Все вопросы Мухин. Наука это особый рациональный способ познания мира, основанный на эмпирической проверке или математическом доказательстве
 Скачать 0.71 Mb.
|
Концепция открытой архитектурыДо появления ПК IВМ все модели микрокомпьютеров имели закрытую архитектуру. Это означало, что аппаратные средства компьютера оставались для конечного пользователя "вещью в себе": любая их модификация требовала достаточно высокой специальной квалификации в области электроники. Совершенствование микрокомпьютера оставалось уделом профессионалов-разработчиков, а пользователям приходилось довольствоваться тем, что они приобретали. Открытость архитектуры IBM PC повлияла на развитие персональных компьютеров: 1. Перспективность и популярность IBM PC сделала весьма привлекательным производство различных комплектующих и дополнительных устройств для IBM PC. Конкуренция между производителями привела к удешевлению комплектующих и устройств. 2. Очень скоро многие фирмы перестали довольствоваться ролью производителей комплектующих для IBM PC и начали сами собирать компьютеры, совместимые с IBM PC. Поскольку этим фирмам не требовалось нести огромные издержки фирмы IBM на исследования и поддержание структуры громадной фирмы, они смогли продавать свои компьютеры значительно дешевле аналогичных компьютеров фирмы IBM. 3. Пользователи получили возможность самостоятельно модернизировать свои компьютеры и оснащать их дополнительными устройствами сотен различных производителей. Все это привело к удешевлению IBM PC-совместимых компьютеров и стремительному улучшению их характеристик, а значит, к росту их популярности. Фирма 1ВМ произвела в этой области настоящий переворот. Открытая архитектура ПК допускает замену дополнительных устройств на новые при старении прежних. Это качество поддерживается строго соблюдаемым правилом, выработанным производителями аппаратных и программных средств: все новые устройства и программы должны быть совместимыми по принципу "сверху - вниз", то есть последующие версии должны обслуживать все ранее существовавшее. Преимущества подобного подхода очевидны: во-первых, нет необходимости в замене системы в целом, если возможно ее обновление "по частям", во-вторых, совершенствование ПК становится уделом самого пользователя, который вследствие своей близости к конкретному применению ПК лучше представляет себе, что требуется от системы, а в-третьих, процесс ремонта сводится к замене отдельного элемента, а не устройства в целом, что можно делать намного быстрее. 28. Развитие ЭВМ и программирования Первая страница в истории создания вычислительных машин связана с именем французского философа, писателя, математика и физика Блеза Паскаля. В 1641 г. он сконструировал механический вычислитель, который позволял складывать и вычитать числа. В 1673 г. выдающийся немецкий ученый Лейбниц построил первую счетную машину, способную механически выполнять все четыре действия арифметики. Ряд важнейших ее механизмов применяли вплоть до середины XX в. в некоторых типах машин. К типу машины Лейбница могут быть отнесены все машины, в частности и первые ЭВМ, производившие умножение как многократное сложение, а деление - как многократное вычитание. Главным достоинством всех этих машин являлись более высокие, чем у человека, скорость и точность вычислений. Их создание продемонстрировало принципиальную возможность механизации интеллектуальной деятельности человека. Появление ЭВМ или компьютеров – одна из существенных примет современной научно-технической революции. Широкое распространение компьютеров привело к тому, что все большее число людей стало знакомиться с основами вычислительной техники, а программирование постепенно превратилось в элемент культуры. Первые электронные компьютеры появились в первой половине XX века. Они могли делать значительно больше механических калькуляторов, которые лишь складывали, вычитали и умножали. Это были электронные машины, способные решать сложные задачи. В вычислительной технике существует своеобразная периодизация развития электронных вычислительных машин. ЭВМ относят к тому или иному поколению в зависимости от типа основных используемых в ней элементов или от технологии их изготовления. С каждым новым поколением увеличивалось быстродействие, уменьшались потребляемая мощность и масса ЭВМ, повышалась их надежность. При этом возрастали их "интеллектуальные" возможности - способность "понимать" человека и обеспечивать ему эффективные средства для обращения к ЭВМ. В настоящее время принято говорить о пяти поколениях ЭВМ: 1 – эл.вак.лампы, 50-е г. (ЭВМ на эл. лампах, быстродействие порядка 20000 операций в секунду, для каждой машины существует свой язык программирования. (“БЭСМ”, ”Стрела”)). Элементная база первых вычислительных машин – электронные лампы – определяла их большие габариты, значительное энергопотребление, низкую надежность и, как следствие, небольшие объемы производства и узкий круг пользователей, главным образом, из мира науки. В таких машинах практически не было средств совмещения операций выполняемой программы и распараллеливания работы различных устройств; команды выполнялись одна за другой, АЛУ простаивало в процессе обмена данными с внешними устройствами, набор которых был очень ограниченным. Очень трудоемким и малоэффективным был процесс общения человека с машиной первого поколения. Как правило, сам разработчик, написавший программу в машинных кодах, вводил ее в память ЭВМ с помощью перфокарт и затем вручную управлял ее выполнением. Электронный монстр на определенное время отдавался в безраздельное пользование программисту, и от уровня его мастерства, способности быстро находить и исправлять ошибки и умения ориентироваться за пультом ЭВМ во многом зависела эффективность решения вычислительной задачи. Ориентация на ручное управление определяла отсутствие каких бы то ни было возможностей буферизации программ. 2 – транзисторы, 60-е г. Разработка эффективной вычислительной техники перерастает из проблемы инженерно-технологической в проблему математическую, которую можно решить только совместными усилиями инженеров и математиков. 3 – интегральные схемы (ИС), 70-е г. Машины этого поколения характеризуются расширенным набором всевозможного оборудования для ввода - вывода и хранения информации. Появление ИС означало подлинную революцию в вычислительной технике. Ведь она одна способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в свою очередь уже заменил 40 электронных ламп. Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения самых различных задач. Большинство созданных до этого ЭВМ являлись специализированными машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного типа. 4 – большие ИС (БИС) и сверхбольшие ИС, 80-е г. Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компановки электронной аппаратуры, повышению ее надежности и быстродействия, снижению стоимости. Размеры машин и их стоимость настолько уменьшились, что появились мини ЭВМ и ПК – стационарные и переносные. Стал расширяться рынок сбыта – за счет вовлечения в него непрограммирующих пользователей. Это наложило отпечаток на архитектуру программного обеспечения – появилосьб стремление упростить общение с ЭВМ, сделать его более дружественным для пользователя. 5 – многопроцессорные системы с параллельной обработкой, 90-е г. Программа разработки 5-го поколения ЭВМ была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. Будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. Для них планировалось не писать программы, а давать задания на почти естественном языке. В настоящее время эта работа не завершена – трудности интеллектуализации ЭВМ оказались слишком большими, выяснилась недостаточная проработанность основных положений «искусственного интеллекта», органиченность наших знаний о природе и закономерностях мышления. Переходя к оценке и рассмотрению различных поколений, необходимо прежде всего заметить, что поскольку процесс создания компьютеров происходил и происходит непрерывно (в нём участвуют многие разработчики из многих стран, имеющие дело с решением различных проблем), затруднительно, а в некоторых случаях и бесполезно, пытается точно установить, когда то или иное поколение начиналось или заканчивалось. Повышение производительности компьютеров и перемены в составе используемого ПО делают роль языков описания сценариев в создании приложении будущего все более и более важной. Эти языки отличаются от языков программирования системного уровня тем, что их основное назначение – связывать различные компоненты и приложения друг с другом, выполняя роль своего рода клея. В них находят применение бестиповые подходы к описанию данных, что позволяет вывести программирование на более высокии уровень и ускорить процесс разработки по сравнению с языками системного уровня. За прошедшие 15 лет в методологии написания программ для компьютеров произошла радикальная перемена. Она состоит в том, что разработчики перешли от языков программирования системного уровня, таких как С и С++, к языкам описания сценариев, примерами которых могут служить Perl Tcl. Эти языки создавались для различных целей, что обусловило ряд фундаментальных различии между ним. Системные разрабатывались для построения структур данных и алгоритмов “ с нуля”, начиная от таких примитивных элементов, как слово памяти компьютера. В отличие от этого, языки описания сценариев создавались для связывания готовых программ. Их применение подразумевает наличие достаточного ассортимента мощных компонентов, которые требуется только объединить друг с другом. Языки системного уровня используют строгий контроль типов, что помогает разработчикам приложении справляться со сложными задачами; языки же описания сценариев не используют понятие типа, что упрощает установление связей между компонентами и ускоряет разработку прикладных систем. Ряд современных тенденции, включая появление более быстрых машин и более совершенных языков описания сценариев, повышение значимости графического интерфейса пользователя и компонентных архитектур, а также рост популярности Internet, чрезвычайно расширили сферу применимости языков описания сценариев. 29. Становление и развитие искусственного интеллекта. В наши дни, идущие под знаком ускорения научно-технического прогресса, автоматизация интеллектуальной деятельности становится насущной проблемой. Сейчас число лиц, занятых в сфере управления и обслуживания растет быстрее, чем число лиц, непосредственно занятых в производстве. Причем происходит это так быстро, что через некоторое время количество людей, занятых в непроизводственной сфере и, в частности, в науке будет близко к общей численности населения Земли. Стремительное увеличение потока перерабатываемой информации там, где раньше ее почти не было (торговля, банковское дело), также приведет к значительным изменениям в методах работы и потребует автоматизации, а возможно и интеллектуализации. Фактически сегодня можно выделить особый класс кибернетических систем – так называемые, интеллектуальные системы. Их основное отличие от традиционных кибернетических систем в том, что в современных компьютерах, наделенных самыми сложными программами, нужно видеть не машины, заменяющие человека, хотя для некоторых видов деятельности рутинного характера это справедливо, а в первую очередь исторически новые формы опосредствования умственного труда человека. В последнее время понятия «разум» и «интеллект» настолько вошли в повседневную практику, что сами стали объектами исследования, перейдя из категорий философских, в категории атрибутивные. Наиболее часто встречаемая методологическая ошибка состоит в том, что понятия «интеллект» и «разум» используются как эквивалентные. Интеллект – познание, понимание, рассудочная способность к абстрактно-аналитическому расчленению (Г. Гегегль), способность к образованию понятий (Кант) – такова философская трактовка этого понятия. В более общем случае – это способность успешно реагировать на любую, особенно новую ситуацию, путем надлежащей корректировки поведения, понимать взаимосвязь между фактами действительности для выработки действий, ведущих к достижению поставленных целей. Разум – философская категория, обозначающая творческую, познавательную деятельность человека, раскрывающая сущность действительности и создающая идею, выходящую за рамки сложившихся понятий. Это категория сугубо человеческая, обусловленная спецификой человеческой психики, скорее всего особенностью организации человеческого мозга. Разум опирается на сознание, на осмысление своего существования, на сопоставление с поведением других индивидуумов, поэтому разум – это категория и социальная. Пожалуй, именно здесь проходит граница возможного и невозможного в искусственных «разумных» системах, ибо никакой живой организм и тем более ни одну вычислительную машину невозможно заставить воспринимать сугубо человеческие проблемы в чисто человеческих категориях. Отличие знания от интеллекта: знание - полезная информация, накопленная индивидуумом, а интеллект - это его способность предсказывать состояние внешней среды в сочетании с умением преобразовывать каждое предсказание в подходящую реакцию, ведущую к заданной цели. «Искусственный интеллект» – это попытка заставить машину делать то, что потребовало бы приложения разума, если бы было сделано человеком. На сегодняшний день под термином «искусственный интеллект» принято понимать работы, ведущиеся в области дедуктивных методов решения задач, программного анализа и перевода текстов, восприятия естественной речи, робототехники и др. Реализация искусственного интеллекта будет тогда, когда автомат начнет решать задачи, непосильные для человека, причем сделает это не в результате высокого быстродействия, а в результате применения нового найденного метода. Три основные пути моделирования интеллекта и мышления : - классический, или (как его теперь называют) бионический; - эвристического программирования; - эволюционного моделирования. Рассмотрим их в этой последовательности. БИОНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. Непосредственное моделирование человеческого мозга (т.е. моделирование каждой нервной клетки и связей между ними) с целью создания автоматов, обладающих интеллектом, чрезвычайно сложно. В настоящее время не известен и принцип работы мозговых элементов нейронов, многочисленные связи которых имеют внешне хаотический характер. Некоторых успехов удалось добиться лишь в приборах, работающих в "двумерном варианте", т.е. обрабатывающих не последовательную, а параллельную информацию, например в системах распознаваниях образов. Таким образом происходит единовременный охват изучаемого объекта, а не последовательное изучение его частей. ЭВРИСТИЧЕСКОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ решает творческие задачи. Метод заключается в радикальном уменьшении вариантов, необходимых при использовании метода проб и ошибок. Обычно используют два метода : метод анализа целей и средств и метод планирования. Первый заключается в выборе и осуществлении таких операций, которые последовательно уменьшают разницу между исходным и конечным состоянием задачи. Во втором методе вырабатывается упрощенная формулировка исходной задачи, которая также решается методом анализа целей и средств. Один из полученных вариантов дает решение исходной задачи. ЭВОЛЮЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. Идея эволюционного моделирования сводится к экспериментальной попытке заменить процесс моделирования человеческого интеллекта моделированием процесса его эволюции. Этот метод открывает путь к автоматизации интеллекта и освобождению от рутинной работы. Это высвобождает время для проблемы выбора целей и выявления параметров среды, которые заслуживают исследования. Такой принцип может быть применен для использования в диагностике, управлении неизвестными объектами, в игровых ситуациях. Итак, существуют три пути моделирования интеллекта: бионический, эвристический и эволюционный. В зависимости от использованных средств можно выделить три фазы в исследованиях. Первая фаза - создания устройств, выполняющих большое число логических операций с высоким быстродействием. Вторая фаза включает разработку проблемно-ориентированных языков для использованного на оборудовании, созданном в первой фазе. Третья фаза наиболее выражена в эволюционном моделировании. В ходе развития этой фазы отпадает необходимость в точной формулировке постановки задачи, т.е. задачу можно сформулировать в терминах цели и допустимых затрат, а метод решения будет найден самостоятельно по этим двум параметрам. Уже сейчас существуют машины и программы, способные в процессе работы самообучаться, т.е. повышать эффективность приспособления к внешним факторам. В будущем, возможно, появятся машины, обладающие таким уровнем приспособляемости и надежности, что необходимость человеку вмешиваться в процесс отпадет. В этом случае возможна потеря самим человеком своих качеств, ответственных за поиск решений. Налицо возможная деградация способностей человека к реакции на изменение внешних условий и, возможно, неспособность принятия управления на себя в случае аварийной ситуации. Встает вопрос о целесообразности введения некоторого предельного уровня в автоматизации процессов, связанных с тяжелыми аварийными ситуациями. В этом случае у человека, "надзирающим" за управляющей машиной, всегда хватит умения и реакции таким образом воздействовать на ситуацию, чтобы погасить разгорающуюся аварийную ситуацию. Таковые ситуации возможны на транспорте, в ядерной энергетике. Особо стоит отметить такую опасность в ракетных войсках стратегического назначения, где последствия ошибки могут иметь фатальный характер. 30. Формирование и развитие индустрии средств переработки информации. Большинство ученых в наши дни отказываются от попыток дать строгое определение информации и считают, что информацию следует рассматривать как первичное, неопределимое понятие подобно множества в математике. Некоторые авторы учебников предлагают следующие определения информации: Информация – это знания или сведения о ком-либо или о чем-либо. Информация – это сведения, которые можно собирать, хранить, передавать, обрабатывать, использовать. Информация - от латинского information - сведения, разъяснения, изложение. В быту под информацией понимают сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах. В теории информации под информацией понимают не любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения неопределенность. По определению К.Шеннона, информация - это снятая неопределенность. Информация - это отражение внешнего мира с помощью знаков или сигналов. Информационная ценность сообщения заключается в новых сведениях, которые в нем содержатся ( в уменьшении незнания). Свойства информации 1)полнота, 2)достоверность, 3)ценность, 4)актуальность, 5)ясность. Информация всегда связана с материальным носителем. Носителем информации может быть: любой материальный предмет (бумага, камень и т.д.); волны различной природы: акустическая (звук), электромагнитная (свет, радиоволна) и т.д.; вещество в различном состоянии: концентрация молекул в жидком растворе, температура и т.д. Машинные носители информации: перфоленты, перфокарты, магнитные ленты, и т.д. Информатика как наука и круг человеческой деятельности возникла в середине пятидесятых годов. К этому моменту развитие науки и технологии привело к появлению ряда технических новинок, сделавших возможной обработку информации, работу с ней как с объектом. К ним относятся и успешные разработки средств передачи звука и изображения на расстоянии (радио- и телевещание, т.е. средства передачи акустической и визуальной информации), разработки средств хранения информации (в первую очередь, магнитозаписи) и, естественно, первые электронные цифровые вычислительные машины, оказавшиеся универсальным средством обработки информации. Теоретическими основами информатики явились принцип цифровой обработки сигналов и принцип программного управления. При создании первых компьютеров их возможности по обработке произвольных видов информации не осознавались, они разра батывались как устройства для проведения вычислений, в первую очередь математических и инженерных расчетов. Именно отсюда идут и русский термин "электронная вычислительная машина" (уточнение "цифровая", предназначенное для отличия от аналоговых вычислительных машин, со временем отмерло), и английский "компьютер" (т.е., буквально, "вычислитель"). Точно так же и при проведении первых экспериментов по магнитной записи звука не предполагалось, что разработанные магнитные покрытия и носители (сначала ленты, а затем и диски) станут со временем использоваться для хранения не только звука, но и изображений, и программ, и других произвольных видов информации. Первые разработки компьютеров появились в конце соро ковых - начале пятидесятых годов практически одновре менно в США, Велико британии и СССР (разница во времени составила 2-3 года, первые авторские свидетельства на проекты ЭВМ появи лись в СССР в 1948 году). И использованы на практике первые компьютеры были тоже почти одновременно и для решения одних и тех же задач. Холодная война и начинавшееся противостояние Востока и Запада вызвали в пятидесятые годы бурное развитие военной техники, а создание новых образцов вооружений требовало все больших объемов вычислений. И первые ЭВМ (а точнее, ЭВМ первого поколения) были использованы для решения именно этих задач. Баллистика и ядерная физика... В США уже в пятидесятые годы компьютеры начали использовать и для решения экономических задач, уже в середине пятидесятых были начаты работы по автоматизации программирования и созданию языков программирования высокого уровня - программирование в машинных кодах оказалось слишком медленным и дорогостоящим. Первые шаги космонавтики потре бовали увеличения объемов программирования и вызвали услож нение вычислительных задач - работы по автоматизации про граммирования начались и у нас. Практические требования вычислительной техники привели к осознанию необходимости появления математической теории программирования - и в СССР, и в США начали активно развиваться работы в области теории алгоритмов. |