Перелом

Набивку перфолент выполняли сами студенты. Вскоре им надоело перенабивать перфоленты каждый раз, меняя разве что константы — сами-то программы менялись нечасто, а вот конкретные параметры — довольно значительно — ведь даже по одной температуре надо было проводить десятки опытов с шагом в десять градусов, а для каждой температуры — еще и с разным временем — с шагом, скажем, в одну минуту — перфолент получалось просто невообразимое количество — десятки и сотни. Неудивительно, что творческие личности вскоре взвыли от такой работы и постарались как-то ее упростить. Ну народ и начал творить. Первое, что они сделали — это составили "бланковую" программу — перфоленту с командами, но без значений. И отдельно стали набивать перфоленты со значениями. А уже потом совмещать два в одном — протягивали обе перфоленты на двух аппаратах, а общий результат пробивался на третьем — эту перфоленту уже и заряжали в исследовательскую систему. А чтобы понимать — откуда надо брать значение — стали на бланковой перфоленте пробивать служебную дорожку — есть единица — берем с одного аппарата, нет — с другого. Это уже исключало необходимость повторной набивки вручную самой программы — номеров устройств, субустройств, масок ожидания — оставалось только набить перфоленты с самими значениями. Но на ленте значений надо было оставлять соответствующие им позиции пустыми. "А чего бы не сэкономить бумагу?" — подумали наши гении. И ввели на "бланковой" перфоленте еще одну дорожку — теперь, встретив единицу в этой дорожке, управляющая схема брала число с перфоленты значений — и протягивала обе перфоленты, забирая значение со второй перфоленты, а ленту команд просто протягивая дальше. А если отверстия не было, забирала номер устройства с ленты команд, а ленту значений не трогала, пока на ленте команд снова не встретится единица. А потом еще немного подумали — и подключили оба считывателя напрямую к исследовательской системе — то есть заменили предыдущий вариант с набивкой сводной ленты сразу чтением исходных лент, без создания сводной. Да, потребовалось два аппарата, но зато вышла экономия на перфолентах — и на самой бумаге, и на ее пробивке — теперь требовалась только отдельная лента команд и отдельные ленты значений, причем те — уже без пропусков под команды. Так мы постепенно приходили к Гарвардской архитектуре. Хотя тут про такое вообще не слышали — все-таки секретные штуки, но вот я как-то ляпнул в разговоре — так и прижилось. А потом и разведка подтвердила, что да, еще в конце тридцатых была предложена эта схема в Гарварде. Про меня в очередной раз зашептали "Ну точно разведчик…".

Ну а уж для перевода из десятичных в двоичный код народ сначала составил таблицу всех чисел до 1023 и набивал по ней вручную. Потом ее набили на перфоленте, которую протягивали до нужного числа — всего-то пять метров на двух бобинах, жали кнопку — и сигналы со считывающих датчиков поступали на пробивочную машину. но с такой длинной лентой ускорение получалось только если нужные значения были рядом, что получалось не всегда, поэтому ее разбили на ленты для каждой сотни, вставляли нужную и протягивали до нужного числа — надо, скажем, триста семьдесят два — брали полуметровую ленту с числами от трехсот до трехсот девяноста девяти, протягивали до нужного числа — и вперед. Потом народ понял, что каждый раз менять ленту тоже как-то занудно. Тогда сделали несколько считывателей, в каждом установили по длинной ленте на все 1024 числа — и брали значения с них — ведь шаг изменения значений одной переменной невелик — пять-десять-двадцать единиц, самих переменных тоже немного — три-пять-семь, поэтому достаточно семи считывателей максимум, и на каждом протягивать свою ленту — установили начальные значения на всех считывателях, и затем последовательно нажали на каждом кнопку — на ленте значений последовательно пробились нужные двоичные цифры. Потом сдвинули одну из лент, чей шаг отрабатывается — и снова последовательно пробили значения — и так далее. Получалось довольно быстро. Но и эту схему автоматизировали. Действительно — "Чего это мы будем жать кнопки на всех аппаратах?" — ну и добавили схему с механическим переключателем, которая по нажатию всего одной кнопки пробивала значения со всех аппаратов — главное теперь было не запутаться в смене значений на лентах-источниках — для каждой надо было выставить нужный шаг значений. А потом еще подумали, и подключили эти ленты к самой установке, и теперь было достаточно перед каждым экспериментом установить нужные начальные значения на лентах, а уж схема выбора считывателя последовательно проходила ленты и брала с них значения — ленты как бы организовывали вложенные циклы прохода по своим переменным — температуре, давлению, сопротивлению и так далее. Правда, это безобразие вскоре прекратили — все-таки надо было сохранять значения, при которых проходил эксперимент — и для истории, и чтобы повторить без необходимости настройки. Поэтому на время вернулись к предыдущей схеме с готовыми лентами значений, пока кому-то не пришла в голову мысль сдавать в архив не сами ленты, а параметры считывателей — начальное значение и шаг — количество потребной бумаги снова уменьшилось.

Причем, несмотря на секретность, сведения о цифровых схемах просачивались в народ, поэтому вскоре мы обнаружили в одной из лабораторий самодельный блок с АЦП и счетчиком, которые моделировали работу с перфолентой — просто теперь последовательные значения для перебора параметров при экспериментах выдавались не с пробитой ленты, а с этого АЦП. Причем устройство было незасекреченным, и счетчики применили не в лабораториях, занимающихся технологией изготовления цифровых микросхем, что было бы естественно, а в совсем посторонней области — просто два друга играли вместе в волейбольной команде, вот и зацепились языками за тему генерации последовательностей значений для экспериментов. А в лаборатории цифровиков было много бракованных микросхем этих счетчиков, где работали, скажем, только два разряда из четырех, да и рассыпухи хватало, вот друг-цифровик и сделал из них своему другу несколько микросхем счетчиков на два, три, а то и на один разряд — и потом просто соединили их последовательно, получая нужные сетки разрядностей, а где не хватало, добивали рассыпухой, а то и на лампах, да еще подпирали снизу начальным напряжением выходные усилители, и так получали набор значений в нужном диапазоне напряжений. Так эти ухари, чтобы скрыть свою деятельность, одновременно пробивали и перфоленты, только теперь они были не источниками значений для установки, а лишь документированием процесса исследований — типа "правила не нарушили, все задокументировано", ага. То есть в нашей системе безопасности появилась новая дыра, и что делать с этой вольницей, было совсем непонятно — вроде бы делали благое дело, но вместе с тем сведения о цифровых микросхемах все больше утекали наружу. В данном случае, ладно — "все свои". Но мог оказаться и не свой. Пришлось возглавить и это направление — мы стали выпускать блоки с такими цифровыми счетчиками, пряча сами цифровухи уже стандартным способом среди других элементов, а работу счетчиков пока залегендировали магнитной записью значений — якобы теперь они записаны на магнитную пленку — внутри даже были соответствующие лентопротяжные механизмы с бобинами, сделанные из брака, и они даже работали. Ну, выглядели работающими — шуршали двигателями кода работали цифровые счетчики. А вот лезть внутрь, как и обычно, можно было только сотрудникам с соответствующим допуском.

Так что схемы управления постоянно развивались хотя к полноценному центральному процессору в автоматизации экспериментов и производств мы еще не пришли — сама подключаемая аппаратура имела блоки управления, которые можно было включать в управляющие схемы термошкафа — на первых версиях настройки задавались еще на самой аппаратуре, и она могла обмениваться с основным управляющим блоком сигналами — получать и принимать сигналы.

Особенно страстно такими конструкциями занимался молодняк — парни и девушки от шестнадцати до двадцати двух. У нас было уже семьдесят три таких уникума, что могли составить любую схему, и именно их запросы особенно сильно продвигали нашу конструкторскую мысль. И более двухсот молодых уровнем хоть и пониже, но тоже пышущих идеями. Да, Советскому Союзу не хватило каких-то двух-трех, ну максимум пяти лет мирной жизни, чтобы выстрелил тот фундамент, что закладывался в годы первых пятилеток. В реальной истории вся эта молодежь, скорее всего, сгинула в немецких концлагерях, или погибла во время рейдов немецких карателей, или горбатилась на фрицев в качестве остербайтеров, в лучшем случае — воевала в партизанских отрядах. Многим ли удалось выжить и раскрыть свой талант — неизвестно. Собственно, почти то же самое произошло и в конце восьмидесятых — девяностые, да и позднее — скольких сбил с пути лозунг "Обогащайтесь!". А сейчас эти мальчишки и девчонки с упоением подчиняли себе оживленных электроникой големов. Да и более старшие товарищи вполне так осваивали новую технику, тем более что в СССР автоматизацией стали серьезно заниматься еще с начала тридцатых. В 1930 в Главэнергоцентре ВСНХ СССР был организован комитет по автоматике. В правлении Всесоюзного электротехнического объединения в 1932 было создано бюро автоматизации и механизации заводов электропромышленности. В специальном машиностроении было организовано Всесоюзное объединение точной индустрии по производству и монтажу приборов контроля и регулирования. В научно-исследовательских институтах энергетики, металлургии, химии, машиностроения, коммунального хозяйства создавались лаборатории автоматики. Проводились отраслевые и всесоюзные совещания и конференции по перспективам её применения. В 1935 в АН СССР стала работать Комиссия телемеханики и автоматики для обобщения и координации научно-исследовательских работ в этой области. Началось издание журнала "Автоматика и телемеханика". В первые пятилетки были созданы первые заводы, производящие приборы и аппаратуру автоматики и телемеханики. Так что вопросы автоматизации производства тут были не в новинку. Более того, постепенно у меня начало складываться ощущение, что народ воспринимал цифровое управление с перфолент через ЦАП-АЦП лишь как расширение релейных схем управления. Или механических командоаппаратов, которые применялись, например, для управления электроприводами — они были разных конструкций — кнопочные, барабанные, кулачковые — и выполняли последовательность действий, необходимых для запуска или, скажем, торможения двигателей. В этих командоаппаратах даже применялось слово "программа", так что и тут я не внес ничего нового, кроме разве что новой элементной базы и техники работы, да и то все пока делалось практически жестким кодированием схем работы, то есть по сути не отличалось от разработки командоаппаратов, разве что была добавлена возможность задания набора параметров их работы.

Так что автоматизация экспериментов и производств пока обходилась жесткими схемами, а настоящие компьютеры применялись в науке, причем, когда у нас пошли операционные усилители, цифровики сразу начали скрещивать свои схемы с аналоговыми, когда цифровая часть отвечала за общий алгоритм и управление ходом вычислений, а аналоговая — непосредственно для расчетов — суммирования, дифференцирования и тому подобного — то есть они были как бы математическими ускорителями, сопроцессорами для центрального процессора. А я еще думал вбрасывать ли им идею с ПЛИСами или подождать, чтобы не сбивать их с пути — в принципе, сейчас в качестве ПЛИС выступали эти аналоговые сопроцессоры, в которых народ реализовывал нужные алгоритмы жестким перекоммутированием проводников, и, так как алгоритмы не требовалось менять часто, то возможности ПЛИС, по крайней мере по этой части, и не будут востребованы, а цифровая часть нормально отрабатывает и на обычном процессоре. Ладно, подождем.

В общем, машины с центральным процессором пока не хотели вписываться в автоматизацию исследований и в технологические процессы — контроллерам оборудования хватало жестких схем. Ну и ладно — все-равно пока их немного, еще не подобрались и до сотни, и большинство работало в науке и проектировании, ну разве что сумели приспособить несколько машин для особо сложных исследовательских стендов. Особенно отлично сочетание измерительных приборов и симбиоза цифровой и аналоговой вычислительной техники работало на исследовательских стендах по управлению сгоранием топлив в быстротекущем газе — начав исследования по напылению металлов, мы от них плавно переходили к принципиально новой технике — десятки датчиков снимали показания перепада давления, температуры, скорости потока, вибраций в зависимости от положения заслонок, количества подаваемого топлива — и затем инженеры ползали по многометровым графикам, выверяя свои математические модели процессов. В циклотронах вот тоже начали приспосабливать эту технику. А так — в основном она применялась для выполнения множества расчетов — научных и конструкторских. Вот и в ИК-технике следующего поколения обошлись стандартными средствами автоматизации, не влезая с сложные системы управления, хотя эта техника даст существенный скачок для ведения боевых действий ночью.

Глава 15

И называлась эта техника — микроканальные фотоумножители. Все-таки те ИК-приборы, что мы использовали до сих пор, были еще несовершенны и уж точно не дотягивали до тех картинок, что я помнил по своему времени. Точнее, как раз картинок они почти что и не давали. Так, наиболее массовым прибором был детектор тепла — одноэлементный прибор, с помощью которого можно было определить, что вот там что-то теплится — а уж что — солдат, танк, пострелявшее орудие или амбразура ДОТа — надо было высматривать глазами. Ну, не совсем глазами, а оптическими и телескопическими приборами, что мы выпускали в массовых количествах. Какую-то картинку давали системы с механическим сканированием, в которых линейка детекторов последовательно ощупывала пространство и выдавало на ЭЛТ набор точек — в этих устройствах были почти те же детекторы, только сделанные немного по-другому, чтобы обеспечить достаточное быстродействие, необходимое для развертки хотя бы десяти кадров в секунду.

Одноэлементные приборы были легкими, но не давали картинки, сканирующие — давали картинку, но были громоздкими. Промежуточное положение между ними занимали электронно-оптические преобразователи. Эти электровакуумные приборы имели фотокатод — напыленную либо осаженную с внутренней поверхности колбы смесь веществ, которые могли эмитировать электроны под воздействием падающего света — сурьма-цезий, окисленное серебро-цезий и т. п. Причем выбитые электроны могут вылетать из каждой точки фотокатода во всех направлениях — как перпендикулярно, так и практически горизонтально поверхности, поэтому их надо фокусировать, чтобы они летели к экрану более-менее параллельно — электролюминисцентному слою, напыленному на другой стороне колбы. Фокусировать можно либо электростатическими, либо магнитными полями, либо обоими сразу. Немцы применяли только первый вариант. При этом четкое изображение все-равно не получишь — так, при расстоянии между электродами в двадцать миллиметров и фокусирующем напряжении десять тысяч вольт диаметр точки изображения будет почти миллиметр. Причем — каждой точки изображения на фотокатоде. Все дело в том, что свет разной длины волны выбивает электроны разной энергии, и так как каждая точка исходного изображения состоит из набора волн разной частоты, то она даст набор электронов с разной энергией, а фокусирующее напряжение рассчитано, скажем, только на какой-то узкий диапазон энергий — вот остальные электроны, не попадающие в этот диапазон, и будут фокусироваться уже не в точку, а в круг. Это помимо упомянутого мною эффекта выбивания электронов под разными углами. И чем больше расстояние между электродами и чем меньше напряжение — тем больше результирующий диаметр круга от каждой точки. В результате "круги" соседних точек накладываются друг на друга, изображение размывается. В принципе, этого достаточно чтобы рассмотреть крупные объекты, расположенные на дальних расстояниях, либо мелкие — на близких.

Вот только компактными такие приборы назвать все-равно нельзя — для создания высоких напряжений требовался мощный источник электричества, сам прибор тоже немаленький, а небольшой коэффициент усиления накладывал дополнительные требования. Да и наши производственные возможности в начале не позволяли создавать ЭОП, а потом твердотельные и вакуумные одноэлементные ИК-детекторы уже достигли достаточного качества и тем более количества, чтобы имело смысл переводить все на ЭОП. Правда, дополнительное закручивание электронов еще и магнитным полем повышало четкость изображения раз в сто, если не в двести — тут уже можно было бы различать более мелкие объекты на больших расстояниях. Магнитное поле закручивало электроны, так что они двигались от каждой точки фотокатода уже не по параболе, а по спирали, хотя это давало S-образные искажения изображения. К тому же подобрать напряженность магнитного поля так, чтобы электроны при очередном витке пересеклись бы с осью, выходящей из точки фотокатода, откуда они были выбиты, было сложновато — напомню, энергия электронов разная. Да и хроматическая аберрация также возникает — все из-за той же разности в энергиях, а следовательно и скоростях электронов.

Ну и все-таки самое главное — низкий коэффициент усиления обычных электронно-оптических преобразователей — где-то сотня, может, полторы. Правда, были идеи создавать многокамерные ЭОП, когда последовательно соединяется несколько колб, и каждый последующий каскад усиливает изображение от люминофора предыдущего каскада — тут усиление получалось уже до миллиона раз. Но такая конструкция сложна в изготовлении, хрупка в эксплуатации, да и достаточно объемна, а кроме того — снова исчезают мелкие детали, так как нечеткость изображения протаскивается через весь тракт, увеличиваясь от каскада к каскаду. В тридцатые эта идея уже была опробована и ее отбросили именно из-за сильного размывания изображения — не смогли создать достаточную фокусировку на каждом из каскадов. У нас тоже с чисто электростатической фокусировкой ничего не получилось, и лишь добавление еще и магнитной как-то улучшило изображение, но это — дополнительное усложнение — народ продолжал ковырять и эту схему, чисто на всякий случай — вдруг выстрелит. Но наши основные усилия были приложены к другой технологии.

К канальным усилителям. Сначала их делали как все нормальные люди — в вакуумной колбе находились электроды, из которых последовательно и выбивалось все больше и больше электронов — разрешающая способность, правда, лимитировалась внутренним диаметром колбы, но эти приборы использовали наши физики и химики — к нашим я относил и немцев, которые согласились работать с нами — их набралось немало и после захвата нами Кенигсберга, да и в армии они тоже служили — немцы почему-то гребли в армию в том числе и научный персонал. Совсем как в РККА.