Путеводитель по сайту

Как создавался компьютер? Теоретические предпосылки

English version Распечатать

***

***

 

 

Как создавался компьютер? Теоретические предпосылки

***

Создали учёные суперкомпьютер, ну и задают ему вопрос:

– Есть ли Бог?

Комп подумал немного, пожужжал и отвечает:

– Недостаточно информации, подсоедините меня ко всем другим мощнейшим компам планеты.

Ученые повздыхали, а делать нечего, подсоединили. Опять спрашивают:

– Есть ли Бог?

Комп опять подумал, пожужжал и отвечает:

– Недостаточно информации. Подсоедините меня ко всем компам планеты вообще.

Ученым трудно было это сделать, но они всё-таки подсоединили суперкомп ко всем компам планеты.

Опять задают тот же вопрос.

Комп пожужжал и говорит:

– Недостаточно информации. Подсоедините меня ко всем электронным сетям, ко всем приборам на процессорах, и т.п.

Ну, учёные, как говорится, разбились в лепёшку, но и это сделали.

Опять спрашивают:

– Есть ли Бог?

Комп:

– Теперь есть!!!

(Компьютерные байки)

 

 

***

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 основными 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 – американский 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 её 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).

 

• С подачи Шеннона в компьютерах используется двоичная система счисления, которая основана на двух цифрах, «0» и «1». Информация любого типа может быть закодирована с использованием этих двух цифр и помещена в оперативную или постоянную память компьютера. Использование двоичной системы счисления (впервые принцип двоичного счисления был сформулирован в XVII в. немецким математиком Готфридом Лейбницем) позволяет сделать устройство компьютера максимально простым.

 

• 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 российский 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 определённой 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 устройство для хранения программ и данных;

• внешние устройства для ввода-вывода информации.

 

5. Принципиальная возможность создания надёжного компьютера из ненадёжных компонентов

Фон Нейман в своей работе «Вероятностная логика и синтез надёжных организмов из ненадёжных компонентов» показал, что с помощью ненадёжно функционирующих элементов, тем не менее, можно построить систему, которая будет надёжной.

Шеннон развил эту тему: в статье «Надёжные схемы из ненадёжных реле» он не только разработал более эффективную систему (достаточное число требуемых элементов для соблюдения надёжности всей схемы), но и открыл перспективное направление исследований оценки сложности подобных схем.

Дальнейшее развитие эта тема получила в трудах по математической логике и математическим вопросам кибернетики российского математика О.Б. Лупанова (р. 1932).

 

Валерий Сидоров

 

 

***

• Как создавался компьютер:

   ·…Теоретические предпосылки

   ·…Практическое воплощение

   ·…Победная поступь ПК

Раскрывая тайны Windows…

Дело о…

Статьи о ПК и PC

Вирусы vs. антивирусы

Apple = iСтив + iPod + iPhone + iPad + iTunes + iMac + …

Apps for iPad, iPhone, iPod touch…

 

 

 

 

 

Путеводитель по сайту

18+

© Сидоров В.В. 2016. All rights reserved.

Авторство всех материалов сайта http://netler.ru принадлежит Валерию Сидорову и охраняется Законом о защите авторских прав. Использование материалов сайта в offline-изданиях без согласования с автором категорически запрещается. В online-изданиях разрешается использовать материалы сайта при условии сохранения имени и фамилии автора и активной гиперссылки на сайт http://netler.ru.