Факультет

Студентам

Посетителям

Вычислительная машина

Импульсная техника приобрела широкую известность в результате быстрого развития вычислительных машин, постепенно осуществляющих революцию в нашем обществе.

Это драматическое положение является результатом все увеличивающейся потребности во многих областях в сложных вычислениях, которые должны быть выполнены быстро и точно. Вычислительные машины отличаются от обычных простых счетных машин в двух отношениях: скорость их работы фантастична по сравнению со скоростью счетных машин; кроме того, они могут сами направлять ход вычислений в соответствии с предписанным планом или программой.

Создание вычислительной техники стало возможным лишь благодаря развитию электроники. Первые вычислительные машины обозначали число, посылая несколько импульсов по различным цепям. Подобно различным зубчатым колесам в старом арифмометре, одна цепь представляла единицы, другая — десятки, третья — сотни и т. д. Но большинство используемых сейчас вычислительных машин выражает число при помощи двоичной числовой системы; это означает, что число может быть представлено серией импульсов в одной цепи. Числа, с которых начинаются вычисления, вводятся в специальную часть машины, называемую запоминающим устройством («памятью»). Здесь число хранится в виде намагниченной ленты или системы электрических токов. Запоминающее устройство характеризуется способностью в любой момент посылать импульсы, означающие хранящееся в ней число. Если, например, мы хотим сложить два числа из хранящихся в памяти, оба эти числа посылаются в блок сложения. Когда оба сигнала одновременно поступают туда, блок сложения высылает серию сигналов, соответствующих сумме двух введенных чисел. Затем эта сумма может быть послана назад в другую часть запоминающего устройства и храниться там до момента, когда она потребуется для дальнейших вычислений. Вычитание также может быть осуществлено в блоках сложения. Блок умножения может перемножить любые из двух чисел, хранящихся в памяти машины.

Умножение двух десятичных чисел — утомительная операция, которую предпочитают избегать. Машина же может выдать ответ менее чем через одну сотую секунды. Она может считать гораздо быстрее, чем человеческий мозг, благодаря тому, что электрические импульсы в цепях машины перемещаются гораздо быстрее, чем сигналы, которые текут по запутанным тропам в клетках мозга, когда человек производит в голове какие-нибудь вычисления.

Таким образом, скорость вычисления машины гораздо превосходит человеческую. Но в способности-оценивать и судить о результатах вычислений человеческий мозг все-таки превосходит любую машину, изобретенную до сих пор. Если математик хочет произвести сложное вычисление и у него есть ассистент, который ему помогает, он может дать ассистенту следующие инструкции: сначала сделайте эти вычисления; если результат больше, чем определенное число, произведите другое вычисление, если же результат меньше этого числа, пересчитайте еще раз. Другими словами, ассистент вычисляет в соответствии с определенным планом, но этот план обязательно изменяется в процессе вычислений в зависимости от полученных результатов.

Доказано, что можно сконструировать вычислительные машины, которые могут управлять по крайней мере деталями своих собственных вычислений. Кроме блоков сложения, умножения и запоминающего устройства, этот тип машин имеет контрольный блок. Этот блок начинает различные вычисления и посылает импульсы, определяющие, когда число должно быть выслано из памяти и куда оно должно быть направлено — в блок сложения или умножения. Другими словами, контрольный блок обеспечивает выполнение вычислений в нужном порядке в соответствии с установленным планом. Но в процессе вычислений он может также изменить этот план в соответствии с заданной программой. Возьмем простой пример: попытаемся найти корень квадратный из 10, т. е. число, которое при умножении на само себя даст 10. Машина может быть проинструктирована или запрограммирована «нащупывать» правильное решение следующим образом: умножив какое-либо число само на себя, машина возьмет большее число, если результат меньше 10; но если же результат больше 10, машина выберет меньшее число. Машина начинает с доказательства самой себе, что 1X1, 2X2, 3X3 меньше 10, но 4X4 больше 10. Затем машина пытается умножить 3,1 на 3,1 и убеждается, что это слишком мало, но 3,2X3,2 — слишком много. Затем берутся числа 3,11, 3,12 и т. д. За секунду машина получает верный ответ — 3,162.

Более сложные проблемы, для решения которых машине нужно произвести миллионы вычислений, прежде чем будет достигнут конечный результат, могут занять часы и даже дни машинного времени. Машина оперирует числами, хранящимися в ее запоминающем устройстве, в соответствии с программой инструкций, находящейся в контрольном блоке. В некоторых типах машин весь процесс может протекать без единого движения внутри машины. Но хотя она безмолвна, она напряженно «думает» о задаче, посылая сигналы различным своим органам; но даже пути передвижения этих импульсов регулируются электрическими токами в транзисторах или электронных трубках, которые, в свою очередь, регулируются другими импульсами.

Современная вычислительная машина не может заменить математика, так как лишь математик может сформулировать задачу, а затем осмыслить результаты вычислений; но машина может заменить квалифицированного ассистента, более того, скорость ее работы такова, что она может заменить целый штат таких счетчиков. Математик инструктирует своего ассистента, общаясь с ним путем разговора, а машину — нажатием определенных кнопок. Так начинается процесс вычисления в человеческом мозгу или в машине. Нам известно до мельчайших подробностей о путях передвижения сигналов внутри машины; но наше понимание способов передвижения нервных импульсов по различным частям человеческого мозга все еще ограниченно. Чем больше создается вычислительных машин, тем лучше наше понимание решения математических задач с помощью электротехники; и так как математические операции, происходящие в мозгу, в некоторых отношениях сходны с математическими операциями, используемыми электротехникой, возможно, таким путем мы расширим наши знания о процессах человеческого мышления или по крайней мере о некоторых аспектах этого сложного процесса.

Умственные операции, могущие быть выполнены с использованием вычислительной машины, не ограничиваются лишь математикой. Напротив, любая умственная деятельность, происходящая в соответствии с определенным планом, может быть выполнена такой машиной, даже если план очень сложен. Например, оказалось возможным научить вычислительную машину играть в шахматы и шашки. Машине сообщаются ходы противника и определяется, какие ходы она может сделать по правилам игры. Затем она рассчитывает ответные ходы противника, а также свои последующие ответные ходы т. д., пока она не выбирает наиболее благоприятную, на ее взгляд, возможность, соответствующую определенным правилам. Затем она соответственно передвигает свои фигуры. Насколько умела машина в игре, зависит от степени ее сложности. Машина, которая смогла бы помериться силами с кем-либо из больших шахматных мастеров, была бы огромных размеров и стоила бы очень дорого; но и обычных размеров машина может быть запрограммирована на правильную игру и может даже победить новичка. В шашки счетные машины играют великолепно.

Можно, конечно, утверждать, что сходство между счетной машиной или автоматом, играющим в шахматы, и человеком, который вычисляет или играет в шахматы, не более чем внешняя аналогия. Мы еще недостаточно знаем о физиологии процесса мышления, чтобы разрешить этот спор с какой-либо долей определенности, но, как мы уже указывали, многое говорит за то, что это сходство не случайное. И нервная система, и машина пользуются электрическими импульсами, которые могут соединяться различными способами. В машине реле, вакуумные трубки или транзисторы выбирают между различными каналами. В нервной системе синапсы, точки соединения различных нервных волокон обладают той же функцией. Хотя основные цепи различны, конструкции показались бы сходными. Можно, конечно, возразить, что достижения машин — математические вычисления и, возможно, игра в шахматы — не могут сравниться с лучшими образцами абстрактной мысли человека. Но, с другой стороны, очевидно, что строение мозга несравненно сложнее любой существующей машины, так как такая машина имеет порядка 10000 транзисторов, осуществляющих различные комбинации, в то время как количество синапсов в мозгу, которые направляют нервные импульсы по его различным каналам, исчисляется миллиардами. На базе наших сегодняшних знаний о вычислительных машинах мы можем предположить, что если бы такая машина имела столько же спаривающих элементов, сколько их содержится в человеческом мозгу, она была бы способна на реакции столь же сложные, что и происходящие в нашем мозгу.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: