Смена поколений компьютеров(I)

Смена поколений компьютеров(I)

ЭВМ очень молода. В течение годов, прошедших с ее возникновения, сменилось уже уже два поколения, и мы стоим на пороге перехода с третьего на четвертое поколение ЭВМ.

Строго говоря, можно точно не указывать дату этого поколения, так как в различных странах данный процесс происходил и будет происходить различными путями. Но несмотря на это большинство ученых и конструкторов склонны предполагать, что средний период обновления занимает примерно 5 лет. Исходя из этого, можно определенно предположить, что до 1955 была эпоха предшествующая электронной вычислительной технике, с 1955 до 1960 — период первого поколения ЭВМ, с 1960 до 1965 — второе поколение, с 1965 до 1970 — третье. Начиная с 1970 происходит переход на четвертое поколение компьютеров.

Проанализируем только отличия между этими поколениями, чтобы выделить характерные особенности. Упрощенная точка зрения говорит, что поколения ЭВМ сменяются потому, что изменяется их техническая основа, на этих основаниях они будут созданы. В определенном смысле это на самом деле так. Первое поколение вычислительных машин имело в качестве технической основы радиолампы. Вычислительные машины второго поколения были сконструированы на основе полупроводниковой техники, которая послужила основой третьему поколению со сравнительно меньшей степенью интеграции логических элементов в одной элементарной логической схеме. И наконец, четвертое поколение отличается от третьего значительно более высшим уровнем интеграции.

Переход от радиоламп к транзисторам и позже к микроэлектронике сопровождался значительным уменьшением массы и габаритов ЭВМ. Во время первой электронновычислительной машины «Ениак» она содержала 18000 радиоламп, нуждалась примерно в 200 кВт электроэнергии и занимала зал площадью 200 м2, с открытием транзисторов и позже микротранзисторов плотность расположения элементов увеличилась стократно. С развитием интегральных микросхем плотность увеличили до 300 элементов в 1 см3. Но миниатюризация не является конечной самоцелью. Это происходит главным образом потому, что повышаются надежность и скорость проведения вычислений устройств. С этой точки зрения превосходство интегральных микросхем вопреки классическим дискретным элементам неоспоримо. Объединение многих логических элементов в один блок значительно уменьшает количество соединений, что снова приводит к увеличению надежности ЭВМ.

Одно из важнейших отличий компьютеров третьего поколения от более ранних поколений заключается в том, что была осуществлена стандартизированная связь центрального процессора с внешними устройствами. Ранее «общаться» с компьютером можно было только например при помощи магнитных и периферийных устройств, специально разработанных для данного типа процессора. У компьютеров третьего поколения положение совсем изменилось. Их входные каналы соответствуют стандартизированной системе передачи и кодирования информации. К ним могут быть подключены различные периферийные устройства. Специальные устройства управляющие периферийными устройствами, преобразуют информацию в стандартную форму и вводят ее в процессор. В компьютерах четвертого поколения эта стандартизация доведена еще дальше, что позволяет подключать к ним практически любые устройства.

Компьютер четвертого поколения был построен на основе высокоинтегрированных электронных микросхемах, так называемых схемах большой степени интеграции. В одной микросхеме размером в доли кубического сантиметра содержится целый блок, который в компьютерах первого поколения занимал целый шкаф.

Также ожидался скачок повышения продуктивности ЭВМ. Когда компьютерами третьего поколения была достигнута скорость от 20 до 30 миллионов операций в секунду, тогда как вычислители четвертого поколения выполняют сотни миллионов операций. Соответственно также растет и объем памяти компьютеров. Рядом с усовершенствованием традиционных носителей информации на основе магнитных пластин и лент, создаются носители без движущихся частей(прим. твердотельные накопители). Общий объем внешних накопителей в больших машинах четвертого поколения превышает 1012 знаков. Это эквивалентно целой библиотеке, состоящей из миллионов объемистых томов. Стоимость одной машинной операции значительно снижается; надежность ЭВМ возрастает.

Смена поколений компьютеров(II)

Основой для конструкционных элементов компьютеров пятого поколения возможно будет оптоэлектроника, основанная на когерентном(связанном) излучении. Так как скорость света значительно выше скорости электронов, то повышается скорость операций машины также как и пропускная способность каналов передачи данных, по которым информация перемещается в компьютере. Для решения этой важной проблемы было уже многое сделано. Были созданы световоды с малыми потерями. На расстоянии от одного километра от них световая интенсивность уменьшается всего на половину.

Световоды - стеклянные нити толщиной примерно от 0,1 мм, для которых не нужны дорогие и редкие цветные металлы и которые стабильны к электронным повреждениям. Также развивались устройства, которые могут с успехом использоваться как передатчики и приемники для оптических каналов передачи данных. Ученые работают также над развитием других необходимых устройств — формировщиках сигнала, преобразователях, коммутаторах. Эти устройства также должны быть очень надежными, так как все элементы оптической системы передачи данных должны надежно функционировать в течение многих лет.

Это абсолютно ясно, что существуют и другие возможности повышения «продуктивности» компьютера, например использование сверхпроводимости.

Перспективным выглядит реализация параллельного информационного преобразования при помощи системы лазерных элементов. Причем информация будет представляться в виде голограммы. С появлением полупроводниковых лазеров начинают проводить исследования для развития оптических логических элементов. Наконец, сделана попытка развить оптическое ЭВМ с накопителем от 1010 до 1012 информационных элементов в одном кубическом сантиметре. Эти информационные плотности будут уже очень близко приблизятся к возможностям человеческого мозга. Уже сейчас в одной японской исследовательской лаборатории был реализован 2500ый накопитель на голографической схеме диаметром от полумиллиметра в котором при том записанный в одном символе. Это означает, что информация примерно 10 млн. знаков будет сохранена в объеме, который заполняется двумя марками размером 2х2,5 см2. Время выборки информации, которая записывается лучом лазера на специально обработанный слой желатина, составляет миллионную часть секунды.

Когда быстроработающие запоминающие устройства и возможности голографии объединятся в одно целое, тогда компьютеры будущего смогут записать все информационное богатство, которым в течение многих лет развития обогатилось человечество, в свои носители и выдать без единой ошибки. В основу будет взята память электронного мозга 21 века точно такая же разносторонняя и всеобъемлющая как человеческая память. Она будет в состоянии запомнить стихи Пушкина, мелодии и известные песни, формулу Эйнштейна, связывающую массу и энергию, сцену недавно просмотренного фильма, имена героев из прочитанных книг, создателей художественных картин и многое другое. Только в отличии от человеческой памяти память компьютера будет кроме разнообразия также иметь гораздо большую вместимость. Это не означает, что все информационное богатство сможет уместиться в памяти одного компьютера. К тому же для этого не хватит даже наибольшей ЭВМ, и люди никогда не попытаются, построить единую всеобъемлющую ЭВМ, как «вселенский разум». Необходимый объем памяти скорее всего будет достигнут при помощи объединения большого числа компьютеров в единую сеть. Каждый компьютер в состоянии обмениваться друг с другом информацией и переносить ее по требованию в общий центр или выдавать пользователю.

Что такое кибернетика?

Существует множество различных определений кибернетики. Это, по-видимому, зависит от того, что кибернетика такая наука, которая возникла на стыке многих областей знаний. Прямо поэтому она также может решать различные и нередко полностью чужеродные задачи. Поэтому конструкторы роботов, экономы и также математики являются кибернетиками. Поэтому это действительно сложный вопрос, однозначно ответить, что из себя представляет кибернетика. Понятие слишком широко. Можно коротко сформулировать: кибернетика — наука всевозможных законов получения, накопления, переноса, преобразования информации в сложных управляющих системах.

Любое открытие будет сделано именно тогда, когда будет настоятельная необходимость в его существовании. Кибернетика также развивалась в определенное для нее время и не могла, как мы видим сегодня, появиться для науки ни десятилетиями раньше ни десятилетиями позже, потому что для ее развития требовалось быстрое расширение знаний, усиление роли точных математических методов и всесторонне растущая сложность практических задач, которые сегодня уже должны быть решены учеными. Возникновение кибернетики как теоретической основы автоматизации труда в науке, технике и производстве, а также появление первых ЭВМ были подготовлены всем ходом научно-технического прогресса и представляют собой один из его диалектически закономерных этапов.

Что касается собственно выражения «кибернетика», так оно пережило в 1947, в год своего появления в научной литературе, свое второе рождение. Платон, который, как известно, жил около 2500 лет назад использовал это понятие совсем в другом смысле. В начале 19 века Ампер обозначил кибернетику как науку управления государствами и, как затем оказалось, не отошел далеко от истины. Фактически задачи кибернетики могут применяться для образования систем научно-основанного управления всеми ветвями экономики, и таких систем, которые в ходе развития самосовершенствуют ветви экономики.

Как наука, кибернетика нашла широкое применение после появления первого компьютера. Уже сегодня она разветвилась в целую сеть прикладных наук, каждая из которых обладает собственной научной проблематикой. Существует экономическая, техническая, биологическая кибернетика. Есть медицинская кибернетика, которая исследует человеческий мозг и также его организм как единое целое. Или возьмем такие различные, но очень важные области науки как теория эксперимента, бионика, теория надежности, семантика (учение о значении слов) и т. д. Без соответствующих достижений в кибернетике они не могли так успешно развиваться.

Под влиянием идеи кибернетики многие науки, которые до нынешнего времени развивались как описательные, начинают преобразовываться в точные. Так возникла, например, математическая лингвистика, которая в известном смысле представляет часть теории абстрактных автоматов. При помощи кибернетики сегодня также уже могут быть решены такие сложные вопросы такие как проблемы комплексного исследования наук, точные методы для исследования культуры и искусства, проблема моделирования, методика научного познания.

Без кибернетики было бы действительно сложно развивать такие направления психологии как инженерная психология, программированное обучение и т. д.

Кибернетика объединяет в себе значительную часть современной математики и ускоряет дальнейшее развитие математики. Однако она не ограничивается математическим исследованием систем управления, а в значительной степени использует методы моделирования. Так например объясняются успехи математической лингвистики на методах моделирования, которые также играют важную роль для биологии и многих других наук на их пути к точным наукам. Сегодня можно уже с полной достоверностью сказать, что кибернетика оказывает влияние на почти все области человеческого знания. Это конечно ни в коем случает не означает, что она заменяет философию. Кибернетика — ветвь науки 20 века, и при помощи ее специфических методов приближения, исследования и моделирования объективно протекающих процессы окружающей среды дает нам возможность понять их сущность. Методы кибернетики будут все больше проникать во все большие и большие области знания. Но ее философская основа была, есть и снова будет оставаться мировоззрением и методологией диалектического материализма.

Что мы ожидаем от роботов?

Уже сегодня нас окружают роботы. Это реальные механические устройства с компьютерным мышлением и почти человеческим интеллектом. Как мы будем относиться к этому новому классу абсолютно искусственных существ, которые могут решать боле сложные задания чем мы сами? Что мы ожидаем от роботов?

Первое поколение роботов — это механические манипуляторы с программным управлением. Они будут сконструированы и построены чтобы освободить людей от монотонной и тяжелой работы. Электронные вычислители и железные руки не знают ни усталости ни ошибок и работают гораздо быстрее и точнее чем человек.

Второе поколение состоит из помощников, имеющих что-то вроде «чувств». Они видят, чувствуют, отличают одну деталь от другой, правда благодаря различным приспособлениям, которые заменяют им органы чувств. Глаз, который работает по принципу телевизионной камеры, позволяет, например, роботу поднимать и уносить беспорядочно разложенные предметы. Манипуляторы с программным управлением к этому неспособны.

Но человек хочет иметь более квалифицированных помощников. Чтобы осваивать глубины мировых океанов, исследовать недра Земли и продвигаться в космос нужны не только видящие, ходящие и чувствующие устройства, скорее также думающие, которые даже могут принимать решения. В настоящее время занимаются постройкой ЭВМ нового поколения, которые способны к «мыслительным» функциям, которые до сих пор за исключением ценились как функции человека. Уже имеются различные диагностические системы, существуют роботы, планирующие свою собственную программу, существуют устройства, реагирующие на изменение ситуации. Многие ученые, которые хотя и дискутируют о содержании термина «искусственный интеллект», имеют мнение, что скоро такие думающие системы будут существовать.

Пока обыватели дискутируют, может ли робот робот думать так же как человек, «умные» машины уже играют в шахматы, переводят тексты с одного языка на другой, даже сочиняют музыку, рисуют портреты и учатся, что главное, говорить.

Благодаря сильному уменьшению и внедрению интегральных микросхем ЭВМ становятся дешевле и их производительность все более возрастает. Эффективность систем «человек-машина» значительно повышается вследствие того, что они оснащаются дисплеями, которые могут по желанию пользователя выводить не только текстовую, но и графическую информацию. Сегодня на повестке дня стоит усовершенствование математических и так называемых семантических (семантика занимается значением речевых единиц, прежде всего слов) научных основ для способности мышления постоянно «умнеющих» систем. Можно привести машину к тому, чтобы она анализировала информацию и принимала решения также и по неполным данным. Все идет не только к тому чтобы подражать отдельным аспектам человеческой деятельности, скорее также для того чтобы сильно ускорить важнейшие мыслительные процессы и значительно усилить. В недалеком будущем роботы смогут заменить человека как на Луне и на Венере или на морском дне так и за рулем машины и за управляющим пультом индустриального комбината. Дать волю фантазии, так можно уже увидеть, как в будущем роботы перенесут на себя большую часть работы в промышленном производстве, в то время как человек будет только управлять, программировать и ставить необходимые модели для инструкций.

Умные машины будут посланы туда, куда до сих пор продвигалась только человеческая фантазия, они будут добывать руду на планетах солнечной системы, искать полезные ископаемые на дне моря и обрабатывать там плантации. Исследователи занимаются проблемами развития саморегулирующихся, саморемонтирующихся и даже самовоспроизводящихся роботов. Наконец, эти искусственные существа смогут при работе на других планетах или в глубинах морей больше не решать все при помощи людей, они будут должны полагаться на себя и на сотрудничество с их «коллегами». Экономические расчеты показывают, что при экспедициях на удаленные расстояния целесообразно объединять роботов в группы. Также так возникает неожиданная проблема связи между роботами.