Зеркала вместо заводов: как город купил себе солнце и немножко разбогател1
Автор текста: Maslukhin
В прошлом году появилась новость про калифорнийский стартап Reflect Orbital, который собирался запустить 57 малых спутников, чтобы в любой момент можно было перенаправить солнечный свет в произвольную точку мира. Если вдруг не можете найти ключи в темноте, то заказываете в приложении свет по своим координатам – вуаля, только вам светит солнце.
На Хабре была подробная статья на эту тему и совершенно эпичные комментарии под ней. А я долго не мог взять в толк, зачем вообще это было нужно (ну, кроме освоения грантов). Пока не прочитал про город Рьюкан, в котором бывает мало солнца и где освещают центральную площадь с помощью зеркал, поворачивающихся вслед за солнцем. История показалась мне достойной того, чтобы рассказать ее отдельно.
Итак, перед вами город Рьюкан в Норвегии, расположенный в долине между двумя большими горами. Ну как город – рабочий поселок, получивший статус городка только в 1996 г. и возникший для обслуживания предприятия по производству селитры.
Рядом с городом находится 104-метровый водопад Рьюканфоссен (о эти прекрасные норвежские названия), который обеспечивал предприятие и город дармовым электричеством. То есть расположение поселка было обусловлено чистым производственным расчетом. А вот чего не учли, так то, что городок расположился между двумя горами, которые заслоняют свет и отбрасывают приличные тени в зимнее время года. Надо понимать, что в широтах Норвегии с солнцем и так проблемы, а тут еще и эти горы. В результате в Рьюкане горожане видят солнце на три месяца реже, чем жители соседних поселений – а те тоже, не сказать чтобы «купались» в солнечных лучах.
Вообще, расположение между гор не раз обеспечивало Рьюкану место в истории – так, во время второй мировой, нацисты проводили на электростанции работы по созданию «тяжелой воды» и ядерного оружия, а норвежские партизаны пытались эту электростанцию подорвать.
Но война закончилась, потом и производство селитры переехало в другое место, а солнце по-прежнему город не жаловало. В какой-то момент поселенцы Рьюкана психанули и сначала построили канатную дорогу на одну из вершин – чтобы жители могли скататься и убедится, что солнце все-таки светит и это только они так удачно поселились. А потом на горе, на уровне 742 метров над уровнем моря, поставили 3 зеркала, которые перенаправляют свет в центр городка.
Немного технических характеристик: относительно города зеркала расположены на высоте 400 м. Площадь каждого зеркала составляет 17 м², а их положение раз в 10 секунд корректируется по двум осям с помощью специального контроллера, высчитывающего положение солнца и подающего сигнал на шаговые двигатели. Конечно, отраженного света не хватает на весь город – площадь светового эллипса составляет около 600 м². Но зато каждый горожанин может сходить в центр и чуть-чуть погреться на солнышке.
Небольшая ремарка: в Норвегии, как в северной стране, вообще к солнцу относятся по-особому. К примеру, у них есть ежегодный фестиваль Solfestuka, приветствующий возвращение солнца после долгой полярной зимы. Но это в городе, где солнышка зимой вообще нет, а в Рьюкане оно как бы есть и даже рядом, но чуть-чуть не доходит.
Но городу повезло – в 2005 году переехавший в город художник Мартина Андерсен затосковал по солнцу. Он несколько лет исследовал, как работают гелиостаты и убедил местные власти построить зеркальную конструкцию.
Зеркала поставили в 2013 году, и с тех в городе стало не только чуть светлее, но еще и денежнее, потому что в Рьюкан толпами повалили туристы посмотреть на это чудо. Вообще, город довольно интересно трансформировался в туристическую достопримечательность: помимо искусственного солнечного зайчика, он известен как начало пеших маршрутов по плато Хардангервидда (на минуточку – самого крупного высокогорного плато в Европе), а также как одно из самых популярных мест для туристического ледолазания.
Фото из статьи про Рьюкан с сайта школы альпинизма и скалолазания
Поскольку промышленное производство из города давно переехало, то Рьюкан преимущественно живет за счет туристов. И, судя по всему, живет успешно. Уверен, что денег на услуги спутникового солнца от Reflect Orbital (если они когда-нибудь запустятся), ему точно должно хватить.
К слову, ситуация с солнцем в Рьюкане не уникальна. К примеру, в Италии также есть деревушка Виганелла, где зимой тоже не хватает света (правда, такая ситуация длится всего 2 недели в году, но это же итальянцы). Там обошлись большим листом железа, который аналогично поворачивается вслед за солнцем на микроконтроллере. Интересно, что Виганелла такая маленькая, что солнечный заяц освящает ее чуть ли не всю.
На этом у меня все. Я периодически пишу об интересных проектах в области физического мира и промышленного дизайна.
Статья поддерживается командой Timeweb Cloud.
Мы всегда рады новым авторам. Если хотите предложить статью на Timeweb Cloud или заинтересованы в сотрудничестве — пишите сюда.
Как мы задумали небольшую выставку, а в итоге открыли два неизвестных советских компьютера. Часть 2
Автор текста: BootSector
Это продолжение рассказа о выставке, посвящённой 100-летию конструктора вычислительной техники М.А. Карцева и 40-летию компьютера «Агат». Первая часть здесь.
В предыдущей статье я рассказал, какие материалы по «Агатам» удалось найти в архиве НИИВК. Хотя и те события от нас отделяет более 40 лет, по меркам истории это буквально вчера. Сегодня же я предлагаю заглянуть в более далёкие времена, когда ЭВМ не то что не называли компьютерами — когда сама идея того, что электронная вычислительная машина может существовать, вызывала скепсис.
Михаил Александрович Карцев был среди тех, кто этого скепсиса не побоялся. Он — один из генеральных конструкторов советской вычислительной техники, чей личный трудовой путь (да простят мне этот архаичный штамп) совпал с зарождением и развитием целой отрасли. Начав рядовыми инженерами или радиомонтажниками во времена первых ламповых машин, Карцев и его коллеги приложили руку к разработке трёх, а то и четырёх поколений ЭВМ, доросли до руководителей НИИ и основали свои научные школы.
В общем, юбилей такого человека, да ещё и вековой, Политехнический музей никак пропустить не мог. Тем более что именно нам родственники М.А. Карцева передали на хранение его личный фонд. Зимой 2023 года мы приступили к разработке концепции выставки. Сроки и средства были как всегда ограничены, поэтому мы решили обойтись без авангарда и сделать всё вполне традиционно. Рассказ должен был начаться с биографии главного героя, а далее перейти к его детищам и их общей непростой судьбе.
Проиллюстрировать биографию Михаила Карцева с помощью личных вещей оказалось непросто. Он действительно был из тех людей, про кого говорят, что они живут работой. Его сын вспоминал:
«У него не было хобби в общепринятом смысле этого слова. В свободное время он в основном читал. Он никогда не занимался спортом, был активным противником дачи и машины...»
Всё, что мы смогли наскрести, уместилось в одной витрине, да и та своей скромностью скорее навевала мысли о довлатовском партизане Боснюке.
А ведь жизнь Михаила Карцева, мягко говоря, не была скучной. Она и трагична, и типична для людей того поколения: едва окончив школу, он попал на фронт Великой Отечественной.
Начал свой боевой путь стрелком, успел послужить и в артиллерийских, и в танковых частях. Участвовал в освобождении Румынии, дошёл до Будапешта, был награждён медалями и орденом Красной Звезды — а после, как и многие другие ветераны, о войне старался не говорить.
«… из него практически невозможно было вытянуть фронтовые воспоминания. Он жил не прошлым, а будущим».
Владимир Михайлович Карцев
Очень характерная выписка из личного дела. «Бывали за границей?» — «Да, бывал. В составе частей Красной Армии»
После демобилизации в 1947 году Карцев сделал довольно нетипичный выбор. В отличие от многих сверстников, кто сразу пошёл работать, он решил, что ему необходимо получить высшее образование. Карцев поступил на радиотехнический факультет Московского энергетического института — возможно, не в последнюю очередь потому, что на Южном фронте ему довелось побыть командиром отделения радио.
Там его в числе других талантливых студентов заметил один из корифеев советской вычислительной техники Исаак Семёнович Брук. Он пригласил Карцева на работу в лабораторию электросистем Энергетического института АН СССР, где в тот момент готовился к реализации смелый проект — электронная цифровая вычислительная машина, будущая М-1.
Вдохновившись записными книжками самого Михаила Александровича, дизайнеры предложили стилизовать информационные стенды о его жизни и его машинах под клетчатый тетрадный лист.
Тексты и фотографии по их задумке должны были перемежаться небольшими рукописными фрагментами. Правда, поначалу для этого выбрали какие-то несвязные обрывки текста вроде «Если в М-4 при». Я настоял, чтобы их заменили на более осмысленные фрагменты — «проблема ввода и вывода», «технические усовершенствования».
Конечно, основная моя роль на выставке сводилась не к критике дизайна. В первую очередь мне нужно было грамотно подобрать исторические документы и артефакты и придумать, как преподнести их посетителю.
Ещё отцами-основателями Политехнического было заведено не просто показывать те или иные вещи, а объяснять, как они работают. Вот и вычислительную машину М-1, внешне совсем не похожую на привычный компьютер, хотелось сделать чуть ближе для нашего современника. Например, сохранилась распечатка первой программы, выполненной на М-1.
Суть самой задачи хорошо известна — расчёт точек для параболы y = x². График этой функции симметричен, поэтому, сравнивая результаты решения для положительного и отрицательного значений x, легко убедиться в правильности работы машины. Но вот как именно следует читать распечатку, нигде в источниках не говорилось. По набору символов на распечатке понятно, что это числа в восьмеричной системе счисления — тогда она была популярнее общепринятой сегодня шестнадцатеричной.
Например, на пульте ЭВМ «Урал» конца 50-х — тоже клавиши с восьмеричными цифрами:
А вот почему колонок четыре, как они соотносятся друг с другом и что значат отдельно стоящие цифры 1 и 5? Я знал, что М-1 работала с 24-разрядными двоичными числами. 24 разряда идеально ложатся на восемь восьмеричных цифр (каждая из которых заменяет три бита). Но было неизвестно, как в памяти машины разделялись целая и дробная часть. Здесь на помощь пришёл оригинальный отчёт Лаборатории электросистем:
Объём числа составляет 24 двоичных разряда, т.е. число представлено в виде цепочки из 24-х триггеров, которую в дальнейшем мы будем называть регистром. Принята система представления чисел в виде модуля и знака. Т.е. в регистре хранится модуль числа, и, кроме того, в него введён 25-й триггер, одно из положений которого соответствует знаку +, другое — знаку −.
Для удобства вычислений принято, что наивысший разряд числа соответствует 2−1, т. е. вычисления производятся над дробными числами.
Такое допущение не сужает диапазон решаемых задач, так как при использовании чисел, превышающих по модулю единицу, они могут быть приведены к дроби нужной величины путем соответствующего изменения масштабов исходных данных и результатов.
После этого головоломка сошлась: 76000000 1 = 111 110 000 000 000 000 000 000 1 = −0,11111(2) = −0,96875(10). А записанное справа от этого числа значение 74040000 5 соответствует 0,9384765625, то есть представляет собой квадрат предыдущего числа. Получилось, что левые две колонки соответствуют отрицательной ветви параболы, а правые две — положительной.
Цифры 1 и 5 обозначают знак числа. Почему именно они, точно неизвестно, но у меня есть версия, что это мнемоника: 1 — один — отрицательное, 5 — пять — положительное. Подтвердить или опровергнуть гипотезу мог бы Юрий Рогачёв — последний из тех, кто принимал участие в работе над ранними машинами Брука и Карцева, но, увы, он ушёл из жизни за два года до того, как мы начали готовить выставку.
От самых первых ЭВМ, разработанных при участии Михаила Карцева, не осталось практически ничего, кроме фотографий и отчётов. В таких случаях кураторы и хранители музейных коллекций обычно рекомендуют дополнительные предметы, которые можно включить в экспозицию. Не все из них обязаны иметь прямое отношение к её теме. Они могут, например, погружать в контекст эпохи или, как вот эта электронная лампа 1946 года, показывать тогдашний уровень развития технологий.
На её примере очень хорошо можно объяснить принцип работы электронных ламп, пусть конкретно она и никогда не применялась в вычислительной технике.
А самый важный предмет в витрине с элементной базой — одновременно и самый маленький. Эта неприметная деталька, похожая на резистор, с надписью КВМГ — предположительно первое в СССР изделие, специально разработанное для нужд электронной вычислительной техники.
Название расшифровывается как «купроксный выпрямитель малогабаритный», фактически это маломощный полупроводниковый диод. Дело в том, что М-1, хоть и была первенцем, уже не вполне принадлежала к первому поколению ЭВМ. Значительная часть логических схем в ней была выполнена не на радиолампах, а на подобных полупроводниковых выпрямителях. История их появления довольно интересна:
В какой-то момент Брук произносит: «Это ж какая машина получится, сколько ж там будет ламп! У меня столько комнат нет, чтобы всё разместить». А потом обращается к Матюхину: «Коля, у нас на складе купроксы немецкие. Нужно посмотреть, может, их можно использовать».
Воспоминания Юрия Рогачёва
Дело в том, что Исаак Семёнович как действительный член Академии артиллерийских наук имел доступ к складам трофейного немецкого имущества, где нашлось в том числе и несколько тысяч компактных выпрямителей. И это было не единственное, что пригодилось для создания вычислительной машины: в её импульсных схемах применили надёжные немецкие пентоды, а в качестве устройства ввода-вывода поставили вермахтовский рулонный телетайп. Такая вот перековка мечей на орала.
Подробнее про М-1
Быстродействие: 20–500 операций в секунду
Объём памяти: 256 + 256 слов (≈1,5 килобайта)
Разрядность: 25 бит
Тип: двухадресная
Элементная база: электронные лампы, полупроводниковые диоды
Количество элементов: 730 ламп, несколько тысяч диодов
Потребляемая мощность: 7 кВт
Объём выпуска: 1
Одна из двух первых советских ЭВМ (появилась одновременно с МЭСМ, которую разрабатывал коллектив Сергея Лебедева). Отчасти стала реализацией идей, которые Исаак Брук и Башир Рамеев изложили в 1948 году в первом проекте цифровой ЭВМ.
М-1 стала первой в мире ЭВМ, в которой большая часть логических схем была выполнена на полупроводниках. Машина содержала всего 730 ламп и занимала менее 4 м² в комнате площадью 16 м². Для сравнения — МЭСМ содержала 6000 радиоламп и занимала две комнаты.
В комнате <...> был построен постамент, в центре которого установлена прямоугольная вентиляционная колонна с отверстиями для обдува панелей. По бокам этой колонны размещались три стойки, предназначенные для крепления на них панелей с электронными схемами: стойка арифметического узла, стойка главного программного датчика и стойка с электроникой запоминающего устройства на магнитном барабане. Под постаментом установлен вентилятор, нагнетающий в колонну воздух для охлаждения стоек.
Одна из первых «серьёзных» работ, выполненных на М-1, — расчёты по обращению матриц большой размерности для задач, связанных с газодиффузионным обогащением урана. Их проводили по программе, составленной академиком Сергеем Соболевым.
У машины было два запоминающих устройства — на электростатических трубках (быстрое, но теряющее данные при выключении) и на магнитном барабане (медленное, но сохраняющее данные после выключения). Электростатическая память М-1 состояла из 8 электронно-лучевых трубок ЛО-737 и блоков развёртки и управления. На экране каждой трубки размещались 32 строки, в каждой из которых содержалось 25 точек, т. е. одно число или команда.
В машине М-1 использовалась потенциально-импульсная система элементов. Триггеры и клапаны были импульсными и строились на радиолампах (триггеры — на двойных триодах 6Н8С, клапаны — на пентодах 6Ж4). Диодные логические схемы были потенциальными и строились на полупроводниковых приборах — малогабаритных купроксных выпрямителях КВМП-2-7.
Использование полупроводниковых элементов позволило в разы уменьшить количество радиоламп, а значит, и потребляемую мощность, и тепловыделение машины. Брук, как пишут коллеги-исследователи, обладал хорошими связями «в верхах», и к моменту создания М-2 смог добиться выпуска советских аналогов этих купроксов.
Найти подобную любопытную историю мы старались про каждую машину. Меньше всего нам хотелось делать информационные стенды похожими на увеличенный в десять раз справочник с техническими характеристиками. Разумеется, данные о быстродействии и объёме памяти важны, потому что по ним легко проследить стремительный прогресс вычислительной техники. Но мы также старались продумать и ответы на другие вопросы — в каком историческом контексте появилась та или иная машина, благодаря чему стало возможным её создание, для каких задач она применялась.
Поскольку выставка должна была проходить в фондохранилище, куда можно попасть только с экскурсией, было понятно, что основную часть информации до посетителей будет доносить экскурсовод. Поэтому тексты было решено делать максимально краткими и простыми, более похожими на шпаргалки.
Уже по опыту ведения экскурсий могу сказать, что про М-2 посетителям было интереснее всего узнать, как её собирали буквально «с миру по нитке» из деталей, изготовленных разными непрофильными предприятиями — просто потому, что компьютерную промышленность в стране ещё только предстояло создать.
Подробнее про М-2
Быстродействие: 2–3 тысячи операций в секунду
Объём памяти: 512 + 512 слов, позже 4096 слов (≈4,5, позже ≈17 килобайт)
Разрядность: 34 бита
Тип: трёхадресная
Элементная база: электронные лампы, полупроводниковые диоды
Количество элементов: 1879 ламп, несколько тысяч диодов
Потребляемая мощность: 29 кВт
Объём выпуска: 1
Основные узлы ЭВМ размещались в четырёх шкафах: арифметический узел, программный датчик, управляющие блоки запоминающих устройств, электростатическое запоминающее устройство. Триггеры, клапаны, усилители машины были основаны на радиолампах (6Н8С, 6Ж4Б, 6П9), логические схемы — на малогабаритных полупроводниковых выпрямителях.
В 1956 году машина была модернизирована. Под руководством Михаила Карцева для неё разработали ферритовую память, которая оказалась более ёмкой, быстрой и надёжной, чем электростатические трубки и магнитные барабаны. По производительности машина М-2 не уступала ЭВМ «Стрела», но, в отличие от неё, размещалась в комнате площадью 22 м² и потребляла 29 кВт мощности, в то время как «Стреле» требовалось 300 м² и 150 кВт.
Писать программы с нуля, как на М-1, уже было необязательно: для пользователей М-2 было разработано математическое обеспечение, включавшее библиотеку стандартных программ (ввод-вывод, служебные программы, программы элементарных функций). Это высвобождало время для более творческих занятий.
«… талантливый инженер М. А. Карцев <...> придумал очень удобную систему команд. Вероятно, система команд чем-то похожа на стихотворение — её сочинение не терпит соавторства. Может быть, именно поэтому система команд М-2 получилась такой цельной — не сборная солянка, а поэма в кодах».
А.С. Кронрод. «Беседы о программировании»
А вот при подготовке инфографики про М-4 пришлось решить каверзную задачку. В фондах музея было вот такое фото этой машины:
И всё бы ничего, но на другом известном фото М-4 (из не менее авторитетного источника) она показана зеркально.
Качество ни первого, ни тем более второго снимка не позволяло разглядеть надписи на панелях, а все ручки, шкалы и измерительные приборы выглядели совершенно симметричными и потому не могли подсказать, какая из фотографий ориентирована правильно. Тем не менее, задачу удалось решить — готов обсудить в комментариях ваши версии, как именно.
Подробнее про М-4
Быстродействие: 15–20 тысяч операций в секунду
Объём памяти: 1024 слова (≈3 килобайта) + 1024 слова
Разрядность: 23 бита
Тип: одноадресная
Элементная база: электронные лампы, транзисторы
Потребляемая мощность: 5,5 кВт
Объём выпуска: 2
Специализированная ЭВМ для обработки информации от радиолокационной станции. С одной стороны, это позволило сделать машину проще: поскольку заранее понятно, данные какого рода будут поступать на обработку и что с ними нужно делать, можно обойтись одноадресными командами, работать с числами с фиксированной запятой, а часть оперативной памяти заменить на постоянную, в которой будут храниться константы и самые востребованные алгоритмы.
С другой стороны, узкая специализация в чём-то привела к усложнению машины: в ней появились дополнительные канальные процессоры ввода-вывода, помогавшие центральному вычислителю оперативно справляться с потоком данных. Эти решения, впервые применённые в М-4, стали общепринятыми для компьютеров ПВО и СПРН на ближайшие десятилетия. Быстродействие в 50 тыс. сложений или вычитаний в секунду, 15 тыс. умножений в секунду, или 5,2 тыс. операций деления или извлечения квадратного корня в секунду было почти рекордным для своего времени.
Михаил Карцев пригласил для разработки алгоритмов математика Александра Брудно. Его программа могла параллельно рассчитывать четыре траектории
целей, а М-4 выполняла сложение и умножение во всех четырёх ветвях программы за один такт. Громоздкие операции деления были полностью исключены, и среднее быстродействие ЭВМ на этой программе достигало 20 000 операций в секунду.
С технической точки зрения М-4 была переходным звеном между ЭВМ первого и второго поколения: некоторые схемы по-прежнему оставались ламповыми, но широко использовались и транзисторы, уже хорошо освоенные к тому времени советской промышленностью. Для достижения максимальных характеристик требовался строгий контроль параметров транзисторов, вплоть до их индивидуального отбора.
«Второй комплект М-4 был использован для макета экспериментальной РЛС ЦСО-С6. Для этой цели пришлось сконструировать специальное устройство сопряжения: быстродействия элементов М-4 для обработки данных в реальном времени не хватало. <...> Модернизированная машина была названа М4-М».
Юрий Ревич, «ЭВМ и многопроцессорные комплексы М.А. Карцева»
Любопытная история связана и с иллюстрацией из журнала «Наука и жизнь». На ней за пультом ЭВМ работает девушка, но в ходе поиска материалов к выставке я наткнулся на фотографию, по которой явно и был сделан этот рисунок. На ней всё то же самое, только за пультом сидит мужчина.
Вот такая зарисовка к продвижению идей равноправия. На самом деле художник ничуть не погрешил против истины, потому что даже во времена первых ЭВМ их операторами нередко были женщины. Да и одной из разработчиц машин серии М была Тамара Миновна Александриди.
Нужно сказать, что к инженерным талантам женщин Брук относился весьма скептически и, как правило, в свою команду их не брал. Просматривая список лучших студентов пятого курса, он поставил галочку против фамилии Александриди, участника Великой Отечественной войны, члена партии и капитана институтской сборной по волейболу. И очень сильно удивился, когда в его лаборатории появилась молодая девушка, но делать нечего, и в качестве темы дипломного проекта Исаак Семёнович предложил мне разработать запоминающее устройство на электронно-лучевых трубках. Так, благодаря моей греческой фамилии мне довелось участвовать в создании одного из первых в СССР компьютеров.
Нам хотелось уделить внимание не только главному юбиляру, но и другим создателям первых ЭВМ. К сожалению, вычислительная техника в нашей стране всегда была в тени физики, атомной энергетики, космоса. Хотя без быстрых и надёжных вычислительных машин достижений в этих сферах могло и не быть — или они наступили бы позже и не оказали бы такого эффекта. Так что в моём идеальном мире фамилии Брука, Лебедева, Карцева, Рамеева должны быть не менее известны, чем фамилии Королёва, Туполева или Курчатова. Но работать над этим нужно долго, а пока мы отдали разрабочикам дань уважения, разместив информационный стенд с краткими биографиями каждого из них.
Соседнюю витрину мы заполнили предметами, отражающими развитие компьютеров в 1960-х — 1970-х гг. Размеры компонентов становились меньше, а их возможности — больше. Отдельной нашей удачей я считаю то, что в музее НИИВК нашёлся стенд с последовательными стадиями производства печатных плат по технологиям конца 1970-х.
Одно дело — увидеть готовое изделие и принять его как данность, и совсем другое — проследить весь путь его создания, начиная от фотошаблона с рисунком дорожек.
Ещё одним сокровищем, найденным в архиве НИИВК, оказались эскизы — или, как сказали бы сегодня, концепт-арты вычислительных центров.
Конечно, в реальности не было ни натёртых до зеркального блеска полов, ни высоченных потолков, и реальные М-4 и М-10 стояли в куда более стеснённых условиях. Но сам факт того, что кто-то задумывался не только о том, чтобы разработать машину, но и о том, чтобы выгодно подать её визуально, говорит о многом.
Судя по фото, был также изготовлен детальный макет вычислительного комплекса из трёх М-10. Представьте, сколько труда на это ушло при технологиях того времени. Это сегодня можно напечатать на 3D-принтере столько однотипных моделек, сколько нужно, а тогда почти всё приходилось делать вручную.
О сложности реального комплекса никто не скажет лучше самого конструктора:
«Нам говорили, что мы психи, что… это никогда не заработает»
Михаил Карцев
Борис Малиновский в своей книге «История вычислительной техники в лицах» приводит такое сравнение. В БЭСМ-6 использовалось 60 тысяч транзисторов, 180 тысяч полупроводниковых диодов, 12 миллионов ферритовых сердечников. Вычислительный комплекс из трёх М-10 содержал 2 миллиона 100 тысяч микросхем, 1 миллион 200 тысяч транзисторов, 120 миллионов ферритовых сердечников.
Подробнее про М-10
Быстродействие: 5,1 млн операций в секунду
Объём памяти: 0,5 + 0,5 + 4 мегабайта
Разрядность: 64 бита
Тип: VLIW
Элементная база: микросхемы
Количество элементов: 386 тысяч микросхем (по другим данным — более 600 тысяч), 353 тысячи транзисторов
Потребляемая мощность: 112 или 66 кВт
Объём выпуска: ~50
В 1968 году начал разрабатываться проект системы сплошного надгоризонтного обнаружения космических объектов. Для командного пункта системы и новой РЛС «Дарьял» требовался вычислительный комплекс производительностью не менее 5 млн операций в секунду. Таким комплексом стала М-10, разработанная коллективом под руководством Михаила Карцева в очень короткие сроки. В 1973–1980 гг., до появления МВК «Эльбрус-1», М-10 была самой быстрой отечественной ЭВМ и одной из самых быстрых в мире, уступая лишь лучшим машинам Сеймура Крэя.
М-10 относилась к классу синхронных многопроцессорных ЭВМ. В её состав входили устройства различного типа, работавшие параллельно и синхронно, в течение одного машинного такта процессора:
Арифметические процессоры, работающие с числами разрядностью до 128 бит.
Устройство управления.
Каналы связи «процессор — память». Максимальная разрядность доступа в память по одному каналу — 512 бит, что позволяло заполнять входные регистры всех арифметических процессоров за одно обращение.
Мультиплексный канал прямого доступа во внутреннюю память. Позволял осуществлять ввод-вывод по 24 дуплексным подканалам с суммарной скоростью до 7 Мбайт/с.
М-10 — ЭВМ третьего поколения, то есть основанная на микросхемах. Внутри каждой из них скрывалось 3–5 логических элементов, а значит, одна такая микросхема заменяла пару десятков транзисторов, диодов и других радиодеталей. В состав ЭВМ входили 31 основной шкаф, пульт оператора, 8 математических пультов и 6 устройств ввода-вывода.
Как и другие ЭВМ этого класса, М-10 была многопользовательской и обеспечивала одновременную работу до 8 операторов в режиме разделения времени. В НИИВК была создана волоконно-оптическая сеть, способная объединять до шести М-10.
За время разработки ЭВМ М-10 отечественная промышленность освоила выпуск микросхем памяти. Благодаря этому в 1977 году удалось создать модернизированную версию — М-10М, в которой количество шкафов сократилось до 14. Это позволило уменьшить необходимую площадь машинного зала с 325 до 200 м². Машины М-10 и М-10М были полностью совместимы друг с другом.
«Возможности, предоставляемые структурой М-10, не всегда можно выразить в «операциях в секунду». Поэтому не следует удивляться, что, хотя производительность М-10 была в своё время оценена в 5,1 млн оп./с, реальный выигрыш по скорости по сравнению с другими машинами <...> оказывался значительно больше, чем можно было бы ожидать. Например, при расчетах кинетической модели плазмы для сетки в 512 узлов и количестве макрочастиц до 10⁴ (вариант, который на пределе помещается во внутреннюю память БЭСМ-6) разница в скоростях между М-10 и БЭСМ-6 получается примерно в 20 раз, при большем количестве узлов сетки и макрочастиц — значительно больше, чем в 20 раз; при этом на БЭСМ-6 счёт шёл с 48, а на М-10 — с 64 разрядами. При счёте одной из задач механики сплошной среды разница в скоростях между М-10 и ЕС-1040 получилась более чем в 45 раз (8,5 мин на вариант на М-10 вместо 6,5 ч на ЕС-1040)».
Михаил Карцев, «Основные принципы проектирования ЭВМ М-10»
Мы также нашли фото полноразмерных макетов, на которых отрабатывалась эргономика рабочего места оператора М-10.
Забавная история связана с размещением в экспозиции одного из блоков этой ЭВМ — постоянного запоминающего устройства на основе металлических перфокарт. Да, была и такая технология — они считывались по принципу электрического конденсатора.
Но когда предмет захотели разместить в имевшейся нише, оказалось, что его масса превосходит несущую способность конструкции. Пришлось заменить оригинал фотографией. Вроде бы и фейл, зато как нельзя лучше говорит о важности миниатюризации техники.
Суперкомпьютерам НИИВК не суждено было сохраниться до наших дней в комплектном виде — слишком уж огромными они были и слишком много драгоценного металла содержали в себе. Самый крупный известный нам «осколок былого величия» — стойка от М-13, последнего суперкомпьютера, к которому приложил руку лично Михаил Карцев...
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ ↩ (без регистрации и СМС)
Материал получился достаточно объемным и все подробности, к сожалению, не влезли :(
Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале.
Хочешь стать автором (или уже состоявшийся автор) и есть, чем интересным поделиться в рамках наших блогов (за вознаграждение) — пиши сюда.
Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать авторские проекты.
Стив Ширли, Дама Стив Ширли: пионер программирования
Автор текста: Baron_Kir
16 сентября 1933 года в Германии, в еврейской семье родилась Стефани Ширли, которой предстоит стать не просто пионером в сфере информационных технологий, но и «ледоколом» для женщин-программистов. Причём для той их части, у которой были дети и которая не могла работать в офисе. Прорывная бизнес-модель сделала своё дело: бедная еврейская девочка спустя годы стала главой огромной корпорации в сфере айти в то время, когда пол имел большое значение. Дама Стив проложила путь своим коллегам в миллионеры и вовремя ушла, передав власть в достойные руки, а сама отдала годы жизни благотворительности. Жизнь была жестока к Стефани, единственный сын страдал аутизмом. Дама Стив не смогла спасти его, но многие годы финансировала изучение этого расстройства, поддержку и помощь пострадавшим. Совсем недавно ей исполнился 91-й год, но даже сейчас Дама Стив остаётся весьма бойкой старушкой, с жизнью которой мы познакомимся поближе.
Дама Стив Ширли достигла успеха, обладая навыком делегирования полномочий, предоставляя сотрудникам право выбора. Мы взяли с неё пример и делегируем вам право выбирать, читать статью или слушать, ведь мы подготовили аудиоверсию текста.
❯ Первые шаги на новой Родине
Вера Бухталь (имя при рождении, позже оно будет изменено. Именно под новым именем Стефани живёт до сих пор)
Стефани родилась в неудачное время и в неудачном месте. Для еврейской девочки 1933 год был не самым безопасным. В 1939 году она, благодаря операции «Детский транспорт» была спасена вместе с ещё примерно десятком тысяч детей, которых успели вывезти из Германии до начала войны. Выехали девочки вдвоём, Вера (Стефани) и Рената, про которою Дама Стив практически не вспоминает. Далее Стефани ждала приёмная семья, которая стала по-настоящему родной, хоть она и называла их «дядя» и «тётя», так было принято в то время для приёмных детей.
Дама Стефани (слева) и её сестра на фото с отцом-немцем и матерью-австрийкой, которые посадили их на поезд «Киндертранспорт», чтобы девочки смогли бежать из оккупированной нацистами Австрии
Стефани вспоминала в одном из интервью: «Дядя был для меня образцом, он начал работать учеником в небольшой машиностроительной компании, а закончил управляющим директором». Любимая цитата дяди, которую Стефани сама использовала очень часто: «Если работу вообще стоит делать, то делать её стоит хорошо». Этот принцип лёг в основу жизни Ширли. Тётя же была строгой и даже дерзкой, очень «традиционной», но именно она приняла решение взять детей к себе на воспитание.
❯ Учёба и практика – двигатель прогресса
Образование в Англии началось с сельской школы, но не было удачным. Приёмные родители через месяц учёбы перевели Стефани в частную школу при монастыре, где преподавали монахини. Позже наша героиня будет вспоминать, что её хорошо готовили к школе, а о религии даже не вспоминали. Именно монахини нашли у маленькой Стефани математический дар! Причём они прямо сказали об этом родителям: «Ей нужна специальная подготовка, мы не можем учить её». Сказано –сделано. Приёмные родители подали заявку на грант (обучение в гимназиях с профильным уклоном было платным, как и у Тима Бернерса-Ли).
Учёба в профильном заведении давалась легко, но вот результаты… У семьи не хватало денег на оплату учёбы и экзаменов (они стоили отдельных денег), в итоге в 18 лет наша героиня бросила школу, устроилась на работу в Лондоне и уже там училась в вечерней школе. Через пять лет у неё был диплом с отличием, 5 лет стажа и чудовищная, но вынужденная работоспособность.
Рабочее место с Стефани было удивительным. Это был исследовательский центр почтового отделения в Доллис-Хилл на северо-западе Лондона, куда её взяли в 18 лет и позволили не только работать, но и учиться. Помогла хорошая математическая база. Работа сама по себе не была трудной. Стефани была хорошим клерком, занимающимся вычислениями на механическом калькуляторе-комптометре (про этот тип калькуляторов есть статья на хабре, не будем углубляться в детали).
В условиях становления «компьютерного» дела, колоссальным значением обладали личные связи. Без них никуда. Дама Стив работала под руководством Томми Флауэрса, человека, который разработал и создал Колосс, первый английский компьютер с использованием ламповых технологий. На тот момент к электронным лампам было негативное отношение в компьютерной сфере, негатив был вызван дороговизной и ненадёжностью технологии. Опыт работы под руководством человека, который был убеждён в своей правоте и двигал к прогрессу новаторскую технологию, оказал своё влияние на Стефани. Хоть она окажется в подобной ситуации совсем не скоро.
В фирме Стефани проходила обучение на практике, развивалась одновременно и как чистый математик, и как специалист-управленец. Позже она сама будет вспоминать: «Я собиралась стать величайшим математиком в мире; я собиралась решить Великую теорему Ферма; я очень любила математику и до сих пор получаю от неё удовольствие». Но с опытом и знаниями пришло удивительное открытие: математиком Стефани не стать, у неё просто не хватает интеллекта. Но это не расстроило нашу героиню, ведь пришли они — компьютеры!
❯ Путь из математиков в программисты
Первое знакомство с компьютером у Стефани произошло в слегка романтической атмосфере. Её друг работал с компьютером Elliott 401, и Стефани, ничуть не стесняясь, взяла на своей работе отпуск и… пошла к нему на работу! Ситуацию делает ещё забавнее то, что наша героиня раньше пыталась попасть на эту фирму, но не прошла. По окончании отпуска Стефани попросила перевода в «компьютерный» отдел. Она позже вспомнит, что у него даже не было названия, и серьёзно стоял вопрос, как писать правильно, «програма» или «программа»?
При этом путь в айти простым не был. В ответ на перевод Стефани получила отказ, причём обоснованный: нет диплома. Когда диплом был получен, вылезла следующая проблема. Снова наш друг сексизм! Стефани пробовала поднять свой класс государственной службы именно по направлению программирования, но с ней не проводили собеседование. Некоторые люди прямо говорили: она женщина, её на это место брать нельзя. На дворе середина 1950-х гг., дискриминация по половому признаку вовсю существует. Примерно в это время в английской фирме Феранти уже провела целый бунт куда более опытная Мэри Ли Вудс.
После отказа в росте Стефани ушла с работы, хоть и вспоминала её очень тепло, в частности из-за того, что там познакомилась со своим мужем, физиком-теоретиком. Причём ушла она «хорошо» и с выгодой для себя, в то время в Англии женщинам нельзя было работать на госслужбе после замужества.
Дама Стив проявила свою коммерческую жилку даже в формате своего увольнения. Женщинам, которые увольнялись в связи с браком с государственной службы, была положена выплата, причём достаточно существенная. Удивительное было время, право работать замужем уже было, а права работать «на государство» — ещё нет.
Ушла Стефани не «в никуда», а в фирму, которая специализировалась на компьютерной технике. Причём как на её использовании, так и на производстве, это была дочерняя компания гиганта английского рынка General Electric Company под названием Computer Developments Limited. Стефани её вспоминала достаточно тепло: «Там были очень талантливые люди, нас было около 30 человек с разной специализацией. Учёный, инженер, математик — не важно кто, все были готовы обмениваться опытом и расти». При выполнении своих обязанностей Стефани успела поработать с целой чередой уникальных компьютеров. От электронной телефонной станции до компьютера ERNIE, который обеспечивал генерацию случайных чисел. Без лишней скромности Стефани называла себя одним из лучших специалистов по программному обеспечению. Вместе со спецом по аппаратной части они вводили в эксплуатацию самый первый компьютер ICT 1301.
Это компьютер «второго поколения», первая модель которого ушла покупателю в 1962 году. Это именно коммерческий компьютер, причём весьма успешно продаваемый, было продано около двух сотен штук! А самый первый в 2012 году был восстановлен до работоспособного состояния и сейчас является экспонатом музея.
Несмотря на серьёзные профессиональные навыки и колоссальную работоспособность Стефани, на её пути опять встали условия времени. Она достигла «стеклянного потолка», работая в фирме. Причём упёрлась она в него весьма жёстко. В ответ на её предложение в области маркетинга последовал крайне резкий отказ с указанием на то, что она лишь технический специалист и «лезет не в своё дело». На следующий день после этого Стефани ушла из компании. Ушла она с очень «вкусной» работы. Ей платили много, очень много. По сравнению с предыдущей работой, зарплата выросла в 4 раза. Ширли вспоминала: «Я не могла поверить, что мне могут платить так много за то, что мне нравится!» Но даже в таких условиях оставаться рядовым сотрудником без права роста Стефани не захотела.
❯ Мы будем делать бизнес (с)
Единственным местом, где «стеклянный потолок» в старушке Англии был не столь непробиваем, стал бизнес. Именно так в 1962 году возникает фирма Freelance Programmers Ltd, она же чуть более известна как «F International».
У фирмы была принципиально новая для Туманного Альбиона бизнес-модель. За пять лет до этого в США уже была подобная женская компания, но на своём «пике» в ней было чуть больше дюжины человек. А по итогам деятельности Стив Ширли более 70 её сотрудниц стали миллионерами. Это была компания, которой руководили женщины, в которой работали женщины, которая работала для женщин. При этом компания занималась исключительно работой с программным обеспечением. Стефани тогда говорили со смехом: «Вы не можете заниматься ПО, его и так раздают бесплатно. Уж точно им не могут заниматься женщины, работающие из дома». Да, вся фирма была построена на фрилансе. Особенно сильно нуждались в такой форме работы те женщины, у которых были дети и которые не могли ходить в офис. Созданная Стефани Ширли фирма была единственной в своём роде в 1962 году во всей Англии!
Фотография из газеты Business Weekк статье о том, как «на самом деле» работают программисты в фирме Ширли, 1963 г.Через год в издании «The Guardian» будет сказано: «[Ширли] обнаружила, что компьютерное программирование… – это работа,которую можно выполнять дома между кормлением ребёнка и стиркой подгузников»
Возможно, вы думаете, что на первых порах у Стефани были цели покорить мир. Но её главной задачей был выход на точку безубыточности, чтобы новую фирму не спонсировал её муж, который находился на неплохой государственной должности со стабильным, но не слишком большим окладом. Стефани вспоминала: «У меня не было коммерческого образования. У женщин в целом его не было! У меня была очень примитивная идея, как заставить наш бизнес расти». Дополнялось всё это беременностью нашей героини в первое время существования бизнеса, свой дом она превратила в первый офис. Примерно в это же время Стефани Ширли познакомилась с Диной Сент-Джонстон, ещё одной легендарной англичанкой-программисткой. Встреча потрясла Стефани. Дина была Бизнесменом, именно так, с большой буквы. Она имела огромный опыт, была и руководителем, и финансистом, и учёным, она уже имела большой опыт разработки ПО, однако их взгляды на построение бизнеса совсем не сошлись в 1960-е гг., наивная Стефани, по её собственным словам, хотела бизнес для людей, Дина была прагматиком до мозга костей.
Вот с чем у Ширли не было проблем, так это с набором работниц. Она вспоминала, что порой не могла даже пользоваться телефоном — таков был поток желающих, на которых сильно влияла социально‑экономическая ситуация в Англии. Женщинам из северной части страны нужна была работа просто для выживания. Однако я ещё раз напомню вам про глубокую английскую патриархальность. Даже сама Стефани Ширли, уже будучи «бизнесвуман», не могла без подписи своего мужа даже просто открыть счёт в банке!
Заказчиков было не особо много, ситуацию спасли американцы. Компания Urwick‑Orr, она же Urwick‑Diebold, переезжала из США в Англию, и ей понадобился разработанный набор стандартов для компьютерной службы до того момента, как они переедут и наймут работников. Это была не разовая работа, стандарты позже нужно было обновлять, и в целом сотрудничество шло активно, это был первый действительно крупный заказ. Позже фирма стала специализироваться ещё и на PERT: Program Evaluation and Review Technique.
На первых порах фирма бралась преимущественно за небольшие проекты. Например, заказ, который требовал шесть человеко‑недель, в первый год работы считался очень большим. При этом фирма гарантировала конкретную цену и конкретные сроки исполнения заказа. Фиксированная цена работы не просто дала толчок фирме Стефани, она сделала её лидером рынка. Программисты того времени не могли гарантировать сроки работы, не могли гарантировать и того, что не найдут какой‑то баг в последний момент, и сроки продлятся на неделю‑другую, а вот Стефани смогла дать нужную гарантию. Реальные задачи, которые решались фирмой в этот период уже были достаточно серьёзными. Составление расписания для товарных поездов, автобусов, систематизация складских запасов. А также всякая мелочь, например, программирование работы бортового самописца сверхзвукового самолёта «Конкорд».
❯ Сложности, которые вызывают рост
Когда стал распространятся язык программирования COBOL, даже сама Ширли стала считать, что шансов «выжить» почти нет. Но вместо отчаяния около 100 сотрудников фирмы были отправлены на изучение этого языка, и только потом вложенные в обучение средства начали приносить прибыль.
Полноценная система обучения стала одной из «фишек» копании Стефани. Вместо долгого личного обучения человека у них существовала «кулинарная книга», глобальная инструкция, в которой были предусмотрены важные для работы вещи: как правильно написать письмо, как проверить работоспособность своей программы и др. Программы ведь писались на бумаге, порой до проверки работоспособности программы на компьютере могло пройти 3 или 4 дня, чтобы из компьютерного центра пришёл очень «содержательный» ответ: «программа не работает». Набор инструкций для проверки был крайне необходим, особенно новичку.
Когда в 1970-е гг. IBM произвела «революцию» в мире создания ПО и начала это самое ПО продавать, фирма Стефани Ширли расцвела, ведь они уже много лет занимались ровно тем же. Развитие программирования в 1970-е гг. было настолько стремительным, что была основана новая фирма F International. В этот период изменилось само понимание слова «программирование», оно свелось к «написанию кода», в то время как раньше программирование включало в себя все виды деятельности: разработку различных систем, документирование, консультирование и даже обучение людей работе за компьютерами!
Стефани вспоминала, насколько разные задачи к ним приходили. Как-то полицейский хотел получить программу для распознавания и сравнения отпечатков пальцев, такая программа действительно появилась, только спустя 30 лет. Были и более простые задачи, например, привести в график конкретную формулу. Встречались и более интересные запросы, например, как-то была получена телеграмма: «Сколько стоит компилятор COBOL, вопросительный знак?»
Сама Стефани практически полностью отошла от программирования в любой его форме. Она руководила бизнесом, строила процессы, запускала множество систем обучения персонала и повышения престижа своей сферы. Участвовала в создании первого постоянного консорциума производителей программного обеспечения, сотрудничала с Британским компьютерным обществом, затыкала «дырки» в фирме, работая продавцом собственного продукта.
❯ Почему в заголовке «Стив», когда героиня «Стефани»?
Сейчас самое время про это рассказать. В самый первый год работы Стефани не получала ответов на свои деловые письма, которые подписывала. Её просто игнорировали. Муж, понимая суть этого явления, предложил сократить её имя в официальной переписке и использовать домашнее прозвище «Стив». И… ситуация исправилась. Со Стивом Ширли люди готовы были общаться, заключать договоры и взаимодействовать, Стив это ведь не Стефани! Именно так и родился Стив Ширли, который слился со Стефани.
Гендерный вопрос стоял невероятно остро, современному читателю сложно себе даже представить это, но пол исполнителей заказа имел невероятное значение, имел значение и офис (напоминаю, что работа велась из дома). У Стефани была аудиозапись, которую она включала на время телефонных переговоров. На этой записи был отчётливо слышен звук печатной машинки. Это повышало статус. Вопросов, связанных со статусом было достаточно много. Стив вспоминала, что работница Дженни Уильямс, красивая и всегда опрятная женщина, перед каждым коммерческим мероприятием переодевалась перед тем, как выйти к клиенту, чтобы её одежда выглядела максимально аккуратно. А сама Дама Стив вела список того, какие вещи она уже надевала к конкретному клиенту. Она беспокоилась, чтобы они не узнали, что у неё долгое время был единственный хороший костюм. Ведь это в деловой среде имело огромное значение. Гендерных и статусных вопросов было невероятное количество, но они не тема этой статьи. Лишь один из вопросов, связанных с гендером, обязательно стоит упомянуть.
IBM. Этот гигант, изменивший мир программирования, отказывался нанимать сотрудников на неполную ставку. Никаким образом. И те женщины, которые там работали и по какой-либо причине (брак, рождение детей, переезд, болезнь и т.д.) вынуждены были уйти из фирмы, приходили именно к госпоже Ширли! Естественно, Стефани этим откровенно пользовалась. Она перенимала у IBM всё, что могла: мотивацию работников, систему тренировок, принципы организации труда. И это был путь к развитию, который в итоге оказался весьма эффективным.
Несмотря на то, что эта была «женская компания для женщин», там действовала достаточно серьёзная и формальная субординация. Вы же помните, всё делалось для статуса. Использовалось исключительно обращение «миссис Ширли», очень много лет нельзя было сотрудникам фирмы носить брюки, чтобы «не мимикрировать» под мужчин. До 1975 года в фирме работали всего трое мужчин, туда брали исключительно женщин. Так оставалось бы и дальше, но государство запретило отбирать людей по гендерному принципу на уровне законодательства. «Стив и её девочки» – достаточно популярная фраза в прессе, которая сначала обижала Стефани, а потом была принята в качестве устоявшейся «рекламной» составляющей, особенно когда появились заголовки формата «Стив стала членом британского компьютерного общества».
Статус и уважение пришли вместе с однозначным коммерческим успехом. Коммерческий успех начался с 1970-х гг. Рост фирмы и рост её известности совпали с проблемами. Первой проблемой стал уход важной сотрудницы, которая основала свою компанию и стала прямым конкурентом. Второй проблемой стал тот самый 1975 год, который потребовал пересмотра стратегии работы фирмы, ведь она перестала иметь право быть «женской». Однако, именно в этот период уровень развития международного взаимодействия в области компьютерных технологий и ПО в целом стал очень существенным, рынок родил невероятную потребность во фрилансерах, а тут их целая фирма с налаженной работой.
И началось расширение. С 1970-го по 1974 годы было создано множество новых фирм, началась «международная женская экспансия» F International ApS закрывал Копенгаген и работал на всю Скандинавию. F International BV находилась в Амстердаме и окучивала такой вкусный кусок европейского пирога, как Бельгию, Нидерланды и Люксембург. В США в сотрудничестве с Heights Information Technology Services Inc рынок тоже «пал» к ножкам английской компании. В 1974 году многочисленные фирмы были снова поглощены, и была воссоздана фирма «F International». Причём «F» меняла смысл с фриланса с налётом феминизма, на Flexible (гибкий) и Free (свободный). Коммерция полностью задавила идеологию.
Дама Хилари Мэри Кроппер, источник
А что же наша героиня? Дама Стив Ширли весте с ростом признания отдалилась не только от программирования, но и от управления бизнесом. С конца 1970-х гг. она отстранилась от непосредственного управления своим бизнесом. Предприняла несколько попыток делегировать руководство и, в конце концов, успешно его предала Хилари Кроппер.
Эта бизнесс-леди – монстр управления в сфере айти, в самом хорошем смысле слова. Она пришла в фирму к Даме Стив в 1985 году, уже будучи опытным управленцем в сфере, хотя начинала с неполного рабочего дня. Когда она «получила» компанию от Стив Ширли, годовой доход был 7 миллионов фунтов. Когда она ушла с первой позиции, доход составлял 450 миллионов фунтов (в 2003 году). Именно под её руководством компания пережила пузырь доткомов (о нём кратко рассказано на Хабре), прошла переориентацию. К слову, эта женщина никогда не позиционировала себя как «защитница женщин», она агитировала за «равные условия на работе» и, став на время самой высокооплачиваемой работницей в Англии, постоянно вещала с крайне высокой трибуны о том, что женщинам стоит заниматься компьютерными технологиями. И под её руководством сотрудники компании получили акции компании (в 1991 году), а потом, в 1996 году, стали миллионерами, когда компания вышла на фондовую биржу.
❯ Жизнь после бизнеса. Филантропия и меценатство
Распределение акций среди сотрудников компании – это идея Стефани Ширли, а не Хилари Кроппер. И Дама Стив очень этой идеей гордилась. Она прекрасно понимала, что её уровень компетенций органичен, и могла делегировать. У неё была некая страсть к передаче полномочий и ответственности. Изначально она передала 26 % акций сотрудникам абсолютно бесплатно. Совместное владение компанией Дама Стив считала идеальным вариантом, далее процесс перешёл в руки Хилари и осуществлялся на коммерческой основе, в тот момент в компании работало примерно 8500 человек, из которых почти сотня, как вы уже знаете, стала миллионерами.
А крайне богатая Дама Стив Ширли, «спихнув» свою фирму, ушла в политику и благотворительность, при этом не прервав до конца связь с айти-сферой. Она стала филантропом и фигурой благотворительной деятельности. При этом сама Дама Стив вспоминала: «Я прикладываю столько же усилий, чтобы научиться раздавать деньги с умом, что довольно сложно, сколько вкладывала в то, чтобы научиться зарабатывать деньги изначально. На данный момент более 50 миллионов превратились из цифр на листе бумаги во что-то более значимое». Этим «значимым» стали в том числе и айти-компании.
Дама Стив активно работает с известным благотворительным фондом Mercers Livery Charitable Fund, в частности с той его частью, которая работает с молодёжью и помогает получить образование, в том числе и в сфере компьютерных технологий. А благотворительный фонд Worshipful Company of Information Technologists только в виде грантов выдал 4,5 миллиона английских рублей. В 2001 году после крупного пожертвования Дамы Стив в 10 млн фунтов стерлингов был создан Оксфордский институт Интернета [Oxford Internet Institute], который существует до сих пор. Специалисты этого института работают с широким перечнем социальных вопросов, связанных с деятельностью в интернете. В настоящее время у них открыт целый ряд проектов, посвящённых ИИ (например, использование ИИ в системах видеонаблюдения государственного масштаба, использование ИИ для преодоления бюрократии), множество проектов изучения механизмов социального влияния через интернет с использованием ИИ и т.д.
При этом Дама Стив «свои» проекты никогда не замыкает на себя, она много раз говорила, что её задача – лишь дать старт новому начинанию, позволить ему существовать и развиваться.
Отдельной страницей в жизни Дамы Стив была борьба с аутизмом. К сожалению, её единственный сын Джайлз имел это серьёзное расстройство. И его аутизм был не тот, что сейчас так любят «тыкать в лицо» зрителю сериалов типа «Хороший доктор». У её ребёнка были тяжёлые отклонения в развитии и много проблем со здоровьем, которые в итоге привели к его преждевременной смерти. На тот момент работа с аутистами ещё только начиналась…
Стефани вспоминала, как её милый и успешно развивающийся малыш в одночасье начал деградировать, «забывать» навыки и становиться полностью неуправляемым. Ребёнку было три года, его советовали оставить в спецучреждении и начать «новую жизнь», но Дама Стив с мужем выбрали другой путь. Они пытались дать своему сыну возможность жить, но уровень знаний об аутизме и сейчас не идеален, а тогда был совсем низок. А ещё у ребёнка «проснулась» эпилепсия в 11 лет вместе с ранним половым созреванием, что тоже не редкость у аутистов. Обучение в школе «не сложилось»: после того, как у Стефани появилось подтверждение, что её сына бьют, его забрали из школы.
Оба родителя прекрасно понимали, на что они идут. Дама Ширли позже вспомнит: «Джайлз спал мало, поэтому мы с мужем работали посменно. Неудивительно, что процент разводов у родителей детей-аутистов составляет 80%. Оглядываясь назад, можно честно сказать, что это был ужасный период».
Однако, когда Джайлзу исполнилось 13 лет, он и Стефани попали в больницу, мать «сломалась» даже с учётом всей готовности и всех возможностей. Через месяц Стефани вышла из больницы и в течении года вернулась на работу. А её сын остался в больнице на долгие 11 лет. Сначала его забирали на выходные, а потом выходные заменили на пикник на территории больницы закрытого типа. Именно для своего сына Стефани создала и финансировала первый фонд, который мог позволить содержать таких людей. В 1998 году её сын умер (ему было 35 лет) в разгар создания специальной школы для детей с аутизмом. Школу Стив Ширли всё же создала, она разрослась и активно работает до сих пор. При этом Дама Стив продолжает финансировать её и целый ряд исключительно научных исследований природы аутизма, методов лечения и включения таких людей в общество.
В своих интервью Стефани обращает особое внимание на то, что порой семья, в которой есть ребёнок с аутизмом, может не просто разорить сама себя, а вогнать в долги в надежде изменить ситуацию и «вылечить» ребёнка, которого вылечить нельзя. И общество должно изменить ситуацию таким образом, чтобы минимизировать эту проблему, как уже сделало это, например, со слепыми людьми.
❯ Признание
Дама Стив прошла непростой путь от начинающего информатика до выдающегося предпринимателя и филантропа.
За свои заслуги перед отечеством она получила целый ряд наград. В 1980-м году Стефани становится офицером Ордена Британской империи за заслуги перед промышленностью. После этого Стефани успела побыть президентом British Computer Society, это почётная должность. Само общество занимается очень большим перечнем вопросов, связанных с информационными технологиями. В 2000 году Стив становится Дамой-Командором за заслуги в области информационных технологий. В 2017 году добавляется Орден Кавалеров Почёта в копилку, фотографией с получения которого проиллюстрирован этот абзац. Орден получен за заслуги в области ИТ-индустрии и благотворительности. Дама Стив – почётный доктор целого ряда университетов за свой весьма заметный вклад в финансирование исследований в области расстройств аутистического спектра и в сфере IT.
Гугл выпустил серию очень хороших и кратких фильмов, посвящённых истории жизни пионеров айти. Фильм на английском, его стоит посмотреть, тут неплохо передана атмосфера и достаточно красивый визуальный ряд из исторических фотографий. А также голос Стив Ширли, всё ещё сильный, профессиональный, яркий.
Сейчас Дама Стив известна преимущественно как меценат и филантроп. Многие её награды связаны со сферой здравоохранения. Однако для 1960-х гг. её деятельность была прорывной именно в сфере айти. Она первой во всей Великобритании смогла помочь женщинам, у которых были достаточно высокие профессиональные навыки, получить работу удалённо, получить работу на часть дня. Она предоставила возможность карьерного роста тем женщинам, которых сама социальная ситуация того времени ограничивала и ставила в жёсткие рамки, просто запрещая работать по полученной специальности.
Айти – уникальная сфера. Там важно только то, что ты умеешь. Но вот Англия в 50–60-е гг. оказалась в особенной ситуации. Изначально в этой сфере было немало женщин, а потом там стали появляться деньги и… количество женщин стало уменьшаться в процентном соотношении. Социум перестраивался значительно дольше, чем научно-технический прогресс, особенно такой закостенелый и «медленный» социум, как британский. Понимая это, заслуги Дамы Ширли обретают иной окрас.
И пусть не она изобрела фриланс, но она смогла создать фирму, которая для своего времени стала настоящей трибуной равенства. Она лучше многих других смогла понять то колоссальное преимущество айти-сферы и использовать его на всю катушку для всеобщей пользы. Недавно Даме Стив исполнился 91 год, она прожила удивительную жизнь от ребёнка-беженца до вершины богатства и власти, но сама гордилась в основном тем, что её деятельность действительно приносила пользу людям.
Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале.
Хочешь стать автором (или уже состоявшийся автор) и есть, чем интересным поделиться в рамках наших блогов (за вознаграждение) — пиши сюда.
Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать авторские проекты.
Ответ на пост «Поучительная история технической одиссеи компании Palm, Inc»1
Успел в студенческие годы этак в 2004 г попользоваться Palm tungsten что ли, в те годы этот была просто пушка. На фоне тогдашних телефонов с полифонией экран с весьма приличным разрешением и возможность пользовать функциональные приложения и играть в Worms например была чем-то удивительным. Тогдашний стационарный комп иметь на борту то ли 266, толи 333 МГц и 32 мб оперативки, а это американское чудо располагало немыслимыми 400 МГц и 52 что ли мб оперативки. По общим показателям для эпохи дискет это был суперсовременный гаджет, стильный и крутой. К сожалению, жизнь его тогда была недолгой у меня и он был украден вместе с сумкой... Взамен после летних усиленных подработок был куплен Dell Axim X51v с ещё более лучшим экраном и камнем, с человечьей виндой, вай-фаем и так оно далее,но внешне он был весьма унылым и походил скорее на первые тогдашние страшненькие смартфоны. Тоже принёс много пользы, в основном как электронный словарь, и поныне лежит в ящике стола, достаëтся раз в год для ностальгирования. Всё работает и даже немного держит батарея
Мой умный свет: или как я разработал свой модуль управления освещением
Автор текста: CyberexTech
Привет, Пикабу!
В этой статье я хочу описать свой опыт разработки такого простого, но в тоже время самого используемого элемента «Умного дома». Речь пойдет о модуле управления освещением. Забегая вперед, хочу сказать, что данный проект был реализован еще в 2021 году, но в настоящее время потребовалась реализация еще одного модуля. Я решил совместить приятное с полезным, дополнительно обновить прошивку устройства и «перепроектировать» данный модуль с помощью современного ПО и само собой — поделиться с вами. Если стало интересно, то добро пожаловать под кат.
❯ Небольшая предыстория
Домашней автоматизацией я занимаюсь давно и застал те времена, когда еще не было доступных микроконтроллеров с беспроводной коммуникацией на борту (типа ESP8266), в основном использовались проводные решения на базе 1-Wire. И мой «Умный дом» не стал исключением.
Каждый начинающий «строитель» «Умного дома» понимает, что первым делом нужно научиться включать и выключать свет, чтобы эффектно удивлять друзей, управляя освещением со смартфона. В те времена это казалось магией :) Вот и я, закупившись на Алиэкспрессе поддельными двухканальными 1- Wire свичами DS2413P, решил реализовать управление светом. В итоге была собрана плата управления на базе купленных свичей и симисторным управлением нагрузкой. Данное устройство надежно проработало аж до 2021 года. Но летом того же года была жуткая гроза и по витой паре интернет провайдера прилетел мощный разряд, который унес в электронный рай сетевую карту сервера, USB 1-Wire адаптер, ну и плату управления освещением с эффектным взрывом симистора. Тогда я подумал, что пора завязывать с проводными решениями ибо гирлянда сгоревших устройств ни на секунду меня не радовала и я принялся за разработку беспроводного модуля управления освещением.
❯ Проектируем аппаратную часть
Условно мы можем разделить модуль на три сегмента:
Система питания;
Контроллер управления;
Система силового управления.
При проектировании принципиальной схемы устройства будем придерживаться «золотого» принципа: чем проще — тем лучше, а значит — надежнее. Поэтому в качестве системы питания будет реализована схема на базе экономичного импульсного преобразователя напряжения LNK306GN, который доказал свою надежность временем и работой в аномальных условиях.
Краткая информация о LNK306GN:
LNK306GN — это понижающий преобразователь с наименьшим количеством внешних элементов.
Серия микросхем LinkSwitch-TN специально разработана для замены всех неизолированных источников питания с линейным питанием и питанием от конденсаторов в диапазоне выходного тока менее 360 мА при равной стоимости системы, обеспечивая гораздо более высокую производительность и энергоэффективность.
Устройства LinkSwitch-TN объединяют в монолитной IC силовой полевой МОП-транзистор с напряжением до 700 В, генератор, простую схему управления включением/выключением, высоковольтный импульсный источник тока, генератор частот, схему ограничения тока и схему отключения при перегреве.
В качестве «мозга» нашего устройства, будем использовать микроконтроллер от компании Espressif Systems ESP8266. А для силового управления нагрузкой, то есть нашими лампочками, будем использовать связку оптопары MOC3052M и симистора BT136-600. Почему не реле? — спросите вы, ну не люблю я реле, они щелкают и габаритные. Ниже можно видеть результат разработки принципиальной схемы устройства. Для разработки схем и печатных плат я использую открытое ПО KiCAD.
Принципиальная схема модуля:
Как я уже говорил ранее, источник питания реализован на высоковольтном импульсном преобразователе LNK306GN, который позволяет максимально упростить схему источника питания. На выходе источника формируется напряжение в 3,3 В, данное напряжение устанавливается обратной связью, которая организована с помощью резистивного делителя напряжения R4 и R5. Данная схема питания не имеет гальванической развязки с сетью, поэтому нужно обеспечить эффективную изоляцию платы для исключения поражения электрическим током. Первоначальный запуск устройства должен выполняться с последовательно подключенной нагрузкой (лампа накаливания 60 Вт) в цепи питания, чтобы исключить повреждения в случае ошибки при монтаже компонентов.
Трассировка платы:
Визуализация печатной платы:
Хочется добавить, что данная плата разрабатывалась с учетом современных реалий, здесь изменен форм-фактор микросхемы LNK306GN на SOP-7 в старой версии модуля используется тип корпуса DIP-7.
❯ Изготовление печатной платы
На тот момент, плата изготавливалась по канонам DIY, с помощью фоторезиста и фотошаблона. Но в настоящее время я пользуюсь для изготовления прототипов плат лазерным методом.
Активация фоторезиста с помощью фотошаблона:
Плата прототипа модуля после монтажа электронных компонентов:
❯ Разработка корпуса
Разработка корпуса устройства выполнялось в открытом ПОFreeCAD. Корпус довольно тривиальный и не содержит сложных элементов.
Визуализация корпуса с моделью платы:
Далее модель корпуса распечатывается на 3D принтере, в качестве материала печати используется HIPS пластик.
Устройство в собранном виде:
AirTag для сравнения габаритов устройства:
❯ Разработка прошивки и описание интерфейса
Разработка микро ПО устройства велась в средеArduino IDE, обновленная версия реализована на моей, ставшей уже базовой, прошивке для умный устройств. Для улучшения пользовательского опыта, в прошивке применены следующие технологии:
Captive portal;
Multicast DNS;
MQTT Auto Discovery;
SSDP.
Captive portal— это сервис, на который принудительно перенаправляется пользователь, который выполнил подключение к устройству. Данный сервис работает только в режиме «точки доступа» при первоначальной конфигурации устройства. При отсутствии сетевого соединения или при первоначальной настройке, устройство создает беспарольную точку доступа с именемCYBEREX-Light. При подключении к данной точке доступа, пользователь автоматически будет перенаправлен на страницу авторизации для выполнения первоначальной конфигурации устройства. Для конфигурации устройства необходимо ввести пароль по умолчанию "admin".
Ниже приведены несколько скриншотов веб интерфейса устройства.
Страница входа:
Главная страница с элементами управления:
Конфигурация обмена по MQTT протоколу:
Multicast DNS — данный сервис используется для поиска устройств по доменному имени в локальной сети без использования предварительно настроенного DNS сервера. Другими словами, пользователь может получать доступ к устройству без необходимости ввода IP адреса. Ниже пример использования данного сервиса, где доступ к устройству выполняется с помощью его локального имени 11395386.local.
Страница конфигурации управления устройством через API:
Как вы можете видеть на скриншоте, в устройстве реализован доступ управления каналами модуля по API. Данная функция необходима для прямого взаимодействия с устройством без посредников в виде MQTT сервера или системы «Умного дома». Эту функцию можно использовать для подключения беспроводных выключателей, пример реализации в одном из моих проектов:
Демонстрируемый беспроводной выключатель также реализован на ESP8266, в качестве элементов питания использует две батарейки формата ААА. Данный выключатель проработал уже три года на одних элементах питания, благодаря режиму DeepSleep.
А еще функция данного API применяется в моей «умной колонке» (статья первая,статья вторая) для управления освещением. Ниже пример кода для реализации прямого управления с помощью «умной колонки»:
Код управления по API | Python:
elif cmd == 'lightON':
try:
contents = urllib.request.urlopen("http://11395386.local/?page=status&apikey=UkFA7").read()
response0 = json.loads(contents)
if response0['c1'] == 'Off1' and response0['c2'] == 'Off2':
text = "Включила свет"
if response0['c1'] == 'On1' and response0['c2'] == 'Off2':
text = "Первый светильник уже включен, включила второй!"
if response0['c1'] == 'Off1' and response0['c2'] == 'On2':
text = "Второй светильник уже включен, включила первый!"
if response0['c1'] == 'On1' and response0['c2'] == 'On2':
text = "Свет уже включен! Но я могу выключить, если попросите!"
if response0['c1'] == 'Off1':
response2 = requests.get('http://11395386.local/?page=control&apikey=UkFA7&switch=1')
if response0['c2'] == 'Off2':
response2 = requests.get('http://11395386.local/?page=control&apikey=UkFA7&switch=2')
tts.va_speak(text)
except:
tts.va_speak("Сожалею, но возникла ошибка, попробуйте позже!")
elif cmd == 'lightOFF':
try:
contents = urllib.request.urlopen("http://11395386.local/?page=status&apikey=UkFA7").read()
response0 = json.loads(contents)
if response0['c1'] == 'Off1' and response0['c2'] == 'Off2':
text = "Свет уже выключен! Но я могу включить, если попросите!"
if response0['c1'] == 'On1' and response0['c2'] == 'Off2':
text = "Второй светильник уже выключен, выключила первый!"
if response0['c1'] == 'Off1' and response0['c2'] == 'On2':
text = "Первый светильник уже выключен, выключила второй!"
if response0['c1'] == 'On1' and response0['c2'] == 'On2':
text = "Выключила свет!"
if response0['c1'] == 'On1':
response2 = requests.get('http://11395386.local/?page=control&apikey=UkFA7&switch=1')
if response0['c2'] == 'On2':
response2 = requests.get('http://11395386.local/?page=control&apikey=UkFA7&switch=2')
tts.va_speak(text)
except:
tts.va_speak("Сожалею, но возникла ошибка, попробуйте позже!")
❯ Интеграция в «Умный дом»
Интеграция устройства в систему «Умного дома» реализована с помощью MQTT Auto Discovery.
MQTT Auto Discovery— сервис, позволяющий максимально упростить интеграцию нашего устройства в систему «Умного дома». В моем случае, в качестве системы «умного дома», я использую Home Assistant, поэтому сервис MQTT Auto Discovery адаптирован именно под неё. Ниже код реализации MQTT Auto Discovery в микро ПО устройства:
Код реализации MQTT Auto Discovery | С++:
void send_mqtt(String tops, String data, String subscr){
// Анонсируем объекты для Home Assistant [auto-discovery ]
// Анонсируем объекты один раз при успешном подуключении и при запуске устройства
// if(!annonce_mqtt_discovery){
mqqt_d_annonce("CL1", "c1", "On1", "Off1");
mqqt_d_annonce("CL2", "c2", "On2", "Off2");
mqqt_d_annonce("CL3", "c3", "On3", "Off3");
annonce_mqtt_discovery = true;
// }
// Отправляем данные
client.publish(tops.c_str(), data.c_str());
client.subscribe(subscr.c_str());
}
void mqqt_d_annonce(String namec, String cn, String on_d, String off_d){
String top = String(settings.mqtt_topic) +"/jsondata";
String control = String(settings.mqtt_topic) +"/control";
char jsonBuffer[1024] = {0};
DynamicJsonDocument chan1(1024);
chan1["name"] = namec;
chan1["state_topic"] = top;
chan1["command_topic"] = control;
chan1["payload_on"] = on_d;
chan1["payload_off"] = off_d;
chan1["state_value_template"] = "{{ value_json."+cn+" }}";
serializeJson(chan1, jsonBuffer, sizeof(jsonBuffer));
String top_to = "homeassistant/light/"+cn+"/config";
client.publish(top_to.c_str(), jsonBuffer, true);
}
После успешного подключения устройства к сети и настройки MQTT соединения, в «объектах» Home Assistant появятся объекты нашего устройства, пользователю останется только настроить карточку объектов на панели управления, чтобы иметь возможность управлять данным модулем. Ниже приведен пример кода карточки объектов:
Пример кода карточки объектов:
type: horizontal-stack
cards:
- show_name: true
show_icon: true
type: button
tap_action:
action: toggle
entity: light.cl1
name: Свет 1
show_state: true
hold_action:
action: more-info
- show_name: true
show_icon: true
type: button
tap_action:
action: toggle
entity: light.cl2
name: Свет 2
show_state: true
hold_action:
action: more-info
- show_name: true
show_icon: true
type: button
tap_action:
action: toggle
entity: light.cl3
name: LED
show_state: true
hold_action:
action: more-info
В результате карточка объектов будет выглядеть следующим образом:
Осталось упомянуть о последнем сервисе SSDP.
Чтобы как-то «повелевать» всем зоопарком моих умных устройств, был реализован данный сервис.
SSDP (Simple Service Discovery Protocol) — сетевой протокол, основанный на наборе протоколов Интернета, служащий для объявления и обнаружения сетевых сервисов. SSDP позволяет обнаруживать сервисы, не требуя специальных механизмов статической конфигурации или действий со стороны серверов, таких как DHCP или DNS.
Для моего удобства, я написал мобильное приложение, которое позволяет в три нажатия обнаружить и сконфигурировать устройство без лишних хлопот и похода в роутер. Ниже представлены скриншоты приложения, ссылка на приложение будет размещена в конце статьи.
Приложение для поиска устройств в сети:
❯ Использование аппаратного выключателя
Дабы не исключать классическую схему управления освещением с помощью обычного выключателя, который обычно встраивается в стену, в устройстве также реализован вход (J5) для подключения аппаратного выключателя. Данное решение позволяет без дополнительных переделок интегрировать модуль в существующую систему освещения.
❯ Итоги
Ну что ж, давайте подведем итоги. В итоге у нас получилось простое, но эффективное и относительно компактное устройство для управления освещением, с возможностью работы как в автономном режиме, так и в составе «Умного дома». Данное устройство разрабатывалось, прежде всего, для управления светодиодным освещением, но примененные силовые симисторы позволяют коммутировать осветительную нагрузку до 300Вт на канал, без ощутимого нагрева силовых элементов.
На этом можно и завершить статью. Надеюсь, мой опыт будет вам полезен. Если у вас есть замечания, предложения или вы хотите поделиться подобным опытом, то добро пожаловать в комментарии! Если статья вам понравилась, то поддержите её стрелочной вверх. Всем добра, здоровья и спасибо за внимание!
Ссылки к статье:
Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале.
Хочешь стать автором (или уже состоявшийся автор) и есть, чем интересным поделиться в рамках наших блогов — пиши сюда.
Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать авторские проекты.
📚 Читайте также:
Каждая капля на счету или как я счетчик умным делал
Автор текста: CyberexTech
Привет, Пикабу!
В предыдущей статье я уже описывал бюджетное решение для интеграции электросчетчика в системы умного дома, где всё было реализовано на базе своего DIY устройства. Но не только из электросчетчика состоит «домашний» учет энергоресурсов, поэтому в данной статье хочу поделиться личным опытом разработки аппаратного устройства для интеграции бытовых счетчиков воды в системы домашней автоматизации. Присоединяйтесь, будет интересно!
❯ Небольшая предыстория
На тот момент я не имел счетчиков учета воды со смарт функциями, поэтому, для интеграции в свою систему умного дома, использовал проект AI on the edge device, который реализован на базе модуля ESP32 CAM и для распознания значения расхода использует алгоритмы машинного обучения (платформа Tensorflow lite) на базе компьютерного зрения.
Ниже фото установленного модуля для считывания показаний на базе ESP32 CAM:
Но в процессе эксплуатации у данного решения было выявлено несколько недостатков, а именно:
Точность распознания — очень часто передавались ошибочные показания;
Большое потребление, что затрудняет использование в местах с отсутствием доступа к сети питания;
Сильный нагрев. Алгоритмы машинного зрения достаточно сильно нагружают модуль, что вызывает его перегрев.
Использовав данное решение несколько месяцев, я понял, что оно меня категорически не устраивает, поэтому решил разработать собственное, тем более, срок поверки установленных счетчиков подходил к концу и появилась возможность установить подходящие для моих целей счетчики. В итоге был приобретен комплект счетчиков с импульсным выходом от компании ITELMA, цена вопроса 2247 руб или $25,84. Согласовав замену счетчиков с управляющей компанией, была произведена их установка.
Установка новых счетчиков ITELMA в техническом отсеке:
❯ Разработка аппаратного устройства
Итак, счетчики установлены, концы выведены, можно сказать, что половина дела сделана :) Далее нам предстоит немного интеллектуального труда, а именно — разработать принципиальную схему устройства, исходя их наших «хотелок» (назовем их «техническим заданием»). В итоге у меня сформировалось следующее ТЗ:
Устройство должно быть реализовано на элементной базе, которая у меня имеется в наличии;
Устройство должно иметь возможность работы от встроенного источника питания, соответственно, иметь низкое энергопотребление;
Устройство должно иметь коммуникацию по беспроводной сети для подключения к системе умного дома и других сервисов;
С коммуникацией ясно, как и в прошлой статье, будем использовать микроконтроллерESP8266от компании Espressif Systems. Но для снижения потребления энергии нам придется перенести функцию подсчета импульсов на более энергоэффективный и маломощный микроконтроллер, так как ESP8266 в активном режиме потребляет много энергии (даже с отключенным радиомодулем), если рассматривать его в контексте автономного питания. К счастью, у меня есть под рукой кандидат, который справится с этой задачей — это проверенный временем микроконтроллер от компании Microchip TechnologyATtiny 2313A. В результате у нас «вырисовывается» следующая принципиальная схема устройства.
Принципиальная схема устройства:
Для достижения максимальной энергоэффективности ATtiny 2313A, согласно технической документации, необходимо обеспечить уровень питающего напряжения в 1,8 В. Ниже приведена техническая информация возможностей данного микроконтроллера:
Возможности ATtiny 2313A-SU:
Features
• High Performance, Low Power AVR® 8-Bit Microcontroller • Advanced RISC Architecture
– 120 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution – 32 x 8 General Purpose Working Registers
– Fully Static Operation
– Up to 20 MIPS Throughput at 20 MHz
• Data and Non-volatile Program and Data Memories
– 2/4K Bytes of In-System Self Programmable Flash
• Endurance 10,000 Write/Erase Cycles
– 128/256 Bytes In-System Programmable EEPROM
• Endurance: 100,000 Write/Erase Cycles
– 128/256 Bytes Internal SRAM
– Programming Lock for Flash Program and EEPROM Data Security
• Peripheral Features
– One 8-bit Timer/Counter with Separate Prescaler and Compare Mode
– One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare and Capture Modes – Four PWM Channels
– On-chip Analog Comparator
– Programmable Watchdog Timer with On-chip Oscillator
– USI – Universal Serial Interface
– Full Duplex USART
• Special Microcontroller Features
– debugWIRE On-chip Debugging
– In-System Programmable via SPI Port
– External and Internal Interrupt Sources
– Low-power Idle, Power-down, and Standby Modes – Enhanced Power-on Reset Circuit
– Programmable Brown-out Detection Circuit
– Internal Calibrated Oscillator
• I/O and Packages
– 18 Programmable I/O Lines
– 20-pin PDIP, 20-pin SOIC, 20-pad MLF/VQFN
• Operating Voltage – 1.8 – 5.5V
• Speed Grades
– 0–4MHz@1.8–5.5V – 0–10MHz@2.7–5.5V – 0–20MHz@4.5–5.5V
• Industrial Temperature Range: -40°C to +85°C • Low Power Consumption
– Active Mode
• 190 μA at 1.8V and 1MHz
– Idle Mode
• 24 μA at 1.8V and 1MHz
– Power-down Mode
• 0.1 μA at 1.8V and +25°C
Чтобы обеспечить данный уровень питающего напряжения, в схеме предусмотрен линейный регулятор LP2985-18DBVR с низким падением напряжения и имеющий ток собственного потребления 850 мкА при максимальном загрузочном токе в 150 мА.
Моя реализация подразумевает использование в качестве источника питания li-ion аккумулятор форм фактора 18650, но также в схеме предусмотрена возможность питания от элементов АА с напряжением 1,5 В.
И, да, я сторонник использования аккумуляторов в подобных системах, так как они меньше вредят экологии из-за большего срока эксплуатации, чем обычные элементы питания.
Ниже приведена визуализация проекта печатной платы.
Трассировка и габаритные размеры платы:
Рендер трехмерной модели платы:
❯ Изготовление печатной платы
Изготовление платы выполнялось «лазерным» методом, о которомя писал статьюраннее. Я просто в восторге этого метода, он позволяет значительно ускорить процесс изготовления прототипов плат, обеспечивая высокое качество и значительную экономию времени. Для общего понимания, ниже показаные некоторые этапы изготовления.
Видео процесса:
Процесс активации паяльной маски лазером:
Плата после монтажа радиокомпонентов:
❯ Корпус устройства
Здесь всё просто, по классике DIY, модель корпуса была спроектирована воFreeCADи напечатана на моем любимом и проверенным временем принтереFlyingbear Ghost 5.
Рендер модели корпуса:
Корпус после печати:
❯ Сборка устройства
Установка системы питания в корпус:
Как можно видеть на изображении, в качестве контроллера зарядки применен модуль на базе TP4056, а в качестве разъема питания — USB Type-C. И для улучшения качества связи, применена внешняя Wi-fi антенна с разъемом SMA. А в качестве световода, для отображения индикации заряда, был применен прозрачный термоклей. Я считаю что DIY без термоклея — это не DIY.
Установка платы в корпус. Для фиксации платы в корпусе предусмотрены специальные прорези.
Пример с моделью платы:
Поэтому печатная плата без труда устанавливается и фиксируется в корпусе, как показано ниже на изображении.
Устройство в собранном виде:
Порт зарядки и выключатель:
Как вы могли заметить, для крепления устройства на трубе в техническом отсеке, применена напечатанная клипса, которая прикрепляется к корпусу устройства с помощью двух винтов.
❯ Прошивка, интеграция в «Умный дом» интерфейс устройства
Прошивка устройства
Микро ПО устройства реализовано на моей «базовой» прошивке для умных устройств. Здесь я опишу несколько важных моментов, в остальном коде вы можете «поковыряться» на моем GitHub. Для простоты реализации, используется среда разработки Arduino IDE, а для программирования ATtiny 2313 — библиотека ATtiny Сore.
Так как в устройстве применяется два микроконтроллера: ESP8266 в качестве ведущего, а ATtiny2313 в качестве ведомого, то я хотел бы описать метод коммуникации между устройствами. Ниже представлен полный код прошивки ATtiny 2313:
Исходный код прошивки ATtiny 2313:
#include <Wire.h>
int32_t counter0 = 0;
int32_t counter1 = 0;
uint16_t data = 0;
uint16_t data_t;
void setup() {
pinMode(4, INPUT_PULLUP); // Пин счетчика 1
pinMode(5, INPUT_PULLUP); // Пин счетчика 2
attachInterrupt(0, countPulses0, FALLING); // Прерывание на INT0 при падении сигнала
attachInterrupt(1, countPulses1, FALLING); // Прерывание на INT1 при падении сигнала
Wire.begin(18); // Устанавливаем адрес устройства I2C
//PB5: SDA (Serial Data) - 12
//PB7: SCL (Serial Clock) - 14
Wire.onRequest(sendCounters); // Устанавливаем функцию обработки запроса на передачу данных
}
void loop() {
sender(); // Это пустая функция в точке входа, чтобы контроллер работал, иначе не работает
}
void countPulses0() {
counter0++;
}
void countPulses1() {
counter1++;
}
void sender(){
if((millis() - data_t) > data*3600000 && data >= 1 ){ // Событие которое не сработает никогда
data_t = millis();
digitalWrite(10, HIGH);
while((data_t + 1000) > millis()){}
digitalWrite(10, LOW);
}
}
void sendCounters() {
byte byteData[8]; // массив для хранения байтов
byteData[0] = (counter0 >> 24) & 0xFF; // старший байт счетчика 0
byteData[1] = (counter0 >> 16) & 0xFF;
byteData[2] = (counter0 >> 8) & 0xFF;
byteData[3] = counter0 & 0xFF; // младший байт счетчика 0
byteData[4] = (counter1 >> 24) & 0xFF; // старший байт счетчика 1
byteData[5] = (counter1 >> 16) & 0xFF;
byteData[6] = (counter1 >> 8) & 0xFF;
byteData[7] = counter1 & 0xFF; // младший байт счетчика 1
Wire.write(byteData, 8); // Отправляем данные по шине I2C
}
Как можно видеть, код довольно простой. И как вы уже, наверное, могли догадаться, связь между контроллерами обеспечивается по I2C шине. Функция обмена по шине реализована с помощью библиотеки <Wire.h>, где используются методы:
Wire.begin(18) — назначает адрес устройства;
Wire.onRequest(sendCounters) — установка функции обработки запроса на передачу данных;
Wire.write(byteData, 8) — метод для отправки данных;
И чтобы не один импульс со счетчика не прошел мимо, используем аппаратное прерывание для регистрации:
attachInterrupt(0, countPulses0, FALLING); // Прерывание на INT0 при падении сигнала
attachInterrupt(1, countPulses1, FALLING); // Прерывание на INT1 при падении сигнала
Обратите внимание, что для обеспечения энергоэффективного режима работы микроконтроллера ATtiny2313A, необходимо использовать внутренний генератор тактирования, частота которого должна составлять 1 МГц. На данную особенность указывает техническая документация:
– Active Mode
• 190 μA at 1.8V and 1MHz
Данный параметр устанавливается в среде программирования:
Запрос со стороны ведущего ESP8266:
void read_count(){
Wire.requestFrom(SLAVE_ADDRESS, 9); // Запрос данных у ведомого устройства
while (Wire.available() < 9) {} // Ожидание доставки всех данных
receiveData(); // Получение данных счетчиков
}
void receiveData() {
byte byteData[8]; // Массив для хранения принятых байтов
Wire.readBytes(byteData, 9); // Чтение данных из шины I2C
uint32_t receivedCounter0 = ((uint32_t)byteData[0] << 24) | ((uint32_t)byteData[1] << 16) | ((uint32_t)byteData[2] << 8) | byteData[3]; // Собираем данные счетчика 0
uint32_t receivedCounter1 = ((uint32_t)byteData[4] << 24) | ((uint32_t)byteData[5] << 16) | ((uint32_t)byteData[6] << 8) | byteData[7]; // Собираем данные счетчика 1
uint32_t c0 = receivedCounter0 - receivedCounter0_storage;
uint32_t c1 = receivedCounter1 - receivedCounter1_storage;
if(receivedCounter1 != 4294967295 && receivedCounter0 != 4294967295){
if(c0 > 429496652 && c1 > 429496652){
L_1 = 0;
L_2 = 0;
}else{
L_1 = c0;
L_2 = c1;
}
receivedCounter0_storage = receivedCounter0;
receivedCounter1_storage = receivedCounter1;
ESP.rtcUserMemoryWrite(0, &receivedCounter0_storage, sizeof(receivedCounter0_storage));
ESP.rtcUserMemoryWrite(sizeof(receivedCounter0_storage), &receivedCounter1_storage, sizeof(receivedCounter1_storage));
if(!config_st){
MQTT_send_data("json", JSON_DATA());
}
}
}
Интеграция в Home Assistant и интерфейс устройства
Конфигурация устройства выполняется через web интерфейс. При первоначальном подключении, устройство создает точку доступаCYBEREX-COUNTс беспарольным доступом. После подключения к точке доступа, у пользователя автоматически откроется страница авторизации, где необходимо будет ввести пароль по умолчанию «admin». После входа необходимо выполнить конфигурацию устройства. Интерфейс простой и интуитивно понятный. Ниже представлены скриншоты интерфейса.
Главная страница:
Конфигурация веса импульса:
Вес импульса необходимо взять из технической документации на установленный счетчик, данный параметр определяет количество потреблённой воды на один импульс.
Настройка MQTT протокола и периодичности отправки данных:
В данном устройстве реализован механизм MQTT Auto Discovery, позволяющий в автоматическом режиме добавлять объекты счетчика в Home Assistant.
Скриншот энергомониторинга:
И для возможности интеграции в Энергомониторинг Home Assistant, в MQTT запросе реализована передача параметра:
"state_class": "total"
При необходимости, Вы можете «собрать» карточку объектов для отображения данных нашего устройства.
Пример карточки объектов:
Для перехода в режим конфигурации необходимо выполнить следующие действия:
Зажать кнопку 1 и не отпуская, кратковременно нажать кнопку 2;
Не отпуская кнопку 1, дождаться постоянного мигания светодиода (примерно 10 секунд);
Отжать кнопку 1 и перейти в web интерфейс для конфигурации устройства.
❯ Итоги
Давайте подведем итоги. Данная статья вышла с задержкой в восемь месяцев, именно столько времени мне потребовалось, чтобы проверить работу данного устройства. Устройство показало себя с наилучшей стороны, точность и стабильность работы на высоте. Что касается энергопотребления устройства — оно соответствует моим ожидания и полностью меня устраивает:
Ток потребления устройства в обычном режиме: 540 мкА; (ESP8266 (DeepSleep) — 25 мкА + ATtiny2313A (Active mode) — 190 мкА + Остальное — линейные регуляторы напряжения и подтягивающие резисторы );
Ток потребления в режиме передачи данных: 74 мА (зависит от уровня сигнала сети в точке установки).
Бюджет проекта, если рассматривать стоимость «железа», составляет не более $ 5,66.
В итоге мы получили недорогое и полезное устройство для интеграции счетчиков воды в системы домашней автоматизации. Надеюсь, мой опыт будет полезен.
Если вам понравилась статья, поддержите её стрелочкой вверх. А если есть что добавить, то добро пожаловать в комментарии. Всем добра и спасибо за внимание.
Ссылки к статье:
Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале.
Хочешь стать автором (или уже состоявшийся автор) и есть, чем интересным поделиться в рамках наших блогов — пиши сюда.
Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать авторские проекты.
Будущее хранения данных. Где и на чем будем хранить данные в будущем
Автор текта: TilekSamiev
Объём данных, которые мы производим и используем, растёт феноменальными темпами. СМИ сегодня существуют преимущественно в цифровом формате, данные предприятий всё чаще хранятся на облачных платформах, а учёные накапливают огромные массивы исследовательской информации. Не забываем и про снимки из космоса и мемы с котиками. К 2025 году скорость роста данных превысит 175 зеттабайт в год. Центры обработки данных изо всех сил пытаются не отставать. Но объёмы продолжают увеличиваться с каждым днём.
Мало того, что объём данных, особенно неструктурированных, увеличился, облачное хранилище побудило компании – и частных лиц – принять подход «хранить всё», даже если эти данные не имеют какою-либо ценность.
Как предприятия могут безопасно хранить в будущем такой огромный объём данных, учитывая, что растёт он экспоненциально? Быстрый рост данных требует инновационных решений в бурно развивающейся области технологий. В течение достаточно длительного периода времени физические носители, такие как магнитные ленты и жёсткие диски, в конечном итоге демонстрируют 100% вероятность отказа. Учёные ищут новые методы, чтобы устранить текущие ограничения в отношении ёмкости, мощности, скорости и долговечности. Но как? Подробности под катом.
❯ Неограниченный рост
Хотя миллионы, а возможно, даже миллиарды и триллионы личных фотографий и видео, хранящихся и публикуемых в различных социальных сетях, без сомнения, являются важным фактором, компании также борются с ростом объёма нестандартных данных, который существенно превзошёл ожидания.
Хотя миллионы, а возможно, даже миллиарды и триллионы личных фотографий и видео, хранящихся и публикуемых в различных социальных сетях, без сомнения, являются важным фактором, компании также борются с ростом объёма нестандартных данных, который существенно превзошёл ожидания.
Проблема для бизнеса и ИТ-индустрии заключается в том, что рост количества данных не является постепенным. Каждая технологическая инновация, например, в области изображений с высоким разрешением, может в одночасье удвоить потребность в хранении данных.
Просто подумайте о последствиях для хранения данных, например, когда компания по производству медицинского оборудования обновляет программное обеспечение компьютерного томографа, улучшая качество и, следовательно, размер изображений с высоким разрешением в два, три или даже четыре раза за один момент.
Или быстрая эволюция Интернета вещей, которая позволяет предприятиям генерировать всё более высокий уровень объёма данных. Организации изучают возможность использования ИИ для оптимизации бизнес-процессов, что создаёт дополнительный источник данных, которые хоть и будут поддерживать рост бизнеса, но их также необходимо будет хранить, а такое хранение стоит дополнительных ресурсов.
Особый вопрос заключается в том, где хранить архивы — информацию, к которой редко обращаются снова после создания. Компании заинтересованы сохранять, а не удалять подобные сведения. Частично это связано с тем, что общественность не ожидает исчезновения данных. Но более важным фактором является развитие ИИ и аналитики. Чем больше у вас данных и чем выше их качество, тем мощнее могут быть ваши алгоритмы.
В течение 15 лет на рубеже XXI века скорость и ёмкость компьютерной памяти росли с ошеломляющей скоростью. В период с 1990 по 2005 год плотность битов (объём информации, которую можно хранить на квадратный дюйм дискового пространства) систем магнитных приводов росла в среднем на 60% каждый год. Однако к 2010-м годам рост выровнялся. Растущий спрос на ёмкость хранения, а также потребности в миниатюризации и энергоэффективности портативных устройств, таких как смартфоны и ноутбуки, сделали твердотельную «флэш-память» доминирующим средством хранения цифровых данных.
Флэш-память быстрая и компактная, но и дорогая. На протяжении десятилетий учёные-компьютерщики разрабатывают и исследуют другме виды памяти.
❯ Гелиевые диски
Жёсткий диск уже является одной из старейших разработок в компьютерной истории. Согласно технологическому плану, предложенному Консорциумом передовых технологий хранения данных, к 2025 году ёмкость жёстких дисков вырастёт до 100 ТБ благодаря новым технологиям записи, таким как память на магнитных сердечниках, перпендикулярная магнитная запись, улучшенное кэширование и гелиевые накопители.
Гелиевые накопители внешне выглядят идентично обычным жёстким дискам. Но только внешне. Нас же интересует то, что внутри. В гелиевых накопителях для хранения информации используются те же физические пластины, что и в жёстких дисках, но герметичный корпус заполнен гелием, а не воздухом. Поскольку гелий в шесть раз менее плотен, чем воздух, то для вращения дисков ему требуется гораздо меньше энергии. Следовательно, он выделяет меньше тепла, поэтому в одном форм-факторе можно разместить больше дисков с большей долговечностью.
Хотя эта технология остаётся дорогостоящей и не представляет какого-либо радикального изменения парадигмы хранения данных, ожидается, что эти высокопроизводительные накопители постепенно станут более доступными для рядовых потребителей. В результате ёмкость и производительность жёстких дисков будут увеличиваться, одновременно становясь более экономически выгодными.
❯ Хранение данных в ДНК
Идея хранения цифровой информации на синтетических нитях ДНК существует с 1960-х годов, и вдохновлена тем фактом, что ДНК сама по себе является системой хранения. Она состоит из химических строительных блоков, называемых нуклеотидами, каждый из которых состоит из сахара, фосфатной группы и одного из четырех азотистых оснований. Каждое из этих азотистых оснований обозначается буквами: А (аденин), Т (тимин), G (гуанин) и С (цитозин). Именно порядок и последовательность этих азотистых оснований определяют биологическую информацию, закодированную в цепи ДНК.
Цифровая информация существует в виде двоичного кода, а хранилище ДНК работает путём перевода её нулей и единиц в последовательности этих четырех букв. Например, 00 равняется A, а 10 равняется G. Затем можно получить синтетическую ДНК, содержащую эту последовательность. Эту ДНК можно сохранить и на более позднем этапе декодировать в текст, или, скажем, в видео.
Привлекательность такого метода заключается в том, что ДНК может хранить огромные массивы информации при высокой плотности хранения, около одного эксабайта (одного миллиарда гигабайт) на кубический дюйм. ДНК также долговечна — она может прослужить десятки тысяч лет — и не потребляет огромного количества энергии.
Например, для хранения десятков зеттабайт потребуются миллиарды ленточных накопителей — сегодня это самые плотные коммерческие носители информации. В то время как, если бы такой же объём хранился в синтетической ДНК, он занял бы объём одного небольшого холодильника.
Количество исследований, связанных с этой темой, в последние годы сильно возросло. Различные компании работают над её реализацией: некоторые — над синтезом или чтением ДНК, другие — над переводом двоичного кода в алфавит ДНК. В 2020 году Microsoft стала соучредителем Альянса хранения данных ДНК, объединившего 41 организацию с двойной целью: реализовать потенциал хранения ДНК и рекомендовать создание спецификаций и стандартов для обеспечения совместимости. И уже есть доказательства концепции. Учёные уже закодировали книги в ДНК, а недавно стартап выпустил устройство размером с кредитную карту, которое может хранить килобайт в форме ДНК. В 2012 году исследователи из Гарварда успешно закодировали цифровую информацию в ДНК, в том числе книгу на 53 400 слов в HTML, одиннадцать изображений JPEG и программу JavaScript.
Для бизнеса потенциальные выгоды значительны. Объём мирового рынка хранения данных оценивался в 217 миллиарда долларов в 2022 году и, по прогнозам, к 2030 году достигнет 778 миллиарда долларов. Согласно одному из отчётов, развивающийся рынок хранения ДНК достигнет 3,4 миллиарда долларов к 2030 году.
Конечно, хранилище ДНК не заменит традиционные центры обработки данных. Но в конечном итоге это может позволить хранить архивные данные в более экологичных и компактных дата-центрах, которые производят минимальные отходы и выбросы углекислого газа. В этих центрах файлы будут кодироваться и синтезироваться, а затем храниться в капсулах.
Если это звучит футуристично, то так оно и есть. Синтез ДНК остаётся дорогим, и поэтому его использование ограничивается лишь небольшим количеством чрезвычайно ценных данных.
Технология хранения данных в ДНК сталкивается с большим временем чтения/записи и общими проблемами стоимости. Долго удерживаемый рекорд скорости составил 200 МБ в сутки. Однако в конце 2021 года исследователи увеличили этот показатель до 20 ГБ в день. Это всё равно значительно медленнее, чем скорость записи на HDD: 200–300 МБ/с.
Другая проблема — стоимость. Исследования показывают, что кодирование 1 мегабайта данных может стоить около 3500 долларов США.
Хотя процесс записи медленный и дорогой, нити ДНК невероятно плотны в качестве носителя информации и удивительно устойчивы. По прогнозам экспертов, хранящаяся в подходящих прохладных и тёмных условиях ДНК может сохранять информацию в безопасности и быть готовой к безошибочному извлечению на срок в несколько тысяч лет. Большинству современных жёстких дисков уже через несколько десятилетий будет сложно функционировать.
Возможно, мы никогда не увидим хранения ДНК в домашних жилищах из-за узкоспециализированного оборудования, необходимого для обработки информации обратно в формат, читаемый традиционными компьютерами. Однако он имеет многообещающий потенциал для использования в крупных научных и промышленных целях.
❯ Развивающаяся область спинтроники и беговая память
Спинтроника — это термин, который исследователи используют для обозначения теоретических вычислений и систем хранения данных, которые используют квантовое свойство, известное как «спин», магнитную ориентацию электрона или другой субатомной частицы. Все такие частицы имеют один из двух спинов: вверх или вниз. Эти два значения могут стать основой для двоичной системы, которую компьютеры используют для хранения цифровой информации — системы субатомных единиц и нулей, которая будет в миллионы раз более эффективной, чем память и процессоры, которые мы используем сегодня. Эта возможность воодушевляет учёных-компьютерщиков, которые в целом согласны с тем, что возможности традиционных систем имеют встроенные ограничения.
Физик из IBM Дональд Эйглер обнаружил, что он может использовать сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) не только для наблюдения за атомами, но и для их перемещения. Условия должны были быть абсолютно подходящими: атом должен был находиться в вакуумной камере, охлажденной почти до абсолютного нуля, а кончик микроскопа должен был располагаться очень близко к рассматриваемому атому, но не касаться его. В течение 22 часов 11 ноября 1989 года Эйглер и его команда тщательно расположили 35 атомов ксенона так, чтобы получилось слово «I B M».
Атомное написание Эйглера имело хорошую рекламу, но оно также продемонстрировало ранний прогресс в направлении квантовой электроники.
В течение следующих нескольких лет Эйглер и его команда исследовали новые применения СТМ, в конечном итоге создав электронный переключатель, в котором в качестве активного элемента использовался одиночный атом. В 2004 году команда Эйглера использовала СТМ, чтобы изменить ориентацию спина атомной частицы; они заменили единицу на ноль, обеспечив техническую основу для записи битов на квантовом уровне.
Ранее в том же году другая группа учёных IBM объявила, что они успешно использовали магнитно-резонансную силовую микроскопию для обнаружения вращения одного атома, внедренного в твёрдый образец — техническую основу для считывания квантовых битов. Вместе эти два открытия приблизили информатику на шаг ближе к многолетней мечте о беговой памяти.
Традиционные вычислительные системы отслеживают, где данные хранятся на конкретном устройстве памяти, а затем получают доступ к этому месту — в случае магнитных устройств хранения данных — путем манипулирования носителя информации, чтобы расположить желаемое место под считывающим устройством. Это делает скорость перемещения диска или ленты ограничивающим фактором скорости доступа к информации. Флэш-память решает эту проблему, создавая более быстрый твёрдотельный накопитель, но он намного дороже, чем магнитный накопитель.
Беговая память обещает лучшее из обоих технологий: носитель данных, который будет таким же быстрым, как флэш-память, но таким же дешёвым, как магнитный, с теоретической ёмкостью хранения, превосходящей оба варианта. Беговая память работает, перемещая не диск, а сами данные. Биты хранятся в субатомных «доменах» между областями магнитного заряда на нанопроволоке шириной в 1/100 000 ширины человеческого волоса. Затем эти домены перемещаются по проводам, как бегуны на беговых дорожках, со скоростью, в 1 миллион раз превышающей скорость магнитных дисков.
Хитрость заключается в том, чтобы перемещать их очень точно, учитывая, что рассматриваемые домены могут быть размером с один атом. Надёжное манипулирование доменами было непомерно сложным и дорогим до 2010 года, когда учёные IBM первыми в мире измерили ускорение и замедление доменов при различных напряжениях. Наряду с методами письма и чтения, разработанными ранее в IBM, этот прорыв в области перемещения доменов предоставил третий компонент, теоретически необходимый для создания работающего устройства беговой памяти.
Инженерам ещё предстоит разработать прототип для потребительского использования, но исследователи IBM считают, что такие устройства в конечном итоге заменят твёрдотельные накопители так же, как твёрдотельные накопители заменили магнитные жёсткие диски.
В 2021 году группа исследователей Нью-Йоркского университета объявила об ещё одном шаге к будущему: они обнаружили, что материалы, называемые ферримагнетиками, которые создают меньшие магнитные поля, чем обычные материалы, такие как железо и никель, лучше подходят для создания стабильного магнитного поля. Это открытие представляет собой ещё один прорыв в продолжающемся проекте по выводу беговой памяти за пределы лабораторий на потребительские рынки.
❯ Нужно ли нам хранить все?
Фактически, сейчас хранение одного терабайта данных в течение года обходится более чем в 3000 долларов. Компании с чрезвычайно большими объёмами данных платят ещё больше. По оценкам, хранение петабайта данных в течение пяти лет может стоить более 1 миллиона долларов.
Дедупликация данных — это простая концепция; она просто удаляет избыточные данные. Но это может привести к существенной экономии средств. В одном примере глобальный банк ежегодно тратил 2 миллиарда долларов на эксплуатацию 600 хранилищ данных. Они реорганизовали, вывели из эксплуатации некоторые данные и сэкономили 400 миллионов долларов на ежегодных затратах.
Итак, жизнеспособно ли сохранение подхода «хранить всё», когда, по оценкам, на дата-центры сегодня приходится до 3% мирового потребления электроэнергии, а к 2030 году, по прогнозам, он достигнет 4%? И где хранить все эти данные в будущем?
Существуют различные традиционные способы хранения данных. Ленточные накопители потребляют минимальное количество энергии, но доступ к данным происходит медленно, а их сохранение обходится дорого. Твёрдотельные и жёсткие диски являются привлекательной альтернативой из-за низкой задержки доступа, что позволяет быстро извлекать данные из хранилища. Но поскольку оба этих носителя информации имеют ограниченный срок службы, они требуют периодического переноса данных на более новые носители. Этот повторяющийся процесс миграции данных вносит значительный вклад в загрязнение окружающей среды, поскольку как жёсткие диски, так и ленты обычно уничтожаются после использования. Твёрдотельные и жёсткие диски требуют постоянного питания для поддержания функций хранения и извлечения данных. Значительная часть сегодняшних архивных данных хранится в огромных ЦОД, битком набитых ими. Они не только занимают много физического пространства, но и производят огромное количество выбросов парниковых газов.
В конечном итоге рост данных значительно увеличился и будет продолжать расти. Это и приводит к поиску более эффективного носителя данных, особенно для облачного архивного хранения.
Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале.
Хочешь стать автором (или уже состоявшийся автор) и есть, чем интересным поделиться в рамках наших блогов — пиши сюда.
Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать авторские проекты.




































































































