Текст книги "Открытия и изобретения ХХ века. Энциклопедия"

Глава 74

Безбумажный документооборот и электронное издательство

В фильмах 80-90-х годов можно часто видеть, как полицейские (военные, государственные чиновники) усаживаются перед монитором ПК и, введя в компьютер несколько слов, получают информацию о каком-либо человеке или объекте. При этом, правда, экран выглядит чёрным, буковки зелёными (так выглядел интерфейс CP/M), а полученная справка уже сопровождается цветной фотографией. Это, конечно, вряд ли возможно. Скорее всего, съёмки проводились с бутафорским оборудованием, а люди, отвечающие за реквизит, мало что понимали в компьютерной технике (для творческого человека простительный недостаток). Однако, в этих сценах мы можем наблюдать систему безбумажного документооборота в действии.

Достаточно представить (а для некоторых наших организаций и представлять нечего, поскольку они работают по-старинке) поиск нужной справки в бумажном архиве и сравнить его с поиском в компьютерной базе данных, чтобы понять, насколько же удобно обходиться вовсе без бумаг. Попробуйте найти в любой бумажной энциклопедии, скажем, слово компьютер. Ничего хитрого – отыскиваем страницу со словами на букву «К», перелистываем десяток-другой, разыскивая вторую и третью букву. Готово… Теперь найдём все статьи энциклопедии, в которых упоминается компьютер РС. Теперь – в которых упоминается слово «компьютер». Но это же невозможно! Самый совершенный справочный аппарат самой лучшей в мире энциклопедии (хотя бы «Британники») не даст нам ссылок на все статьи с любыми на наш выбор словами. Это уже не энциклопедия будет, а сотни многопудовых томов бессмысленного текста и громоздких сокращений.

А в компьютерной справочной системе можно найти всё, что угодно. Статьи со словом «компьютер» – секундное дело. Со словами «компьютер РС» – нет проблем. Да с какими угодно словами, в любом контексте и в любом количестве.

Далее – в большой картотеке содержится тысяча (допустим) имён. В каждой карточке адресная информация на сотрудника компании, сведения о его прежней работе, семейном положении. И вдруг выясняется, что у такого-то сотрудника родился ребёнок. И теперь надо отыскать карточку, внести в неё сведения о ребёнке, пометить специально, что отныне этот сотрудник имеет право на материальную помощь. И ещё… ребёнок родился не только у него, но и у одной сотрудницы. Хм… родился-то как раз у неё, а не у него. А он – супруг этой сотрудницы. И тоже сотрудник компании. А начальник отдела кадров, который сейчас и копается в этой картотеке, ни разу не удосужился поздравить семейную пару с днём свадьбы. И даже не знал, что они супруги… А тут ещё какой-то дедушка, который папа сотрудницы, тесть сотрудника и сам один из старейших сотрудников компании, у которого теперь появился внук… И бабушка, которая… Короче, гнать таких начальников отдела кадров – вот и весь сказ…

Эта шутливая сцена позволяет оценить достоинства системы безбумажного документооборота. Мгновенная синхронизация данных, мгновенный и точный поиск, строгий порядок в хранении важной информации. Но даже не это главное. Главное в том, что полезные сведения не лежат мёртвым грузом на полках архивов, а открыты для пользования, постоянно работают и активно пополняются.

Точно такая же система может быть организована у вас дома. Учёт книг личной библиотеки, видеозаписей и дисков DVD. Адресная книга, проиллюстрированная фотографиями, снабжённая информацией о памятных датах. А коллекция фотографий? А марок или чего-нибудь ещё? Систематизации поддаётся всё абсолютно – была бы в том потребность.

В масштабах предприятия или целой отрасли безбумажный документооборот не только позволяет удобным образом организовать хранение архивов и открыть к ним доступ (всем желающим или «посвящённым» сотрудникам компании), но и элементарно сэкономить на бумаге. И тем самым сберечь гектары напрасно вырубленных лесов.

Ну а нам, обычным пользователям домашних компьютеров эта технология позволяет отыскивать в Интернете или на компакт-диске материалы по заинтересовавшей нас теме – статью, рассказ, видеоролик или книгу. И всё в электронном виде, из безбрежных сетевых хранилищ и архивов. И за считанные минуты…

Технология безбумажного документооборота появилась задолго до изобретения персональных компьютеров. В 70-е годы в крупных библиотеках и архивах ставку делали на микрофиши – форматные листы фотоплёнки, на которую были сфотографированы газетные статьи или другие документы. Микрофиши вставляли в проекционные аппараты и читали статьи на специальном экране. Места эти архивы на микрофишах занимали меньше, чем бумаги, но поиск информации был делом таким же непростым. Ситуация изменилась только в начале 80-х годов, что мы, собственно, и видим в упомянутых выше фильмах…

Ещё одна область человеческой деятельности, которая с появлением персональных компьютеров претерпела кардинальные изменения – издательство. То, что персональный компьютер представляет собой идеальную электронную «пишущую машинку», было ясно изначально – с появлением первых машин Apple II. И компьютеры стали широко применяться в редакциях газет и журналов, никак не влияя на сам технологический процесс предпечатной подготовки. Набранная на компьютере статья направлялась в набор, где её перенабирали заново.

Ситуацию изменил первый Макинтош, на экране которого набираемая страница газеты, журнала или книги выглядела точно так же, как и на бумаге. Именно на это и был ориентирован графический интерфейс – чтобы получить именно то, что пользователь видет при вводе текста и макетировании страницы.

И технология предпечатной подготовки претерпела серьёзные изменения. Верстальщик получает по компьютерной сети готовые статьи от штатных авторов. Затем он запускает программу вёрстки и создаёт макет страниц будущей газеты (журнала, книги, буклета). Подгоняет столбцы и полосы, нумерует их. Затем выводит на лазерный принтер и получает контрольную бумажную распечатку. Лазерный принтер – страничное печатное устройство. В нём лазер рисует на селеновом барабане образ страницы. В местах, засвеченных лазером, селеновый барабан электризуется и притягивает частицы порошкообразной краски. Затем эти частицы нагреваются и вплавляются в поверхность бумаги. Остатки неиспользуемой краски ссыпаются в специальный оток и используются повторно.

А если в лазерный принтер зарядить не бумагу, а прозрачную плёнку, используемую для печати тиража в офсетной печатной машине? Так верстальщик и поступает. Он отпечатывает свёрстанные страницы на плёнке и передаёт эти плёнки в типографию. С этих форм и печатается тираж газеты (журнала и так далее). Если издание многоцветное, то и плёночных форм печатается несколько (обычно четыре – по цветовой модели CMYK). А типографская печать идет последовательно четырьмя красками.

Так в некотором упрощении выглядит электронное издательство. В середине 80-х годов большая редкость даже в Америке, в конце обычное дело для издательств среднего и крупного масштаба. А в наши дни других издательств и не существует. Правда, очень скоро компьютеры семейства РС проникли на «территорию Макинтоша» и изрядно его потеснили. И сегодня РС умеют то же самое, что и Маки, в том числе и в области издательской деятельности.

Глава 75

Весь мир в кармане – магнитные и электронные носители цифровой информации

Развитие компьютерной техники и, особенно, персональных компьютеров повлияло и на развитие технологии хранения информации. О них и поговорим – о магнитных и электронных накопителях, а заодно и об устройстве микросхем электронной памяти (с производства которых, к слову, начался путь компании Intel).

В современных компьютерах применяется несколько видов накопителей, которые объединяет магнитный принцип сохранения информации. Одними из ранних типов магнитных накопителей были стримеры – многодорожечные ленточные цифровые магнитофоны, и дисководы для гибких магнитных дисков, которые, практически, уже вышли из употребления, вытесненные накопителями на основе электронной флэш-памяти. Устройство дисковода для гибких магнитных дисков (их называют дискетами) очень напоминает устройство винчестера. Отличие в том, что рабочая пластина не заключена в герметичный кожух, вращается с небольшой скоростью, а головка записи-чтения соприкасается с магнитным слоем диска. Поэтому чуть подробней рассмотрим общий принцип работы дисковых накопителей на примере винчестеров.

Компьютерный накопитель на основе жестких дисков или в винчестер – это, по сути, магнитофон, в котором в качестве носителя используется не лавсановая лента с напыленным на её поверхность слоем ферромагнитного порошка, а металлический диск. Головка записи-чтения перемещается радиально, то есть параллельно поверхности диска от центра к краю и обратно, при помощи специального рычага, отдаленно напоминающего тонарм звукоснимателя проигрывателя граммофонных пластинок. В нерабочем состоянии головка располагается в специальной парковочной зон диска, расположенной непосредственно у центра пластины. В момент запуска процесса чтения-записи диск раскручивается, аэродинамическая сила приподнимает головку, а рычаг перемещает её на нужное расстояние согласно командам контроллера.

Информация на поверхности пластины располагается на концентрических дорожках, представляющих собой замкнутые окружности, разделенные радиальными границами на сектора. Подобная организация позволяет очень быстро находить и считывать необходимую информацию, не изменяя скорости вращения рабочей пластины. Таким же образом организованы гибкие магнитные диски и некоторые оптические носители (например, магнитооптические). Устройства этого типа относятся к дисковым накопителям непосредственного (или иначе произвольного) доступа и обеспечивают самую высокую скорость обмена информацией. Пример другой организации – уже упомянутые потоковые ленточные накопители (стримеры), на которых информация располагается последовательно на всем протяжении ленты. Для поиска нужного фрагмента приходится многократно перематывать ленту в обоих направлениях до момента правильного позиционирования головки чтения-записи.

В компьютерных винчестерах для увеличения ёмкости применяется целый пакет рабочих пластин (отсюда вроде бы и название – пластины располагаются одна над другой, как стволы в легендарном ружье, хотя существует и другая версия происхождения этого названия накопителей на жестких магнитных дисках) и, соответственно, целый набор магнитных головок (по одной на каждую из двух поверхностей каждой пластины). При этом соосные (по вертикали) дорожки всех пластин называют цилиндрами. Перемещения головок осуществляется синхронно при помощи рычага, имеющего «многослойную» конструкцию.

Вообще, жесткий диск самое тонкое и технически сложное электромеханическое устройство компьютера. Высокоскоростной главный двигатель с особо стабильной частотой вращения приводит во вращение круглые пластины рабочих дисков. Рычаги головок, которые могут иметь поворотную или тангенциальную (шарнирную) конструкцию, приводятся в движение соленоидами. Миниатюрные магнитные головки во время рабочего цикла считывания-записи благодаря аэродинамическому эффекту Бернулли парят над поверхностью дисков на расстоянии в несколько микрон. Все это действительно тонкая, точная и очень совершенная техника. И при этом весьма долговечная – качественные винчестеры способны работать в круглосуточном режиме на протяжении 6—10 лет без сбоев и аварий…

Перейдём к микросхемам памяти. Вся электронная память подразделяется на статическую и динамическую. К статической памяти относятся постоянные запоминающие устройства или ПЗУ. Ячейки микросхемы памяти этого типа представляют собой электрические проводники. В момент записи информации электрический сигнал повреждает проводник ячейки. Таким образом, при считывании через ячейки с записанными в них логическими единицами электрический ток не проходит, а через неповрежденные, соответствующие логическим нулям, проходит беспрепятственно. Поскольку каждая ячейка имеет уникальный адрес, записанный в микросхему ПЗУ цифровой код остается неизменным в течение любого времени, а для сохранения содержимого ячейки не требуется электрического питания.

В микросхеме динамической памяти ячейки – это микроскопические электрические конденсаторы (два проводника с зазором между ними). При записи информации между проводниками ячейки накапливается электрический заряд. Наличие заряда интерпретируется контроллером памяти как логическая единица, отсутствие – как логический нуль. Поскольку конденсаторы имеют ничтожно малые, измеряемые в микронах, размеры, величина заряда очень невелика, как невелико и время его сохранения. Поэтому содержимое ячеек памяти постоянно обновляется – в соответствии с командами процессора компьютера, то есть динамически (отсюда и название). Информация в микросхеме динамической памяти сохраняется только до момента обесточивания микросхемы, то есть при выключении питания вся информация из ячеек стирается.

Микросхемы статической памяти обладают высокой надежностью хранения информации, поэтому используются там, где важна именно долговечность и надежность, например, в картриджах игровых приставок для хранения программ, в цифровой аппаратуре для хранения управляющих микропрограмм и заводских установок (в том числе и в компьютерах для хранения кода BIOS – базовой системы ввода-вывода, кстати, произносится как «Байес») и так далее. Микросхемы динамической памяти обладают высоким быстродействием, поэтому их применяют в качестве оперативного запоминающего устройства или ОЗУ.

Флэш-память относится к статическому энергонезависимому типу, но является при этом перезаписываемой. Ячейки флэш-памяти – это транзисторы, состояние которых можно изменить, подав на них ток определенной полярности. При этом транзистор принимает одно из двух положений – он либо закрыт и препятствует прохождению тока, либо открыт и не препятствует прохождению тока. Таким образом формируется последовательность логических нулей и единиц. Само по себе состояние транзисторов не изменяется (только при явной подаче на ячейку электрического сигнала), поэтому при обесточивании микросхемы информация не утрачивается.

В компьютерах и любых цифровых устройствах (в карманных компьютерах, цифровых портативных плеерах, в цифровых фотоаппаратах) флэш-память работает, как обычный дисковый накопитель. То есть можно записать информацию в ячейки микросхемы, затем эту информацию считать, стереть и записать на ее место другую. По сути, микросхема флэш-памяти – это миниатюрный винчестер, в котором нет ни одной движущейся детали! Но это не означает, что флэш-память не подвержена износу. Нет, она тоже изнашивается, тоже повреждается и со временем выходит из строя. Но время это гораздо продолжительней, чем срок службы электромеханических накопителей на жестких дисках. Производители осторожно ограничивают срок службы микросхем флэш-памяти десятью годами, хотя первые чипы флэш-памяти, выпущенные в начале девяностых годов работают исправно до сих пор.

Долговечность – не единственное преимущество флэш-памяти перед дисковыми накопителями. Поскольку в винчестерах используется технология магнитной записи, записанная на них информация может быть повреждена внешними магнитными полями. Флэш-память не боится ни магнитных полей, ни солнечного света (как оптический диск CD-R), ни каких-либо иных внешних воздействий (если они не выходят за рамки нормы – высокая температура или влажность губительна для любой электроники).

Конструктивно флэш-память выполняется в виде микросхем, которые могут устанавливаться на системные платы компьютеров, цифровых проигрывателей или в виде карт памяти. Карты памяти – тоже микросхемы, но в плоских пластиковых корпусах, оснащённых контактными площадками для подключения к разъему специального гнезда. Размеры карт флэш-памяти очень невелики, их часто сравнивают с почтовой маркой, и в этом сравнении есть смысл. Несколько карт формата SD можно запросто разместить в спичечном коробке.

Основные форматы карт флэш-памяти – это Compact Flash, Secure Digital, Multimedia Card (внешне очень похожа на предыдущую) и SmartMedia. Есть еще карты формата Memory Stick (и его модификации Pro и Duo), которые применяются в цифровой аппаратуре производства компании Sony, и несколько новых микроформатов, применяемых в сотовых телефонах. Их отличия в размерах, расположении электрических контактов (что делает карты несовместимыми, исключая SD и MMC, которые обладают обратной совместимостью – карточка MMC в слоте SD будет работать, а карта SD в слоте MMC нет) и в быстродействии. Разница в быстродействии объясняется разными способами реализации интерфейсов карт памяти и техническими параметрами самих микросхем.

Глава 76

Космические корабли многоразового использования

20 июня 1969 года американские астронавты Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин впервые в истории человечества ступили на поверхность Луны. И тут же перед американцами встал вопрос – что дальше. В каком направлении продолжать космические исследования? Полёты на Луну продолжались, но поставленная цель была, по сути, достигнута. И руководство NASA выдвинуло ряд предложений – используя уникальный опыт полётов к Луне, построить долговременную лунную станцию, запустить орбитальные станции для наблюдения за космосом и Землёй, построить космические заводы, а потом приступить к программе пилотируемых полётов к Марсу, астероидам и дальним планетам.

Но эти гражданские полёты обходились США слишком дорого. Только на первоначальном этапе требовались затраты не менее 6 миллиардов долларов в год. К тому же 1 августа 1968 года было принято принципиальное решение о заказе ограниченного количества ракет-носителей «Сатурн» (всего 27 экземпляров). А это означало, что после завершения программы высадки на Луну лунная техника использоваться больше не будет. Так и произошло – программа «Аполлон» была свёрнута, а в эксплуатации осталась только орбитальная станция «Скайлэб». Причина такого решения элементарно проста – у Соединённых Штатов не было денег на столь дорогостоящие проекты, которые не окупались даже в малой мере.

Специалистам NASA пришлось заняться серьёзной проблемой – на чём доставлять людей в космос. И 30 октября 1968 года NASA обратилась к космическим компаниям исследовать возможность создания космической системы многоразового использования. По предположениям учёных многократное использование космического корабля должно было до 10 раз снизить расходы на запуск, а в конечном счёте при 30 полётах в год окупить затраты на строительство корабля. До этого момента в космосе использовались только одноразовые ракеты-носители и пилотируемые космические корабли. Исключение составляют только три корабля серии «Меркурий», слетавшие в космос по два раза, и «Джемини 2». Но эти исключения лишь подтверждают правило.

В феврале 1969 года в исследования включились четыре компании, а в июле 1970 года две фирмы получили заказ на детальную разработку проекта. Такие же исследования велись под руководством Максима Фаже в Центре пилотируемых космических кораблей в Хьюстоне. Согласно первой концепции многоразовыми и пилотируемыми должны были стать и носитель, и космический корабль. По задумке конструкторов комплекс стартовал вертикально, как ракета, затем носитель (первая ступень) отделялся от корабля и приземлялся на аэродром, а корабль выводился на орбиту, затем возвращался на Землю и тоже садился на аэродром, как самолёт. Примерно в то же время за проектом закрепилось название «Космический челнок» – Space Shuttle.

В марте 1972 года проект «Космического челнока» был окончательно утверждён в том виде, в каком космические корабли этого типа известны нам сегодня. За основу был принят проект хьюстонской группы разработчиков. А 26 июля 1972 года США объявили о начале строительства «Космических челноков».

Между прочим, советские руководители присматривались к разработкам NASA и никак не могли понять – зачем американцы разрабатывают столь дорогостоящий проект, когда у них есть хорошо освоенные технологии одноразовых ракет-носителей и космических кораблей. Никто не мог и подумать, что «челнок» разрабатывается лишь по причинам экономии расходов на космические полёты. Было даже выдвинуто предположение, что внушительный грузовой отсек на «челноке» предназначен для того, чтобы захватывать на орбите советские спутники. И на советских пилотируемых орбитальных станциях серии «Алмаз» установили… автоматическую пушку. Ну, мало ли что…

Что же получилось у американцев в результате дорогостоящих исследований и строительства целой серии кораблей? Многоразовая космическая транспортная система, в состав которой входят два твердотопливных ускорителя, выполняющих функции первой ступени, орбитальный корабль с тремя маршевыми кислородно-водородными двигателями, выполняющими функцию второй ступени, и подвесной топливный отсек. При этом все компоненты системы, кроме топливного отсека, используются многократно.

В момент старта работают двигатели и первой, и второй ступеней. На 125-й секунде полёта, на высоте около 50 километров, твердотопливные ускорители отделяются от корабля при помощи восьми твердотопливных ракетных двигателей и падают на землю. На высоте около 7,6 километров открываются тормозные, а на высоте 4,8 километров – основные парашюты. Ускорители плавно опускаются в океан на 463-й секунде с момента старта и на расстоянии в 263 километра от точки старта. Специальные морские корабли отыскивают их и буксируют на базу – для восстановления и последующего применения на многоразовом комплексе.

На 480-й секунде полёта маршевые двигатели вырабатывают запас топлива в топливном отсеке. Отсек отделяется от корабля и сгорает в верхних слоях атмосферы. Обломки падают в Тихий или Индийский океаны. Спасению и восстановлению топливный отсек не подлежит. Это единственный одноразовый компонент системы.

А корабль продолжает полёт за счёт маршевых двигателей, которые выводят его на опорную орбиту. Те же двигатели работают при межорбитальных переходах и торможении для входа корабля в атмосферу. После завершения полёта, экипаж включает маршевые двигатели, которые уменьшают скорость полёта. Корабль входит в верхние слои атмосферы и, планируя, снижается. На посадочную полосу от садится с выключенными двигателями только за счёт планирования.

Всего в рамках программы Space Shuttle было построено шесть кораблей, пять из которых предназначены для орбитальных полётов. На сегодня количество кораблей уменьшилось до четырёх, три из которых могут летать в космос. Назовём их поимённо, но сначала заметим, что все многоразовые корабли поначалу названий не имели, а обозначались индексами (OV-101, OV-102 и так далее). Присваивать собственные имена кораблям стали с 17 сентября 1976 года, когда был выпущен первый корабль OV-101.

Итак – первым кораблём стал OV-101 «Enterprise» (имя дано по названию звездолёта из фантастического телесериала «Star Trek»). Строительство было начато в июне 1974 года. Этот корабль в космос не летал. Его использовали для отработки атмосферного спуска и планирующей посадки. В воздух он поднимался при помощи специально переоборудованного самолёта «Боинг-747». На счету «Энтерпарйза» 17 испытательных полётов.

Второй корабль OV-102 «Columbia». Название присвоено в честь первого американского корабля, совершившего кругосветное плавание. «Колумбия» начала строиться в 1975 году, совершила 28 полётов. В свой первый полёт корабль отправился 12 апреля 1981 года. За годы эксплуатации корабль подвергся модернизациям 50 раз. В 1991, 1994 и 1999 годах «Колумбия» побывала на заводе-изготовителе, где была подвергнута капитальным ремонтам, после чего возвращалась в строй. 1 февраля 2003 года во время возвращения из своего 28-го полёта корабль и его экипаж погибли.

Третий корабль OV-099 «Challenger» был назван в честь научного судна 19 века (на котором были промерены глубины Мирового океана и составлены карты дна). Строительство началось в 1975 году. В первый полёт корабль отправился 4 апреля 1983 года. Всего успел совершить 10 полётов. Но 28 января 1986 года во время старта погиб вместе с экипажем.

Четвёртый многоразовый корабль OV-103 «Discovery» назван в честь одного из двух кораблей капитана Кука. Строительство началось в 1979 году. Первый полёт состоялся 30 августа 1984 года. Всего на счету «Дискавери» 31 полёт в космос.

Пятый корабль OV-104 «Atlantis» назван в честь американского научно-исследовательского судна. Строительство начато в 1980 году, а первый полёт состоялся 10 марта 1983 года. Всего на счету этого корабля 26 орбитальных полётов.

И шестой, самый совершенный на сегодня, корабль OV-105 «Endeavuor» получил название в честь второго корабля капитана Кука. Строительство началось в 1987 году, вместо погибшего корабля «Челленджер». Первый полёт состоялся 5 июля 1992 года. Всего «Эндевор» поднимался на орбиту 19 раз.

Чтобы эта небольшая справка по многоразовым космическим кораблям была более наглядной, добавим, что согласно проекту компоненты системы Space Shuttle могут быть использованы: твердотопливные ускорители – 20 раз, маршевые кислородно-водородные двигатели – 55 раз, а сам орбитальный корабль – до 100 раз.