1.2. Корректный подход к определению понятия `компьютер`: трудности и аналогииНазад
1.2. Корректный подход к определению понятия `компьютер`: трудности и аналогии
"При определении понятия "машина" возникают некоторые серьезные трудности. Казалось бы, что подходящее с интуитивной точки зрения определение должно быть очень сложным, - справедливо отмечает Марвин Минский. - Это объясняется тем, что "машина" не может быть определена как "член некоторого класса физических объектов", поскольку решение относительно того, является ли нечто машиной, зависит в действительности от характера использования этого предмета, а не от его состава или структуры" (45).
В самом деле, один и тот же набор деталей может быть как компьютером, так и современной скульптурой. Но если мы знаем, как работает компьютер, то безусловно отличим его от творения скульптора-модерниста.
Идея любой машины обычно базируется на некоторой абстрактной модели, не связанной с реальными характеристиками материалов. В данном случае исходным служит понятие алгоритма - правила, предписывающего последовательность действий, которые ведут к достижению некоторого необходимого результата. Чтобы алгоритм был выполнен точно, исполнитель должен действовать исключительно механически, не вкладывая в работу никакой инициативы. Что или кто может в наибольшей степени обладать таким свойством? Конечно, машина.
Итак, машина должна перерабатывать какие-то объекты в искомые результаты. Пусть такими объектами будут определенные наборы символов (буквы, цифры, знаки математических действий и т. п.). Эти символы несут определенную информацию, следовательно, и результаты переработки будут нести какую-то информацию, а саму перерабатывающую машину можно в этом смысле отнести к сфере информатики.
Для реализации алгоритмов, предназначенных для работы с информацией, создали устройство, названное процессором. Последовательность действий, предписываемых алгоритмом, необходимо запомнить, поэтому процессору придается запоминающее устройство (память), в которое помещается программа, т. е. соответствующим образом расположенные команды. Это означает, что программа тоже может быть истолкована как алгоритм.
Современная ЭВМ представляет собой систему взаимосвязанных процессоров. Каждый процессор, функционируя, совершает определенный процесс. Коль скоро работа процессора описывается в виде алгоритма, то этот алгоритм является математической моделью процессора. Сам процессор можно считать физической моделью его работы. Алгоритмы некоторых процессоров оказываются алгоритмами выполнения программ (центральные процессоры), алгоритмы других процессоров - алгоритмами переработки данных (процессоры ввода-вывода, обмена). Совокупность запоминающих устройств ЭВМ - это физический носитель сложной символьной конструкции, объединяющей в себе перерабатываемые исходные данные и программы работы процессоров.
Таким образом, ЭВМ есть аппаратно-программная реализация некоторого коллектива алгоритмов. Это означает, что нельзя отделять ЭВМ от программы. Ни один специалист, анализируя совокупность состояний ячеек программного процессора, не может сказать, содержится в них программа или нет. ЭВМ без программы отличается от ЭВМ с программой только состоянием некоторых своих элементов. Н. А. Криницкому принадлежит такое образное сравнение: "Различие между машиной в первом и во втором случае такое же, как между винтовкой, заряженной и поставленной на предохранитель, и той же винтовкой, заряженной и взведенной. Функционирование винтовки, поставленной на предохранитель и взведенной при нажиме на спусковой крючок, будет различным, хотя физически винтовка в обоих случаях одна и та же" (46).
Известно, что, используя метод интерпретации, можно часть оборудования ЭВМ заменить программой (такую программу называют операционной системой). С другой стороны, пользуясь постоянной памятью, часть программы можно реализовать аппаратно. Это достаточно очевидное с точки зрения практики утверждение о единстве функциональной природы современных ЭВМ дискретного действия и программ, составленных для них, вполне строго можно доказать с помощью теоретико-алгоритмического анализа (47). Но разве не изменит такой взгляд на ЭВМ понимание и юридическую оценку многих из существующих ныне нормативно-правовых актов, касающихся алгоритмов, программ, ЭВМ?
В развиваемой концепции как бы стирается прежде четко существовавшая грань: где кончается программа и где начинается ЭВМ и наоборот. Очень тонкое замечание по этому поводу сделал И. Н. Грязин: "Возникает крайне прозаический вопрос: как будет лучше для нас, юристов, - стереть эту грань или оставить ее?" (48)
Оставляя ответ на данный вопрос на усмотрение законодателя и признавая юридический смысл такого взаимоперехода (целесообразность охвата всей рассматриваемой сферы единым законодательным актом и реально существующая опасность попыток обхода устанавливаемых норм путем перевода информации с одного носителя на другой), И. Н. Грязин все же полагает, что разделение информационных и аппаратных структур все-таки необходимо. В некоторых случаях, думается, такое разделение действительно удобно, но делать это надо, вводя его (разделение) как некоторую юридическую фикцию, т.е. заведомо неправильное утверждение, условно принимаемое правом для удобства использования правовых норм. Для конструирования же этих норм забывать о существе дела нельзя. В дальнейшем мы будем последовательно придерживаться концепции функционального единства программ и ЭВМ, хотя иногда разумнее говорить только, например, о программных средствах. Для их условного разделения (как, впрочем, и объединения) будем использовать термин "объекты компьютерной техники".
Приведенное выше определение ЭВМ оказывается справедливым и для принципиально нового вида компьютеров - уже даже не электронных вычислительных машин. Как отмечалось, миниатюризация электронных схем практически достигла предела. В то же время остается потребность в дальнейшем ускорении действия и увеличении вычислительной мощности компьютеров. В связи с этим ученые обратили внимание на возможность создания совершенно новой элементной базы вычислительной техники, где используются не потоки электронов, а лучи света. Они строятся не на основе транзисторов, а на светопереключателях, называемых трансфазорами. В отличие от "медлительной поступи" электронов фотоны всегда движутся со скоростью света - 300 тыс. километров в секунду. Фотонное переключение может происходить в тысячи раз быстрее электронного. Такие компьютеры называют оптическими, или фотонными вычислительными машинами (ФВМ) (49).
Сложнее обстоит дело с так называемыми биопроцессорами и построенными на них молекулярными компьютерами. Их основу составят молекулы органических веществ, в том числе живых организмов. При этом в качестве исходных материалов рассматриваются как простые молекулы, полимеры и кристаллы, так и сложные макромолекулы типа белков и нуклеиновых кислот. В основу новой технологии кладутся методы молекулярного синтеза органических веществ в фармакологии и ферментационные процессы (50).
Естественно, что для такого типа компьютеров определение, данное выше, оказывается не совсем точным.
Наконец, необходимо сказать о так называемом искусственном интеллекте. Смысл этой концепции состоит в переводе всей вычислительной техники в целом на качественно новый уровень. Сегодня вычисления ЭВМ рассматриваются как обработка данных. При этом обрабатываются абстрактные информационные единицы, которые машина может хранить в памяти и которыми она может манипулировать. Сами по себе они представляют факты, сообщения или числа без какого-либо контекста. Знание - это то, что делает их полезными и придает им смысл. К примеру, слова "пятое поколение ЭВМ" остаются просто некоторыми данными до тех пор, пока вследствие наших знаний они не начинают ассоциироваться с элементной базой, основанной на арсенид-галлиевых микросхемах, с использованием переходов Джозефсона, параллельной обработкой данных и т. п. Главное отличие компьютеров пятого поколения от более ранних вычислительных систем заключается в том, что у них основным обрабатываемым элементом будут знания, а не информация. Говоря подробнее, машинам пятого поколения будет свойственно использование не данных, а базового массива знаний, состоящего из трех основных компонентов: общих базовых знаний, необходимых для общения на обычном языке (словарь, правила составления предложений, структуры предложений и т. п.), знаний о функционировании самой ЭВМ и специализированных знаний в зависимости от конкретных решаемых задач. Они будут способны делать сотни тысяч логических выводов в секунду (логический вывод - базовая единица системы искусственного интеллекта).
Помимо различий чисто технического характера с современными ЭВМ числовой обработки, компьютеры пятого поколения будут обладать такими отличительными особенностями, как ввод и вывод информации в речевой форме, в том числе и на естественном языке.
Компьютеры пятого поколения представляют собой многоцелевую систему переработки смысловой информации, опирающуюся на новое математическое обеспечение и выполняющую три основные функции: 1) решение логических задач и дача заключений; 2) управление базой знаний; 3) "разумное" общение с пользователем посредством устной речи, письменных документов, изображений.
Конечно, говоря об "интеллекте" машины, мы используем не более чем метафору. "Область вычислительной техники располагает весьма богатым набором метафор. Работа с вычислительными машинами привела к созданию нового, богатого языка, позволяющего обсуждать то, как делать вещи и как их описывать. Использование метафор и аналогий с наработанными понятиями делает наши раздумья о мышлении более плодотворными", - заметил П.Уинстон (51).
Сейчас нам особенно необходим метафорический подход. Для того чтобы получить обобщенное выражение, обозначающее понятие "компьютер", придется переосмыслить такие категории, как "аппаратура", "алгоритм" и "программа", охватив биопроцессоры и искусственный интеллект.
Следуя идеям В.И.Вернадского, который считал возможным использовать понятие "организм" не только для изучения биологических, но и принципиально иных видов процессов (52), введем понятие организмических структур, характеризуемых:
элементным составом (электронные, фотонные, органические, смешанные и пр.);
степенью организации, в том числе и самоорганизации (наличие связей - прямых и обратных, способность сохранять структуру, запоминать воздействие окружающей среды);
морфологией (централизованной, децентрализованной, иерархической и т. п. с гомогенным, гетерогенным либо смешанным составом элементов);
поведением (программированным или активным эвристическим). Такие организмические структуры охватывают технические, кибернетические, физические, биологические и другие виды систем.
Теперь вернемся к понятию "алгоритм". Известно, что основой алгоритмов, как и определений этого понятия, является сведение регулярных процессов решения той или иной задачи к простым, максимально элементарным операциям. Количество операций и актов их применения принципиальной роли не играет.
Рассмотрение различных форм поведения организмических структур приводит к заключению, что имеется некоторая их градация, определяемая различной степенью "жесткости" поведенческих и вызывающих их "интеллектуальных" процедур. Эта градация простирается от поведения "абсолютно алгоритмического" (четкий, или жесткий, алгоритм) через поведение в той или иной мере алгоритмическое (размытый, или нечеткий, алгоритм) до поведения совсем не алгоритмического (эвристики).
Эвристикам, в отличие от алгоритмов, свойственны не "строгие", а правдоподобные методы рассуждения. Вместе с тем у алгоритмов и у эвристик есть нечто, их объединяющее. Во-первых, это общность метода: применимость к множеству однотипных задач. Во-вторых, шаговая структура: расчленение задачи для ее решения на "подзадачи (53)".
Иначе говоря, оба понятия отображают языково-мыслительные формы (имеются в виду как естественные, так и искусственные языки), являющиеся "предписаниями" к выполнению определенных действий.
Всякое достаточно полное описание поведения должно охватывать те инструкции, в соответствии с которыми осуществляются действия. Специфическим признаком кибернетических систем является программированность поведения. Для биосистем программой служат генетические инструкции, определяющие процесс онтогенетического развития организма и характер поведения данного вида. Для интеллектуальных систем - собственные программы и планы. Так возникает обобщенное понятие плана. Для организма "план - примерно то же, что и "программа" для ЭВМ" (54).
На первый взгляд термин "план" кажется привлекательным для того, чтобы его выбрать в качестве обобщающего понятия. Действительно, "план" - это всякий иерархически построенный процесс в организме, способный контролировать порядок, в котором должна совершаться какая-либо последовательность операций" (55). Однако в русском языке термин "план", во-первых, слишком антропоцентричен, во-вторых, его смысл оказался несколько смещен из-за доминировавшей долгое время концепции планового хозяйства. Поэтому при широком его толковании можно уклониться в сторону известной социологической теории, трактующей организации как организмы.
Представляется, что термин "программа" как обладающий достаточной общностью, вполне можно сохранить и для нетрадиционных типов компьютеров. Тем более что под программированием в информатике понимается не только программирование жесткое, но и программирование на основе нечетких (размытых) алгоритмов, а также эвристическое машинное программирование.
Таким образом, можно сформулировать общее определение компьютера как организмически-программной реализации некоторой упорядоченной совокупности предписаний (алгоритмов различной степени жесткости либо эвристик). Но наверняка кто-то возразит, что при такой интерпретации этого определения под него можно будет подвести и человека.
Компьютер, как никакая другая машина прежде, привносит понятия математики и логики в обычное мышление человека. По мере того как наше общение с ЭВМ будет продолжаться, становиться все теснее, мы начнем думать и говорить, используя понятия, предлагаемые машиной. Со временем мы все можем стать "компьютерными людьми" и тогда убедимся в справедливости слов, сказанных еще в XVI веке Блезом Паскалем: "Не следует обманывать себя, мы являемся в такой же степени автоматами, в какой и мыслящими существами" (56).
Биология знает немало примеров тому, как различные виды меняют стратегию, чтобы выжить. Почему бы не трактовать стремительную смену поколений компьютеров как их стратегию выживания - симбиотические отношения с людьми, видом более сильным.
У нас еще будет возможность убедиться в справедливости слов Б. Паскаля при рассмотрении некоторых проблем, которые в наших представлениях пока выглядят довольно экзотичными. Лишь для этих случаев нам понадобится общее определение компьютера. В остальном достаточно будет понимать под компьютером некоторую аппаратно-программную реализацию коллектива алгоритмов. На таком определении мы будем настаивать. Оно принципиально важно для решения многих из поставленных проблем.
_______________________________________________________________________________
45. Минский М. Вычисления и автоматы. М., 1971. С. 19.
46. Криницкий Н. А. Алгоритмы вокруг нас. М., 1984. С. 100.
47. См. там же. С. 58-75, 94-101, 179-184; он же. Единая концепция программ и ЭВМ//Программирование. 1985. N 1. С 3-8.
48. Грязин И. Н. Указ. работа. С. 11.
49. См.: New Scientist. 1987. Vol. 116. N 1580. Oct. 1. P. 45-48
50. См.: Electronics Weekly. 1988. N 1416. June 8. P. 24.
51. Уинстон П. Искусственный интеллект. М., 1980. С. 13.
52. Вернадский В. И. Биогеохимические очерки. М. - Л., 1940. С. 33.
53. См. подробнее: Шапиро С. И. От алгоритмов - к суждениям. М., 1973. С. 48.
54. Марков В. А Феномен случайности: методологический анализ. Рига, 1988. С. 184.
55. Миллер Дж., Галантер Е., Прибрам К. Планы и структура поведения. М., 1965. С. 30.
56. Цит. по: Радунская И. Люди и роботы. М., 1986. С. 35.
