книги из ГПНТБ / Теплов Л. Очерки о кибернетике

Попытки преодолеть эту ограниченность датчиков информации ма­ шин упираются в одно — в чрезвычайную избыточность обычных кодов, которая не компенсируется даже их помехоустойчивостью. Всем, навер­ ное, приходилось путать, например, «семнадцать» и «восемнадцать» в разговоре по телефону, неправильно читать слова, написанные неряш­ ливым почерком или напечатанные на расхлябанной машинке со сбибым шрифтом. А ведь квантование и затем дельта-модуляция надписи или произнесенного вслух слова дают нам тысячи двоичных знаков, и для опознания нужной информации среди множества несущественных вариантов кода требуется большая память и множество логических операций.

Тем не менее в этой области за последнее время удалось добиться существенных успехов.

В апреле 1957 г. состоялась демонстрация первого английского чи тающего автомата «Салартрон-Эра». «Эра» читала напечатанные на машинке тексты со скоростью 120 знаков в секунду, и конструкторы обещали довести ее скорость до 500 знаков — значит, лист машинописи с двойным интервалом она прочитывает за две секунды!

Развертка изображения буквы и превращение ее в последователь­

улавливается фотоумножителем. Каждый знак превращается в 100 сиг­

ностью шрифта пишущей машинки, недостатками отпечатка и тому подобными случайными причинами, опознать знак — цифру или букву. Для этого предназначена сигнальная система, по размерам и сложно­

и выдает команду в счетную машину или на телетайп. Она, таким обра­

зом, может заменить машинистку, если, конечно, почерк пишущего вполне четок.

Несколько лет назад американская фирма «Белл» сообщила о ча­ стичном решении проблемы кодирования с голоса. Создаваемая в ее лабораториях установка «Вокодер» первоначально предназначалась для превращения звуков голоса в телеграфный код (с целью повыше­ ния пропускной способности телефонных каналов и защиты от помех).. Предполагалось, что на другом конце канала будет поставлена другая установка, имитирующая работу человеческого горла и языка, которая сможет произносить звуки слов в соответствии с телеграфными сигна­ лами. Но эта работа растянулась на 20 лет и была выпущена установка «Маленькая Одри», которая только отождествляет прочитываемые вслух цифры с кодами, заложенными в ее памяти, например двоичны­ ми цифрами. Практическая ценность такого устройства и его сложность пока неясны. Известно лишь, что оно воспринимает только мужской го-

Большая читающая установка типа «Эра» развертывает изображение букв, как обычно. Главную сложность представляет «опознание» букв, если они значитель­ но отличаются от образца— толщиной, положением на строке, искажениями штрихов и тому подобными случайными результатами помех.

лос и хорошую дикцию. Однако принцип его мало, отличается от изло­ женного выше принципа читающего автомата. «Одри» тоже должна превратить звуки голоса в избыточную двоичную информацию, а потом отсеять все, что не относится к значению слова, например тембр и высоту голоса, посторонние шумы в помещении, «выражение» речи и т. д. По­ сле опознания двоичная цифра передается в память электронной счет­ ной машины.

В Советском Союзе модель с речевым управлением построена в

Тбилиси.

Речевое управление потребуется, конечно, когда начнутся работы по машине, переводящей с голоса. Очень заманчива также идея осуще-

290

ствить обратную операцию — наложить на «буквенные» слова заранее подобранный тембр, «выражение» и т. п. Таким образом можно было бы осуществлять автоматическое дублирование фильмов с иностранных языков на русский, причем в произношении русских слов сохранялась бы индивидуальность голоса иностранного актера, что особенно важно, например, в пении. Мы могли бы, сняв с одной звукозаписи характери­ стики голоса давно умершего поэта, наложить их на текст всех его стихов, чтобы услышать эти стихи в авторском исполнении.

Опознание — это элементарнейшая операция, осуществляемая че­ ловеческим сознанием безотчетно и в большинстве случаев совершенно безошибочно. Только теперь, когда мы со всем арсеналом электроники попытались хоть частично моделировать ее, стало ясно, насколько она сложна. Математик У. Питтс заметил: «Определение абсолютно точных и строгих правил узнавания буквы «А» во всех видах, обычно встре­ чающихся даже в печатном тексте, было бы огромной задачей, если вообще возможно ее решить». Математик О. Селфридж обучал машину различать буквы по методу проб и ошибок, вырабатывая операторы повышения содержательности информации. Статистическим методом эту проблему блестяще решил советский математик Э. Браверман, о чем мы расскажем в следующих главах.

Сведения о возможности искусственного чтения и слуха возбудили у множества людей, по несчастью лишенных этих каналов информации, надежду на то, что техника скоро принесет им избавление от трудно­ стей, связанных с чтением и письмом по азбуке Брайля или языком жестов. Действительно, слепой, выучив условный код «Эры», смог бы на слух или на ощупь воспринимать текст обычных книг и писем, а глухой — воспринимать живую речь от «Вокодера» через какой-нибудь зрительный индикатор. Но ограниченные возможности, громоздкость и дороговизна этих первых сложных анализаторов информации не дают пока оснований надеяться, что это скоро произойдет.

Меньше, дешевле, компактнее, проще в производстве, экономичнее, прочнее должны быть действующие модели нормальной сигнальной структуры, их датчики и эффекторы, чтобы полностью развернулись возможности, заложенные в них.

И электроника дает нам возможность осуществить эту великолеп­ ную мечту при помощи полупроводниковых приборов. Кристаллические выпрямители и транзисторы полностью осуществляют функции вакуум­ ных диодов и триодов, а энергии потребляют в сотни раз меньше, так как они не нуждаются в накале, к тому же они малы по размерам,' прочны и надежны. Применение полупроводников позволило создавать такие электронные счетные машины, которые, мало уступая стационар­ ным по характеристикам, могут быть установлены на самолете. Их раз­ меры не превышают величины большого настольного телевизора.

По мере того как техника изготовления кристаллических элек­ тронных приборов будет развиваться, а их частотные характеристики улучшаться, план электронных счетных машин начнет эволюциониро-

Справочник для электронных машин ДЕЗУ (долговременное емкостное запоминающее устройство) — это просто пачка ли­ стов, проложенных прокладками, экранами и скрепленных между собой. На каждом листе напечатана сетка конденсато­ ров, некоторые из них вырезаны в соответствии с двоичным кодом, который надо сохранить. Массовые управляющие ма­ шины будущего, видимо, будут очень похожи на это ДЕЗУ, но в них вместо конденсаторов будут транзисторы или солионы.

вать по пути возвращения к однообразной сетке-матрице экстремаль­ ных элементов. Постепенно отпадет потребность в выделении разных ступеней памяти, но возрастет необходимость унификации элементов и узлов машины.

Современная технология считает устаревшими традиционные мето­ ды радиотехнического монтажа электронных схем, когда готовятся гнезда для ламп, припаиваются проводнички, емкости, сопротивления

итому подобная мелочь. Все шире применяется печатание схем краска­ ми на пластинах изолятора, покрытого металлом. Отпечатанные схемы травят кислотой так, что металл остается только в местах, защищенных краской. После этого остается покрыть лаком всю схему и вставить кристаллические приборы. Пакеты таких отпечатков по своим возмож­ ностям скоро не уступят прославленным машинам-гигантам.

Влаборатории электромоделирования Академии наук СССР раз­ работано аналогичное устройство для хранения постоянной информа­ ции— ДЕЗУ. На листах бумаги печатаются электроды маленьких кон­ денсаторов, которые образуют элементы сетки памяти. Кодовые комби­ нации (таблицы, словари, программы управления) обозначаются про­ бивкой, удалением конденсатора (0) или оставлением его (1). До ты­ сячи таких листов складывают в одну пачку, перемежая прокладками

иэкранирующими слоями, а затем спрессовывают в плотные блоки.

292

емкостью до полумиллиона бит каждый, — книги и справочники для электронных машин. Теоретики предсказывают возможность примене­ ния в дальнейшем совершенно одинаковых элементов логики и памяти, причем одни образуют структуру управления, а другие — универсаль­ ные программируемые контуры памяти и логики. Это даст возможность упростить изготовление машин.

Возможно изготовление микроскопических элементов электронных машин в вакуумных трубках. Сначала здесь может производиться на­ пыление проводящего слоя, затем — расчистка элементов с помощью электронного луча, наконец — напыление изолятора и экранирующего слоя. Вместо пачек у нас появятся пленки, содержащие множество эле­ ментов — реле, усилителей и переключателей. Было предложено также на кристалл кремния наносить слой металла-добавки и затем подвер­ гать действию стоячих ультразвуковых волн. В пучностях этих волн металл будет внедряться в кремний, образуя строго систематически расположенные включения — готовые полупроводниковые приборы, ко­ торые можно будет соединять печатной схемой, нанесенной поверх кри­ сталла.

Таким образом, в одном кристалле можно будет иметь матрицу логики и памяти на тысячи элементов. Некоторые ученые идут еще дальше и полагают, что со временем мы сможем настолько точно управ­ лять кристаллизацией германия и кремния из растворов, что в кристал­ лизаторе прямо будут образовываться обширные, однообразные решет­ ки из электронных приборов.

Работы советских ученых — сотрудников Светотехнического инсти­ тута в Москве В. Фабриканта, М. Вудынского и Ф. Бутаевой — откры­ ли перед техникой возможность создания усилителей на уровне моле­ кул и атомов, а следовательно — таких кибернетических систем, кото­ рые по компактности и низкой энергоемкости превосходят все электрон­ ные приборы и живые клетки в сотни и тысячи раз. Созданы молеку­ лярные усилители, называемые «лазерами», которые могут как бы впитывать энергию световых пучков, а потом по сигналу ее освобождать.

Но ведь это означает, что со временем мы, может быть, получим универсальные логические машины и системы из этих машин в мил­ лионы и миллиарды элементов, размерами и весом не больше любого живого мозга.

В таких системах не будет необходимости выделять единственный узел — сумматор для выполнения всех операций, не надо будет выво­ дить информацию из тех уголков памяти, где она хранится. Наоборот, мы сможем переносить центр действия в зону хранения информации, как это, по-видимому, делает живой мозг.

На этом пути нас ожидают многие неприятные неожиданности. Ведь для нормального функционирования сигнальной системы мало одной структуры, как бы устойчива и точна она ни была. Необходимо нарастить громадный комплекс наполняющей ее информации, всякого

293

В многочисленных книжках, так или иначе касающихся кибернети­ ки, встречается уже навязшее в зубах замечание, что вот-де машина — в противоположность мозгу — работает по программе, разработанной для нее человеком, действия ее строго регламентированы, и такое поло­ жение должно сохраниться на веки вечные. В этом выводе есть доля истины: никакая система без некоторого запаса информации не может выдать ничего, кроме бессмысленного шума. Но в то же время он глубо­ ко неверен, ибо, во-первых, машина может содержать минимально необ,- ходимую информацию не в программе, а в самом своем устройстве. Вовторых, недостающую информацию для разных сложных вариантов по­ ведения машина может получать не в виде директивных, строго опре­ деленных программ, а в форме советов, примеров, пожеланий — словом, как неполную информацию — и не от человека, а из окружающей сре­ ды. М о ж н о п о с т р о и т ь машину (даже сравнительно простую), ко­ торая вовсе не имеет никакой программы (если не считать программой

295

устройство машины) и тем не менее способна осуществлять самую раз­ нообразную работу: писать стихи и музыку, разговаривать и спорить, управлять ракетами и самолетами — словом, может стать универсаль­ ной управляющей машиной.

устройства и ограничения, которым она подвержена.

Я уверен, что многим читателям свойства этой машины кажутся не­ возможными. Не так давно в Москве вышла в русском переводе и по­ лучила некоторую популярность брошюра французского врача-психиат- ра Поля Косса «Кибернетика», весь пафос которой был направлен наразграничение понятий «автоматически» и «разумно», на противопостав­ лении ограниченных способностей машины якобы неограниченным воз­ можностям человеческого мозга.

Согласно точному употреблению терминов, «автоматическому» са­ моуправлению в любой системе можно противопоставить только «неав­ томатическое» управление извне. Пожалуй, лишь отцы церкви вполне последовательно проводили мысль, что личность и действия человека не являются закрытыми для управляющей информации —- не автома­ тичны, так как поступками человека управляет бог. Эти авторитеты неизбежно доказывали, что в мире есть только один настоящий авто­ мат — их «бог», который один управляется вполне самостоятельно и бес­ контрольно.

Такая позиция не может считаться сколько-нибудь серьезной. «Вер­ ховный автомат» не обнаружен в природе, неизвестны также линии свя­ зи и сигналы, с помощью которых он мог бы осуществлять свое дирек­ тивное вмешательство в поведение человека. Не настаивал на ней и сам Косса. Он даже не пытался определить, что такое «неавтоматичность» разума. Главным вкладом Косса в полемику были сформулированные им пять ограничений *, которые якобы будут всегда накладываться на возможности автоматических машин, но не могут ограничить возмож­ ности Разума (с большой буквы).

Эти ограничения сформулированы достаточно ясно, и их следует рассмотреть здесь подробнее.

«Машина не может выйти из рамок предопределения», — гласит первое положение Косса. Под «предопределением», очевидно, здесь по­ нимается то, что обычно называют программным управлением. Тут в памяти всплывают многочисленные «доказательства» того же ограниче­ ния для человека — судьбы, которые яростно обсуждались еще с антич­ ных времен, больше двух тысяч лет подряд.

Странно, но на самом деле все существующие на свете машины «вы­ ходят из рамок предопределения» значительно чаще и убедительнее, чем: человек: они портятся, сбиваются, начинают выпускать негодную про­ дукцию при ослаблении контроля со стороны человека, хотя ничто в их1

1 П. Косса. Кибернетика. М., 1958, стр. 11 и след.

296

конструкции или программе не предусматривает такого эффекта. Инже­ нерам жилось бы значительно легче, если бы утверждение Косса о ма­ шине— «построенная для работы по определенной программе, она не может выйти из нее» — хоть сколько-нибудь соответствовало истинному положению дел.

Наоборот, поколения инженеров с переменным успехом стараются, чтобы предоставленная сама себе машина возможно реже выходила из «рамок предопределения».

Осуществление этого стремления в настоящее время наталкивается на огромные трудности. Мы создаем машины такой высокой степени сложности и многообразия, что практически невозможно осуществить полностью предопределенную работу их. В цепочке автоматических станков, связанных транспортером в одну систему, существует некото­ рая вероятность поломки любого из станков. При поломке срабатывает автоматическая блокировка, и все остальные станки прекращают работу до тех пор, пока авария не будет ликвидирована. Простой подсчет ве­ роятностей показывает, что, когда автоматизация охватит весь завод, он не сможет работать ни минуты, так как в любой момент один из мно­ жества станков будет находиться в ремонте.

Вот почему на производстве инженеры уже ощущают необходимость создавать большие системы машин, которые можно считать удовлетво­ рительно работающими, если в них удовлетворительно работает хоро­ шее большинство машин или узлов. В автоматических линиях устраи­ вают накопители незаконченной продукции и разветвления транспорте­ ров, позволяющие сохранить работоспособность всей линии производ­ ства, выключив на время ремонта аварийный участок. Вероятностные расчеты, некогда рожденные за зелеными столами в угаре азартных игр, стали теперь необходимым орудием проектировщика автома­ тических систем и легли в основу научной теории «массового обслужи­ вания».

При решении сложных задач на электронных вычислительных ма­ шинах все чаще используется математический метод Монте-Карло, тре­ бующий введения случайных величин в процесс вычислений. Для этого применяются таблицы случайных чисел или специальные приборы — генераторы некоррелированного шума, в том числе сами электронные машины, работающие по специальной программе'. Получение «полной чепухи» или «абсолютной бессмыслицы» становится сложной инженер­ ной проблемой.

Существует, казалось бы, классический образец бессмыслицы: фра­ за, сохранившаяся с середины прошлого века. Тогда в Москве, в сумас­ шедшем доме жил знаменитый Корейша, кумир богомольных старушек мещанского, купеческого и даже дворянского сословия. Видимо, этот несчастный человек был весьма хитер: между припадками болезни он1

1 Г. К■Раков. Выработка случайной величины на быстродействующих счетных ма­

шинах. «Автоматическое управление и вычислительная техника». М., 1958, стр. 485.

297

докорял сердца своих поклонниц туманными советами и предсказания­ ми, из которых история сохранила нам одно:

не працы бенды кололаци.

Но и в этой фразе, если ее рассматривать внимательно, намечается какой-то смысл. Ведь «праца» — по-украински «труд», и взятая вместе

•с отрицанием «не» может означать, что прославленный шарлатан реко­ мендует почитателям тот путь жизни, который выпал ему самому: не работать, а все же как-то существовать.

Образцы абсолютной бессмыслицы имеют определенную ценность.

. 3979 8650 3430 0635

взяты из «Таблицы случайных чисел» М. Кадырова, изданной в 1936 г. в Ташкенте: своим научным авторитетом автор ручался, что все цифры таблицы расположены совершенно случайно и никакой связи между ними нет. Получить же надежный шум вручную, заставив человека со­ вершенно наугад, без всякой связи выписывать на бумажке последова­ тельности из десяти цифр, практически невозможно. Анализ полученных таким путем образцов тотчас показывает, что испытуемый человек пи­ тает странную симпатию к округлостям восьмерки, игнорирует суще­ ствование цифры 7 и почему-то склонен четные цифры ставить обяза­ тельно после нечетных. По части принятия «немотивированных» и не­ предсказуемых решений машины генераторы случайных величин оказы­ ваются значительно надежней человека с его «свободой воли», неизбеж­ но затемняемой различными невольными ограничениями. Впрочем, при большом числе испытаний в полученных последовательностях также иногда проявляется несовершенство. Даже очень древний генератор случайных величин — игральные кости — подводят; обнаруживается влияние неточности их изготовления. В 1900 г. математик Уэлдон, на­ бравшись завидного терпения, бросал кости 26 306 раз, записывал после каждого броска результат опыта и получил некоторые отклонения от значений, выведенных на основании теории.

Не только у Косса можно встретить размышления: смогут или не смогут машины когда-нибудь, в фантастически далеком будущем, обла­ дать «свободой воли»? Ответ ясен: едва мы строго определяем- «свободу воли», как выясняется, что существующие сейчас машины, например знаменитые американские игорные автоматы — «однорукие бандиты», обладают этим качеством в большей степени, чем человек. «Однорукий бандит»— просто стальной ящик, прочно вделанный в стену или в столб; он имеет маленькое отверстие и длинную ручку. Монета, брошенная з отверстие, отпирает ручку, и ее можно дернуть. Тогда взводится пружи­ на спускового автомата. Иногда при этом из отверстия выпадает много монет, иногда ни одной. Каждый желающий может сутками торчать у

298