1.3. Человек и ЭВМ: принципы переработки информации

ЭВМ, как и человек, способна выполнять интеллектуальные задачи, поэтому сравним ее возможности при решении таких задач с возможностями человека. Допустим, что мы переводим текст с английского языка на русский, пишем сочинение или на уроке истории рассказываем какую-либо тему из учебника. Очевидно, прежде всего мы должны прочесть исходный текст (для этого у нас есть глаза), запомнить основное содержание прочитанного, как-то преобразовать это содержание (перевести на русский язык или преобразовать в более краткую форму) и, наконец, выдать "из себя" (написать русский перевод или сочинение, устно ответить урок) результат работы нашего мозга.

Рис. 1

Очевидно, что и машина, способная провести такую же работу, должна иметь соответствующие устройства. И действительно, такие устройства в современной ЭВМ присутствуют (рис. 1, устройства 1-5).

Устройства ввода (блок 1) -это глаза машины. Если грамотный человек легко читает любой печатный и рукописный текст, то для современных ЭВМ чтение текста - очень сложная проблема. Существует много различных типов шрифтов, в которых буквы отличаются по высоте и ширине, углу наклона и жирности и т. п. Поэтому трудно создать читающее устройство, способное распознавать тексты, набранные различными шрифтами. Как правило, создаются такие устройства, способные распознавать от одного до трех четырех типов шрифтов. Так, у нас в стране создан одно-шрифтовой читающий автомат ЧАРС, позволяющий вводить текст в машину со скоростью до 150 знаков в секунду. Другой наш отечественный автомат для считывания типографских текстов способен читать тексты нескольких шрифтов со скоростью до 100 знаков в секунду. Отдельные зарубежные читающие устройства способны читать тексты со скоростью до 400-2400 знаков в секунду.

Еще более сложной представляется задача ввода в память ЭВМ текстов с голоса. Ее решением занято большое число специалистов как в нашей стране, так и за рубежом. Пока удается создать такие устройства, способные распознавать не текст, а отдельные слова из заданного заранее словаря величиной от нескольких десятков до нескольких сотен слов. Скорость работы таких устройств, вводящих слова в ЭВМ с голоса, невелика и составляет около одного слова в секунду.

Необходимо также отметить, что читающие авто-маты, воспринимающие печатные тексты и тексты с голоса, допускают ошибки в опознавании букв, которые в некоторых случаях (например, при пере-воде текстов с помощью ЭВМ, машинном поиске, аннотировании, реферировании) недопустимы. Поэтому в настоящее время любой текст, который должен быть обработан на ЭВМ (а также цифровая информация, таблицы, графики, рисунки), перед вводом в ЭВМ специальным образом кодируется на устройствах подготовки данных (блок 0 на рис. 1). Такое кодирование может быть осуществлено на перфоленту, перфокарту, магнитную ленту или магнитный диск.

Рис. 2

На перфоленте и перфокарте каждой русской и латинской букве, каждому орфографическому знаку, каждой цифре соответствует определенная комбинация отверстий (по вертикали) на бумажной ленте или картонной карте. Например, на рисунке 2 приведена часть восьми позиционной перфоленты, на которой закодировано (отперфорировано) слово ВЕСНА.

Для больших ЭВМ сейчас более применим способ перфорации на перфокарты, каждая из которых содержит 80 знаков. На рисунке 3 приведена часть перфокарты с закодированным на ней текстом: МЫ ЖДЕМ ВЕСНУ.

На магнитные ленты и магнитные диски информация кодируется по такому же принципу. Только вместо отверстий на соответствующем месте магнитной ленты или диска наносится специальная магнитная отметка.

Рис. 3

Нанесение отверстий и магнитных отметок осуществляется на уже упомянутых устройствах подготовки данных. Они имеют клавиатуру, очень схожую с клавиатурой обычных пишущих машин, и скорость работы на таких машинах не превышает скорости работы машинистки. Как правило, клавиатура устройств подготовки данных содержит лишь русские и латинские буквы. В них отсутствует ряд букв, используемых другими народами нашей страны (белорусами, украинцами, казахами, латышами и др.), а также народами других стран (французами, испанцами, немцами и др.). Для того чтобы ЭВМ можно было использовать и для обработки текстов этих языков, специалистами по автоматической обработке текстов разработаны специальные коды для некоторых букв и диакретических знаков, различающих отдельные буквы.

Таким образом, ЭВМ может "читать" текст только с указанных носителей информации, причем скорость чтения с перфоленты составляет 1500 знаков в секунду, а с перфокарты 800 и более знаков в секунду. Скорость ввода (чтение) информации с магнитных лент и магнитных дисков еще выше.

Как отмечают психологи, человек может читать текст на родном языке со скоростью до 25 букв в секунду. Таким образом, ЭВМ "читает" текст в 30 и более раз быстрее человека.

В последние годы одним из основных средств ввода информации в память ЭВМ становится дисплей. Дисплей - это комплекс, состоящий из небольшого телевизора и клавиатуры, подобной клавиатуре пишущей машинки, но содержащей русские и латинские буквы, цифры и различные знаки. Как правило, экран таких устройств имеет размеры 210 X 150 мм или 265 X X 170 мм. Соответственно в этом экране может разместиться 16 или 24 строки с числом символов в строке 32 или 80. Такие экраны могут быть одноцветными (зелеными, желтыми и т. д.) или цветными. Ввод информации через такие дисплеи проводится в два этапа: а) сначала она набирается на клавиатуре дисплея и переносится на его экран; б) затем, после визуальной проверки правильности, она переносится с экрана в память ЭВМ.

Как видно из рисунка 1, основным, центральным устройством машины является внутренняя память (блок 2.1). Ее еще называют оперативной или быстродействующей памятью. В этой памяти хранятся те данные, которые используются для непосредственно решаемой в данный момент задачи. Хранятся они до тех пор, пока идет решение какой-то конкретной задачи. После этого внутренняя память либо освобождается ("стирается"), либо то, что в ней хранится, выводится во внешнюю память.

Единицей внутренней памяти является байт. В одном байте можно разместить одну букву, один орфографический знак, один арифметический или логический знак, одну цифру. Внутренняя память современных ЭВМ может достигать нескольких сот миллионов байтов. Время поиска информации в такой машинной памяти составляет десятые и даже сотые доли микросекунды.

Память человека оценивается различными исследователями по-разному: от миллиарда до тысячи триллионов байтов (т. е. более, чем в миллиард раз больше, чем внутренняя память самых современных ЭВМ). Принципиально различны способы "запоминания" во внутренней памяти ЭВМ и в мозгу человека. Человек запоминает информацию и "раскладывает" ее по "полочкам" в памяти на основе ассоциативного принципа (по схожести: "горячий" - "теплый"; по различию: "горячий" - "холодный"; по принципу "целое - часть": "человек" - "рука" - "палец" и т. п.). Машина же "запоминает" информацию путем последовательного ее расположения в рядом расположенных свободных байтах.

Во всех типах ЭВМ, кроме внутренней памяти, используется внешняя память (блок 2.2). Ее введение связано с чисто материальными соображениями - создание внутренней памяти сверхбольшого объема стоит очень дорого. Внешняя память стоит в тысячи раз дешевле. Чаще всего это память на магнитных лентах и магнитных дисках. Принцип записи информации во внешнюю память на магнитную ленту целиком аналогичен принципу работы обычного магнитофона. Магнитные диски представляют собой внешне несколько плоских круглых пластин, похожих на долгоиграющие пластинки, сложенные в один пакет таким образом, чтобы между ними оставался небольшой пустой промежуток. В этом промежутке двигаются читающие головки, которые "считывают" закодированную на поверхности пластинок в виде магнитных отметок

информацию. Внешняя память современных ЭВМ может достигать нескольких сот миллиардов байтов. Чтобы представить возможности такой памяти, отметим, что во внешней памяти объемом 120 миллиардов байтов можно разместить библиотеку, в которой хранится 100 000 книг по 500 страниц в каждой.

Суммарная память самых современных ЭВМ сейчас сравнима с памятью человека.

Другим центральным блоком ЭВМ является арифметическое и логическое устройство или процессор (блок 3). Именно это устройство осуществляет непосредственные действия с текстом (логические) и числами (арифметические). Современные ЭВМ могут выполнять до нескольких миллиардов операций в секунду.

Человеческий мозг может выполнять в секунду от 2 до 6 элементарных операций.

Однако правила работы процессора ЭВМ и мозга человека принципиально различны. Если ЭВМ имеет жесткий порядок работы, предполагающий во всех случаях только два возможных выхода - "да" (1) и "нет" (О)^*, то человеческий мозг использует многозначную логику. Между "да" и "нет" у человека может быть большое число промежуточных состояний. Помимо этого, мозг человека обладает эвристическими способностями, определенной интуицией, догадкой. Ничего этого нет в процессоре ЭВМ. Если мы, читая текст на родном языке, легко узнаем опечатку в слове, осознаем эту опечатку и значение слова с опечаткой, то для машины слово с опечаткой - совершенно новое слово. И естественно, такое слово она не найдет ни в каком словаре (а значит, не будет правильно проведен морфологический анализ этого слова и синтаксический анализ предложения с этим словом, не будет переведено предложение, не будет найден определенный текст и т. п.).

^* (Для отличия от буквы О цифра 0 в программах для ЭВМ перечеркивается)

Следующим блоком ЭВМ является устройство вывода (блок 4). Его назначение - вывести из внутренней памяти машины результаты решения задачи. Если такие результаты необходимы для чтения человеку, то они выводятся на алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ) со скоростью до 10 страниц в секунду. Если же их необходимо сохранить для дальнейшего использования в ЭВМ, то их можно вывести на магнитный диск, магнитную ленту, перфоленту или перфокарты.

Быстрота устной речи на родном языке у человека составляет от 8 до 25 звуков в секунду, а опытная машинистка печатает текст со скоростью до 10 знаков в секунду. В СССР и других странах сейчас создаются устройства - синтезаторы речи, поволяющие выводить результаты решения задачи из ЭВМ голосом.

Дисплеи, о которых говорилось выше, являются также достаточно удобным средством вывода информации из памяти ЭВМ. Такой вывод осуществляется, как правило, в тех случаях, когда выводимая информация необходима для принятия каких-то немедленных решений (действий). Это делается, например, при отладке программ, при обучении, в системах автоматизированного управления, в информационно-поисковых системах и т. д.

Наконец, последним блоком ЭВМ является устройство управления (блок 5). Оно служит для автоматического управления всеми устройствами машины в процессе решения задачи и обеспечивает режим работы ЭВМ в соответствии с программой решения задачи. Устройство управления является средством связи ЭВМ и внешнего мира. Через него осуществляется обратная связь и корректировка работы машины. В качестве составной части устройства управления выступает специальная пишущая машинка типа "Консул-256" или дисплей.