По темпам своего развития информатика побила все существовавшие до нее рекорды. Это справедливо даже применительно к такой прогрессивной области, как космическая техника. Слов нет, выход человечества в космос совершенно уникальное событие, в своем роде единственное в истории человечества, и переоценить его невозможно. Но давайте обратимся к цифрам. Первые самолеты, появившиеся в начале XX века, имели скорость порядка нескольких сот километров в час. Ракетоноситель межпланетного корабля развивает вторую космическую скорость, то есть 11 километров в секунду, или около 40 тысяч километров в час. Таким образом, за время от начала века до старта космической эры скорость летательных аппаратов возросла, будем считать, в 400 раз. Цифра впечатляющая! Но переход от реле к транзисторам, который совершился за каких-нибудь 15 лет, привел к увеличению быстродействия ЭВМ в несколько десятков тысяч раз.
И все же не это главное. Воистину революционные изменения в информатике наметились тогда, когда стало ясно, что на одной полупроводниковой пластине совсем необязательно изготовлять один-единственный транзистор. Что нужно для изготовления транзистора? Прикрыть поверхность полупроводниковой пластины металлической фольгой, к примеру, с двумя (для изготовления истока и стока), а потом с одним отверстием. Но если в той же фольге проделать четыре отверстия, получатся два транзистора. Если сделать двадцать отверстий, получится десять транзисторов и т. д.
Не составляет большого труда изготовить соединения между выводами транзисторов. Это делается двумя способами. Либо на поверхность пластины, опять-таки через отверстие нужной конфигурации в металлической фольге, напыляется металл, либо в нужные области пластины вводятся примеси. Напомним, что полупроводник с примесями ток проводит, а без них практически не проводит.
Так появилось то, что сегодня называют интегральной схемой. Какая главная особенность интегральных схем? Интегральная схема, содержащая тысячу транзисторов, отличается от схемы с десятью транзисторами только количеством отверстий в соответствующих листочках фольги, используемых при изготовлении интегральных схем. Эти листочки называют масками. В остальном технологические операции остаются одинаковыми как в случае десяти, так и в случае десяти тысяч транзисторов. Отсюда вывод: сложность изготовления интегральной схемы с тысячью транзисторов, а следовательно, и ее стоимость — та же самая, что и у интегральной схемы с десятью транзисторами.
Что значит изготовить интегральную схему? Это значит поместить атомы примеси в нужные места кристаллической решетки исходного полупроводника (чаще всего кремния). Извлечь такой атом из соответствующего узла кристаллической решетки не так-то просто. Конечно, пластинку кремния можно расплавить, можно разбить ее молотком на мелкие части, но до тех пор, пока она не подвергается столь грубым воздействиям, извлечь однажды внедренные атомы примеси практически невозможно. Интегральная схема поистине способна все вытерпеть. Дешевизна и чрезвычайно высокая надежность — две основные важнейшие характеристики интегральных схем.
Пойдем дальше. Читателю уже ясно, что есть все основания уподобить интегральную схему молекуле нуклеиновой кислоты. И та и другая представляет собой последовательность структурных элементов. В случае нуклеиновой кислоты — это нуклеотиды, а в случае интегральной схемы — транзисторы. И в том и в другом случае интегральные схемы соединяются между собой определенным образом. Некоторое отличие состоит, правда, в том, что транзистор принимает одно из двух состояний (замкнуто — разомкнуто), а нуклеотид — одно из четырех состояний. Но это чисто количественное различие, и оно легко снимается, если одному нуклеотиду ставить в соответствие не один, а, скажем, два транзистора.
Подобную аналогию имеет смысл продолжить и сравнить соответствующие количественные характеристики, прежде всего размеры. Размеры одного структурного элемента молекулы нуклеиновой кислоты измеряются величиной порядка нескольких десятых долей нанометра (10–10 м). Расчет предельных размеров структурного элемента интегральной схемы потребует от нас некоторых размышлений. Что надо вспомнить прежде всего?