Машины Фон-Неймановского типа

микропроцессор вычислительный электронный бэббидж В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым венгерского происхождения ДЖОНОМ фон НЕЙМАНОМ.

Прежде всего, компьютер должен иметь следующие устройства:

• · Арифметическо-логическое устройство, выполняющие арифметические и логические операции;
• · Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
• · Запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
• · Внешние устройства для ввода-вывода информации.

В основе работы компьютера лежат следующие принципы:

• · Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.
• · Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
• · Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
• · Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Машины, построенные на этих принципах, называются Фон-Неймановскими.

Компьютеры появились очень давно в нашем миpе, но только в последнее время их начали так усиленно использовать во многих отpаслях человеческой жизни. Ещё десять лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер — они были, но были очень дорогие, и даже не каждая фирма могла иметь у себя в офисе компьютер. А теперь? Теперь в каждом третьем доме есть компьютер, который уже глубоко вошёл в жизнь самих обитателей дома.

Сама идея создания искусственного интеллекта появилась давным давно, но только в 20 столетии её начали приводить в исполнение. Сначала появились огромные компьютеры, которые были подчастую размером с огромный дом. Использование таких махин, как вы сами понимаете, было не очень удобно. Но что поделаешь? Но мир не стоял на одном месте эволюционного развития — менялись люди, менялась их Среда обитания, и вместе с ней менялись и сами технологии, всё больше совершенствуясь. И компьютеры становились всё меньше и меньше по своим размерам, пока не достигли сегодняшних размеров.

Но человеку ведь тоже надо как-нибудь общаться с машиной — ведь кому нужна неуправляемая машина? Сначала люди вели своё общение с компьютерам посредством перфокарт. Перфокарты — это небольшие карточки, на которые нанесены ряды цифр. У компьютера имелся «дисковод», в который вставлялись сами карты и он при помощи маленьких иголочек ставил дырочки на цифрах. Такое общение мало кому доставляло удовольствие — ведь не очень удобно таскать с собой кучи перфокарт, которые после одного использования приходилось выбрасывать.

Но, как и другие технологии, процесс общения человека с искусственным интеллектом претерпел кое-какие изменения. Теперь человек проводит свою беседу с компьютером при помощи клавиатуры и мышки. Это довольно удобно и иногда даже доставляет удовольствие человеку.

Современные вычислительные машины представляют одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются. Этому в значительной степени способствует распространение персональных ЭВМ, и особенно микроЭВМ.

За время, прошедшее с 50-х годов, цифровая ЭВМ превратилась из «волшебного», но при этом дорогого, уникального и перегретого нагромождения электронных ламп, проводов и магнитных сердечников в небольшую по размерам машину — персональный компьютер — состоящий из миллионов крошечных полупроводниковых приборов, которые упакованы в небольшие пластмассовые коробочки.

В результате этого превращения компьютеры стали применяться повсюду. Они управляют работой кассовых аппаратов, следят за работой автомобильных систем зажигания, ведут учёт семейного бюджета, или просто используются в качестве развлекательного комплекса… Но это только малая часть возможностей современных компьютеров. Более того, бурный прогресс полупроводниковой микроэлектроники, представляющей собой базу вычислительной техники, свидетельствует о том, что сегодняшний уровень, как самих компьютеров, так и областей их применения является лишь слабым подобием того, что наступит в будущем.

Компьютеры начинают затрагивать жизнь каждого человека. Если вы заболеете, и если вас направят в больницу, то попав туда, в окажетесь в мире, где от компьютеров зависят жизни людей (в части современных больниц вы даже встретите компьютеров больше, чем самих пациентов, и это соотношение будет со временем расти, перевешивая число больных). Постепенно изучение компьютерной техники пытаются вводить в программы школьного обучения как обязательный предмет, чтобы ребёнок смог уже с довольно раннего возраста знать строение и возможности компьютеров. А в самих школах (в основном на западе и в Америке) уже многие годы компьютеры применялись для ведения учебной документации, а теперь они используются при изучении многих учебных дисциплин, не имеющих прямого отношения к вычислительной технике. Даже в начальной школе компьютеры внедряются для изучения курсов элементарной математики и физики. Сами микропроцессоры получили не менее широкое распространение чем компьютеры — они встраиваются в кухонные плиты для приготовления пищи, посудомоечные машины и даже в часы.

Очень широкое распространение получили игры, построенные на основе микропроцессоров. Сегодня игровая индустрия занимает очень большую часть рынка, постепенно вытесняя с него другие развлечения детей. Но для детского организма очень вредно сидеть часами за монитором и отчаянно нажимать на клавиши, так как у ребёнка может развиться своеобразная болезнь — когда у него только одно на уме — компьютер, и больше ничего. Дети с такой болезнью обычно становятся агрессивными, если их начинают ограничивать в доступе к играм. У таких детей сразу пропадает какое-либо желание делать что-то, что не относится к компьютеру и что им не интересно — так они начинают забрасывать свою учёбу, что ведёт к не очень хорошим последствиям.

Уже сейчас компьютеры могут чётко произносить различные фразы, словосочетания, проигрывать музыку и т. д. Человек теперь может сам записать какие-нибудь слова, предложения и даже музыкальные композиции на своём компьютере для того, чтобы потом компьютер мог их воспроизводить в любое назначенное время.

Компьютеры способны также воспринимать устную речь в качестве сигналов, однако им приходится выполнять большую работу по расшифровке услышанного, если форма общения жестко не установлена. Ведь одну и ту же команду один и тот же человек может произнести несколькими способами, и всё время эта команда будет звучать по-разному; а в целом мире — миллиарды людей, и каждый произносит одну и ту же команду несколькими различными способами. Поэтому в данное время довольно сложно создать компьютер, который будет управляться при помощи голоса человека. Многие фирмы пытаются решить эти проблемы. Некоторые фирмы делают небольшие шажки на пути к данной цели, но всё равно эти шажки пока ещё почти незаметные.

Но проблема распознавания речи является частью более широкой проблемы, называемой распознаванием образов. Если компьютеры смогут хорошо распознавать образы, они будут способны анализировать рентгенограммы и отпечатки пальцев, а также выполнять многие другие полезные функции (сортировкой писем они занимаются уже сейчас). Следует заметить, что человеческий мозг прекрасно справляется с распознаванием образов даже при наличии различных шумов и искажений, и исследования в этой области, направленные на приближение соответствующих возможностей компьютера к способностям человека, представляются весьма перспективными. Если компьютеры смогут достаточно качественно распознавать речь и отвечать на неё в словесной форме, то, по-видимому, станет возможным вводить в них в этой форме программы и данные. Это позволит в буквальном смысле слова говорить компьютеру, что он должен делать, и выслушивать его мнение по этому поводу при условии, конечно, что выдаваемые ей указания чёткие, не содержат противоречий и.т.д.

Устное общение с компьютерами позволит упростить его программирование, однако остаётся нерешённая проблема, на каком именно языке следует с ним общаться. Многие предлагают для этих целей английский язык, но он не обладает точностью и однозначностью, необходимыми с точки зрения компьютера и исполняемых в нём программ. В этой области уже многое сделано, но ещё много предстоит сделать.

Мы часто жалуемся, что другие люди не понимают нас; но пока и сами персональные компьютеры не способны до конца понять нас, или понять, что мы хотим сказать с полуслова. И в течение какого-то периода времени нам придётся довольствоваться такими машинами, которые просто следуют нашим указаниям, исполняя их «с точностью до миллиметра».

Для общения с компьютерами, ещё во времена перфокарт, тогдашние программисты использовали язык программирования, очень похожий на современный Ассемблер. Это такой язык, где все команды, поступающие к компьютеру пишутся подробно при помощи специальных слов и значков{?}.

В наше время усиленно используются языки программирования более высокого уровня, работать с которыми намного легче чем с Ассемблером, так как в них одно слово может заменять сразу несколько команд. И притом большинство языков программирования высокого уровня в названиях команд, используемых при общении с компьютером, используют эквиваленты, названные на английском языке, что, естественно, облегчает программирование. Но в них есть один минус по сравнению с языками, подобными Ассемблеру — в Ассемблере все команды, поступаемые из программы чётко распределяются в памяти компьютера, занимая свободные места, тем самым значительно выигрывая в скорости; а языки высокого уровня не умеют этого, соответственно теряя в скорости исполнения программы. А в нашем сегодняшнем мире всем известно, что: «Время — деньги».

Робототехника также представляет собой перспективную область применения компьютеров. На промышленных предприятиях используется сейчас множество робототехнических устройств; неожиданные и удивительные виды роботов начинают заполнять и научно-исследовательские лаборатории. Существуют множество хирургических и точных производственных операций, которые могут и будут выполняться роботами, управляемыми компьютерами (так как во многих случаях роботы справляются с этими действиями лучше чем люди). Возможность и целесообразность применения роботов в качестве слуг, официантов, билетных кассиров и в других ролях уже нашли своё отражение в продукции кино и телевидения, в книгах. Но, к сожалению, пока — это всё мечты, которые люди постепенно пытаются воплотить в реальность.

Но ведь не всеми качествами компьютер уступает своему создателю — человеку. Ведь он способен теперь решать задачи повышенной сложности в любых количествах за очень быстрый промежуток времени и притом без ошибок в вычислениях. Раньше, при компьютерах первых поколений, конечно, все тяжёлые вычисления легче было производить вручную, избегая привлечения ЭВМ в процесс решения. Это приносило много ошибок, но зато было менее хлопотно и главное — намного быстрее. С появлением компьютеров, начиная примерно, с 4-ого поколения проблема скорости расчётов отпала сама собой, и человек уступил свою пальму первенства своему «детищу» — компьютерам. Но самый большой плюс, которым обладали компьютеры, ещё со времён ЭВМ — память компьютера. С самого начала память ЭВМ, благодаря мастерству разработчиков запоминающих устройств, начала вести конкуренцию с памятью человека, медленно, но уверенно превышая объём человеческой. На первых порах она была немного меньше чем объём памяти человека, но вскоре превысила эту планку, и теперь нам уже тяжело сравнить эти два параметра, так как машина ушла от человека далеко вперёд.

Хотя, пока компьютер уступает человеку с точки зрения творческой деятельности, потому что машина не наделена пока такими качествами, которые смогли бы ей помочь создать что-нибудь новое, что не введено в её память самим человеком.

Большинство людей, по-видимому, считают, что термины «вычислительная машина» и «вычислительная техника» синонимами и связывают их с физическим оборудованием, как, например, микропроцессором, дисплеем, дисками, принтерами и другими устройствами, привлекающими внимание людей, когда человек видит компьютер. Хотя эти устройства и важны, всё-таки они составляют только «верхушку айсберга». На начальном этапе использования современного компьютера мы имеем дело не с самим компьютером, а с совокупностью правил, называемых языками программирования, на которых указываются действия, которые должен выполнять компьютер. Важное значение языка программирования подчёркивается тем фактом, что сама вычислительная машина может рассматриваться как аппаратный интерпретатор какого-нибудь конкретного языка, который называется машинным языком. Для обеспечения эффективной работы машины разработаны машинные языки, использование которых представляет известные трудности для человека. Большинство пользователей не чувствуют этих неудобств благодаря наличию одного или нескольких языков, созданных для улучшения связи человека с машиной. Гибкость вычислительной машины проявляется в том, что она может исполнять программы-трансляторы (в общем случае они называются компиляторами или интерпретаторами) для преобразования программ с языков, ориентированных на пользователей, в программы на машинном языке. (В свою очередь даже сами программы, игры, системные оболочки являются ни чем иным, как довольно простая программа-транслятор, которая по мере работы, или игры обращается при помощи своих команд к «компьютерным внутренностям и наружностям», транслируя свои команды в машинные языки. И всё это происходит в реальном времени.).