Текст книги "Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек"
Автор книги: Сергей Бердышев
сообщить о нарушении
Текущая страница: 20 (всего у книги 25 страниц)
Эволюцию вычислительной техники принято разделять на несколько этапов: домеханический, механический, электромеханический и электронный. Домеханический этап начался 40 000 лет назад, когда завершилось становление кроманьонца – человека современного типа. Определенно он умел считать и пользовался при этом первоначально пальцами и другими частями тела, а в дальнейшем палочками и камешками.
О предыстории математических вычислений подробнее рассказано в первой главе книги. Наивысшим достижением домеханического этапа стало изобретение счетов. Прародителем данного инструмента был созданный греками и римлянами абак. В X в. н. э. китайцы изобретают обычные счеты, которые хорошо знакомы и современному человеку.
Механический этап вычислительной техники берет начало в середине XVII столетия, а точнее, даже несколько ранее. Знаменитый французский физик Б. Паскаль сконструировал свою суммирующую машину в 1642 г. Почти одновременно работал над счетной машиной Шиккард. На рубеже XVII–XVIII вв. появляются первые арифмометры. Их создатель – немецкий философ и математик Г. Лейбниц. В XVIII в. арифмометры окончательно дорабатываются и почти в неизменном виде господствуют в математике как самые типичные счетные устройства, соперничающие с логарифмической линейкой и прочими приспособлениями.
В 1824 г. появляется ткацкий станок Ш. Жаккара (Жаккарда), снабженный перфокартой. Перфокарта представляла собой квадрат картона с пробитыми на нем дырочками. Порядок дырочек определял последовательность действий вычислительной машины. Ее считывающее устройство, принимая перфокарту, опускало часть металлических стержней в отверстия в картоне. Остальные стержни не могли пробить картон и оставались в прежнем положении. В зависимости от комбинации отверстий менялась комбинация стержней, и устройство срабатывало иначе.
История станка Жаккара поучительна. Она показывает, что прогресс – это не только создание нового, но и борьба с невежеством. Гениального изобретателя едва не бросили в воду жители его родного города Лиона, поскольку Жаккар якобы вознамерился оставить половину горожан без работы. Сам станок, будущие модели которого обеспечат столько рабочих мест и принесут процветание многим странам, сожгла разъяренная толпа.
Итак, Жаккар первым употребил кодированную запись задачи. Независимо друг от друга Ч. Бэбидж и А. Лавлейс, опираясь на это изобретение, разработали алгоритмический язык формулировки и решения задач на машине, тем самым создав программирование. Лавлейс, дочь поэта Дж. Байрона, стала первым в истории человеком-программистом. В начале XIX в. темпы промышленного роста требуют создания все более совершенных счетных устройств, способных выполнять математико-логические операции.
Первая настоящая аналитическая машина также была механической, она построена в 1834 г. и состояла из 50 000 деталей. Электромеханический этап развития вычислительной техники начинается с 1890-х гг. Электричество, совершив подлинный переворот в промышленности, вторгается в сферу механизированных расчетов. Предвестником старта электромеханических устройств, совмещающих в себе принципы механики и электротехники, становится табулятор Голлерита, сконструированный в 1887 г.
История электронных вычислительных машин (ЭВМ) берет начало в середине 1940-х гг. В 1945–1946 гг. в США была создана одна из наиболее прогрессивных ЭВМ того времени – машина «ENIAC» Эккерта и Маучли. Устройство в целом занимало огромную комнату, однако его мощность была очень мала. Сегодня такой мощностью обладает чип размерами в 6 мм. Первый настоящий электронный компьютер, работающий по принципу фон Неймана, был создан в 1949 г. Морисом Уилксом. Дальнейшее развитие компьютерной техники напрямую зависело от миниатюризации деталей.
Большие электронные лампы, выполнявшие функцию вентилей (ключей) в счетных устройствах, были главной причиной, препятствующей созданию быстродействующих и небольших по размерам ЭВМ. Транзисторы появились в 1948 г. Эти радиодетали замещали собой большие лампы и даже совокупности ламп. В результате дальнейшей миниатюризации в 1965 г. удалось собрать первый в истории мини-компьютер, известный под маркой PDP-8. Его создателями были инженеры фирмы «Диджитал иквипмент». Их детище по размерам соответствовало холодильнику, однако в то время устройство считалось очень маленьким.
Ровно 10 лет спустя после изобретения транзистора Дж. Килби изобретает способ размещения на небольшой пластинке из полупроводника сразу нескольких транзисторов и необходимых соединений между ними. Роль транзисторов выполняют мелкие кристаллики кремния. Готовое устройство было названо чипом (или микросхемой). Уже в 1959-м году основатель компьютерной фирмы «Интел» P. Нойс создает усовершенствованный вариант микросхемы – интегральную схему, положенную в основу вычислительной техники.
Впервые ЭВМ на интегральных схемах выпускается в 1968 г., а уже в 1970 г. «Интел» изобретает интегральную микросхему, почти полностью вмещавшую в себя большое и сложное устройство компьютера, состоявшее из нескольких деталей, – центральный процессор. Произошла миниатюризация процессора, новая схема получила название микропроцессора. Год 1974-й принес очередной успех на пути к созданию идеальной ЭВМ. Создается микропроцессор 8080, послуживший эталоном для последующих поколений процессоров.
На следующий же год был выпущен первый коммерческий компьютер, поступивший в продажу. Торговое название ЭВМ было «Альтаир-8800». Машинный язык для этого компьютера создавался специально У. Гейтсом и П. Алленом. С тех пор компьютеры стали очень популярны. В 1981 г. фирмой «IBM» создается коммерческий компьютер индивидуального пользования, пригодный для самого различного рода занятий человека – программиста-любителя, бизнесмена, ученого, обывателя. Новый компьютер вышел под маркой «IBM-PC», причем последние буквы означали «персональный компьютер». Броское и удачное название прижилось, с тех пор началась эпоха персональных микро-ЭВМ.
Компьютерные технологии непрерывно совершенствуются и усложняются, особенно значительные изменения произошли в сфере периферии. Ранее уже рассказывалось о создании дисплеев на жидких кристаллах. К числу прочих оригинальных и полезных достижений следует отнести совершенствование клавиатур, которые создаются с учетом рекомендаций эргономики (медико-гигиенической науки о взаимодействии человека с техникой), а также развитие других устройств ввода информации и мультимедийных средств.
Особенно впечатляют разнообразием новые модификации вводного устройства типа «мышь». Эту область уже давно в шутку окрестили «мышестроением», на основе обычной механической «мыши» построены трэкболл, инфракрасная, оптическая, оптико-механическая, лазерная «мыши» и «радиомышь». Лазерные мыши, напоминающие скорее летающие тарелки, способны сканировать поверхность, над которой скользят. Их особенно удобно использовать, когда под рукой нет коврика или любого другого предмета, по которому можно передвигать обычную мышь. По желанию пользователя лазерная «мышь» вводит в компьютер данные о том объекте, над которым парит. Естественно, летает устройство не само: его держит в руке пользователь ПК.
Немногие даже сегодня знают, что конкретно представляют собой средства мультимедиа. Обычно под мультимедиа ошибочно понимают т. н. аудиокарточки, которые устанавливают в компьютер для прослушивания на нем музыки. Или же, в лучшем случае, мультимедийные средства обеспечивают владельцу возможность просматривать видео и фото, манипулируя по желанию картинкой (увеличивая, очищая, добавляя яркости, останавливая кадр и т. д). То есть мультимедиа воспринимаются как устройства, позволяющие сделать из компьютера разумный аудио– или видеомагнитофон.
Такой взгляд, разумеется, неверен. На самом деле возможности мультимедиа гораздо шире. Сюда входят создание полноценной виртуальной среды, синтезирующей в себе ресурсы теле-, видео– и аудиоаппаратуры и позволяющей пользователю компьютера строить эту среду по своему желанию, полностью управлять ею, участвовать в ее внутренней жизни наподобие игрока компьютерных игр и, наконец, работать со спецэффектами. Впрочем, слово «наконец» верно лишь отчасти, поскольку перечень не ограничен данными пунктами. Они являются основными, а кроме них существует масса «второстепенных».
Достигнуты и принципиальные новшества в сооружении периферийных устройств. Наиболее замечательной новинкой по праву можно назвать трехмерный цветной принтер. Это устройство действует по принципу чертежного графопостроителя, т. е. по заданной программе составляет макет. Но если графопостроитель выполняет чертежный макет на бумаге, то цветной принтер строит объемную модель, которую к тому же может и раскрасить в зависимости от желания пользователя. Авторство изобретения принадлежит фирме «Зед Корпорейшн», где и было создано удивительное устройство.
Принтер загружается порошком и клеем, после чего послойно конструирует из порошка фигуру, внесенную в программу. Частицы порошка скрепляются клеевым веществом, наносимым по контуру, просчитанному компьютером. Линейные размеры готовой модели не превышают 20–25 см. Сложность объекта не влияет на качество работы. Принтер выполняет любые макеты, в т. ч. содержащие внутренние детали. Порошок бесцветный, но в клей можно добавить пищевой краситель. Компьютер способен различать тысячи цветов и оттенков и благодаря этому сообщать разным частям макета разную окраску. Сложные объекты выполняются со скоростью 2 слоя в 1 мин, более простые и одноцветные – со скоростью 6 слоев в 1 мин.
Персональные ЭВМ широко применяются в научных исследованиях, в частности для проведения психологического тестирования. Не так давно, в 2000 г., учеными были разработаны компьютерные тесты, которые позволяют выявить степень одаренности каждого человека и указать в чем именно проявляются таланты тестируемой личности. Психолог по результатам такого тестирования сможет найти причины, по которым человек не раскрыл себя и не реализовал свои способности. Таким образом, оказались сильно преувеличенными опасения касательно того, что компьютеризация вызовет отупение масс. Напротив, компьютеры, если использовать как покорных и надежных слуг, способны содействовать гармоничному развитию нашего интеллекта.
Единство человека и природы
Одним из величайших недостатков человека замечательный натуралист и писатель Дж. Даррелл считал то, что люди возомнили себя богами. По непонятной причине человек объявляет себя «царем зверей», стремится устанавливать собственные законы бытия и настойчиво отказывается признавать свое единство с органическим миром, хотя в действительности все мы являемся не только живыми существами, но и крупицами Вселенной – материальными телами, сложенными теми же атомами, что и окружающие объекты космического пространства. Все мы, подобно растениям, животным, минералам и др., пребываем в потоке энергии, движущейся в направлении роста энтропии.
Открытия Дарвина и ВернадскогоЕще великий древнеримский анатом Клавдий Гален называл обезьян «смешными копиями людей» и, проводя вскрытия этих животных, изучал по обезьянам строение человеческого организма (вскрытия трупов людей были в античную эпоху запрещены). Позднее анатомы насчитали более 700 анатомических признаков, роднящих нас с миром животных.
Подобно 8000 видов других млекопитающих, люди обладают волосяным покровом на теле, теплой кровью, четырехкамерным сердцем и т. д. Наши зубы также различаются на резцы, клыки и коренные.
Главное свойство млекопитающих – вынашивание детенышей в собственном теле и питание их за это время через плаценту, а кроме того, вскармливание новорожденных детенышей молоком – присуще и человеку. Перечисленные факты указывают на то, что люди являются живыми существами, сходными со многими другими организмами. Уже в последние годы удалось изучить химический состав белков в теле человека, описать его кариотип, исследовать строение клеток. Оказалось, что на этом уровне мы не менее близки к животным. Генетически люди вообще мало чем отличаются от обезьян.
Однако в течение длительного времени родство человека с живой природой упорно игнорировалось. Религиозные философы и богословы утверждали, что столь сложное создание, каковым является человек, не могло возникнуть само по себе. Его сотворил высший Создатель из «праха земного», т. е. столь же чудесным образом, каким произвел на свет всех прочих существ. Философы и богословы были совершенно правы, когда утверждали, что на пустом месте человек появиться не мог. Но именно в этом заключалась их крупнейшая ошибка.
Человечество в наши дни воспроизводится вполне естественным путем. Рождение живого от живого обеспечивает связь поколений и даже связь видов. Механизмы этой связи впервые изучил английский натуралист Ч. Дарвин. Совершив кругосветное путешествие и собрав в результате обширный фактический материал, он смог обосновать происхождение видов под действием естественного отбора. Дарвин показал, что в природе постоянно протекает процесс эволюции – исторического развития органического мира.
Тремя китами этого процесса являются наследственность, изменчивость и отбор. Изменчивость проявляется при передаче наследуемых признаков от поколения к поколению. Благодаря изменчивости потомство отличается от родительских особей. Самые выгодные отличия дают потомкам большие шансы в борьбе за существование. Таким созданиям проще спастись от стихийных бедствий, от холода, проще найти пищу и избежать гибели в столкновениях с врагами.
Естественно, положительные изменения помогают животным находить наилучших партнеров в брачный сезон. В результате благоприятные генетические изменения передаются новому поколению и закрепляются в генотипе вида. К слову, сходные процессы происходят и в растительном царстве, т. к. растениям нужно бороться за место под солнцем, противостоять травоядным и выдерживать засушливые периоды. По мере накопления генетических изменений вид все больше преобразуется и в результате этого процесса превращается в новый вид, совершенно отличный от предшествующего.
Палеонтологическая летопись сохранила до нашего времени в виде окаменелых останков следы существ, развитие которых шло разными путями эволюции. Среди окаменелостей можно найти как удачные, так и явно неудачные решения. Наглядным примером послужит историческое древо любого современного вида или семейства, в частности жирафов.
Древнейшие жирафы появились на планете в верхнемиоценовую эпоху неогенового периода, т. е. порядка 20 млн лет тому назад. Это были обитатели тропических лесов и лесостепей, питавшиеся лесной растительностью и укрывавшиеся от хищников в непроходимых чащах. Ученым известно несколько форм, таких как палеотрагус, самотерий, альцицефалус, херсонотерий и др.
Эти формы вымерли, когда во многих регионах планеты началось сокращение площади лесов и увеличение саванн. Кроме того, древнейшие жирафы были приспособлены к жизни в лесостепных условиях. Ни наступающая саванна, ни отступающий лес не давали им надежной защиты. Некоторые палеотрагусы и их сородичи попытались приспособиться к новым условиям. Часть животных перешла к сугубо лесному образу жизни. Размеры таких копытных уменьшились, чтобы обеспечить благоприятное существование в тропических дебрях.
По прошествии нескольких миллионов лет на Земле появляются окапи – конечный продукт эволюции в данном направлении. Жирафы-окапи – реликтовые животные, которые сильно напоминают своих древних предшественников и даже немного примитивнее их. Сохраниться такие формы смогли лишь в дождевых лесах. Численность окапи невелика, что неудивительно, если учитывать, что вид плохо приспособлен к современной окружающей обстановке.
Другое направление – увеличение массы тела. В саваннах появились буйволообразные жирафы сиватерии и вишнутерии. Кости этих гигантских животных впервые были найдены в Индии, отсюда необычные названия копытных, запечатлевшие имена индуистских божеств Шивы и Вишну. Сиватерии вымерли, поскольку не смогли конкурировать с настоящими буйволами и защищаться от хищников и первобытного человека.
Последняя ветвь древних жирафов осваивала открытые саванны. Здесь выживали только самые крупные, длинноногие и длинношеие животные, которые могли защитить себя от хищников и достать листву с вершин высоких деревьев. Признаки выживших животных закреплялись в генах и передавались из поколения в поколение.
Направление эволюции оказалось очень удачным, и порядка 1 млн лет назад в Африке появились камелопардалисы – современные жирафы. Эти животные гибнут при нападениях хищников лишь в молодом возрасте, тогда как взрослые обладают столь внушительными размерами и силой, что в состоянии забить копытами почти любого зверя-охотника. Длинная шея позволяет дотягиваться до кормовых ресурсов, которые не потребляют остальные копытные. Таким образом, у камелопардалиса нет конкурентов среди травоядных.
Так происходит эволюция живой природы, в результате которой на Земле появился и человек. С возникновением трудовых коллективов первобытного человека, освоившего речь и пользование огнем, наш вид постепенно вышел из-под действия законов естественного отбора. Сегодня человек в большей степени подчиняется законам общества, однако, как показывают исследования, эволюция нашего вида все еще продолжается. Правда, это не большая эволюция, ведущая к образованию новых видов, но медленная микроэволюция. Она направлена на изменение некоторых генов и устранение ненужных их форм из генофонда человека.
Признание наукой единства человека с природой имело огромное теоретическое значение, поскольку позволило совершить огромный шаг вперед многим биологическим дисциплинам. К сожалению, колоссальное практическое значение этого открытия было осознано с запозданием, только во второй половине XX столетия. Смысл единства живого вещества был открыт благодаря другому замечательному открытию, сделанному корифеем русской науки В. И. Вернадским, разработавшим учение о биосфере и ноосфере.
До Вернадского никто из ученых не придавал деятельности живых организмов сколько-нибудь существенного значения. Великий Ч. Лайель, первооткрыватель геологической эволюции планеты и учитель Ч. Дарвина, первым показал, как видоизменялись организмы на протяжении миллионов лет, приспосабливаясь к переменчивым условиям среды. Однако и этот гениальный мыслитель видел в неразумных обитателях Земли лишь материал, который преобразуют слепые силы природы.
Вернадский пришел к более серьезному обобщению, чем единство человека и животных. Он понял, что живая и неживая природа есть неразделимая целостность. Вещество, слагающее живые тела, столь же активно, как и вещество, слагающее тело планеты. Совокупность всех обитателей Земли – её геомерида – есть могущественная геологическая сила, сравнимая по масштабам деятельности с вулканизмом, выветриванием пород или прочими планетарными процессами.
Прежде геологи изучали процесс изменения органического мира под влиянием внешних факторов, в первую очередь необратимых перемен в строении и геохимическом составе планетных оболочек – земной коры, атмосферы, Мирового океана. Вернадский понял, что если геомерида приспосабливалась к новым условиям, то составляющее ее живое вещество вступало в ответную реакцию. Это вещество активно впитывало в себя энергию и мертвую материю из окружающей среды и преобразовывало ее.
Новое, биокосное вещество поступало в природу и дополняло измененные условия среды, формировало на их основе экологические ниши, подключалось к циклам биологических систем, поддерживая тем самым существование организмов. Жизнь, вступая в противостояние с мертвой материей, сама творила мир, необходимый для ее существования. Через пищевые цепи перекачивались вещество и энергия, приобретавшие иные, отличные от изначальных формы.
Основу такой цепи представляют зеленые растения: микроскопический морской планктон, затем водоросли, лесные массивы и пр. Растения моря и суши поглощают из окружающей среды простейшие минеральные вещества, которые вымываются водой из горных пород. Благодаря солнечной энергии растительные организмы преобразуют минеральные соединения в белки, углеводы и прочие сложные вещества, содержащие углерод.
Солнечный свет поддерживает процесс фотосинтеза, который позволяет растениям забирать углерод из углекислого газа, имеющегося в атмосфере, и насыщаться энергией, формируя сложные углеродные молекулы. Дополнительная энергия приобретается растениями в процессе дыхания – потребления кислорода и выделения взамен углекислоты. Фотосинтез протекает в таких невероятных масштабах, что в атмосфере Земли за всю историю растительного мира накопился порядочный избыток кислорода.
Животные не обладают способностью синтезировать белки и углеводы, а потому вынуждены поглощать готовые соединения, питаясь растениями или промышляя охотой на своих травоядных сородичей. Трупы животных и растительные останки поедаются бактериями и грибами, которые перерабатывают белки и прочие органические соединения в неорганические, возвращая эти вещества обратно в окружающую среду. Круг замыкается.
Живые существа всей планеты в процессе взаимодействия с окружающей средой ежегодно производят свыше 2000 млрд т органики и прочего белка, потребляя за это же время 2475 млрд ГДж (гигаджоулей) солнечной энергии, пропуская через себя 2500 млрд т воды, 100 млн т углерода. При этом живые существа выделяют в природу ежегодно 1550 млн т кислорода и до 5 млрд т отмирающей органики, которая присовокупляется к почвенным слоям и отложениям пород.
На сегодняшний день масса горных пород, сформированных из остатков живых существ или биокосного вещества (известняков и других карбонатов, торфа, углей и других горючих ископаемых), составляет до 1016 т. В результате живое и биокосное вещество Земли образует сферу действия геомериды, область ее распространения и влияния на косную материю. Эта сфера проявления преобразующей работы организмов на земном шаре получила название оболочки жизни, или биосферы.
Человек – такое же живое существо, каким являются миллионы других видов геомериды. Поэтому он представляет собой неотъемлемую часть биосферы. Вернадский назвал существование человечества функцией оболочки живой материи. Наш вид возник в результате длительного эволюционного развития биосферы именно тогда, когда для его появления была подготовлена почва, т. е. подходящая среда, способная обеспечить выживание человечества.
Разумную материю можно назвать продуктом биосферы. По мере развития и усложнения последней возник качественно новый тип особым образом организованной материи, приспособленной к сознательной деятельности и мышлению. Внутренняя логика развития биосферы требует ее разрушения со временем и смены новой планетарной оболочкой, обладающей высокой геохимической активностью. Но такая смена означает вымирание человечества как вида и неизбежную гибель всего живого.
Вот почему прогрессивное развитие общества направлено на максимальное освоение природных ресурсов и преобразование среды обитания. Переделка условий существования не столько поддерживает наше нынешнее существование, сколько создает базу для обеспечения существования и в дальнейшем. Биосфера будет видоизменяться, но не под действием разрушительных сил Земли и космоса. Фактором эволюции оболочки живой материи выступит хозяйственная деятельность человека, подчинившего себе планетарные процессы.
Контролируя и направляя закономерные изменения в окружающей среде, человек сохранит и улучшит условия своего существования. Таким образом, в целом жизнь на Земле будет сохранена. Однако это дело далекого будущего. Пока же цивилизация своим неумелым управлением природой уверенно приближает наступление экологической катастрофы и выступает в роли деструктивного, а не созидательного фактора.
Успешное преодоление современного экологического кризиса и устранение его последствий позволят человечеству благополучно преобразовать биосферу и сохранить ее в новой эволюционной форме – ноосфере, т. е., если следовать мысли Вернадского, оболочке разума, координирующей все природные процессы на Земле и в околоземном космическом пространстве.
