НОВОСТИ   БИБЛИОТЕКА   ЮМОР   КАРТА САЙТА   ССЫЛКИ   О САЙТЕ  




предыдущая главасодержаниеследующая глава

Техническая база кибернетики






 Информация и управляющие системы. Прямая и обратная связь.
 От автомата до ЭВМ. ЭВМ были необходимы. Главное - изучить возможности.
 Кибернетик - много. Смена поколений. Что важнее?
 Надежность, новые методы организации работы и быстродействие.
 Световое перо и экранный пульт. Может ли машина говорить? Все в свое время.
 

- Виктор Михайлович, эта беседа - первая, и поэтому мне бы хотелось сразу условиться, с чего мы начнем. Может быть, нам стоит поговорить сегодня о возможностях электронно-вычислительных машин - ЭВМ? Или остановиться на тех сферах, где они уже нашли широкое применение? А быть может, лучше всего начать с самых азов, то есть разобраться в том, что же такое кибернетика, чем она отличается от автоматики, и отличается ли вообще, поговорить о первых ЭВМ и проблемах, возникших с их появлением?

- Я думаю, что надо действительно начать с самого начала. Без этого просто трудно будет разобраться как в терминологии и понятиях, так и в самой кибернетике. Однако я не хотел бы касаться сугубо технических или научных тонкостей. Это не только усложнит наш разговор, но и сделает его сухим и скучным. Насколько я понимаю, в наших беседах речь пойдет о кибернетике, о возможностях ЭВМ, или, как сейчас часто говорят, компьютеров сегодняшнего и завтрашнего дня, о том, на что они способны в принципе. А для этого не обязательно углубляться в детали, понятные только специалистам. Нашу первую беседу стоит посвятить первым шагам кибернетики и ее основного технического средства - электронно-вычислительных машин.

- Ну что ж, пожалуй, вы правы, начнем с самого начала. Что же такое кибернетика? Если мы спросим кого-либо из людей, прямо не связанных с этой наукой, что они понимают под этим словом, то наверняка услышим весьма противоречивые мнения. Одни скажут, что это нечто вроде теоретической базы создания роботов, другие назовут ее наукой об управлении экономикой, третьи ответят, что это один из разделов математики. Вероятно, найдутся и иные мнения. Да это и неудивительно, ведь кибернетика сегодня довольно модна, и чуть ли не каждый считает себя если не специалистом, то, во всяком случае, человеком, разбирающимся в этой области. Так что же такое все-таки кибернетика? Какое из приведенных выше мнений вы считаете наиболее правильным?

- Различные определения кибернетики как науки нередко дают не только дилетанты, но и люди, непосредственно связанные с ней. Удивляться этому не приходится, так как во всем мире еще продолжаются работы по созданию ее методов и постановке проблем, которыми она должна заниматься. И из тех определений, которые вы только что привели, мне трудно выбрать самое подходящее. Каждое из них насколько правильно, настолько же и неполно, так как отражает лишь одну из сторон кибернетики.


Я думаю, все это происходит скорее всего потому, что кибернетика - наука, возникшая на стыке многих областей знаний. Именно по этой причине она и может решать различные и нередко совершенно непохожие друг на друга задачи. Так что и конструктор роботов, и экономист, и математик могут быть кибернетиками.

Поэтому ответить однозначно на вопрос, что же такое кибернетика, - довольно трудная задача. Понятие это очень широкое. Коротко же можно сформулировать так: кибернетика - это наука об общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах.

- Тогда у меня возникает новый вопрос: что такое информация в вашем понимании этого слова?

- Дать определение этого понятия ненамного легче, чем сказать, что такое кибернетика. Но если попытаться сформулировать кратко, то я бы, пожалуй, сказал, что информация - это совокупность сведений, которые циркулируют в природе и обществе, в том числе и в созданных человеком технических системах. С другой стороны, мерой информации является степень неопределенности или неоднородности в распределении энергии или вещества в пространстве и во времени. Информация и существует постольку, поскольку существуют сами материальные тела и созданные ими неоднородности. Ведь всякаянеоднородноеть, по сути дела, несет в себе какую-то информацию.

С точки зрения кибернетики, информация охватывает как те сведения, которыми люди обмениваются между собой, так и существующие независимо от сознания людей. Для примера можно взять хотя бы звезды. Они ведь существуют независимо от того, известны они людям или нет. Есть немало звезд, о которых мы пока не имеем понятия. И они будут существовать десятки, сотни лет, дожидаясь своего "открытия". Но и после этого "открытия" для них ничего не изменится. И в то же время они постоянно создают определенную неоднородность в распределении вещества во вселенной и поэтому постоянно являются источником информации.


- Ну что ж, это ясно. Перейдем теперь к следующему вопросу: что вы подразумеваете под управляющими системами?

- Наиболее распространенное мнение состоит в том, что управляющая система - это совокупность регулирующих устройств, с помощью которых осуществляется управление. Если же мы вернемся к кибернетике, то в ней это определение значительно шире. Управляющая система в том смысле, который я имел в виду, давая определение кибернетике, - это одно или несколько устройств, воспринимающих информацию от управляемого объекта, преобразующих ее и выдающих уже в ином виде - в том, который необходим для управления объектом. Процесс этот не разовый, а более или менее постоянный, непрерывный. При этом под управляющими системами здесь понимают не только технические, а и любые биологические, административные и социальные системы. Как вы, наверное, увидели, под управляющими системами я подразумеваю такие, в которых предусмотрена прямая и обратная связи. Системы могут быть как замкнутыми, так и незамкнутыми. Незамкнутые не имеют каналов обратной связи. Простейший пример замкнутой системы с обратной связью, с которой вы наверняка сталкивались, это когда человек случайно хватается за раскаленный предмет. Почувствовав ожог, он отдергивает руку. В данном случае все налицо. Мозг - это система управления. Как только он получает сигнал об ощущении боли, он перерабатывает этот сигнал и выдает другой, приказывающий руке быстро отодвинуться от объекта, причиняющего боль. Можно привести и другой, более сложный пример. Вспомните ситуацию, с которой вы тоже наверняка сталкиваетесь каждый день. Вы выходите на улицу и, подойдя к переходу, видите светофор с зажженным зеленым глазком. Он несет вам прямую информацию, говоря, что путь свободен и можно спокойно переходить улицу. Как по-вашему, есть ли в этой системе обратная связь?

- Конечно, нет. Хотя светофор и дает мне информацию, от меня-то он ее не получает!

- Вы ошиблись, хотя в этом нет ничего удивительного. На первый взгляд действительно может показаться, что тут нет обратной связи. Но если взять более общую систему, в которую входит и данная незамкнутая, то сразу обнаружатся каналы обратной связи. Для этого нужно учесть не только светофор, но и реагирующий на его свет мозг водителей и пешеходов, и сразу же обнаружится обратная связь, проглядывающая, конечно, не в такой явной форме, как прямая.

Кибернетика как наука об управлении изучает управляющие системы с точки зрения общих законов преобразования информации. Существуют определенные правила этого преобразования, свойственные тем или иным системам управления и отличающие одну систему от другой. Как раз с этих позиций и изучаются те два основных объекта, о которых нам с вами придется еще не раз говорить: мозг человека и универсальные машины. Сопоставляя эти два объекта, мы обнаружим, что и тот и другой - универсальные преобразователи информации. Но если для человеческого мозга это совершенно естественно, так как, чем бы ни занимался человек, его мозг постоянно занят преобразованием различной информации, то в отношении ЭВМ это нередко кажется чуть ли не сверхъестественным. Ведь до создания первых компьютеров различные машины помогали человеку, а иногда даже и заменяли его лишь там, где от него требовались чаще всего только физические усилия. Электронно-вычислительные машины оказались техникой другого порядка, привыкнуть к которой на первых порах действительно было нелегко...

Понимаете ли, не все и не сразу согласились с тем, что создание универсальных по своим возможностям электронно-вычислительных машин было новым, поистине грандиозным шагом вперед в человеческой деятельности. Однако при внимательном исследовании уже первых компьютеров оказалось, что по своим возможностям преобразования информации они не уступают человеку и что почти все, на что способен человек, может в принципе сделать и ЭВМ. Но это уже тема другой беседы, поэтому, я думаю, сейчас нам не стоит углубляться в разговор о возможностях компьютеров.

- Вы правы, давайте вернемся к первым шагам электронно-вычислительных машин. Вы сказали, что создание первых ЭВМ было огромным шагом вперед. Насколько я знаю, это событие произошло где-то в 40-х годах. Значит ли, что именно с этого периода и началась автоматизация мыслительных процессов?

- Нет, не совсем так. Первая электронно-вычислительная машина действительно была создана в 40-х годах, но задачу автоматизации мыслительных процессов человек решал, по существу, всякий раз, когда автоматизировал тот или иной процесс управления. Вы не думайте, что процесс управления - это лишь руководство большим предприятием или сложным экспериментом. Нередко это и нечто очень простое и на первый взгляд незаметное. Любое устройство, берущее на себя не только физические усилия человека, но и простейшую часть его умственных усилий, - это этап в автоматизации мыслительных процессов. А таких устройств, кстати говоря, было изобретено немало еще задолго до появления на свет первых ЭВМ. Скажем, знакомый всем еще по школьным учебникам физики простейший автоматический регулятор Уатта. Вспомните, он ведь избавлял оператора не только от физических усилий (которые, между прочим, были не столь уж значительными), направленных на перемещение рычагов управления, но и от усилий умственных, связанных с управлением этим процессом. Другое дело, что совокупность правил, по которой это управление совершалось, или, как мы называем, алгоритм управления, в случае регулятора Уатта чрезвычайно проста. С качественной точки зрения она сводится всего к двум правилам: если обороты упали ниже нормы, необходимо прибавить поступление пара, а если поднялись выше - убавить.

Выполнение этих правил, как и многих других аналогичных, доступно не только человеку. Этому можно обучить и многих животных. Нужно только выработать у них соответствующие условные рефлексы. И как раз именно из-за своей малой сложности этот процесс управления и был автоматизирован еще на заре автоматизации, появление которой совершенно не совпадает по времени с рождением первых электронно-вычислительных машин.

С тех пор автоматизация прошла большой путь. Несравнимо усложнились объекты управления. На смену механическим компонентам автоматических регуляторов пришли электронные, однако до определенного времени сами алгоритмы автоматического управления все еще сохраняли относительную простоту. Возьмите, скажем, такой, казалось бы, сложный и "умный" автомат, как автопилот. Конечно, все, что он делает, - довольно непросто и ответственно. Однако с точки зрения сложности реализуемых в нем алгоритмов он недалеко ушел от регулятора Уатта. И только с появлением универсальных электронно-вычислительных машин автоматизация мыслительных процессов перешла на качественно новую ступень; только этот период можно с полным основанием назвать началом эры "умных" машин.

- Рождение первых ЭВМ явилось неожиданностью для многих "прогнозистов". Поэтому создалось впечатление, будто ЭВМ 40-х годов возникли на пустом месте, так как до их появления мало кто о них говорил и думал. С другой стороны, известно, что нет открытия, которое бы родилось совершенно случайно. Такому "новорожденному" всегда предшествует если не большая экспериментальная, то огромная теоретическая работа. Как обстояло дело с появлением первых электронно-вычислительных машин?

- Великие открытия не появляются на пустом месте. И кибернетика как 'наука, и первые ЭВМ возникли тоже не вдруг; их рождение было подготовлено всем ходом научно-технического прогресса. Революция в естествознании, происшедшая на грани XIX-XX веков, дальнейшее развитие точных наук породили в конечном счете электронику. "Новейшая революция в естествознании", исчерпывающий анализ причин и сущности которой дал В. И. Ленин в своем гениальном труде "Материализм и эмпириокритицизм", явилась как бы прелюдией научно-технической революции. А следствием последней был не только количественный рост производственных процессов, но и качественное усложнение их. Более емкими стали и процессы управления, что вызвало настоятельную необходимость автоматизации их.

Продолжая вашу мысль, можно с полной уверенностью сказать, что любое открытие появляется именно тогда, когда в нем возникает необходимость. И отдельные исключения, которые есть в истории науки, лишь подтверждают это правило. Кибернетика также развилась в отведенное ей время и не могла стать такой, какой мы ее видим сейчас, ни десятилетием раньше, ни десятилетием позже потому, что ее роста требовало ускорение темпов познания, увеличение роли точных математических методов и всевозрастающая сложность практических задач, которые ныне приходится решать ученым.

Из всего сказанного вытекает, что возникновение кибернетики как теоретической основы автоматизации труда в науке, технике, производстве и появление первых компьютеров были подготовлены всем ходом научно-технического прогресса, явились диалектически закономерным этапом его.

Что же касается самого термина "кибернетика", то в 1947 году (год его появления в научной литературе) он пережил свое второе рождение. Дело в том, что еще Платон, живший, как известно, без малого за две с половиной тысячи лет до этого, уже употреблял его, хотя и в несколько ином смысле. В начале XIX века Ампер назвал кибернетикой науку об управлении государством ("провинциями") и, как потом выяснилось, был совсем недалек от истины. В дальнейшем мы убедимся, что кибернетика действительно может решать задачи создания систем для научно обоснованного управления всеми отраслями народного хозяйства. Причем систем, которые будут сами совершенствоваться по мере совершенствования отраслей хозяйства.

- Вот видите, мы опять несколько ушли от темы нашей беседы, что, конечно, вполне понятно, так как она первая и в ней определяются основные темы наших дальнейших бесед. Но, возвращаясь к первым шагам кибернетики как науки и ее средств - компьютеров, мне бы хотелось узнать, когда она появилась именно в том виде, в котором предстает перед нами сегодня?


- Вы сказали, что первые электронно-вычислительные машины появились на свет в 40-х годах, и в этом вы совершенно правы. Однако тогда было осуществлено, так сказать, материальное воплощение уже разработанной идеи. Ведь универсальная вычислительная машина теоретически была разработана задолго до возникновения кибернетики как науки в сегодняшней ее полноте. Еще в прошлом веке английский ученый Буль разработал основы математической логики. А в 1936 году в рамках математической логики появились две работы, в которых изучался процесс преобразования информации с самых общих позиций. Одна из этих работ принадлежала английскому математику и логику Тьюрингу, другая - американскому ученому Посту. Тьюринг и Пост независимо друг от друга пришли к выводу о возможности создания универсального преобразователя информации, то есть прообраза современной вычислительной машины. Они дали, хотя каждый по-своему, теоретическое обоснование схемы такого преобразователя, в котором можно увидеть черты современных компьютеров.

Совершенно "незаметно" для науки появился вывод, что информация, как бы разнообразна она ни была, обладает тем свойством, что любые процессы ее преобразования можно представить в виде последовательности сравнительно небольшого числа правил. Более поздние исследования показали, что из этих правил можно составить самые разнообразные программы, например для перевода с одного языка на другой, для игры в шахматы, для управления тем или иным производственным объектом и так далее.

Однако при создании первых электронно-вычислительных машин ученые, как это часто бывает, не воспользовались идеями, которые были выдвинуты ранее, то есть идеями, подсказанными математической логикой. Я думаю, что произошло это потому, что в то время жизнь требовала создания машины, обладающей вычислительной универсальностью, и все силы были сосредоточены на решении этой проблемы. Но спустя некоторое время стало ясно, что набор правил преобразования информации, лежащий в основе работы универсальной цифровой машины, одинаково пригоден для преобразования как цифровой, так и любой другой информации.

К немалому удивлению своих конструкторов, проектировавших машины лишь для автоматизации вычислений, уже первые их детища оказались способными на большее. Решая на них сложные задачи физики, математики, техники, исследователи заметили, что в принципе на них можно выполнять и, так сказать, нематематические задачи, вроде игры в шахматы, языкового перевода и т. д. То есть уже первые электронно-вычислительные машины как бы дали понять своим создателям, что заложенный в них искусственный "мозг" не просто большая логарифмическая линейка или арифмометр, на котором можно хотя и с большой скоростью, но только вычислять, а устройство, способное "сочинять" стихи и решать другие творческие задачи, на первый взгляд не имеющие ничего общего с математикой.

Вполне естественно, что ученые не только поразились возможностям созданных ими машин, но стали широко пользоваться ими и развивать их наметившиеся "интеллектуальные способности". Однако как каждое быстро развивающееся нововведение, ЭВМ поставили перед человечеством несколько новых проблем. Назовем некоторые из них. Существует ли предел возможностей автоматизации мыслительных процессов? Насколько такая автоматизация необходима и каковы ее социальные последствия?

Проблемы эти большие и сложные. Вокруг них и сегодня еще вспыхивают споры. И о них мы поговорим в дальнейшем.

- Виктор Михайлович, как все-таки было выяснено, что бездушная машина обладает такими широкимии творческими возможностями? Ведь не сама же она об этом сообщила своим создателям?

- Нельзя, конечно, думать, что в один прекрасный день компьютер взял да и отстучал на перфоленте что-то вроде: "Надоело мне только считать! Дайте мне такое задание, чтобы я мог пошевелить мозгами!" Можно себе представить, какое удивление вызвало бы такое "заявление" у кибернетиков и математиков, работающих на этой машине. Ничего подобного не произошло. Просто попробовали установить возможности ЭВМ и подвергли ее работу анализу по законам логики. В процессе этой проверки выяснилось, что она является универсальным преобразователем информации. Этот вывод оказался фундаментальным научным открытием, имеющим огромное практическое значение. Но сделан он был не самой машиной, а людьми, ищущими ответ на вопрос об "интеллектуальных" способностях бездушной машины. И когда это открытие было сделано, стала очевидной возможность автоматизации умственного труда.

Дальнейшая практика показала, что расширение сферы деятельности компьютеров зависит не только и не столько от того, насколько "умна" сама машина, сколько от умения людей составить соответствующие программы. Чтобы овладеть этим умением, я думаю, нет иного пути, кроме изучения процессов мышления самого человека, глубокого понимания сущности этих процессов, чтобы все в большей степени моделировать их на электронно-вычислительных машинах. А эта задача неимоверно сложна, и решение ее требует громадного и кропотливого труда.

Современные успехи нейрофизиологии создали базу для правильного понимания мыслительных процессов. Большой вклад в изучение мышления внесла логика. Важных результатов, относящихся к процессу решения задач человеком, к механизмам образования ассоциаций, эмоций и так далее, добилась психология. Но только компьютеры открыли принципиально новые возможности изучения мозга - возможности, о которых раньше и не подозревали биологи, психологи, логики.

- По какому же пути должны идти сегодня ученые, чтобы приблизить час создания интеллектуальной электронно-вычислительной машины?

- Думаю, что прежде всего необходимо изучить закономерности процесса мышления. Это одна из наиболее важных и увлекательных задач кибернетики. Я, естественно, не считаю, что изучать нервную деятельность, составляющую основу мышления, должна лишь она. Этим будут заниматься такие науки, как логика, психология, физиология и т. д. Но с появлением кибернетики они обогатились, получили новые возможности для исследований. Изучению нервной деятельности кибернетика дала новый метод, именно метод моделирования мыслительных процессов, то есть как раз тот метод, который раньше в подобных исследованиях просто невозможно было применить.

- Вы хотите сказать, что с помощью кибернетики можно моделировать все или почти все мыслительные процессы? А раз так, то, значит, возможно промоделировать и такие сложные категории, как эстетическое отношение человека к тому или иному предмету, а также такие понятия, как чувство чести, совести?..

- Нет, конечно, мы еще не умеем моделировать все проявления человеческого интеллекта и чувств. Однако многое уже сделано или делается. Например, благодаря математике и кибернетике открываются большие перспективы в области познания некоторых законов мышления, появляется измерительная теория этики - этометрия, занимающаяся математическим моделированием моральных структур. Возьмем, к примеру, такую категорию, как совесть. Если перевести ее на язык кибернетики, то она - своеобразный регулятор поведения человека, то есть реальная величина. Уровень же поведения индивидуума, диктуемый обществом с помощью каких-либо норм и законов, - заданная величина. Когда эти величины равны, все нормально. Но стоит только нарушить равенство, как реальная величина, то есть совесть, начинает реагировать: человека охватывают чувства, которые мы называем угрызениями совести. Если же равенство восстанавливается, они исчезают. Но, как известно, у одних людей это чувство сильнее, у других - слабее, а у третьих оно и вообще может отсутствовать. На языке этометрии это означает, что совесть может по-разному реагировать на несоответствие между заданной и реальной величинами. И степень несоответствия - основа моделирования совести. Чем меньше разница между величинами, на которую реагирует совесть, тем выше, так сказать, ее качество.

Не подумайте, однако, что ученые ставят перед собой цель - создание компьютеров, полностью моделирующих человеческое сознание во всем объеме. Просто, воспроизводя на ЭВМ определенные стороны человеческой деятельности, они используют их как новое оружие в познании тайн мышления.

Уже первые совместные шаги физиологов и кибернетиков привели к гипотезе, что мозг - система саморегулирующаяся. Известно, что перестройка его осуществляется, во-первых, за счет изменения проводимости нервных клеток, а во-вторых, за счет изменения содержимого его памяти. Из бессистемной на первый взгляд работы отдельных нейронов в нашем мозгу возникает система, ведущая к разумной деятельности человека. И количество информации, хранимой мозгом, и возможности ее преобразования увеличиваются по мере накопления знаний; происходит, так сказать, процесс самоорганизации мозга при решении различных задач.

Кибернетики не могли не взять на вооружение этот принцип самоорганизации, так как каждому ясно, сколь широкие перспективы он может открыть перед "думающими" машинами. Мы позже вернемся к этому вопросу; но уже сейчас мне хочется отметить, что только самоорганизующиеся компьютеры смогут стать по-настоящему умными. Пусть сегодня еще невозможно при их создании заложить в их "электронный мозг" весь опыт и все знания, накопленные человечеством за тысячелетия своего развития, но, когда они сумеют сами накапливать необходимые знания, сами учиться на своем опыте и на опыте других машин, им удастся стать поистине электронным мозгом уже без кавычек.

Правда, я бы обманул вас, если бы сказал, что уже сегодня в повседневной практике автоматизиции теория самоорганизующихся систем дает ощутимые результаты. Пока этого еще, к сожалению, нет. Однако мало думать только о сегодняшнем дне, необходимо смотреть и в будущее. Я, например, уверен, что использование новейших материалов и микроминиатюризация элементов ЭВМ помогут достичь в этом направлении важных практических результатов.

- В каких областях знаний кибернетика стала применяться в первую очередь и где, по-вашему, наиболее приемлемы ее методы и ее техника?

- Как наука кибернетика стала находить широкое применение вслед за появлением первых электронно-вычислительных машин. Я могу назвать немало областей практического приложения ее методов и идей. Уже сегодня кибернетика разветвляется на целую сеть прикладных наук, каждая из которых имеет свою научную проблематику. Существует экономическая, техническая, биологическая кибернетика. Есть кибернетика медицинская, изучающая как мозг человека, так и весь его организм в целом. А возьмите такие различные, но очень важные области знания, как теория экспериментов, бионика, теория надежности, право, семантика... Они не могли бы успешно развиваться без соответствующих достижений в кибернетике.

Под влиянием идей кибернетики многие науки, еще до настоящего времени развивавшиеся как описательные, начинают превращаться в науки точные. Возникла, например, математическая лингвистика, являющаяся в некотором смысле частью абстрактной теории автоматов. С помощью кибернетики сегодня решаются и такие сложные вопросы, как проблемы комплексного изучения наук, точные методы в исследованиях культуры и искусства, проблемы моделирования, методика научного познания.

Без кибернетики довольно сложно было бы изучать такие проблемы психологии, как инженерная психология, методы обучения и другие вопросы.

- Чем же все-таки отличается кибернетика от собственно математики?

- Кибернетика органически включает в себя значительную часть современной математики и, в свою очередь, убыстряет ее движение вперед. Но она не ограничивается лишь математическим изучением управляющих систем, а широко пользуется приемами моделирования. И как раз именно методу моделирования обязана, например, своими успехами, математическая лингвистика, благодаря ему становится точной наукой биология и многие другие. Сегодня уже с полной уверенностью можно сказать, что кибернетика влияет почти на все области человеческого знания. Но это, конечно, совершенно не значит, что она подменяет собой философию. Кибернетика - одно из ответвлений наук XX века, и с помощью своих специфических методов подхода, исследования и моделирования объективно происходящих процессов окружающего мира дает нам возможность понять их сущность. Средства кибернетики с каждым годом будут проникать во все новые и новые области знания. Философской же основой ее всегда были, есть и останутся мировоззрение и методология диалектического материализма.

- Виктор Михайлович, как кибернетика, в общем-то сугубо математическая наука, может помочь ну, скажем, биологии? Не представляю, где в этой далекой от точных наук области могли бы потребоваться такие сложные вычисления, которые нельзя было бы выполнить без электронного мозга?

- Когда я говорил о помощи кибернетики другим наукам, я совершенно не имел в виду возможности лишь электронно-вычислительной машины как нашего самого быстрого помощника. Почему бы не подходить к тем или иным процессам и явлениям окружающего нас мира с точки зрения теории информации? Вы упомянули такую описательную науку, как биология. Одна из кардинальных теорий ее гласит, что жизнь на нашей планете возникла в водах первичных океанов. Сначала в их недрах из молекул природа наиболее удачным способом создала некоторые "конструкции", потом из этих "конструкций" появились одноклеточные существа. В результате естественного отбора и эволюции затем появились первые растения и животные и в конечном счете человек.


Многие годы это было лишь гипотезой, а потом и достаточно общепринятой теорией. Общепринятой, но все же бездоказательной. Где же было взять "твердые" доказательства? Мы попытались их добыть. В нашем институте был создан своеобразный "документальный фильм" об эволюции первичных существ - клеток. Кадров с изображением первозданных ливней над возникающей твердью планеты мы, конечно, не видели. Да и на бури, будоражившие молодой океан, нам полюбоваться не пришлось. Но в том-то и состоит сила кибернетики, что ей не нужны "живые элементы". Если биологи в своих экспериментах пытались действительно "построить" клетки подобные живым, и для этого создавали специальные питательные растворы, мощные установки и прочее оборудование, имитирующее первородную колыбель жизни, то кибернетикам достаточно знать главные характеристики этих клеток-существ, чтобы не только "построить" их модель, но и согласно выверенным законам получить возможность "подглядеть" их поведение. Колыбелью их жизни у нас стал электронный мозг, а его обитателями - их электрические модели. По совету биологов экспериментаторы запрограммировали 64 вероятных типа поведения этих электрических моделей. Они могли как бы питаться, размножаться, обучаться, испытывать голод, двигаться в любом направлении и многое другое: для простейших не так уж мало.

И вот эксперимент начался, то есть машина запущена. На первых этапах своей как бы жизни первородные существа - модели даже не замечали электрической пищи (тоже модели), которая двигалась им навстречу. Прошло время, и некоторые из них, случайно натолкнувшись на нее и "съев" ее (получив питание), начали двигаться быстрее. Эта дополнительная подвижность, естественно, давала им больше шансов опять встретиться с пищей. От каждой такой встречи размеры более удачливых "существ" увеличивались. Когда же они достигали определенного возраста, то делились надвое, как бы размножались. Те же из моделей клеток, которым долго не удавалось встретить "еду", имели меньше шансов выжить и "умирали" от голода, так и не оставив потомства. А "счастливцы", попав опять в зону питания, росли, размножались, набирали сил и оттесняли от "пищи" тех, кому не очень-то везло.

Более сытые "существа" делились не ровно пополам: одни "дети" получались крупнее, другие - мельче. Понятно, что более крупные имели дополнительные шансы выжить и дать более устойчивое потомство...

Так, в течение нескольких часов мы пронаблюдали эволюцию, протекавшую многие тысячелетия. За это время сменилось в нашем кибернетическом кинофильме 60 тысяч поколений, пока не остался только один вид. Он был великолепно приспособлен к окружающей среде и выгодно отличался от своих прародителей.

Впечатление от экспериментов было сильное, никто из нас не ожидал такого результата. Ведь впервые была блестяще подтверждена эволюционная теория Дарвина, и сделали это кибернетики.

- Не скрою, пример этот действительно показательный. Но когда я слушал ваш рассказ и вспоминал о том, что кибернетика вторгается сегодня чуть ли не во все науки, мне невольно хотелось спросить, а не означает ли все это, что кибернетика является как бы какой-то сверхнаукой, то есть чем-то из ряда вон выходящим, призванным в будущем чуть ли не заменить собой все остальные области знаний?

- Нет, такого вывода делать нельзя. Кибернетика ни в коей мере не стремится к какой-то гегемонии. Все дело просто в информации. Вы же прекрасно понимаете, что сегодня на земле нет такой сферы деятельности человека, где он мог бы обойтись без информации. А вот как раз методами-то ее переработки кибернетика и занимается. И это значит, что ее методы в известной мере можно назвать универсальными. По этой самой причине кибернетика сможет вторгаться чуть ли не во все области знаний и благотворно влиять на все отрасли науки.

- А теперь, Виктор Михайлович, позвольте перейти к технической стороне кибернетики, к компьютерам. Мы говорили, что ЭВМ сегодняшнего дня мало похожи на своих предшественников. И речь идет не о внешних различиях или разнице в скорости работы, а об их поколениях. Действительно ли столь разителен переход от одного поколения к другому? И если это так, то в чем их основное отличие?

- Как мы уже выяснили, ЭВМ в самом деле очень молоды. Но за годы, прошедшие с момента появления, уже успело смениться два их поколения, и мы стоим на пороге смены третьего.

Если говорить строго, то датировать точно смену каждого из поколений нелегко, поскольку в различных странах этот процесс проходил и проходит по-разному. И все же большинство ученых и конструкторов склонны считать, что средний период их обновления составляет что-то около пяти лет. Исходя из этого, можно ориентировочно считать, что до 1955 года была предыстория электронной вычислительной техники, с 1955 по 1960 год - время первого поколения ЭВМ, с 1960 по 1965 - второго поколения, с 1965 по 1970 - третьего. Сейчас, следовательно, совершается переход к четвертому поколению компьютеров.

Теперь разберемся в различиях между этими поколениями и посмотрим, какие характерные черты им присущи.

По одной из упрощенных точек зрения поколения ЭВМ сменяются потому, что изменяется техническая база, на основе которой они создаются. Что ж, в некотором смысле это действительно так. Первое поколение машин в качестве такой технической базы имело электронные лампы. Машины второго поколения строились на полупроводниковой технике. Машины третьего поколения созданы на базе микроэлектроники с относительно малой степенью объединения логических схем в один элемент. И наконец, четвертое поколение отличается значительно более высокой степенью интеграции.

- Да, но вы сказали, что это упрощенный взгляд на смену поколений ЭВМ. Значит, смена технической базы - не самый важный из этих признаков?

- Я ни в коей мере не отрицаю, что это важный момент развития электронно-вычислительных машин. Но главный ли?.. Нет, он далеко не самый главный.

Переход от радиоламп к транзисторам, а от последних к микроэлектронике действительно сопровождался значительным уменьшением веса и габаритов ЭВМ. Если первая электронно-вычислительная машина "Эниак" содержала 18 тысяч радиоламп, потребляла мощность около 200 киловатт и размещалась в зале площадью 200 квадратных метров, то с появлением транзисторов, а затем и микротранзисторов удалось повысить плотность элементов в сотни раз. С появлением же интегральных схем плотность монтажа доведена до 300 деталей на один кубический сантиметр. В десятки раз уменьшился и вес аппаратуры. Среди кибернетиков распространилась даже шутка, что если в блоках компьютеров четвертого поколения отдельные элементы надо рассматривать в микроскоп, то в машинах пятого поколения под микроскопом трудно будет увидеть даже сам блок.

И хотя это только шутка, многие как раз в этом-то и видят характерные черты нового поколения. Однако не следует забывать, что уменьшение веса и габаритов является принципиально важным лишь для вычислительных устройств специального назначения, скажем для компьютеров, работающих на борту самолетов или космических кораблей. Там действительно и места мало, да и каждый грамм на счету, и чем легче ЭВМ, чем меньше места она занимает, тем, конечно, лучше. Для стационарных электронно-вычислительных машин эти показатели не так уж важны. Кроме того, не надо забывать - выигрыш от уменьшения размеров самого электронного мозга машины в значительной степени сводится на нет тем, что устройства ввода информации в ЭВМ и вывод из нее решений остаются пока еще старыми. Так что внедрение микроэлектроники сопровождается уменьшением габаритов в основном лишь блоков центральных узлов машин.

Меня нередко удивляют разговоры о том, что, вот, мол, конструкторы настойчиво стремятся сделать ту или иную вещь как можно меньших размеров. А ведь миниатюризация - это вовсе не самоцель; и если специалисты и занимаются миниатюризацией, тратя на это свой ум, энергию, а нередко и баснословные суммы, то не для того, чтобы просто уменьшить размеры прибора, хотя это, конечно, важный результат, а чтобы повысить надежность и скорость работы установок. И с этой точки зрения превосходство интегральных схем над классическими дискретными элементами неоспоримо.

Как известно, электронные схемы ЭВМ состоят из элементов, запоминающих и преобразующих простейшие сигналы. Хотя число типов этих элементов относительно невелико, общее их количество в схемах исчисляется многими тысячами, а нередко и десятками тысяч. В машинах первого поколения каждый такой элемент собирался из еще более простых компонентов: электронных ламп, емкостей, сопротивлений... И если иметь в виду, что собирались они вручную, так как операции по сборке плохо поддаются автоматизации, то станет понятно, почему элементы, а значит, и сами ЭВМ, получались громоздкими, дорогими и ненадежными.

Но вот на смену лампе пришел полупроводник. Сам он гораздо надежнее своей предшественницы, и поэтому слабое место электроники переместилось с самого элемента на пайку. Логическая схема, состоящая из транзисторов, содержит большее число соединений. Так как в каждом транзисторе имеется ввод и вывод, соединяющиеся в определенном порядке, то создается громадное количество паек, проверить надежность которых не всегда возможно. Это не только усложняет и удорожает изготовление электронно-вычислительной машины, но и понижает ее надежность. Объединение же многих логических схем в один блок значительно сокращает количество соединений, что, в свою очередь, ведет к увеличению надежности и скорости ЭВМ.

Кроме того, не следует забывать и другое. Возьмите любой элемент. В нем, как правило, используются самые различные материалы. К примеру, в сопротивлении может быть несколько неоднородных слоев, таких, как подложка, проводящий слой, клей, лак и многое другое. И каждый из этих материалов имеет собственные характеристики. Такое "соседство" может вызвать неожиданные и неприятные последствия, заранее предсказать которые порою невозможно.

- Следя за ходом ваших рассуждений, предвижу фразу: а вот интегральные схемы избавлены от всех этих недостатков. Расскажите, за счет чего же достигается их надежность?

- Прежде всего попытаюсь в двух словах объяснить, что же такое интегральная схема. В интегральных схемах роль электронных приборов и элементов играют небольшие группы молекул. Основой для таких схем служат полупроводниковые материалы, чаще всего

кремний. Специально выращенные большие кристаллы кремния, обладающие очень высокой степенью химической чистоты, разрезаются на крошечные пластины. На поверхности таких пластинок или внутри их специальным способом формируются участки, обладающие свойствами конденсаторов, сопротивлений, диодов, транзисторов... Теперь достаточно тончайшим металлическим выводом или просто "каналом связи" внутри кристалла соединить одни его участки с другими, выполняющими иную функцию, и интегральная схема готова. Одна такая вещичка заменяет большое число различных деталей и позволяет избавиться от многих слабых мест, о которых говорилось выше. Как видите, именно борьба за надежность и вызвала к жизни интегральные схемы. Кроме того, переход на них способствовал улучшению качества ЭВМ, уменьшению их габаритов и потребляемой ими энергии.

Из сказанного можно сделать следующий вывод: интеграция различных элементов устранила многие причины неисправностей. Во-первых, у интегральных схем, состоящих из десятков элементов, всего около десяти вводов и выводов, тогда как раньше, до перехода на интегральные схемы, их было гораздо больше. Во-вторых, операции при сборке блока таких схем, хотя и сложнее, зато легче поддаются автоматизации. В-третьих, миниатюризация уменьшает нежелательные (паразитные) связи между элементами. Это сказывается положительно на ускорении работы компьютера. Не следует забывать и о некоторых достоинствах интегральных схем, так сказать, экономического порядка. Еще совсем недавно каждый транзистор для защиты от механических повреждений упрятывали в крохотную металлическую "коробочку". Стоила эта, казалось бы, и не очень сложная операция, довольно дорого, да и корпус для каждого транзистора стоил лишь немного дешевле, чем корпус для всей интегральной схемы, содержащей десятки элементов. Теперь затраты на все это почти сведены на нет.

Как видите, достоинств у интегральных схем не мало. И все же я считаю, что такие характеристики компьютеров на интегральных схемах, как быстродействие и надежность, не являются главными, определяющими и основополагающими. Даже намечающееся снижение цен ЭВМ, вызванное автоматизацией их производства, нельзя рассматривать как первостепенный фактор.


- Что же вы считаете первостепенным в них?

- Я считаю, что более существенным новшеством явились изменившиеся методы организации работы этих машин, процессы взаимодействия их элементов. Для примера рассмотрим, в чем основное отличие современной ЭВМ третьего поколения от ее предшественников?

Прежде всего машины третьего поколения оперируют с произвольной буквенно-цифровой информацией. В них фактически соединились два направления предыдущих поколений машин: ЭВМ для делового, коммерческого применения с обработкой алфавитной информации, и машин, работающих в научных учреждениях, предназначенных обрабатывать цифровую информацию. В машинах третьего поколения, повторяю, эти две линии слились воедино.

Кстати, с рождением компьютеров третьего поколения родилось специальное понятие - байт. Раньше единицей информации внутри машины был бит - двоичная единица, обозначающая количество информации, которое содержится в одном двоичном разряде или в ответе на вопрос, допускающий только ответы "да" или "нет". Байт же - это новая единица измерения машинной информации, содержащая в себе 8 бит, из которых иногда 7 используются для представления символа (буквы того или иного алфавита, включая различные знаки), а восьмой для контроля или служебных функций. В соответствии с этим изменилась и система команд машины. Кроме традиционных арифметических команд, появилось большое количество команд (приказов) для оперирования с алфавитной информацией.

Второе, на мой взгляд, чрезвычайно важное отличие - изменение порядка работы ЭВМ. Возникла парадоксальная ситуация. Компьютер способен был выполнять тысячи операций в секунду, и, несмотря на это, процесс решения задачи - с момента ее постановки до получения окончательного результата, - нередко занимал несколько месяцев. Мало того, ничего не давало и повышение скорости работы компьютера. А причина была в том, что много времени уходило на подготовку задачи для решения ее на ЭВМ, да и машинное время распределялось нерационально. Быстродействующий и дорогостоящий центральный процессор, то есть комплекс из арифметического устройства и устройства управления, перерабатывающий информацию внутри самого компьютера, больше простаивал. Почему? Да потому, что устройства машин первого поколения и, частично, второго работали последовательно. При вводе в машину новых данных и при выводе полученных ею результатов центральный процессор прекращал работу, и электронный мозг, попросту говоря, ожидал, пока закончат свою работу "медлительные" электромеханические устройства. Рабочее время универсальных ЭВМ было фактически занято эпизодически.

Все это нередко приводило к тому, что использование компьютеров оказывалось неэффективным и экономически нецелесообразным. Поэтому срочные задачи, возникавшие в процессе исследований или при проектировании, часто решались старыми методами. А электронно-вычислительные машины применяли лишь тогда, когда задачи требовали выполнения большого числа операций при малых затратах времени на ввод исходных данных и выдачу результатов решения.

Машины третьего поколения построены по принципу независимой и параллельной работы различных их устройств: процессоров, которых может быть несколько, устройств ввода, вывода и отображения информации, средств внешней памяти и других... Для этого имеются каналы, управляемые периферийно-коммуникационным процессором, то есть специальным устройством, куда поступает информация от потребителей ЭВМ. Оно-то и осуществляет первичную переработку информации, освобождая тем самым основное устройство компьютера от непроизводительной работы. Благодаря такой параллельной работе отдельных устройств ЭВМ она может одновременно выполнять целую серию операций: переписывать информацию для очередной задачи с магнитной ленты или магнитного диска, выводить информацию для соответствующего устройства, осуществлять ввод информации, вести работу с удаленными потребителями через линии связи и так далее.

- За счет чего же становится возможной такая параллельная работа сразу нескольких узлов машины?

- Обеспечивается эта работа переходом компьютера на мультипрограммный режим. Что это означает? Предположим, в компьютере работает одна программа, для которой есть все данные в оперативной памяти. В это время вторая программа может, скажем, осуществлять ввод информации по каналу связи с удаленного пульта. Третья в это время отвечает на вопросы, заданные, например, главным инженером завода, и т. д. То есть машина имеет возможность решать сразу большое количество задач. В этом и состоит сущность работы машины в мультипрограммном режиме.

Очень важно, что теперь результаты решения могут оформляться в виде документов, не требующих дополнительной обработки. Например, машине дан приказ решить такую-то экономическую задачу. Как только она с нею справится, тут же выдает все необходимые финансовые документы и отчеты в окончательном виде.

- Насколько я понял, мультипрограммирование в конечном счете сводится все к тому же повышению быстродействия электронно-вычислительных машин, о которых мы говорили раньше?

- На первый взгляд действительно только к быстродействию. Но это только на первый. На самом деле такое совмещение операций имеет более глубокий смысл.

Я уже говорил, что особенностью современных компьютеров является "разделение времени". Так называют режим многопрограммной работы, при котором несколько потребителей имеют одновременный доступ к одной вычислительной машине, выполняющей независимые задачи. У машины имеются выносные пульты, часть из которых может быть рядом с нею, а часть - в другом городе или даже в другой стране. С помощью таких пультов по линиям связи можно осуществлять контакт с машиной. То есть возможна одновременная работа многих людей, и каждому из них будет казаться, будто он один загружает машину, хотя на самом деле в таком положении находятся все, кто "беседует" с ней.

В работе с современным компьютером это очень важно. Известно, что человек и машина обладают совершенно разными возможностями быстродействия. ЭВМ - исполнитель; она в считанные минуты может справиться со своей частью работы. Человек же, получив интересующий его ответ, захочет, может быть, спокойно обдумать дальнейший ход работы. В данном случае ему нет необходимости беспокоиться о машинном времени, ибо в этот момент она будет решать другие задачи, поставленные перед ней иной программой, и не будет бездействовать. Именно такое качество компьютеров третьего поколения и открывает перед ними огромные возможности, дает им сотни новых профессий.

Возможность современных компьютеров работать с несколькими программами сразу ставит перед их создателями актуальнейшую задачу - организовать работу машин так, чтобы они трудились над несколькими заданиями и со многими пультами, с которых эти задания поступают одновременно. То есть они должны научить быстродействующий электронный мозг трудиться постоянно.

В чем же сложность? Кажется, чего бы проще, давай себе разные программы, а умная машина сама во всем разберется. Однако это не так. Самой машине, не подготовленной к этому, просто не справиться с несколькими задачами сразу. Для осуществления параллельной работы нужно, чтобы, помимо обычных программ, был еще комплекс "служебных" программ, координирующих работу отдельных устройств машины, переключающих связи между ними, облегчающих пользование ЭВМ и обеспечивающих работу всей сложной системы в целом. Набор таких программ называется "операционной системой". Без них машина третьего поколения вообще работать не может и превращается просто в совокупность отдельных устройств. В таких машинах сильно повысилась роль математического, или, как теперь чаще говорят, программного, обеспечения, состоящего из операционной системы' и различных средств программирования. Существенную часть программного обеспечения составляют трансляторы. В настоящее время в ряде машин стоимость этого обеспечения составляет более 50 процентов стоимости самого компьютера.


Внутренний язык машины, на котором "общаются" между собой отдельные ее блоки, довольно сложен. Пока машинами пользовались только математики, сложность эта не являлась преградой для их эксплуатации. Сейчас компьютеры стали применяться для решения экономических задач, инженерного проектирования, установления диагнозов и многих других ранее несвойственных им дел. И то, что было под силу математикам, оказалось слишком сложно для экономистов, конструкторов, биологов, медиков... Потребовалось создание "языков", более удобных для общения человека и компьютера, так называемых "входных языков" машины, существенно отличных от тех, которыми пользуются сами ЭВМ. А чтобы машина понимала этот "входной язык", как раз и необходимы трансляторы, переводящие передаваемую с их помощью информацию на внутренний язык. Кроме того, языки компьютеров второго поколения, рассчитанные на решение научных задач, оказались слабыми для работы с ЭВМ третьего пбколения, так как с их помощью невозможно было использовать все те новые возможности, которыми наделены эти более совершенные компьютеры. Вот почему стали появляться такие языки для машин третьего поколения, как "Симул-67", "ПЛ-1", "Алгол-68" и другие. Они отличаются от языков машин второго поколения тем, что обладают средствами для описания параллельных процессов. Кроме того, языки эти можно развивать, их можно усложнять дальше, не меняя, как это было раньше, ядро транслятора, добавлять новые понятия. Вместе с тем в них сохранились способности языков компьютеров второго поколения, ориентированных на решение научных задач.

Уже создано несколько языков для описания процессов проектирования самих электронно-вычислительных машин, о чем я расскажу несколько позже. А совсем недавно по просьбе машиностроителей нашим Институтом кибернетики АН УССР разработан язык, в котором есть и такие сложные понятия, как, скажем "перевести из прямоугольной в изометрическую проекцию", "изменить масштаб"...

- Но все, что вы только что рассказали, касается не столько конструкции машин третьего поколения, сколько организации их работы. А есть ли какие-нибудь особенности именно в их конструкции?

- Одним из важных отличий машин третьего поколения является, на мой взгляд, осуществление стандартного сопряжения центрального процессора с периферийным оборудованием. Раньше, например, машины могли "общаться" только с теми магнитными лентами и периферийным оборудованием, которое разрабатывалось специально для данного компьютера. Это выглядело примерно так, как если бы, скажем, каждый выпущенный трактор мог работать только с сельхоз-орудиями, разработанными специально для него. В машинах третьего поколения положение существенно изменилось. Их входные каналы имеют стандартные системы связи и кодирования информации. К ним можно присоединить любые периферийные устройства. Специальные устройства, управляющие группами периферийных установок, преобразовывают информацию в стандартную форму и вводят ее в процессоры. В компьютерах четвертого поколения эта стандартизация будет доведена до того, что практически любые периферийные устройства смогут присоединиться к ним.

- Чем же будут отличаться компьютеры четвертого и пятого поколений от своих предшественников?

- Вы помните, я говорил об уровне сложности машин третьего поколения. Там в одной интегральной схеме совмещалось несколько элементов. Конечно, это большое достижение миниатюризации, но далеко еще не предел. Так вот, компьютеры четвертого поколения будут строиться на больших интегральных схемах, так называемых БИСах. В одной такой схеме объемом всего лишь в доли кубического сантиметра уместится блок, занимавший в компьютерах первого поколения... целый шкаф.

Ожидается также скачок и в повышении производительности электронно-вычислительных машин. Если в компьютерах третьего поколения скорость достигает двух-трех десятков миллионов операций в секунду, то машины четвертого поколения будут делать несколько сот миллионов, а возможно, несколько миллиардов. Соответственно возрастет объем памяти компьютеров. Наряду с усовершенствованием традиционных устройств памяти на магнитных дисках и лентах будут созданы носители памяти без движущихся частей. Общий объем внешней памяти в крупнейших машинах четвертого поколения превысит 1014 символов, что эквивалентно библиотеке, состоящей из нескольких миллионов объемистых томов.

Значительно уменьшится стоимость одной машинной операции; увеличится надежность ЭВМ.

Элементной базой для компьютеров пятого поколения, по-видимому, станет оптоэлектроника, использование когерентного (совпадающего) излучения. А поскольку скорость света значительно выше скорости электронов, то повысятся как скорость работы самой машины, так и пропускная способность линий связи, по которым информация должна поступать в компьютер. Для решения этой важной задачи сделано уже немало. Созданы световоды с малыми потерями - на расстояние в один километр интенсивность света в них уменьшается всего лишь в два раза.

Такие световоды представляют собой стеклянные нити толщиной около 0,1 миллиметра, которые не требуют дорогого и дефицитного цветного металла и устойчивы к электрическим помехам. Созданы также приборы, которые могут быть с успехом использованы в качестве излучателей и приемников для оптических линий связи. Ученые трудятся и над созданием других необходимых устройств - ретрансляторов, преобразователей, коммутаторов. Эти устройства также должны быть очень надежны, так как все элементы оптических систем связи обязаны отлично работать в течение многих лет.

Вполне понятно, что имеются и другие возможности повышения "производительности" компьютеров, например использование явления сверхпроводимости.

Перспективным является осуществление параллельного преобразования информации, представляемой в виде голограмм, с помощью систем лазерных элементов, и соответствующие "вычислительные среды". С появлением полупроводниковых лазеров начали проводиться исследования по разработке оптических логических элементов и устройств. В конце концов будет создана оптическая вычислительная машина с "памятью" в 1010-1012 элементов информации в одном кубическом сантиметре. А это, как известно, по плотности информации довольно близко к возможностям мозга человека. Уже сегодня в одной из японских исследовательских лабораторий разработана голографическая память, способная вместить 2500 знаков в кружке диаметром всего в половину миллиметра. Это позволяет хранить информацию примерно в 10 миллионов знаков в объеме, занимаемом двумя почтовыми марками размером 2 на 2,5 сантиметра. Время считывания информации, которая записывается при помощи луча лазера на специально обработанную желатиновую пленку, составляет миллионные доли секунды.

Если соединить в одно целое быстродействующие запоминающие устройства и возможности голографии, то компьютеры будущего смогут вместить в своей памяти и выдавать по первому же приказу все информационное богатство, накопленное человечеством за многовековой путь своего развития. В сущности, память электронного мозга XXI века станет столь же многогранна и всеобъемлюща, как и память человека. Она способна будет хранить в себе и строфы пушкинских стихов, и мелодии понравившихся песен, и формулу Эйнштейна, связывающую массу и энергию, и сюжет недавно просмотренного фильма, и имена героев прочитанных книг, и авторов художественных полотен, и многое, многое другое. Только в отличие от человеческой память компьютера, кроме многообразия, будет еще и во много раз более емкой.

- Вы хотите сказать, что вся эта информация будет находиться в памяти одной гигантской машины?

- Во-первых, никаких машин-гигантов к тому времени уже не останется. Мы же говорили, что успехи даже сегодняшней миниатюризации довольно многообещающи: один только блок современной машины равен по возможностям целой электронно-вычислительной машине прошлого. Следовательно, если дело миниатюризации и дальше пойдет такими же темпами, то один блок компьютера будущего станет равным по возможностям современной машине.

Во-вторых, я и не говорил, что все информационное богатство человечества будет заключено в памяти одного компьютера. Для этого не хватит даже самой большой машины; и люди, наверное, никогда не. станут пытаться строить единую, всеобъемлющую ЭВМ, некий "мировой мозг". Необходимая емкость памяти будет скорее всего достигаться объединением в единую сеть большого количества компьютеров, "умеющих" обмениваться информацией между собой и выдавать ее по требованию в единый центр или потребителю,.

Вполне понятно, что микроминиатюризация, автоматизация проектирования и изготовления ЭВМ значительно повысят их "интеллигентность".. Вычислительными их будут называть разве что только по традиции. Хотя, если говорить строго, и сегодня они уже не только вычислительные. Статистика показывает, что уже сейчас во всем мире меньше половины операций, производимых компьютерами, имеют чисто вычислительный характер. В будущем же число "невычислительных" операций, наверное, увеличится.

Такая тенденция скажется и на структуре самих машин. Быстродействующие вычислительные блоки в них будут составлять лишь небольшую часть. Зато огромное развитие получат блоки распознавания сложных зрительных и звуковых образов, значительно упрощающие общение человека с машиной. Не исключено, что к тому времени электронные устройства помогут создать единый человеческий и машинный язык, более совершенный, чем эсперанто.

- Виктор Михайлович, вы несколько раз упоминали о производительности машины, о том, что с каждым поколением она повышалась. Известно, как оценивается производительность грузовика, станка, автоматической линии... Но так ли устанавливается этот показатель у электронно-вычислительной машины? Что является определяющим в этом показателе: количество арифметических операций, выполняемых за единицу времени, быстрота выхода конечного результата или еще что-то?

- Еще совсем недавно производительность компьютера действительно связывалась только с количеством операций, выполненных за единицу времени. Однако сегодня это понятие несколько изменилось и в первую очередь в связи с изменением системы обработки данных. Теперь столь же важное значение приобретают и другие характеристики. Не подумайте только, что скорость производимых операций теперь уже не так важна. Нет, она осталась одной из основных и сегодня. Так, если вы решаете задачу, скажем, расчета трасс космических кораблей, то машине действительно приходится быстро производить огромное количество вычислений. Периферийные же устройства играют небольшую роль, поскольку в ЭВМ закладывается и снимается с выхода сравнительно малое количество текущих данных.

А теперь возьмем иной пример, ну хотя бы перепись населения или же экономическую задачу вроде тех, что сегодня решаются автоматизированными системами управления. Они связаны со значительно большим количеством исходных данных и для решения требуют сравнительно малое число расчетов на единицу информации. А отсюда ясно, что для решения задач такого типа большое значение имеет проблема ввода и вывода. Из всего этого понятно, что в связи с увеличением разнообразия задач, выполняемых компьютером, сегодня важны характеристики работы всех частей машины.

- А изменится ли структура самой ЭВМ при переходе на БИСы, или же она останется такой же, как и у машин предыдущих поколений?

- В логической структуре, или, как сейчас принято говорить, в архитектуре, машин четвертого поколения произойдут довольно большие изменения. Они будут иметь не один или несколько центральных процессоров, соответствующих целым машинам второго или третьего поколений, а десятки или даже сотни. Это позволит им выполнять многочисленные вычисления и производить другие операции почти одновременно. Возрастет также роль устройств, обеспечивающих связь ЭВМ между собой и с различным периферийным оборудованием, таким, как устройства ввода и вывода. Компьютеры общего назначения будут иметь специальные процессоры для управления вычислительным процессом, куда переместится большая часть операционной системы, о которой я говорил выше. Кроме того, в них будет несколько процессоров для выполнения основных операций, коммуникационные процессоры с большим числом функций, чем в нынешних каналах. И наконец, в них войдут периферийные процессоры для решения более мелких задач.

С компьютерами на больших интегральных системах, работающих одновременно со многими сотнями и тысячами абонентов, будет предусмотрена иерархическая организация работы с использованием менее мощных машин в качестве своеобразных "подсобных рабочих". Все относительно простые и нетрудоемкие задачи будут решаться на них, центральная же часть системы будет решать только особо сложные задачи, с которыми "подсобным рабочим" не справиться.

- Пожалуй, это действительно рационально. Но вы сказали, что абонентов у такой системы будет тысячи. А не будет ли каждый абонент стремиться "попасть на прием" именно к большой ЭВМ. И не получится ли, что центральная часть системы будет все время занятой, а "подсобные рабочие" будут простаивать без дела?

- Думаю, что эту проблему решить будет очень просто: достаточно закрыть прямой доступ абонентам в центральную часть, и она будет решать только задачи, получаемые от "подсобных рабочих"; и вторичного оборудования.

- Когда вы говорили об отличиях одного поколения компьютеров от другого, то в разряд основных показателей вынесли доступность общения человека с машиной. Какие шаги в этом направлении будут проделаны в ближайшее время?

- Давно известно, что людям не безразлично, в каком виде получать информацию. Если инженер видит сводку на экране телевизора, то он запоминает ее гораздо лучше и быстрее, чем если бы ему пришлось искать эти данные в кипе бумаг у себя на столе. Учитывая легкость усвоения такой наглядной информации, для нужд конструкторов разрабатываются сегодня специальные пульты с несколькими экранами, на которые компьютер и выдает информацию в удобном для специалиста виде.


- И что же представляет собой такой экранный пульт?

- Вообще-то я не хотел сейчас останавливаться на этом вопросе, так как он станет одной из основных тем нашей последующей беседы. Но раз вы спросили, придется рассказать об этом.

Экранный пульт представляет собой устройство,, внешне напоминающее пишущую машинку с клавиатурой, с телефонным аппаратом и с одним или несколькими экранами, похожими на телевизионные. На любом из них можно видеть вводимую или получаемую из компьютера произвольную буквенно-цифровую или графическую информацию. Ввод букв, цифр и других символов осуществляется с помощью пишущей машинки, графическая же информация вводится с помощью так называемого светового пера. Таким пером на экранах можно писать и рисовать, вносить поправки, стирать написанное, как будто это не экран, а обыкновенный лист бумаги. Ввод информации и вывод ее через экран в компьютере осуществляются автоматически.

С помощью экранных пультов происходит как бы диалог человека с машиной. Он может "вызвать" на экран необходимые ему схемы и чертежи, вносить в них изменения, поручать машине производить различные расчеты, связанные с проектом. Световым пером он сможет набросать на экране чертеж будущего узла, почти мгновенно проверить его жизненность и, удостоверившись в его пригодности, получить от компьютера готовый чертеж.

Надо заметить, что специальные экраны и световые перья используются и в ЭВМ третьего поколения, где они обеспечивают зачатки режима диалога человека и машины. Но в полной мере они разовьются в компьютерах четвертого поколения. Именно в них мы увидим такие новые периферийные устройства, как автоматы, читающие печатный текст, экранные пульты со световым пером и т. д., которые в ЭВМ третьего поколения только испытываются. Машины с такими приспособлениями чем-то напоминают, скажем, старые автомобили со встроенной в них новой системой управления: они будут прекрасно слушаться этой системы, но сама система не будет использоваться с полной нагрузкой.

- Вы только что обмолвились о режиме диалога человека с компьютером. Объясните, пожалуйста, в чем его суть?

- Очень и очень важная проблема - облегчение общения человека с компьютером. Даже если бы режим подобного, пускай и безмолвного, диалога создавался только для этого - его все равно следовало бы ввести. Но в том-то все и дело, что этот режим позволяет решать и новые задачи, и в первую очередь те из них, программа которых в момент начала решения еще полностью неизвестна и не составлена. Именно в таких ситуациях и нужна совместная работа сидящего за пультом человека и компьютера. Человек может постоянно наблюдать за тем, как машина выполняет поставленное перед ней задание, фиксировать те или иные промежуточные результаты и по ходу дела может, если это необходимо, менять отдельные звенья задачи, чтобы получить оптимальный результат.

Но вы только не подумайте, что достаточно изобрести такой экранный пульт, подсоединить его к компьютеру, и дальше все пойдет как по маслу. Если бы все было так просто, я бы не утверждал, что полностью приспособленными для режима диалога являются только машины четвертого поколения. Вся сложность этой проблемы состоит в том, что режим диалога вступает в противоречие с принятой в компьютерах предыдущих поколений системой трансляции. Мы уже отмечали, что человек может вводить информацию на одном из своих языков, а машина работает на другом, на внутреннем, и в момент "разговора" человека с компьютером постоянно должен работать переводчик-транслятор. Трансляция же занимает довольно много времени. Поэтому в конструкции ЭВМ четвертого поколения намечается приближение внутреннего языка ЭВМ к языкам программирования и общения человека с машиной, что ведет к частичному или полному устранению трансляции. Конечно, общая скорость работы ЭВМ при этом несколько снижается. Но этот недостаток перекрывается за счет времени на трансляцию и упрощение общения человека с ЭВМ. Пока еще это направление не получило большого развития, но оно уже заявило о своем присутствии в компьютерах четвертого поколения.

- Пульт с одним или несколькими экранами - это, вероятно, не единственная из возможностей "общения" компьютеров с внешним миром, и машины четвертого поколения смогут получать информацию и по другим каналам?

- Да, будет непрерывно расти количество информации, вводимой в ЭВМ автоматически с различного рода измерительных приборов и датчиков. А это потребует не только усовершенствования самих машин, но и аппаратуры, сопрягаемой с ними, в первую очередь унификации и стандартизации ее. Возьмите положение, которое сложилось на сегодняшний день. Различная аппаратура фиксирует информацию, получаемую в результате проведения всевозможных экспериментов и испытаний, на очень непохожие друг на друга носители. Это и диаграммы, и киноленты, и различные бумажные ленты, и карты, и многое другое. И практически невозможно разработать вводные устройства ЭВМ, которые достаточно эффективно считывали бы с таких носителей эту информацию. Выйти из положения можно, если и та и другая стороны придут к согласованному решению. Я имею в виду, что и конструкторы измерительных приборов, и создатели компьютеров в конце концов договорятся, сколько, каких основных видов информации надо будет фиксировать и на каких носителях. Лишь тогда будут созданы соответствующие высокопроизводительные устройства, которые позволят автоматически читать информацию и вводить ее в машину.

Теперь представим, что такие устройства созданы. Тогда станет вполне возможным производить обработку научной информации в процессе эксперимента и управлять экспериментом в зависимости от результатов обработки.

Вполне понятно, что программное обеспечение таких машин значительно возрастет по сравнению с обеспечением машин третьего поколения. Однако в конечном счете это облегчит общение человека с электронным мозгом.

- Если говорить об удобствах общения человека с компьютером, то, кажется, проще отдавать приказания голосом. При этом человеку будет легче наблюдать за показаниями различных приборов и управлять ими. Так когда же, на ваш взгляд, общение с компьютером станет таким, что мы просто сможем разговаривать с ним?

- Диалог с компьютером ведется уже сегодня. Пока беседа эта, правда, "немая", то есть человек записывает на пишущей машинке вопрос, а компьютер печатает ответ на бумаге или показывает его на экране. Но это лишь первые шаги на пути к свободным "беседам". Во многих лабораториях мира сейчас пытаются научить ЭВМ воспринимать обыкновенную человеческую речь. Уже созданы системы, словарный запас которых насчитывает десятки слов. По мере совершенствования ЭВМ, этот запас с каждым годом будет увеличиваться, приближая тот день, когда компьютер и инженер смогут запросто разговаривать друг с другом.

Кстати говоря, учится говорить машина довольно успешно. Она делает это, либо синтезируя речь из хранящихся в ее "памяти" звуков, либо составляя ее из отдельных, записанных на магнитной пленке слов. Так, например, лексикон американской говорящей машины системы "Перифоникс", созданной в 1970 году, содержит около двух тысяч слов, и фразы свои она составляет из этого запаса.

- А какие работы в этом направлении ведутся у нас в стране и, в частности, в вашем институте?

- Если вы побываете в зале электронных вычислительных машин нашего института во время работы компьютеров, то услышите из динамиков фразы, вроде: "Система к работе готова", "Продолжайте ввод задачи", "Магнитная лента читается нормально", "Исправьте ошибки в программе" и тому подобное. И все это произносится не человеком, а компьютером. Оператор же, услышав первую фразу, приступает к работе с системой, ставя перед ней то или иное задание, а она в случае неясности просит повторить или уточнить задачу.

Как видите, компьютер уже учится говорить. И вы совершенно правы, говоря, что самое удобное общение с машиной - это обыкновенная речь. Ведь во многих профессиях наибольшую нагрузку несут органы зрения. Глаза авиатора, химика, физика, специалистов многих других областей нередко бывают так перегружены, что порой не успевают воспринимать весь поток информации, выдаваемой различными приборами. Да и операторы электронно-вычислительных машин с каждым годом испытывают все большие трудности: без преувеличения можно сказать, что у них просто глаза разбегаются от необходимости одновременно следить за показаниями большого числа индикаторов, шкал и стрелок.

Но и это не самое страшное. Помните, мы говорили, что ЭВМ может находиться за сотни километров от потребителя, и ему просто невозможно следить за решением на ней своей задачи, вовремя вмешаться в ход ее решения и поправить ее. Индикаторные же панели, стоящие на его рабочем месте, к сожалению, пока не могут передать всего разнообразия ситуаций, возникающих в процессе работы машины. Попробуй в таких условиях узнай, когда и к каким вспомогательным процессам обратилась она и нет ли в ее работе особых отклонений от программы.

Чтобы изменить такое положение, нашим специалистам пришлось разработать устройство, позволяющее компьютеру сообщать о промежуточных результатах своей работы голосом, который звучит из динамика, стоящего непосредственно на рабочем столе специалиста.

- Виктор Михайлович, а как компьютер учится говорить?

- Машина, слушая человека, фиксирует в своей памяти эту словесную информацию в виде набора цифр. Вместе с информацией у нее накапливается достаточно богатый, легко изменяемый и постоянно пополняемый словарный запас. При "беседе" с человеком машина подает сигнал в специальное устройство, моделирующее речевой аппарат человека, а в динамике начинает звучать синтетическая речь. Интересный синтезатор человеческой речи создали белорусские ученые. Он не только легко справляется со всеми звуками русского и белорусского языков, но даже может петь. Набор из 64 звуков, которые имеются в памяти прибора, позволяет ему произносить практически любую фразу. Так, компьютер, отвечая человеку, уведомляет его о ходе работы или же подсказывает ему, что именно целесообразнее предпринять для успешного выполнения программы.

Вы представляете, какие огромные перспективы открываются перед речевым сопровождением работы компьютера. То, что команды в него можно будет Вводить голосом, особенно пригодится при управлении предприятием или же на испытательном стенде. Голос машины сможет быстро выдать информацию, скажем, пилоту или аппаратчику химического предприятия, физику-экспериментатору, который должен неотступно следить за показаниями различных приборов, или доменщику, следящему за плавкой.


Или же представьте другую ситуацию: вам необходимо исследовать работу самой же ЭВМ Вместо того чтобы копаться в ее внутренностях, оказывается, достаточно спросить ее: "Как ты себя чувствуешь?", и она незамедлительно ответит, что такие-то ее узлы в полном порядке, а вот такой-то надо немного подрегулировать... Это сэкономит время обслуживающего персонала и увеличит ее машинное врехмя.

Как видите, час, когда человек сможет что-то приказать своему электронному помощнику и услышать от него в ответ: "Подождите, сейчас подсчитаю" - не за горами.

- И когда наступит это время?

- С точностью до одного года предсказать трудно. Все, что делается сейчас, - это пока лишь опыты и прикидки. Но я думаю, что в данном случае, как и в большинстве других, это будет тогда, когда появится неотложная необходимость в режиме диалога человека и машины. Вы помните, вначале мы говорили, что компьютеры появились на свет именно в момент, когда они стали нужны. Так же, скажем, и экранные пульты: появись они вместе с первыми ЭВМ, использовать их все равно не пришлось бы, так как, кроме самих пультов, необходимо еще многое другое. То же самое происходит и сейчас. Как только окажется, что старыми методами "разговаривать" с машиной невозможно, все необходимое для беседы человека с компьютером появится немедленно. И я думаю, что такая неотвратимая необходимость возникнет где-то в 80-х годах нашего века, то есть тогда, когда появятся машины четвертого, и, уж обязательно, пятого поколения.

- Говоря о компьютерах будущего, вы подчеркивали, что они повысят свою "интеллигентность", станут более "интеллектуальными". Так не "поумнеют" ли они настолько, что просто выйдут из повиновения человека? Это мнение иногда появляется на страницах печати. Так, например, профессор Норман Сатерленд в своей статье "Человекоподобные машины", опубликованной в английском "Научном журнале", пишет: "Имеются вполне реальные возможности для создания машины более разумной, чем мы сами... Кроме того, если мы сумеем построить машину разумнее нас самих, то она, в свою очередь, будет способна спроектировать машину еще более разумную... Мы окажемся творцами превосходящих нас по разуму созданий, которые заменят нас в роли хозяев Земли. Эти создания могут иметь более высокий уровень, чем их творцы, ибо нет никаких оснований встраивать в них столь свойственный человеку эгоизм, который хотя и необходим нам для обеспечения выживания, но служит также причиной иррациональности в поведении человека".

Заканчивает свою статью Норман Сатерленд полушутливым-полусерьезным замечанием, что через пятьдесят лет люди, вполне возможно, будут заняты спором: предоставлять ли машине право голоса или нет?

- Возможность случайных ошибок, выхода из повиновения человеку, а иногда даже и нанесение ущерба ему имеется во всякой машине. Но не надо ставить на одну ступень опасность реальную и абстрактную, чисто теоретическую. Если исходить из такой трагической предпосылки, то опасны и турбогенераторы, так как они дают ток, который при неосторожном обращении может убить человека. Да и даже такая относительно простая машина, как автомобиль, нередко становится причиной увечий и даже гибели людей не только из-за ошибок водителя, но и в результате непредвиденных технических неисправностей. И если думать так, то не нужно развивать, скажем, самолето- и ракетостроение, не следует проникать в тайны атома, не стоит совершенствовать квантовую электронику, да и вообще нечего браться за очень многое, что в той или иной степени может быть использовано во вред человечеству. Тем более что при дальнейшем усложнении техники и вероятность различных конструктивных ошибок может возрастать. Ведь, как мы уже говорили, при создании сложной Системы управления, особенно самообучающейся, даже конструкторы далеко не всегда могут предсказать ее поведение.

Теперь давайте представим себе, в результате чего сложная кибернетическая система могла бы выйти из-под контроля ее создателей. Мне видятся две причины. Первая - это то, что конструкторы, создавая сложнейшую машину или целую систему, не предусмотрят некоторых нежелательных последствий ее действий. А значит, в определенных обстоятельствах такие последствия смогут произойти. Вторая причина может заключаться в обычной поломке. Конструкторы заранее предусмотрят какую-то систему защиты от всех нежелательных последствий, а она возьмет да и испортится.

Разберем каждую из этих возможностей. Как вам, конечно, известно, развитие человека на протяжении всей его эволюции было обусловлено среди других факторов также и инстинктом самосохранения. И мне думается, что в процессе естественного отбора выживали именно те, у кого эта установка на выживание была сильнее. И поэтому мне что-то не очень верится, что человек избавится от этого инстинкта в обозримом будущем. А если так, то, как раз руководствуясь им, он и обезопасит себя от машин, запрограммировав в них столь же прочный "инстинкт", направленный на сохранение хозяев.

И я думаю, что ввести такие средства защиты человека с любую кибернетическую систему будет гораздо проще, чем сконструировать саму систему. Принципиально главная часть задачи защиты от нежелательных реакций системы состоит в том, чтобы составить полный список такого рода реакций. Я считаю основной именно эту часть потому, что устройства, которые смогут обеспечить блокирование всех реакций, внесенных в список, уже хорошо известны. Их разработка и включение в систему не составят особого труда.

Очень большую положительную роль в создании подобных "электронных замков", запирающих ненужные и вредные реакции, сыграет наверняка и то, что уже сегодня при разработках сложных систем все в большей степени используются сами же компьютеры. Вполне понятно, что в дальнейшем их участие в проектировании и создании себе подобных будет еще более значительным. А это приведет в конечном счете к тому, что анализ реакций разрабатываемой системы с каждым годом будет становиться все более совершенным и полным: с одной стороны, будут усложняться сами электронно-вычислительные машины, а с другой - все совершеннее станут и средства защиты.

- Несколько выше вы говорили, что любая подобная защитная система может выйти из строя. Насколько реальной вы считаете такую возможность?

- Ну, такая возможность не исключается ни при каком уровне развития науки и техники. Однако это не означает, что усложнение технических средств уменьшает их надежность. Я даже не побоюсь утверждать, что все происходит как раз наоборот и что технический прогресс в наше время идет под лозунгом опережающего развития средств защиты от случайных неисправностей, поломок. И особенно пристальное внимание уделяют этому вопросу тогда, когда такие неисправности могли бы повлечь за собой тяжелые последствия.

Возьмите для примера процесс рождения авиации и завоевание воздушного, а позже и космического пространства. Все это совершается на наших глазах, так что нам легче будет оценить происходящее. Сколько на первых этапах развития авиации сильных, умных, смелых людей поплатились жизнью только за то, что старались преодолеть земное притяжение. А сравните с тем же периодом в освоении космоса. Выход человека в просторы вселенной потребовал неизмеримого усложнения технических средств. Но это не только не привело к увеличению числа опасных аварий, а наоборот, свело вероятность их к минимуму. Конечно, освоение любого нового пути связано с определенным риском. И все же, чем сложнее и совершеннее техника, тем возможность этого риска меньше. И мне не верится, что дальнейший прогресс различных защитных и контрольных средств в ближайшем будущем замедлится и станет отставать от прогресса всей техники в целом. И следовательно, вероятность выхода техники из повиновения из года в год будет снижаться, а не возрастать. Вы еще не забывайте, что от особо опасных последствий всегда предусматривается двойная, тройная, а если это необходимо, то и десятикратная защита, поэтому опасаться "бунта машин" в силу причин чисто технического характера практически не приходится.

предыдущая главасодержаниеследующая глава








© Злыгостев А.С., 2001-2019
При использовании материалов сайта активная ссылка обязательна:
http://informaticslib.ru/ 'Библиотека по информатике'
Рейтинг@Mail.ru