Статья является продолжением цикла статей авторов, посвященных теме многофункциональных модульных систем (далее по тексту – МФМС, система). Предыдущие статьи рассматривали основные положения о МФМС [6; 7], принципы и условия их создания [9], а также частные, практические реализации [3; 4; 5; 8] в различных областях электроники.
Прежде всего, определим характерные особенности МФМС. Согласно классификационным признакам, по характеру своего развития, системы подразделяются на элементно- или функционально-стабильные и развивающиеся [2]. В соответствии с определениями [6], МФМС могут принадлежать только к развивающимся системам, иначе бы нарушались их основные свойства, такие как изменяемость, преемственность и т.д. Следовательно, законы внутрисистемного развития весьма актуальны для МФМС.
Развитие систем под влиянием внутренних причин и собственных процессов происходит в нескольких направлениях. Для удобства восприятия и наглядности условно представим эти направления в виде модели окружающего мира – векторов трёхмерного пространства: , , . Векторы и направления внутрисистемного развития представлены на рисунке 1.
Рисунок 1. Векторы и направления внутрисистемного развития.
К вектору развития систем (см. рисунок 1 а)) отнесём все направления, связанные с расширением системы за счёт дополнительно вводимых элементов, в том числе и за счёт соседних систем. Вектор расширения улучшает производительность системы за счёт увеличения количества элементов системы.
К вектору развития систем (см. рисунок 1 б)) отнесём все направления, связанные с вертикальным ростом – изменением уровней системы, т.е. создание внутри системы подсистем и превращение системы в надсистему. Вектор роста увеличивает производительность системы за счёт иерархического изменения структуры системы.
К вектору развития систем (см. рисунок 1 в)) отнесём направления развития идеальности системы. Вектор совершенствования выполняет подъём производительности системы за счет применения в ней новых технических и технологических решений.
С повышением качественных критериев создания систем для их развития ведётся поиск принципиально новых технических решений, основанных на применении развивающихся технологий. При этом на фоне повышения производительности систем и улучшения их параметров, существенно сокращаются массогабаритные показатели их составных частей – модулей. Следовательно, вектор совершенствования системы ведёт не только к повышению производительности системы, но и к уменьшению её массогабаритных параметров. Отсюда вытекает четвёртый закон развития технических систем.
Закон 4 увеличения степени идеальности системы: «Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности» [1].
Согласно четвёртому закону любая техническая (в том числе и электронная) система идеальна, если её массогабаритные параметры стремятся к нулю, а сама она при этом продолжает выполнять требуемые от неё функции.
Таким образом, должно быть справедливо следствие, вытекающее из четвертого закона – массогабаритные параметры системы при увеличении её идеальности должны уменьшаться. Но это было бы справедливо, если бы вектор совершенствования системы существовал отдельно от остальных векторов её развития и . Сама система совсем никак не уменьшается за счет действующего в ней парадокса [1]: все высвобождаемые резервы направляются на увеличение производительности системы за счет её векторов расширения и роста .
Следовательно, освободившиеся массогабаритные поля сразу же заполняются наращиваемым продуктивным объёмом систем для ещё большего повышения их производительности – общей цели развития всех систем. При этом массогабаритные параметры системы никак не уменьшаются, а, наоборот, увеличиваются или, в случае массогабаритных ограничений, остаются прежними.
Этот парадокс не кажется противоестественным, если разглядывать систему в общем виде, а не в частных её аспектах. Рассмотрим пару примеров.
1) Если система была заключена в определённом объёме, то при сокращении габаритов её определённых частей (за счет вектора ) вполне допустимо увеличение её структуры (за счет вектора ), тем более, если это ведёт к увеличению производительности системы.
2) Если определённая масса системы была вполне переносима окружающей средой, то при сокращении массы отдельных её частей (за счет вектора ) вполне допустимо оставить её общую массу в прежнем виде за счет увеличения состава системы (за счет вектора ), опять же приводящей к увеличению её производительности.
Эти два взгляда на сохранение массогабаритных показателей системы кажутся вполне логичными при существовании их определённых ограничений, и, кроме того, обнаруживают взаимосвязь векторов: , , . Т.е., как следствие: развитие одного направления системы ведёт к развитию других её направлений.
Если же система ничем не ограничена в части массы и/или габаритов, то развитие системы в любом направлении ограничивается только его технико-экономической целесообразностью. Следствием этого является пятый закон создания и развития технических систем.
Закон 5 неравномерности развития частей системы: «Развитие частей системы идет неравномерно; чем сложнее система, тем неравномернее развитие ее частей» [1].
Поясним этот закон на следующем ярком примере.
Всем известно, что применяемость средств вычислительной техники практически во всех сферах деятельности человека стимулировала взрыв её развития. Согласно эмпирическому закону Мура количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца. Следовательно, этот взрыв не является красным словцом, а определяет скорость совершенствования вычислительных устройств относительно других видов техники. При этом, какой бы из количественных критериев (по эквивалентным вентилям, по производительности и т.д.) вычислительной структуры не был бы заявлен как максимально достижимый, то в следующее мгновение это заявление может оказаться уже неактуальным.
Такие темпы развития пока не осуществимы в других технических областях. Следовательно, различные части системы по техническому обновлению несопоставимы друг другу. Большинство из них, пройдя первое и второе поколение развития (ламповые и транзисторные схемы), достигло только третьего (микросборки) или четвёртого (примитивные микросхемы) поколения, в то время как обновления вычислительных средств системы уже перестали считать, с каждым годом приближая толщину кристалла к кажущемуся на сегодняшний момент пределу – пикометрам. При сопоставлении вычислительных систем с другими техническими системами различия в их развитии очевидны.
Совершенствование средств вычислительной техники стимулирует увеличение количества элементов системы. Стремление к устранению несоответствия вычислительных средств системы другим её частям, приводит к её расширению и увеличению размеров системы.
Одновременное и равномерное совершенствование и расширение всех составных частей системы взаимно компенсирует изменение её массогабаритных показателей. Но равномерное развитие различных частей в системах практически не встречается. Это как если бы все части системы создавалась бы из одного материала и по одной и той же технологии. В результате пятый закон прогнозирует создание неравномерно развитых систем.
Неравномерное совершенствование составных частей систем при развитии их за счёт расширения приводит в итоге к насыщению одного из её параметров. Т.е. невозможности дальнейшего развития в требуемом направлении. Но при этом ни торможения развития системы, ни тем более её гибели не происходит. Это объясняется тем, что в действие вступает вектор роста системы и, соответственно, шестой закон создания и развития систем.
Закон 6 перехода в надсистему: «Исчерпав возможности развития, система включается в надсистему в качестве одной из частей; при этом дальнейшее развитие идет на уровне надсистемы» [1].
Вектор роста может иметь два условных направления:
- положительное – стремление увеличиться, подчинить себе другие системы и стать надсистемой;
- отрицательное – подчиниться другой системе перейти на уровень её подсистемы.
Термины «положительное» и «отрицательное» в данном случае никак не стоит трактовать как «хорошее» и «плохое». Их стоит определять как направление видоизменения системы. Это как равнозначные по модулю и разные по направлению роста отрицательные и положительные числа.
Положительное направление вектора роста осуществляет переход в надсистему, выполняющийся исключительно за счет накопления внутренних ресурсов системы векторами расширения и совершенствования . При этом внутри системы происходит преобразование её элементов (модулей) в подсистемы с полными каноническими формами математической модели [2].
Отрицательное направление вектора роста осуществляет переход в подсистему при обязательном внешнем взаимодействии системы с другими системами. При этом надсистемой станет та система, чья макрозадача окажется значимее и чьи взаимосвязи с другими системами окажутся основой надсистемы. В результате происходит подчинение одной системы другой – более развитой. Но это уже относится к законам развития систем под воздействием внешних факторов, которые будут рассмотрены в последующей статье авторов.
Вполне вероятно, что шестой закон продлит жизнь закону Мура, когда им будет исчерпан четвертый закон внутрисистемного развития.
Законы собственного (внутрисистемного) развития систем, т.е. вне зависимости от внешних условий, представлены на рисунке 2.
Рисунок 2. Законы внутрисистемного развития МФМС.
Не трудно убедиться, что эти законы справедливы для развития любых электронных систем.
Все три закона тесно связаны с векторами развития систем (совершенствования, расширения и роста), и в той или иной степени используют их.
Итак, сделаем следующие выводы:
- вектора совершенствования, расширения и роста системы, действующие в различных направлениях, ведут к развитию её основного параметра – повышению производительности системы;
- высвобождаемые за счёт вектора совершенствования резервы не приводят к уменьшению системы (если не поставлена таковая цель), а используются векторами расширения и роста для увеличения её производительности;
- равномерное развитие составных частей системы, увеличивающее её идеальность, присуще микросистемам, создаваемым в однородной среде (из одного материала, на одном кристалле и т.п.).
В следующей статье авторов будет продолжена тема развития систем, но уже под влиянием их внешнего взаимодействия.
Список литературы
1 Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. — М.: Сов. радио, 1979.
2 Математические основы теории систем: учебник для вузов / А.М. Малышенко. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. – 364 с.: ил.
3 Скляр А.В., Мережин Н.И. Модульный дефектоскоп – томограф. Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). Ежемесячный научный журнал № 12 (21) / 2015, часть 5, с. 91 –94.
4 Скляр А.В., Мережин Н.И. Модульная концепция в мультиметрах. — Межотраслевой институт «Наука и образование». Ежемесячный научный журнал № 2 (9) / 2015, с. 44 – 47.
5 Скляр А.В., Мережин Н.И. Модульные многофункциональные системы. Модульный климатический мультиметр. — Международный независимый институт Математики и Систем «МиС». Ежемесячный научный журнал № 2 (13) / 2015.
6 Скляр А.В., Мережин Н.И. Основные свойства модульных многофункциональных систем. Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). Ежемесячный научный журнал № 4 (13) / 2015, часть 5, с. 41 – 43.
7 Скляр А.В., Мережин Н.И. Особенности построения модульных многофункциональных систем. Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). Ежемесячный научный журнал № 3 (12) / 2015, часть 5, с. 6 – 8.
8 Скляр А.В., Мережин Н.И. Принципы построения многофункциональных модульных систем радиационного контроля. Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). Ежемесячный научный журнал № 12 (33) / 2016, часть 2, с. 66 – 69.
9 Скляр А.В., Мережин Н.И. Условия создания многофункциональных модульных электронных систем. Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). Ежемесячный научный журнал № 1 (34) / 2017, часть 1, с. 55 – 59.[schema type=»book» name=»ВНУТРИСИСТЕМНОЕ РАЗВИТИЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МОДУЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ» description=»В статье рассмотрены законы и определены направления внутрисистемного развития управляемых многофункциональных модульных электронных систем.» author=»Скляр Андрей Вадимович, Мережин Николай Иванович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-12″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.03.2017_03(36)_часть 1″ ebook=»yes» ]