Вычислительные машины появились на Земле относительно недавно. Еще живут и здравствуют на планете люди, которые прекрасно помнят времена, когда никаких ЭВМ и в помине не было, а кибернетика считалась «буржуазной лженаукой». Сегодня же мы переживаем настоящий бум всеобщего интереса к компьютерам. Компьютеризация — не просто модное веяние. Это насущная необходимость нашего времени, поскольку все чаще получается, что без помощи компьютера ту или иную работу не то что невыгодно, но и попросту невозможно делать.

Однако не превратимся ли мы со временем в этакие придатки к всеобщему, всепланетному и могучему «электронному разуму», который единолично станет управлять всеми и вся? Некоторые резоны для таких опасений, безусловно, имеются…

Чем плохи современные ЭВМ? Такой вопрос многим, наверное, покажется странным. Как? Ведь многие пользователи нынешними ЭВМ нахвалиться не могут. И надежны, и быстродействующи, и сообразительны…

Но предоставим слово специалисту. «ЭВМ как электронный автомат для обработки информации представляет собой четырехкомпонентную машину», — пишет в своей книге известный советский специалист в области компьютеризации Л. Растригин. И далее добавляет, что ЭВМ состоит из процессора, выполняющего заданные программой операции переработки информации; оперативной памяти, где хранится выполняемая в данный момент программа, исходные данные для нее и все необходимые вспомогательные программные средства; внешней памяти (магнитные диски, и ленты, где содержатся необходимые данные пользователей и другая справочная информация); устройства ввода-вывода, с помощью которого информация вводится в ЭВМ и выводится на бумагу или на экран дисплея.

Такие четыре элемента имеет любая ЭВМ, где бы и кем бы она ни была создана, большая она или маленькая. И это удивительное постоянство структуры нынешних компьютеров связано, как ни странно на первый взгляд, именно с многообразием потребностей в них. Дело в том, что именно такая структура, как показала практика, позволяет в среднем оптимальным образом решать все задачи.

«В среднем» — эта оговорка, не случайна. Для каждой конкретной задачи можно, как правило, придумать структуру и получше, т. е. ЭВМ получится и подешевле, — и понадежнее, и «побыстрее», но задачи-то даже на одной машине часто меняются… Как будто ничего не поделаешь, но очевидная расточительность такой «оптимальной» схемы не давала покоя специалистам. И они в конце концов нашли выход из положения: придумали вычислительные системы.

Наиболее распространены в настоящее время вычислительные системы коллективного пользования. Они представляют собой одну, а чаще несколько больших ЭВМ (а в последнее время — и суперЭВМ) и огромное количество маленьких, персональных компьютеров или рабочих станций. Последние могут быть связаны с большой ЭВМ, например, с помощью телефонных кабелей связи.

«Дисплей, подключенный к ЭВМ, представляется мне окном в Алисину Страну чудес, где программист может изображать либо объекты, описываемые хорошо известными законами природы, либо чисто воображаемые объекты, подчиняющиеся законам, записанным в программе. С помощью дисплеев я сажал самолет на палубу авианосца, следил за движением элементарной частицы в потенциальной яме, летал в ракете с околосветовой скоростью и наблюдал за таинствами внутренней жизни вычислительной машины», — так заметил однажды А. Сазерленд — пионер применения компьютеров для построения и обработки изображений. И попал, что называется, в самую точку. А ведь началось все как будто с пустяков.

Поначалу дисплей подсоединили к ЭВМ только потому, что он оказался наиболее подходящим устройством для. ввода в электронную память и вывода из нее всевозможных сведений, как в тестовом, так и графическом виде. Однако вскоре два. молодых человека, два Стива — Возняк и Джобс — сыграли с миром довольно милую первоапрельскую шутку. Они соединили персональный компьютер с дисплеем, экран которого решили использовать прежде всего для компьютерных игр.

И вот начиная с 1 апреля 1976 года маленькие компьютеры с эмблемой, изображающей зеленое надкусанное яблоко — еще одна шутка веселых приятелей, — стали заполнять мир. К каждому такому компьютеру предлагалось несколько программ на гибких дисках — дискетах, используя которые вы могли, например, заставить рисованную кошку гоняться за мышами или, напротив, убегать от злых собак…

Возможно, мир и сегодня играл бы в эти, однажды придуманные, игры, если бы людям не были свойственны такие черты, как любознательность и наблюдательность. С одной стороны, персональные компьютеры стали использовать не только для игр, но и для вполне серьезных расчетов. С другой — с помощью дисплеев и ЭВМ стали рисовать движущиеся картинки не только для домашнего развлечения, но и для настоящего кинематографа.

Первый шаг к компьютерным киномирам, сами того не подозревая, сделали те режиссеры и операторы, которые при комбинированных съемках вместо полномасштабных натурных объектов стали снимать их небольшие модели-копии. Миниатюризация позволила без особых расходов значительно расширить арсенал киночудес. С помощью моделей режиссеру почти уж ничего не стоило отправить своих героев в иные миры или заставить их стать свидетелями вселенской катастрофы. Наибольшей известности достиг в подобных трюках американец Дж. Лукас — автор знаменитых «Звездных войн».

— Были ли вы рады дождю, который прошел сегодня после полудня?

— Нет, я больше люблю солнечную погоду.

— Когда придет рождество, будет холодная погода.

— Холодная погода? Да, обычно в декабре морозно.

— Сегодня ясная погода. Долго она будет продолжаться?

— Можно?..

Он пришел на экзамен во всеоружии: с зачеткой, ворохом бумаг и с… гитарой.

А гитара зачем?

Оказалось, — для наглядной демонстрации полученных результатов. Программа, которую создал студент, может сочинять музыкальные пьесы в любом, наперед заданном ритме, будь то вальс, шейк или «хэви метал»…

Вот так, что называется с музыкой, у нас в Физтехе проходят экзамены по программированию. Созданные студентами программы играют в шахматы, шашки и другие игры, сочиняют музыку и стихи… И ставя очередное «отлично», я тогда думаю: «А ведь несколько десятилетий назад люди пугали друг друга угрозой машинного бунта. Машины поработят людей, заставят их работать на себя, словно рабов, — такие заявления делались на полном серьезе…»

Каким вы представляете себе компьютер, равный но своим возможностям человеческому мозгу? Да-да, 10 000 миллиардам его нейронов… В 50-е годы нашего столетия такая ЭВМ заняла бы столько места, как Нью-Йорк или Токио. А энергии потребляла бы больше, чем вся сеть метрополитена в этих городах.

Ныне же ученые говорят о возможности размещения такого компьютера в объеме черепной коробки, а для его питания будет вполне достаточно батарейки от карманного фонаря.

Но прежде чем такие суждения стали возможными, должны были произойти вот какие события.

Транзистор заменил радиолампу, и ЭВМ, занимавшая машинный зал, стала умещаться в тумбах письменного стола. На смену транзистору пришли интегральные схемы, и сегодня мы носим ЭВМ в кармане…

Интегральная схема — это десятки, а то и сотни тысяч активных элементов — триодов, диодов, конденсаторов, размещенных методами современной технологии в полупроводниковом кристалле размером менее ногтя мизинца — так называемый чип. Микропроцессор такой же величины может иметь миллионы активных элементов. Причем размещение их в целях экономии места ведется в несколько этажей.

Однако ничего в нашем мире не дается даром. За запах цветов заплачено химической энергией растения, за шум прибоя — энергией ветра и волн, за красоту окружающего мира — энергией солнечного света… Платим мы и за миниатюрность счетно-решающих приборов. Их компактность не может быть снижена беспредельно при дальнейшем использовании нынешней технологии. И вот почему..

Компактность хороша не только сама по себе, но еще и потому, что она повышает быстродействие электронных приборов. В большом устройстве нужно больше времени, чтобы электроны пробежали свой путь по проводникам, накопили заряд в конденсаторах… Но уменьшая размеры электронных устройств, мы должны сохранять на определенном уровне их мощность. Иначе выходные сигналы окажутся настолько слабы, что не будут восприняты органами наших чувств, прежде всего зрением. А сохранение мощности, в свою очередь, приводит к повышению плотности энергии, выделяемой в единице объема.

— Говоря проще, — рассказывал доктор технических наук В. Дорфман, — мы здесь сталкиваемся примерно вот с какой ситуацией. Вы вышли погулять в ветреную погоду: Пока ветер не очень силен, вы легко преодолеваете его сопротивление. Но ветер все усиливается, превращается в ураган, и в конце концов прогулка становится невозможной — того и гляди вас унесет…

В основе технологии современных полупроводниковых элементов лежит сочетание двух видов обработки этих материалов: введение примеси, так называемого я-типа, способной отдавать электрон, и примеси p-типа, способной электрон принимать. Обычно такие примеси вводят в германиевый или кремниевый кристалл. Однако последние исследования в области органической химии показывают, как мы только что убедились, что. это не единственные кандидаты для создания полупроводниковых элементов или чипов.

В присутствии паров йода полиацетилен тоже может получать свойства проводимости p-типа. Йод, проникая в структуру полимера, внедряется в нее и «ждет» появления электрона. То есть ведет себя точно так же, как, например, бор или галлий в кристаллической решетке кремния. А для того чтобы ввести в полиацетилен примесь я-типа, можно использовать литий, натрий или калий.

Органический полупроводниковый материал уже изготавливается в массовых количествах и стоит не дороже обычной клеенки. А значит, вполне серьезно можно подумать и об использовании его в электронике. Первое возможное применение — создание фотоэлементов;-для этого достаточно совместить один слой n-типа и два слоя p-типа.

Правда, такие структуры получаются еще не очень стабильными, а значит, органические полупроводники не будут работать долго. Однако пока это ведь только начало. И начало, надо сказать, многообещающее. Скажем, уже в настоящее время удалось найти такие примеси, которые могут как отдавать, так и принимать электроны и оставаться при этом достаточно стабильными. На их основе уже созданы первые электробатареи, которые показали не только достаточную долговечность, но и оказались почти в 10 раз легче обычных.

Созданы также биочипы, в которых используется способность молекул ряда органических веществ выпрямлять электрический ток. В частности, установлено, что молекулы хинонов могут иметь два электрических состояния, отличающиеся распределением электрических зарядов и зависящих от них водородных связей. Таким образом, путем воздействия на хиноны электрическим током можно записывать логические нули и единицы. Причем, в отличие от обычных чипов, органическому соединению не требуется постоянный ввод команд V-он выполняет заданные функции при общем программировании.

Быстро, как говорят, только сказки сказываются. Дела же движутся намного медленнее, а в нашем случае могут и вообще застопориться, если мы не придумаем и технологию, соответствующую возможности нашего клеточного биокомпьютера. Действительно, трудно себе представить, что подобные чудо-устройства будут собираться вручную, при помощи микроскопа да набора стеклянных иголок, микроскальпелей и микропипеток, которыми орудуют сегодняшние генные инженеры.

Ученые, конечно, подумали и об этом. Роль сборщиков новых микроустройств они хотят поручить рибосомам — белковым структурам живой клетки. Ведь именно они способны читать «чертежи» генетического кода, а затем. и строить белки по полученной программе. И если задать рибосомам нужную программу, то можно будет в итоге получать белки с заранее определенными свойствами. Такие, которые могут затем послужить основой для создания, скажем, той же белковой ЭВМ.

Как задать рибосомам новую программу? Да примерно так же, как это делают вирусы. Проникая внутрь клетки, они приносят с собой новый генетический код и заставляют клетку работать по новой программе.

Подобные возможности — не беспочвенные фантазии. Методами генной инженерии уже в настоящее время удается поменять генетическую программу некоторым микроорганизмам, заставляя их вырабатывать нужные человеку вещества. Так, скажем, сегодня бактерии уже вырабатывают интерферон, который раньше удавалось получать лишь из клеток крови, лекарства для регулирования давления.

Создав первое поколение «монтажников», специалисты затем собираются перейти к следующему этапу. Генетическая программа вновь созданных белковых устройств должна быть построена так, чтобы в дальнейшем они сами себя совершенствовали и воспроизводили, как это делают сегодня все живые организмы. При этом в качестве исходного материала, возможно, будут использоваться не только белковые соединения, но и другие материалы — скажем, керамика или пластик. А отсюда уже недалеко и до изготовления любых веществ и даже предметов по заранее составленным программам!

Биология и информация. — М.: Наука, 1984.

Винер Н. Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине. — М.: Наука, 1983.

Емцев В. Рубежи биотехнологии. — М.: Агропромиздат, 1986.

Ершов А. Человек и машина. — М.: Наука, 1985.

Иваницкий Г. Мир глазами биофизика. — М.: Педагогика, 1985.