Читаем Беседы об информатике онлайн бесплатно

В 1970 году на русском языке под нашей редакцией вышел перевод книги «Справочник по системотехнике». Вскоре вслед за этим издатель книги, профессор Массачусетского технологического института, президент фирмы «Макол системз» Р. Макол прибыл в Советский Союз. Работа над книгой дала нам право познакомиться с Р. Маколом и пригласить его сделать доклад о современных проблемах кибернетики в Московском институте инженеров железнодорожного транспорта.

Доклад привлек большое внимание и возбудил множество вопросов. Один из вопросов звучал так:

— Теория автоматического управления, которой вы пользуетесь в ваших работах, чрезвычайно сложна и недоступна простым инженерам. В то же время мы знаем множество простых и хорошо работающих управляющих систем. Так нужна ли столь сложная теория?

Ответ не заставил себя ждать.

— Представьте себе, — сказал Макол, — что вы пилотируете самолет в облаках, в условиях, как говорят, нулевой видимости и что в некоторый момент у вас отказали все приборы. Сможете вы в таких условиях избежать аварии и посадить самолет?

Если летчик очень опытный, то посадить самолет он, наверное, все-таки сможет. Весь вопрос в том, чем он будет при этом руководствоваться. Как известно, равномерное прямолинейное движение неотличимо от состояния покоя. Поэтому ускорения, а точнее, те усилия, которые воспринимает пилот в ответ на ускорения, — это единственное, что может что-то говорить ему об изменениях положения самолета.

На основании подобных сигналов пилот может составить себе представление об истинной траектории самолета и, должным образом корректируя ее, вывести самолет на посадку. Но пилот сидит в пилотском кресле, поэтому и воспринимать ускорения он способен собственным телом. Поэтому такой способ управления самолетом называют управлением… вслепую.

Надеемся, что подобный ответ убедит и вас, дорогие читатели, в важности разработки эффективных научно обоснованных методов управления. Созданием таких методов занимается наука кибернетика, а ее общепризнанным творцом является американский ученый Н. Винер (1894–1964).

Летом 1960 года в Москве состоялся I Международный конгресс Международной федерации по автоматическому управлению (ИФАК). На конгрессе собралось около тысячи ученых из разных стран мира. Приехал и Н. Винер, который тогда находился в зените своей славы, правда все же носившей несколько скандальный оттенок. Почти все время, свободное от запланированных мероприятий, этот полный, среднего роста человек с небольшой седой бородкой проводил в холле гостиницы «Украина», где он чаще всего стоял, опершись животом на одну из мраморных полуколонн. Официально считалось, что профессор изучает нравы. С ним можно было заговорить, что один из авторов, будучи ранее представленным Н. Винеру как официальный сотрудник конгресса, не замедлил сделать. Винер охотно и живо вступал в беседу.

Если беседа касалась более или менее серьезных вещей, то следовало подняться наверх, в номер, где пребывала его супруга, которая брала руководство беседой в свои руки. Так случилось, в частности, с интервью для «Литературной газеты», которое взяли у Н. Винера два совсем молоденьких переводчика конгресса, — один из них стал впоследствии известным журналистом.

Да, с Н. Винером можно было поговорить. К сожалению, разговоры о кибернетике вообще уже в достаточной мере приелись ученому. Творец кибернетики тогда увлекался альфа-ритмами головного мозга, о которых он рассказал в своем официальном докладе на конгрессе и к которым обычно переходил в частных беседах. По-видимому, ему хотелось показать, что наличие альфа-ритма и других периодических процессов в мозгу, регистрируемых энцефалограммой, доказывает, что мозг, подобно ЭВМ, работает по отдельным тактам — отсюда аналогия между мозгом и ЭВМ. Составить впечатление о кибернетике, взбудоражившей тогда общественное мнение, из нашей беседы с Н. Винером не удалось.

По этой причине вернемся на десять с лишним лет назад и обратимся к его книге, в которой он формулирует основные символы своей веры. Книга составлена своеобразно. Все, что можно сказать о кибернетике как таковой, то есть о принципиально новом, по мнению ее создателя, научном направлении, говорится во введении. В остальных главах за малыми исключениями приводятся лишь дополнительные аргументы, долженствующие подтвердить то основное, что сказано в самом начале. Итак, книга Н. Винера «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине». Оригинал датирован 1948 годом.

Предоставим слово вначале самому Н. Винеру.

«Эта книга представляет итог более чем десятилетних исследований, предпринятых совместно с д-ром Артуро Розенблютом, работавшим тогда в Гарвардской медицинской школе, а ныне перешедшим в Национальный институт кардиологии в Мексике. В то время (то есть в 1930-х годах. — А. и Т. Ш.) Розенблют, коллега и сотрудник покойного д-ра Уолтера Б. Кеннона, ежемесячно устраивал дискуссии о научном методе. В этих дискуссиях участвовали главным образом молодые ученые Гарвардской медицинской школы. Мы собирались на обед за круглым столом в Вандербилт-Холле. Беседа была живой и непринужденной. Здесь было неподходящее место для игры в амбицию, да это и не поощрялось. После обеда кто-нибудь из нашей группы или из гостей делал доклад на какую-либо научную тему, причем обычно в этих докладах вопросы методологии ставились на первое или хотя бы на почетное место. На докладчика обрушивалась резкая критика, благожелательная, но беспощадная. Она была великолепным лекарством от незрелых мыслей, недостаточной самокритичности, излишней самоуверенности и напыщенности. Кто не мог выдержать испытание, не возвращался в нашу среду; но многие из нас, бывших завсегдатаев этих встреч, чувствуют, что эти встречи были постоянным существенным вкладом в наше научное развитие.

На этих собраниях присутствовали не только врачи и ученые-медики. К постоянным и активным участникам наших споров принадлежал д-р Мануэль Сандоваль Вальярта, профессор физики Массачусетского технологического института, один из самых первых моих студентов в те годы, когда я пришел в Массачусетский технологический институт после первой мировой войны. Как и д-р Розенблют, д-р Вальярта был мексиканец. Он имел обыкновение приводить на эти встречи своих коллег по институту. На одну из встреч он привел и меня, так я встретился впервые с д-ром Розенблютом. Я давно интересовался методологией науки и в 1911–1913 годах принимал участие в семинаре по этим вопросам, который вел Джосайя Ройс в Гарвардском университете. Чувствовалось, что на подобных собраниях необходимо присутствие человека, способного критически рассматривать математические вопросы. Поэтому я был активным членом группы до того момента, пока д-р Розенблют не был вызван в Мексику в 1944 году и пока общий беспорядок, связанный с войной, не положил конец этим собраниям».

Мы нарочно привели столь длинную цитату, чтобы показать, что именно дискуссии вокруг вопросов методологии науки привели к появлению нового научного направления. Важен также состав участников: физиологи, физики и один математик.

Читаем дальше.

«…Летом 1940 года я стал уделять много внимания разработке вычислительных машин для решения дифференциальных уравнений в частных производных… В результате были сформулированы следующие требования.

1) Центральные суммирующие и множительные устройства должны быть цифровыми, как в обычном арифмометре, а не основываться на измерении, как в дифференциальном анализаторе Буша.

2) Эти устройства, являющиеся, по существу, переключателями, должны состоять из электронных ламп, а не из зубчатых передач или электромеханических реле. Это необходимо, чтобы обеспечить достаточное быстродействие.

3) В соответствии с принципами, принятыми для ряда существующих машин Белловских телефонных лабораторий, должна использоваться более экономичная двоичная, а не десятичная система счисления.

4) Последовательность действий должна планироваться самой машиной так, чтобы человек не вмешивался в процессе решения задачи с момента введения исходных данных до съема окончательных результатов. Все логические операции, необходимые для этого, должна выполнять сама машина.

5) Машина должна содержать устройство для запасания данных. Это устройство должно быстро их записывать, надежно хранить до стирания, быстро считывать, быстро стирать их и немедленно подготавливаться к запасению нового материала.

Эти рекомендации, вместе с предложениями по их реализации, были направлены д-ру Ванневару Бушу для возможного применения их в случае войны».

Имя профессора В. Буша хорошо известно. Близкий к президенту Рузвельту, он стал, в частности, одним из инициаторов Манхеттенского проекта, в конечном итоге приведшего к созданию атомной бомбы. Что касается пяти принципов Н. Винера, то еще в 1812 году декан кафедры математики Кембриджского университета Ч. Бэббидж для составления логарифмических таблиц решил использовать механические счетчики. Числа в машину у него должны были вводиться с помощью перфокарт. Если перфокарты управляют работой ткацкого станка, автоматически сплетающего сложные узоры, то почему бы с помощью тех же перфокарт не управлять работой счетной машины?

Аналитическая машина, по замыслу Ч. Бэббиджа должна была уметь, во-первых, выполнять простые арифметические действия, во-вторых, запоминать начальные и промежуточные данные, а также результаты вычислений, в-третьих, запоминать группу инструкций или команд, по которым идет решение задачи, в-четвертых, выдавать результаты вычислений, в-пятых, выполнив задание, автоматически прекращать вычисления и, наконец, в-шестых, если что-то выполнить не удалось, повторить цикл вычислений.

С помощью аналитической машины Ч. Бэббидж надеялся уточнить старые и составить новые математические и морские таблицы, выверить таблицы логарифмов, проверить данные астрономических наблюдений, вычислить среднюю продолжительность жизни человека в Англии. Дочь поэта Байрона, леди Лавлейс, от природы наделенная выдающимися математическими способностями, стала ученицей Ч. Бэббиджа и написала несколько программ для его аналитической машины. Она доказала, что эта машина способна не только решать задачи числового характера, но и производить операции над словами.

Вы, конечно, заметили, что по меньшей мере четыре из пяти требований Н. Винера к вычислительной технике были известны много более чем за сто лет до того как он их сформулировал. Оставим в стороне замену реле электронными лампами, которых, естественно не существовало во времена Ч. Бэббиджа. Но вопрос о приоритете весьма спорный. В 1973 году в США происходил даже судебный процесс, и рассмотренное в процессе дело занимало ни много ни мало, а 1250 страниц. Суд пришел к выводу, что еще в 1939 году в колледже штата Айова под руководством выходца из Болгарии Атанасова была разработана и построена в виде лабораторного макета ЭВМ на электронных лампах. В Германии в 1937–1942 годах инженер К. Цузе также разработал проект ЭВМ, не реализованный из-за отсутствия ассигнований.

Справедливости ради следует указать, что сам Н. Винер пишет по поводу приоритета: «Эти мысли почти носились тогда в воздухе, и я не хочу в данный момент заявлять какие-либо претензии на исключительный приоритет в их формулировке». Важнее всего то, что Н. Винер проявил интерес к вычислительным машинам именно в связи со своими работами в области кибернетики.

Читатель, верно, давно недоумевает, с чего бы это вдруг мы занялись пересказом книги, хотя и здорово нашумевшей в свое время, но вышедшей в свет сорок лет тому назад, а события, которые мы так подробно освещаем, происходили лет на десять раньше?

Секрет прост. Информатика, беседам о которой посвящена наша книга, в известном смысле родилась из кибернетики (правда, и противоположное утверждение имеет некоторое право на существование). Естественно, нам хочется разобраться в том, что такое кибернетика, а заодно постараться понять, что такое информатика.

Просим у читателя еще немножко терпения. «Итак, эта работа была отложена (имеется в виду изучение нервной системы. — А. и Т. Ш.). Хотя она и принесла некоторую пользу, но она непосредственно не привела д-ра Розенблюта и меня к каким-либо проектам. Наше действительное сотрудничество возникло в связи с другой задачей, также имевшей непосредственное отношение к последней войне. В начале войны господство Германии в воздухе и оборонительная позиция Англии сконцентрировали внимание многих ученых на задаче усовершенствования зенитной артиллерии. Уже до войны стало ясно, что возрастающая скорость самолетов опрокинула классические методы управления огнем и что необходимо встроить в прибор управления огнем все вычислительные устройства, обеспечивающие расчеты для выстрела. Эти вычислительные устройства оказались очень сложными вследствие того обстоятельства, что в отличие от других целей самолет имеет скорость, сравнимую со скоростью зенитного снаряда. Поэтому необходимо стрелять не прямо в цель, а в некоторую точку, в которой согласно расчетам должны по прошествии некоторого времени встретиться самолет и снаряд. Следовательно, мы должны найти какой-нибудь метод предсказания будущего положения самолета.

Простейший метод — продолжить наблюдаемый курс самолета по прямой. Этот метод заслуживает серьезного внимания. Чем больше самолет кружит при полете, чем больше он делает виражей, тем меньше его эффективная скорость, тем меньше времени он имеет для выполнения боевого задания, тем дольше он остается в поражаемом пространстве. При прочих равных условиях самолет будет по возможности лететь по прямой. Однако после разрыва первого снаряда обстановка существенно изменяется, и пилот, вероятно, начнет выполнение зигзагообразного полета, фигуры высшего пилотажа или другого противозенитного маневра.