразный рост парка ПЭВМ в развитых капиталистических странах с проявлением "машинного психоза" в условиях обострившейся конкуренции на рынке труда.

  В статье Г.Р. Громова "Персональные вычисления - новый этап информационной технологии", опубликованной в 1984 г. в N1 журнала "Микропроцессорные средства и системы", читаем: "Существовал ли раньше инструмент, за который работающий по найму трудящийся, не дожидаясь прозрения администрации, сам выложил бы свою зарплату? Из истории известно, что машины ломали, терпели, некоторые одобряли, иным радовались. Но массового "машинного психоза", даже отдаленно напоминающего наблюдаемую сейчас ситуацию, когда миллионы людей отдают месячную зарплату, чтобы купить не цветной телевизор или легковой автомобиль, а инструмент, с которым они будут работать, -- этого, видимо, не знала история техники".
 

  Научно-исследовательские работы по созданию мобильной радиосвязи аналогового стандарта проводились в СССР с 1958 г. в Воронежском НИИ связи и в московском Государственном Специализированном Проектном Институте. В 1970-е годы разработчикам удалось реализовать несколько проектов радиально-зональной радиосвязи типа "хэндовер". Для развития успеха недоставало главного - цифровых технологий.
  В принципе, СССР, будучи великой космической державой, имел возможность перешагнуть через этап сотовой телефонии и сразу приступить к созданию системы мобильной радиосвязи на основе низкоорбитальной группировки спутников. Для организации доступа пользователей к системе и обеспечения сопряжения с наземными телефонными сетями общего пользования можно было использовать существующие командно-измерительные комплексы управления космическими аппаратами (КИК).
  В 1986 г. вопрос о подвижной радиосвязи рассматривался на заседании Межведомственной Комиссии по связи, в которую входили представители ВПК, КГБ, МВД и Минобороны, а председателем являлся Министр связи СССР Г.Г. Кудрявцев. В результате было принято решение начать опытную эксплуатацию уже морально устаревших к тому времени аналоговых систем сотовой связи, типа Nordic Mobile Telephone (NMT).
  28 марта 1985 г. ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли постановления N 271 "О мерах по обеспечению компьютерной грамотности учащихся средних учебных заведений и широкого внедрения электронно-вычислительной техники в учебный процесс". Перед Минрадиопромом и Минэлектропромом была поставлена задача - изготовить в 1986-1990 гг. "120 тыс. персональных микро-ЭВМ в комплекте с соответствующими техническими средствами для оснащения не менее 8 тыс. кабинетов вычислительной техники в учебных заведениях".
  В последующие годы предполагалось создание таких кабинетов во всех общеобразовательных школах, ВУЗах и ПТУ, институтах усовершенствования учителей и на факультетах повышения квалификации преподавателей.
  В 1986 г. был запущен в крупносерийное производство персональный компьютер ПЭВМ "АГАТ", построенный на основе архитектуры Apple II. Возможности использования зарубежной элементной базы были крайне ограничены, поэтому разработчики приняли решение создать системную плату на базе микросхемного комплекта серии К588 - отечественной разработки, не имевшей прямых зарубежных аналогов. На схеме эмулировалась система команд процессора MOS Technology 6502 с собственными расширениями. Данное решение не позволяло обеспечить точное соответствие характеристик кода, что делало совместимость с Apple II практически нулевой. В комплекте с 9-игольчатым матричным принтером "АГАТ" стоил около 9 тыс. советских рублей. Его устанавливали в школьных и вузовских компьютерных классах, на нем освоили азы информатики и программирования десятки тысяч советских школьников и студентов.
  На предприятиях Минрадиопрома в Павловском Посаде, Кишиневе, Тбилиси, Шауляе, Казани и Йошкар-Оле развертывалось производство сравнительно дешевых (600-650 советских рублей) микро-ЭВМ "Электроника МС 0513", относившихся к категории БК ("бытовые компьютеры") на базе 16-разрядного микропроцессора К1801ВМ1 с оперативной памятью 128 килобайт. Специалисты считают, что наиболее близкий аналог К1801ВМ1-- однокристальный процессор DEC T-11 производства американской компании Digital Equipment Corporation. Всего в 1983-1992 гг. в СССР было произведено 162?тыс. "персоналок" типа БК.
  В 1986 г. на Минском производственном объединении вычислительной техники (МПВОТ) началось серийное производство IBM-совместимых персональных компьютеров ЕС-1841 и ЕС 1066 на базе процессора К580 (клон процессора Intel 8080), производство которого освоило Киевское НПО "Кристалл" при содействии Киевского НИИ микроприборов.
  Позднее, в конце "перестройки", "8080" стали закупать за рубежом,- при этом маркировку аккуратно зачищали наждачной бумагой...

0x01 graphic


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  4
 
 
 

Оценка: 5.00*3  Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"