В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся]

Сворень Рудольф Анатольевич

В нашей стране работы в этом направлении начались много лет назад по инициативе академика Г. М. Франка и главным образом в Институте биофизики, которым он руководил. В скором времени в работу включились исследователи и конструкторы некоторых институтов и заводов Риги, Ленинграда, Новгорода, Москвы. Был пройден нелегкий путь поисков и создана целая последовательность приборов, которую сегодня завершает «Морфоквант». Оригинальные идеи и технические решения — их новизну подтверждают десятки авторских свидетельств и патентов, полученных за границей, — сделали «Морфоквант» прибором, если можно так сказать, высокой квалификации, по ряду показателей пока еще никем не достигнутой.

Электронный

глаз «Морфокванта» — фотоумножитель — рассматривает исследуемый препарат, точку за точкой; для этого двухступенчатая система прецизионных шаговых двигателей перемещает предметное стекло и часть оптической системы микроскопа с шагом от 0,1 до 3,2 мкм. Рассматривая, например, детали клетки по двум оптическим каналам с разными диафрагмами, удается автоматически осуществить очень точную фокусировку микроскопа. Подобным же образом можно нащупать границу объекта, обойти его контур и очень экономно записать координаты контура в память универсальной ЭВМ, которая входит в «Морфоквант». Кстати, ЭВМ сама управляет операцией обхода контура, а в дальнейшем анализирует геометрические или иные характеристики объекта, представленные сериями электрических сигналов.

Машина может рассортировать объекты (т. е. сообщить каких сколько) по их размерам на 120 групп. В частности, машина может рассортировать объекты по их оптической плотности; по длине периметра; по коэффициенту формы — отношению параметра к площади; оценить степень извилистости контура; габаритные размеры объекта — наибольшую длину и высоту; оценить его внутреннюю структуру, выявив и замерив области различной оптической плотности; определить площадь объектов разного цвета; исследовать структуру в разных участках светового спектра, т. е. связать структуру с цветом, а значит в итоге с химическими и физическими характеристиками. Все эти операции прибор выполняет четко, быстро (ошибка при измерении площади объектов не превышает 0,5 %, оптической плотности — 1 %) — за каких-нибудь четверть часа. «Морфоквант» может по довольно подробной программе исследовать 2–3 тыс. объектов.

Создание современного научного прибора и тем более организация его серийного выпуска — дело непростое и, скажем прямо, не очень-то заметное широкой публике. В то же время именно прибор, рабочий инструмент исследователя, нередко открывает путь к важному научному результату.

«Морфоквант», как и ряд его предшественников, созданных в нашей стране, уже записал в свой актив немало интересных практических результатов, в частности в онкологии, гематологии, а также в исследовании хромосом, имеющем очень важное значение для медиков и селекционеров. И конечно же, у этого серийного прибора, в котором в высокой мере реализуется требование века «автоматизировать исследования!», впереди большая и интересная научная биография.

Фантастическая электроника

Рожденная физикой твердого тела современная технология полупроводниковых интегральных схем позволяет разместить в миниатюрном кристалле десятки тысяч деталей вычислительной машины.

Есть немало творений техники, которым выпала счастливая судьба непосредственно служить миллионам людей. Почти всегда они входят в нашу жизнь робко, но потом становятся не просто привычными — становятся необходимыми, и уже непонятно, как это раньше можно было обходиться без них.

Прыгающие кадры старинной кинохроники напоминают о первых самолетах — неуклюжих этажерках из ткани и дерева. В начале века полет на аэроплане был героическим событием, собирал огромные толпы зрителей. Сейчас только Аэрофлот перевозит 100 млн. пассажиров ежегодно, и многие люди

просто не представляют себе, как они будут добираться из Москвы в Хабаровск или даже в Сочи поездом. Другой пример — телевидение. Вспоминается, как лет тридцать назад в витринах магазинов стояли первые наши телевизоры и их цена была ниже себестоимости — нужно было помочь покупателям сделать трудный шаг в неизвестное. Но вскоре уже приходилось месяцами ждать очереди, чтобы купить телевизор, а сейчас в стране десятки миллионов телевизоров, они есть практически в каждой семье.

Сегодня в списке техники для миллионов — «…телефон, автомобили, часы, радио, книгопечатание, фотоаппараты и кинокамеры, электрическое освещение…» — появилась еще одна строка— «…электронная вычислительная техника…». Нет, нет, это не большие ЭВМ для научных исследований и управления производством, а малые, карманные вычислительные устройства, те, что принято называть микрокалькуляторами. Для первого знакомства с ними мы отправляемся в магазин № 61 Москультторга (Москва, Пушкинская ул., дом 23/8), где в широкой продаже модели отечественных микрокалькуляторов.

На правах покупателей заглядываем в инструкции по пользованию этими миниатюрными компьютерами, где, как обычно, суховато, однако же достаточно подробно рассказывается о самих моделях, их возможностях и некоторых технических характеристиках, приводятся многочисленные примеры решения тех или иных видов вычислительных задач. Микрокалькулятор «Электроника БЗ-18» и относится к так называемым инженерным вычислительным устройствам. Машина выполняет четыре действия арифметики над восьмиразрядными числами, т. е. на ее цифровом табло может появляться восьмиразрядный результат — число до 100 млн. (точнее, до 99 999 999). Операции с десятичными дробями ведутся с так называемой плавающей запятой: при вводе десятичной дроби вы ставите в нужном месте запятую, а затем калькулятор уже сам следит за ее положением и после каждого очередного вычисления располагает запятую в нужном месте.

Сам ввод информации в калькулятор предельно прост. На передней панели имеются небольшие кнопки с цифрами от 0 до 9 и знаками арифметических действий. Последовательно нажимая на них, вы даете указание, с какими числами какое действие нужно произвести, и затем, нажав кнопку со знаком <=>, практически мгновенно получаете результат.

Но этот калькулятор перешел Рубикон арифметики, его математическое образование шагнуло в тригонометрию и алгебру. «Электроника БЗ-18» умеет мгновенно возводить в квадрат и извлекать квадратный корень, в два приема возводить в любую степень в пределах восьми разрядов, вычислять обратные величины, вычислять логарифмы и антилогарифмы (десятичные и натуральные), тригонометрические функции. Все это не обращение к памяти, не воспроизведение справочных данных. Так, скажем, для вычисления синуса калькулятор сам по своей внутренней программе производит десятки арифметических операций, пользуясь известным разложением в ряд Тейлора.

Косвенный показатель того, что некоторые задачи, решаемые инженерным калькулятором, довольно сложны, — это время, которое он затрачивает на вычисления. Так, на сложение или вычитание двух восьмиразрядных чисел уходит около 50 мс (0,05 с), а на их умножение или деление затрачивается уже около 300 мс, на возведение в степень с высоким показателем — 1 с, а на вычисление арктангенса — 3 с. Когда видишь, как машина, которая только что мгновенно складывала огромные числа, тратит несколько секунд, чтобы выполнить какую-либо алгебраическую или тригонометрическую операцию, невольно задумываешься о той большой работе, которая идет внутри маленькой коробочки, прежде чем на ее индикаторе засветится результат.