В статье обсуждается вопрос развития средств удовлетворения информационных потребностей человека. Показано, что движущими силами этого процесса являются эвристические способности человека и уровень технологии производства интегральных схем.
В работе [1] показано, что наряду с самыми разнообразными потребностями человека существует информационная потребность, которая заключается в необходимости для человека: обмениваться информацией с себе подобными; запоминать информацию в виде слуховых, зрительных образов; сохранять информацию на каких-либо носителях;
– создавать информацию в виде звуковых и созерцательных образов;
– извлекать информацию об удаленных объектах;
– формировать информацию о своем пространственном положении;
– познавать закономерности окружающего мира.
В [2] были рассмотрены исторические аспекты развития средств реализации информационной потребности человека (ИПЧ). Под идеей развития средств удовлетворения информационной потребности человека удалось объединить такие важные явления как язык, письменность, книгопечатание, телеграф, телефон, радиосвязь, телевидение, радиолокация, вычислительная техника, спутниковые глобальные системы навигации, сотовая радиосвязь и интернет.
К движущим силам развития информационных средств ИПЧ следует отнести две основные категории – это эвристические способности человека, заключающиеся в принятии решений на основе либо нечеткой информации, либо на основе догадок. Другой движущей силой является уровень элементной базы информационных технических систем (ИТС), который определяет информационную производительность функциональных преобразователей, являющихся основой средств удовлетворения ИПЧ.
1. Эвристические способности человека. Являются одними из самых ярких проявлений его интеллекта и заключаются в способности человека к научному исследованию, в котором можно выделить 3 основных аспекта:
– регистрация и анализ фактов, событий, то есть информации о каком либо явлении в окружающем мире;
– формирование модели наблюдаемого явления, когда отбрасываются все несущественные детали, а используются для моделирования существенные факты и предметы;
– анализ построенной модели и определение закономерностей, формулирование законов с использованием эвристических способностей человека, позволяющих обоснованно находить причину тех, или иных явлений.
Эвристические способности человека проявляются на этапе принятия решения, который является основополагающим в мыслительной деятельности человека, является сутью интеллекта человека.
Принятие решение включает в себя несколько подходов, которые включаются в методологию принятия решений как науки, изучающей методы принятия решений при интеллектуальной деятельности человека.
Выделим методы принятия решений при мыслительной деятельности человека:
– алгоритмический метод, когда используются известные законы и детерминированные условия получения и преобразования информации;
– метод выдвижения и проверки гипотез, когда имеются закономерности, частично описывающие происходящие события. В этом случае по полученным исходным данным выдвигается гипотеза о результате, выполняется проверка гипотезы с использованием существующих закономерностей на сопутствующих условиях, и, если наблюдается совпадение, то гипотеза принимается за решение; в противном случае – отвергается;
– эвристический метод, когда отсутствуют законы и закономерности и требуется их выявить и сформулировать. При этом используются догадки, которые свойственны интеллекту человека, и, которые кладутся в основу законов и закономерностей. Найденные законы и закономерности используются в дальнейшем в практических целях.
2. Уровень элементной базы.
Элементная база ИТС, как основа информационных технологий, прошла этапы развития, основываясь на самых различных материальных средствах. Отметим основные из них, которые подробно рассмотрены в [1,2]:
– письменность, книгопечатание, газета – это глиняные дощечки, береста, бумага;
– телеграф, телефон – это реле, источники электрического тока, металлические провода;
– радио – это электротехнические средства возбуждения и приема электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве;
– телевидение – это электронно-лучевые трубки для передачи и приема по проводам электрических сигналов, формирующих на экране движущееся изображение;
– радиолокация – это генераторы мощных высокочастотных электрических колебаний; в начале своего развития на электронных лампах, а также сложные антенные устройства, формирующие направленное излучение в сторону неизвестного объекта.
– радиосвязь – это чувствительные радиоприемные устройства, сначала на электронных лампах, затем на транзисторах;
– вычислительная техника – это релейные схемы в начале своего развития, затем электронные лампы и твердотельные транзисторы, и, наконец, интегральные схемы.
В настоящее время наблюдается процесс широкого использования интегральных схем (ИС) практически во всех средствах реализации ИПЧ, приведенных выше. Интегральные схемы в настоящее время являются доминирующей элементной базой, от уровня технологии производства которых напрямую зависят перспективы развития информационных технологий.
Следует отметить две тенденции в развитии ИС – уменьшение размеров транзистора как базового элемента ИС, а также увеличение размера кристалла кремния, на котором с помощью различных технологических приемов формируются транзисторы как активные элементы и связи между ними. Официальной датой появления первого транзистора считается 23 декабря 1947 года. Авторами этого замечательного изобретения стали американские физики У. Шокли, Дж. Бардин и У. Браттейн. В июле 1948 года информация об этом изобретении появилась в журнале «The Physical Review». За эту разработку американские исследователи были удостоены Нобелевской премии в области физики в 1956 году.
Начиная с 1947 г. в СССР интенсивно велись работы в области полупроводниковых усилителей – в ЦНИИ-108 (лаб. С.Г. Калашникова) и в НИИ-160 (НИИ «Исток», Фрязино, лаб. А.В. Красилова). 15 ноября 1948 года, то есть на 4 месяца позже чем американцы, в журнале «Вестник информации» А.В. Красилов опубликовал статью, посвященную описанию полупроводникового прибора с использованием p-n-переходов. Таким образом, первый советский транзистор в СССР был создан независимо от работ американских учёных. Отличительной особенностью советских разработок в области полупроводниковой техники на начальном этапе было использование германия Ge, тогда как американские физики использовали кремний Si.
Транзистор является базовым элементом вычислительной техники, параметры которого – размеры и быстродействие переключения, являются основными и определяющими для информационной производительности средств ВТ. Начиная с изобретения транзистора, ведущие производители полупроводниковых элементов ведут непрерывные исследования с целью уменьшения размеров транзистора, и, как следствие, увеличения числа транзисторов на кристалле. При этом обязательно преследуется цель уменьшения времени переключения транзистора.
В [3] отмечается, что ведущий производитель процессоров для вычислительной техники фирма Intel каждые 2 года совершенствует технологический процесс и уменьшает линейные размеры транзисторов: в 2003 г. они составили 90 нм; в 2005 г. – 65 нм; 2007 г. – 45 нм; 2009 г. – 32 нм; 2011 г. – 22 нм. В настоящее время осуществляется переход на 20-нанометровую и далее на 15-нанометровую технологию. В этой связи, метод фотолитографии, основанный на использовании фотошаблонов, исчерпал себя. Отметим, что длина волны ультрафиолетовой части оптического спектра электромагнитных волн составляет 400 нм. Разработчики технологического процесса производства ИС находят все новые решения и новые материалы, одними из которых являются углеродные нанотрубки.
Есть ли предел уменьшению размеров транзистора? Специалисты говорят – да! При переходе на 5-нанометровую технологию начнут проявляться законы квантовой механики, когда электроны начнут в соответствии с «туннельным эффектом» неконтролируемо проникать сквозь затвор транзистора, изменяя его логическое состояние. В перспективе специалисты видят использование углеродных нанотрубок, а также переход на квантовые компьютеры.