книги из ГПНТБ / Апокин, И. А. Развитие вычислительных машин

щей из одного ученика и одиого преподавателя, т. е. в системе,

где обеспечен максимальный индивидуальный подход. Разумеет­

ся, коллективная форма обучения также имеет свои преимущества

(соревнование, обмен знаниями между учащимися и т. д.). Од­

нако по мере увеличения коллектива индивидуальный подход все более и более затруднен. Кроме того, коллективное обучение накладывает определенные территориальные, временные и «твор­

ческие» ограничения, поскольку процесс обучения производится в строго определенном месте, в определенное время и по одно­ типной программе. Данная сторона процесса современного обу­

чения также имеет положительные стороны (упорядоченность,

дисциплина и пр.). Однако очевидны и отрицательные факторы:

возможности усвоения материала учеником, а также его заинте­

ресованность в усвоении материала далеко не всегда совпадают

с каноническими рамками места, времени и однотипной програм­

мы. Что же касается программированного обучения, то при усло­ вии использования универсальной ЦВМ, работающей в режиме APMB между абонентами (учащимися) с принципиально воз­ можной установкой абонентских пультов в любом месте, п нали­

чии достаточно разветвленной программы обучения достигается

максимальный индивидуальный подход. Кроме того, снимаются трудности психологического порядка, имеющие важное значение даже в оптимальной системе: один ученик — один преподаватель.

При высоком уровне составленной программы обучение происхо­

дит на уровне один ученик — один высококвалифицированный и опытный преподаватель, т. е. на уровне, практически недо­ стижимом для современных форм обучения.

Дополнительные преимущества программированного обуче­ ния обусловлены возможностями современной электроники. При

использовании устройств визуального вывода данных достигает­

ся максимальная активизация зрительного канала воспрпятия

информации, имеющего существенно более высокую пропускную способность по сравнению со звуковым каналом Иными слова­

ми, программированное обучение ориентируется преимуществен­

но на наглядно-демонстрационный, а не на менее эффективный лекционный метод подачи материала.

Другое дополнительное преимущество программированного обучения — активизация моторных функций — существенно для специальной профессиональной подготовки. Систематическое

повышение уровня профессиональной подготовки в таких обла­

стях, как военное дело, транспорт, спорт и т. д., представляет

серьезную проблему. В некоторых случаях (например, обучение летного состава или экипажа подводной лодки) тренировка на

реальных объектах является дорогостоящей, рискованной и недо-10

10 По оценке К. Кюмпфмюллера, пропускная способность зрительного кана­ ла человека составляет 3∙100 6uτ ceκ, звукового капала — 2∙IO4 6uτ ceκ

[31].

370

являющихся на экране: «верно» и «неверно». В последнем слу­

чае учащийся может либо подготовить другой ответ, либо нажать

клавишу «помощь». Тогда машина переходит к комплекту вспо­

могательных диапозитивов с более детальным изложением и с иными формулировками излагаемого материала. Если прохожде­ ние вспомогательного комплекта позволяет студенту найти ответ

на вопрос основной программы, он может прервать вспомога­ тельную программу и предложить машине вернуться к основной

(команда «достаточно» с пульта управления). Кроме того, име­ ется возможность прервать основную программу командой «вер­ нуться», по которой машппа начинает повторять изложение основного материала с некоторого пункта. Наряду с диапозити­

вами основной и вспомогательной программ мапппіа может вос­ производить на экране дополнительную буквенно-цифровую и гра­

фическую информацию, необходимость в которой возникает в

ходе обучения. Вся работа студента с пультом управления авто­

матически записывается на магнитный барабан и после занятия может быть выдана либо в записи па магнитную ленту, либо в

впде отпечатанного текста [32]. Возможность фиксации процес­ са усвоения курса в принципе существенно полезна как для сту­ дента (учебный материал), так и для преподавателя (контроль,

оценка качеств студента и программы обучения).

Из разработанных в СССР следует отметить систему группо­

вого обучения, установленную в Киевском высшем инженерном

радиотехническом училище противовоздушной обороны. Основой системы является вычислительная машина «Днепр».

Наряду с универсальными обучающими системами сравни­

тельно широкое распространение получили также системы, ори­ ентированные на специальную профессиональную подготовку.

В качестве примера наиболее сложных систем в данной области приведем некоторые данные о комплексном тренажере ВВС США, предназначенном для обучения пилотированию, навига­ ции, бомбометанию и стрельбе с самолетов F-105D. Тренажер

полностью воспроизводит летные и боевые характеристики дан­

ного самолета и соответственно обеспечивает тренировку в реаль­

ном масштабе времени. Вес тренажера 16 т, количество дета­ лей 400 тыс., стоимость 1,3 млн. долл. В состав тренажера входят

кабина пилота, пульт инструктора, электронная ЦВМ, приборы управления, помещение специальных карт п другое оборудова­ ние. Как отмечается в работе [32], «одно из достоинств трена­ жера — впервые осуществленная в нем возможность имитировать

работу радиолокационных станций самолета на малых высотах

полета» (стр. 29). В тренажере используется замкнутая телеви­ зионная система, на экране которой воспроизводятся изображение земной поверхности и контуры карты. Земля представлена трехмерпой рельефной картой, а информация о высоте накладывает­

ся с помощью плоской полутоновой карты. Обучение па трена­

жере вырабатывает, в частности, навыки пилотирования на ма­

372

лых высотах п умение ориентироваться при посадке. Различные

типы электронных тренажеров используются в настоящее время

при обучении личпого состава вооруженных сил СССР, Велико­

британии, Франции и других стран.

Наряду с применением ЭВМ в сфере обучения большие пер­

спективы имеет обработка информации в таких видах творче­ ской деятельности, как проектирование, конструирование, пауч-

ный эксперимент, клинический анализ и т. д. Рассмотрение каж­ дой из областей творческой деятельности, в которых использует­ ся (или предполагается использование) автоматическая обработ­

ка информации, выходит за рамки настоящей работы. Отметим

лишь некоторые общие черты применения ЦВМ в данпых обла­

стях.

1. Практические потребности общества в развитии данных областей в настоящее время весьма высоки и в отдельных случаях

(например, проектирование электронных ЦВМ на интегральных подсистемах) приблизились к уровню, при котором использова­ ние быстродействующих ЦВМ безусловно необходимо для даль­

нейшего прогресса. Однако в целом критичность потребностей

общества в применении ЦВМ в данных областях носит все же

перспективный характер. Исходя пз темпов развития науки и

техники, можно приблизительно установить, что в текущем де­ сятилетии (т. е. в 70-е годы) потребности общества в автомати­

ческой обработке информации в рамках данных областей суще­

ственно возрастут и потребуют на рубеже 80-х годов весьма широкого использования электронных ЦВМ. Разумеется, подоб­ ная оценка является весьма общей; каждая конкретная область

творческой деятельности заслуживает в этом плане специального

исследования.

2. Автоматическая обработка больших массивов информации

в чисто творческих областях деятельности человека, как правило,

приводит к позитивным результатам, практически недостижи­ мым даже при сравнительно высоком уровне интуитивных реше­ ний. В качестве типичного примера приведем заимствованные

из работы [33] данные, полученные в Японии (Токио, 1963 г.); При исследовании симптомов сердечных заболеваний с помощью электронной ЦВМ был получен правильный диагноз в 90,1% случаев обращения к машине. В то же время точность диагноза

ния машин в различных областях творческой деятельности чело­

века. C точки зрения перспектив использования ЦВМ в данных

областях существенное значение имеют: а) развитие систем APMB;

б) разработка средств графоаналитической связи;

в) развитие эвристического программирования; В заключение отметим, что далеко не для всех областей твор-

373

ческой деятельности человека в настоящее время ясны перспек­ тивы применения ЦВМ. Как с точки зрения целесообразности,

так и с точки зрения программных решений проблематично эф­ фективное использование электронных ЦВМ в 70-е годы в таких

областях, как, например, шахматная игра (па уровне гроссмей­ стерской) пли литературная деятельность (на профессиональном уровне). Заметим также, что некоторые специалисты придержи­

ваются противоположного мнения, т. е. уверены, что в области эвристических решений, иапрпмер в шахматной игре на грос­

смейстерском уровне, эффективное применение универсальных

Автоматическое управление в реальном масштабе времени

Данная сфера применения ЦВМ существенным образом отли­ чается от рассмотренных выше с точки зрения степени автома­ тизации, т. е. участия человека в работе системы. При автомати­

ческом управлении участие человека в процессе управления

полностью исключается. Как отмечалось ранее, развитие автома­ тического управления па стадии, предшествовавшей использова­ нию ЦВМ с хранимой программой, было ограничено требованиями

жесткого программирования хода процесса. Применение элект­

ронных ЦВМ с их теоретически безграничными возможностями

повышения емкости памяти п соответственно удлинения и ветвле­

ния программ означало переход к качественно более высокой сту­

пени развития систем автоматического управления.

Как было показано в гл. 6, электронные ЦВМ были впервые использованы в данной сфере для управления полетом реактив­

ных самолетов в начале 50-х годов. G тех пор управление лета­

тельными аппаратами является одной пз важнейших областей автоматического управления с помощью ЭВМ. Заметим, что зна­

чительное стимулирующее влияние на развитие данной области

оказывали и продолжают оказывать потребности военной техники.

Вся современная система вооруженных сил стратегического наз­

начения в таких странах, как СССР и США, основана на приме­

нении вычислительных средств. Естественно, что данная область является объектом значительных ассигнований, а перспективные

технологические решеппя (как это было показано в гл. 6 и 7) раз­

рабатываются и испытываются прежде всего в этой области.

Показателен в этом отношении пример США. Как правило, новая

технология используется вначале в ракетных и космических про­ граммах. После того как выясняются техническая целесообраз­

ность и экономическая эффективность применения новой техно­

логии, она, как правило, используется в стационарных универ­

374

сальных ЦВМ. При этом технологический разрыв составляет

около трех лет. Из последних наиболее перспективных разработок

в данной области следует отметить машины на интегральных

подсистемах для аэрокосмических объектов (см. гл. 7). Заметим,

что годовой объем продажи ЦВМ военного и специального назна­

чения (значительная часть которых используется в системах управления самолетов, спутников, кораблей и т. д.) в США в на­

чале 70-х годов превысил уровень 2,5 млрд, долл., а объем прода­ жи ЦВМ гражданского назначения приблизился к уровню 13 млрд,

долл. (1973 г.) [35].

Другая важная область применения электронных ЦВМ в сфе­

ре автоматического управления — непрерывные технологические процессы. Данному вопросу посвящена обширная литература, а проблемы исторического развития рассмотрены в работе [36].

Поэтому ограничимся общей оценкой в плане задач нашего иссле­ дования.

В настоящее время за рубежом для автоматического управле­

ния производственными процессами используется около 5% элек­

тронных ЦВМ. Каковы дальнейшие перспективы развития дан­

ного направления? Во многом они определяются экономической

целесообразностью полной автоматизации. Дело в том, что совре­

менный уровень развития техники в принципе позволяет автоматизировать (с помощью ЭВМ) значительно большее коли­

чество производственных процессов по сравнению с современным состоянием, но далеко не всегда автоматизация является эконо­ мически оправданной. Важное значение в комплексе экономиче­

ских факторов имеют стоимость проектирования автоматической системы и стоимость электронной аппаратуры. Здесь мы опять возвращаемся к основным перспективам развития машин четвер­ того поколения, а именно к вопросам снижения себестоимости электронной аппаратуры в процессе интеграции микроэлектрон­ ных схем и повышения эффективности проектирования за счет использования машинных методов, в частности методов графо­ аналитической связи. Иными словами, проблема перспектив авто­

матизации производственных процессов является в определенной мере частью общей проблемы дальнейшего применения универ­

сальных ЦВМ на уровне машин четвертого поколения.

Другая сторона проблемы заключается в уровне сложности объектов, работа которых будет полностью автоматизирована в

будущем. Перспектива полной автоматизации процессов управле­

ния большими системами, разумеется, весьма привлекательна, однако она практически неосуществима на уровне современных

технических средств. Конечно, это не значит, что данная пробле­

ма не может быть решена в недалеком будущем. Просто для ква­

лифицированного суждения требуется более обширная информа­

ция, чем та, которой располагает современная наука. Здесь

имеется в виду информация о процессах мышления, развитие математических методов алгоритмизации поведения больших

375

систем, эволюция непристориого направления в микроэлектрони­

ке, развитие эвристического программирования и т. д. Все эти области интенсивно развиваются, и, возможно, в обозримом буду­

щем будет сделан революционный шаг в той или иной области,

который откроет совершенно новые перспективы перед вычисли­

тельной техникой. В настоящее время сфера автоматического

управления с помощью ЦВМ развивается в тех же рамках, что и

рассмотренное выше применение универсальных ЦВМ в сферах

обработки больших массивов информации и научно-технических

расчетов.

К числу особенностей рассматриваемого вопроса следует отне­ сти весьма широкое применение (наряду с универсальными

ЦВМ) специализированных электронных ЦВМ, аналоговых элек­

тронных машин, устройств струйной техники и т. д. В целом использование в контуре обратной связи автоматической системы

управления того или иного средства вычислительной техники

зависит прежде всего от уровня сложности управляемой системы.

C повышением уровня сложности роль универсальных ЦВМ, как

правило, возрастает. Но есть исключения, причем весьма сущест­

венные. Например, направление вычислительной техники, свя­

занное с использованием систем счисления в остаточных классах,

развивается преимущественно в рамках специализированных ЦВМ. Как показала работа И. Я. Акушского и Д. И. Юдипкого

(1968 г.) [37], явившаяся важным шагом на пути развития тео­

ретических исследований Μ. Волаха и А. Свободы

(1955—1957 гг.), система счисления в остаточных классах откры­

вает широкие возможности для совершенствования параметров процессоров. Поэтому было бы неправильным связывать перспек­

тивы развития как сферы автоматического управления, так и

других областей механизации умственного труда только с универ­

сальными ЦВМ, хотя, повторяем, как в настоящее время, так и на ближайшие годы универсальные ЦВМ являются важнейшим средством и основным направлением развития вычислительной

техники.

Подведем некоторые итогп.

Рассмотрение' важнейших областей применения универсаль­

ных ЦВМ с точки зрения потребностей общества в механизации

умственного труда позволяет получить небезынтересную схему

исторического развития. В предлагаемой схеме (табл. 24) приве­ дены временные характеристики повышения потребностей обще­

ства (в рамках страп с высокоразвитой наукой, техникой и эко­

номикой) до критического уровня. Иными словами, в определен­ ный период времени на пути основной линии развития некоторой области встают проблемы, которые в принципе, не могут быть

эффективно решены без использования быстродействующих устройств мехаппзации п автоматизации умственного труда.

Привлечение людских ресурсов и применение простейших вычи­ слительных средств (например, настольных ЦВМ) частично

376

Таблица 24

Критические уровни потребностей общества в механизации и автоматизации умственного труда с помощью быстродействующих

вычислительных машин

смягчает остроту проблемы. Однако быстрые темпы повышения

занятости в любой области не могут продолжаться до бесконечно­

сти. Наступает ситуация (,«критический уровень потребностей»),

когда применение быстродействующих вычислительных машин

(в том числе в рамках систем) является единственно возможным выходом из положения, причем от масштабов п уровня использо­ вания’вычислительной техпики начинают зависеть темпы прог­

ресса.

Как видно из табл. 24, общее развитие использования ЦВМ

неизбежно идет по пути расширения сферы применеппя. Как было показано в разд. 2 гл. 8, не существует принципиальных

ограничений (с технической точки зрения) для применения уни­

версальных ЦВМ в любой области преобразования информации.

При этом, как отмечает В. Μ. Глушков, г настоящее время «мы

еще не представляем себе всех тех последствий, которые повле­

чет за собой использование средств автоматизации умственной

деятельности человека» [22, стр. 148].

ЛИТЕРАТУРА

1.Современная научно-техническая революция. Историческое исследование. Под ред. С. В. Шухардина. Изд. 2-е, доп. Μ., «Наука», 1970.

2.ff. Винер. Кибернетика и общество. Μ., ИЛ, 1958.

3.Проблемы современной научно-технической революции (материалы кон­ ференции).— Вопросы истории естествознания и техники, 1965, вып. 19, стр. 11—12.

377

Глава IX

ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

В предыдущих главах рассматривалась генеральная линия

развития вычислительной техники в ближайшее десятилетие.

Представляется целесообразным детализировать общую линию

развития и рассмотреть различные аспекты дальнейшей эволю­ ции вычислительной техники. В этой связи небезынтересны ре­

зультаты прогнозов в области вычислительной техники, выпол­ ненные в последние годы. Прогнозирование развития вычисли­

тельной техники проводится в ряде стран, в том числе в СССР,

США, Великобритании и Японии. Ниже изложены результаты

одного из наиболее детальных прогнозов в области вычислитель­

ной техники, выполненных в США [1]. Прогноз был составлен в 1969 г. специальной исследовательской группой ВМС США. Целью прогноза являлась подготовка необходимых данных для долгосрочного планирования в области систем обработки инфор­

мации для военно-морских сил.

Составление прогноза проводилось по специально разработан­

ной методике, которой было дано название «метод СИИР»

(SEER — system for event evaluation and review — система оценки

π обзора событий). Как известно, к настоящему времени более или

менеедетально разработано около ста методов научно-техниче­ ского прогнозирования [2]. В основе метода СИИР лежит изве­ стный метод Дельфи (метод итеративных анкетных опросов),

разработанный сотрудником исследовательской корпорации РЭНД

(США) Олафом Хелмером при непосредственном участии его коллег Гордона и Далки [3—5]. Как и другие методы прогнозиро­

вания, метод Дельфи постоянно совершенствуется. В 1968 г.

этот метод был модифицирован Нортом для ориентации прогноза

на достижения промышленных фирм и требования пользователей (заказчиков) вычислительной аппаратуры [6]. Именно эта моди­

фикация метода Дельфи и привлекла внимание исследовательской группы ВМС США, которая на ее основе разработала новую мето­

дику (метод СИИР), значительно отличающуюся от исходной и представляющую существенный практический интерес. При раз­

работке метода СИИР прогностическая группа ВМС исходила из

необходимости устранения следующих недостатков, присущих методу Дельфи:

1. Отсутствие ориентировочных наметок (альтернатив отве­ тов на поставленный вопрос), что не способствует плодотворной работе экспертов.

379