Как создавался компьютер? Теоретические предпосылки |
 Желание автоматизировать сложные рутинные вычисления явилось «госзаказом» на создание электронно-вычислительной машины. Но практическому воплощению мечты человека по созданию «искусственного разума» предшествовала кропотливая теоретическая подготовка. Одним из важных «попутных» открытий было то, что ЭВМ – хотя и названа электронно-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ машиной (кстати, слово компьютер происходит от англ. compute – считать, подсчитывать; вычислять) – может не только вычислять, но и всячески обрабатывать» всевозможную информацию. Поэтому возможности компьютера намного превосходят возможности арифмометров и «куркуляторов»: фактически возможности компьютера ограничены нашим воображением (а возможности нашего воображения безграничны!). Работа над теоретическим обоснованием компьютера шла двумя параллельными потоками: обоснование аппаратной части и обоснование программной части. Но поскольку компьютер работает с информацией, для начала нужно было разобраться, что это такое – Информация? Один из создателей математической теории информации – амер. инженер и математик Шеннон Клод Элвуд (Claude Shannon; 1916–2001) – в 1948 г. опубликовал работу «Математическая теория связи», в которой представил свою унифицированную теорию передачи и обработки информации. По Шеннону, информация включает все виды сообщений, в том числе те, которые передаются по нервным волокнам в живых организмах. Шеннон предложил измерять информацию в математическом смысле, сводя ее к выбору между двумя значениями, или двоичными разрядами, — «да» или «нет» (1 или 0, истина или ложь, есть сигнал или нет сигнала, замкнута цепь или разомкнута). Параллельно с Шенноном американский математик и философ Норберт Винер (Norbert Wiener; 1894-1964) работает над созданием кибернетики и теории искусственного интеллекта. Кибернетика – это наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе. Кибернетика разрабатывает общие принципы создания систем управления и систем для автоматизации умственного труда. Основные технические средства для решения задач кибернетики – ЭВМ. Поэтому возникновение кибернетики, как самостоятельной науки, связано с созданием в 40-х гг. XX в. ЭВМ, а развитие кибернетики в теоретических и практических аспектах – с прогрессом электронной вычислительной техники. В 1948 г. выходит книга Винера «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине». Одним из первых отечественных ученых, оценивших значение кибернетики, был рос. математик А. А. Ляпунов (1911–1973). Под его руководством начались первые в нашей стране работы по кибернетике. В конце 1950-х гг. Ляпунов сформулировал основные направления развития кибернетики, на основе которых в последующие десятилетия получили развитие общие и математические основы кибернетики, вычислительные машины, программирование и другие направления науки, разработал математическую теорию управляющих систем. Ляпунов создал первые учебные курсы программирования и разработал операторный метод программирования. Заложил основы машинного перевода и математической лингвистики, биологической кибернетики и математических методов в биологии. В работах Шеннона и Винера давались общие толкования термина «информация». Количественные характеристики информации – энтропия и количество информации – стали математическими понятиями в работах российского математика А. Я. Хинчина (1894-1959). В середине 50-х гг. XX в. общее определение количества информации в вероятностном смысле было дано в работах российского математика Колмогорова А. Н. (1903–1987). *** При создании первых вычислительных машин, в 1945 г., американский математик и физик Джон фон Нейман (John von Neumann; 1903–1957) сформулировал требования, которые должны выполняться, чтобы компьютер стал универсальным и удобным устройством для обработки информации. Эти требования назвали «принципами фон-Неймана». 1. Принцип программного управления Этот принцип обеспечивает автоматизацию процессов вычислений на ЭВМ. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически в определенной последовательности. 2. Принцип однородности памяти Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений. Компьютеру «безразлично», что хранится в данной ячейке памяти – команда программы или данные пользователя. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это очень удобно, иначе надо было бы хранить программы отдельно от пользовательских данных. 3. Принцип адресности памяти Структурно память компьютера состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка памяти. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен. 4. Принципиальное устройство компьютера Компьютер должен иметь следующие устройства: арифметическо-логическое устройство, которое выполняет арифметические и логические операции; устройство управления, которое организует процесс выполнения программ; запоминающее утройство для хранения программ и данных; внешние устройства для ввода-вывода информации.
|
