1.3 Зміна співвідношення між багатофункціональними і спеціалізованими елементами

Кожному етапові розвитку технічної системи(криві 0-1, 1’-2, 2’-3... на рис. 1) відповідає певне співвідношення багатофункціональних і спеціалізованих елементів у складі системи. Багатофункціональність - це можливість об’єкта реалізувати більше одного набору функцій, спеціалізація - її пряма протилежність. Аналіз еволюції технічних систем показує, що прогресивний розвиток технічної системи можливий доти, доки розширення функціональних можливостей компонентів на різних рівнях ієрархії випереджує зростання їх складності [12б, 13]. Розвиток технічної системи йде по діалектичній спіралі. Розширення витків спіралі в часі відповідає розширенню класів функцій, які реалізуються системою. Кожна точка на витку спіралі відповідає певному співвідношенню між багатофункціональними і спеціалізованими компонентами системи. .Перехід на новий виток спіралі відповідає стрибкові в технології створення системи, під час здійснення якого необхідно понести певні витрати, використати наявний потенціал науки та накопичений досвід.

При створенні нового покоління технічної системи її розвиток починається з функціонального центру, в системі переважають багатофункціональні елементи. У міру розвитку співвідношення багатофункціональних і спеціалізованих елементів змінюється на користь спеціалізованих, що призводить до зростання складності системи. В момент, коли зростання структурної складності починає випереджати зростання функціональних можливостей, відбувається перехід до нового покоління технічної системи, який супроводжується згортанням системи і різким збільшенням питомої ваги багатофункціональних елементів. Так, ІС є фактично згорнутою друкованою платою, що розгортається як в напрямку різноманітності фізичних, так і в напрямку спеціалізації схемотехнічних структур у процесі подальшого розвитку. Процес розгортання системи повторюється в межах кожного покоління технічної системи, так само як і процес згортання при переході від покоління до покоління.. .

У межах одного покоління збільшення функціональної корисності технічної системи відбувається за певним принципом дії. Мірилом функціональної корисності слугує так звана ідеальність системи, яка описується співвідношенням корисних функцій системи і функцій розплати, до складу яких входять функції існування і шкідливі функції (скажімо, енергоспоживання і забруднення довкілля).

1.4 Ускладнення технічних систем

Встановлено, що у межах збереження описаної вище тенденції система кожного наступного покоління є складнішою, ніж попереднього. За статичними даними, міра складності технічних систем за кількістю їх деталей та вузлів подвоюється в середньому кожні 15 років. Цей показник значно вищий для іноваційних систем, до яких належать радіоелектронні системи. Так, для інтегральних схем період подвоєння елементів в межах чіпа близький до двох років..

1.5 Узагальнене повторення історії розвитку поколінь технічних систем

Очевидно, що розвиток кожного наступного покоління технічних систем у функціонально-енергетичному відношенні повторює розвиток попереднього покоління систем цього ж призначення, лише відбувається значно швидше за рахунок повторення і використання попередньо накопичених технічних рішень. Кожна система в своїй структурі повторює історію свого розвитку. Скажімо, до складу сучасних інформаційно-вимірювальних систем входять усі основні функціональні(але не конструктивні!) вузли класичних електровимірювальних приладів: вхідні комутатори, перетворювачі форми подання вимірювальної фізичної величини, згладжувальні пристрої, пристрої відображення інформації тощо.

Всі ЕОМ, від великих до мікро ЕОМ і ПЕОМ, у своїх різноманітних конфігураціях донедавна неодноразово повторювали структуру машин фон Неймана і посідали всі функціональні вузли механічних арифмометрів. Радіолокаційні системи мають у складі всі основні функціональні модулі радіопередаючих, радіоприймальних та телевізійних систем [13].

Аналогічно мікропроцесор повторює структуру як класичних ЕОМ попередніх поколінь, так і структуру сучасних міні ЕОМ і має такі типові функціональні вузли: арифметико-логічний блок; блок регістрів загального призначення – супероперативну пам’ять; блоки введення і виведення інформації – вхідні і вихідні мультиплексори; блоки управління і синхронізації.

1.6 Скорочення просторової поширеності технічних систем при зміні поколінь

Кожна наступна форма організації будь-якої складної системи має кількісну прос-торову поширеність на декілька порядків меншу, ніж попередня [13]. Це проявляється в тому , що співвідношення функціональні можливості-розміри системи збільшується при переході до кожного наступного покоління технічної системи . За розрахунками В.І.Вернадського, жива речовина становить 10 від маси Землі і10 -10 від маси Галактики. Це загальна закономірність розвитку матерії, яка є проявом відмінності високого і низького ступенів організації .

Це положення переконливо підтверджується тенденцією мікро мініатюризації РЕА з переходом ВІС та НВІС, мікропрцесорних систем, пристроїв пам’яті на циліндричних магнітних доменах, в яких кількість елементів перевищує мільйон на см² .У міру досягнення фізичної межі реалізації елементів певного типу відбувається перехід до елементів з іншим фізичним принципом дії з більшими можливостями мініатюризації (скажімо, від схем на транзисторах до суперрешіток) [40].

1.7 Скорочення життєвого циклу технічної системи зміні поколінь

У процесі розвитку технічна система кожного наступного покоління повторює основні етапи розвитку функціональної структури своїх попередників ,але робить це все швидше. Це положення можна проілюструвати динамікою розвитку елементної бази, також самих РЕЗ та ЕОЗ [48, 54];

• 1822р., машина Чарльза Бебіджа, яка виконувала операції сумування та віднімання з мінімальною швидкодією та надійністю. Елементна база-механічні перемикачі типу коліщат, шестерень. Передача сигналу-механічна, через сукупність зубчатих передач.

• 1890р. табулятор Холерта, що виконував арифметичні дії. Елементна база – електромеханічні перемикачі поворотного типу. Передача сигналу – електромеханічна.

• 1930р.компаратор Буша та диференційний аналізатор .Елементна база-електронні лампи, винайдені в 1906р.Передача сигналу –електрична, електронами у вакуумі та твердому тілі.

• 1938-1942рр., великі комп’ютери типу ,,Марк-1,, та ,,УНІАК,, на електронних лампах.

• 1948-1959рр.,компютери на транзисторах, розроблених у 1947р. Передача сигналу-електрична, електронами у твердому тілі.

• 1962р., перша промислова інтегральна схема і комп’ютери на них , перехід до ПЕОМ і міні ЕОМ на базі мікропроцесорів.

Взагалі весь розвиток напівпровідникової техніки неодноразово повторював свої функціональні етапи для різних матеріалів та носіїв. Як вакуумний діод Флемінга 1904р.перетворився на керований прилад – тріод – після введення в нього сітки Лі Форестом у 1906р, так у 1947р. Шоклі, Бардін і Браттейн перетворили напівпровідниковий діод 1945р. у керований прилад – транзистор – введенням третього керуючого електрода – бази. Відповідну аналогію можна провести між тетродом і тиристором тощо. Функціонально ця картина повторюється для ІС, але набагато швидше. Від винайдення електронної лампи до використання її в комп’ютері пройшло близько 30років, для транзистора цей процес зайняв близько 10років, для ІС малого ступеня інтеграції – два роки (1959-1961), для ВІС- декілька місяців (1962-1964), а НВІС насправді і є мікро ЕОМ. Останні роки в галузі радіоелектроніки спостерігається скорочення життєвих циклів окремих класів схем до одного - двох років.