Современный компьютер: Сб. науч.-попул. статей; Пер. с С56 англ./Под ред. В. М. Курочкина; Предисл. Л. Н. Королева. — М.: Мир, 1986. — 212 с., ил. Вычислительная техника все шире внедряется в жизнь современного человека, проникая в различные отрасли промышленности, в экономику, научные исследования, систему образования. О разнообразном применении, современном состоянии и перспективах развития вычислительной техники рассказывает настоящая подборка статей из журнала «В мире науки» (перевод на русский язык американского журнала Scientific American), написанных ведущими специалистами США и Великобритании. Для широкого круга читателей, интересующихся проблемами вычислительной техники и информатики. ПРЕДИСЛОВИЕ
Вычислительная техника прочно вошла в жизнь и профессиональную деятельность современного человека. Ее применение поистине многообразно и всеобъемлюще. Информатика, включающая в себя все, что связано с применением вычислительной техники, служит в наши дни мощным катализатором научно-технического прогресса. Именно развитию средств вычислительной техники мы обязаны успехами, достигнутыми в автоматизации производственных процессов, в разработке новых технологий, в повышении эффективности труда и управления, в совершенствовании системы образования и в ускорении подготовки кадров. Неоценим вклад вычислительной техники в развитие науки — она играет важную роль в решении фундаментальных проблем математики, физики, химии, атомной энергетики; без нее невозможно представить себе современные аэрокосмические исследования. Успехи в этих областях стимулируют создание новых технологий, получение новых материалов, совершенствование конструкторских разработок. Быстрое внедрение результатов научных исследований в практику является определяющим фактором научно-технического прогресса. В наши дни решение никаких важнейших научных задач немыслимо без применения высокопроизводительных и сверхвысокопроизводительных вычислительных систем.
Интенсивное развитие вычислительной техники и информатики и ее проникновение во все сферы человеческой деятельности ставят перед специалистами важную задачу популяризации достижений в этой области и ознакомления с ними широких кругов общественности. В нашей стране актуальность этой проблемы подчеркивается в решениях партии и правительства об ускорении темпов научно-технического прогресса на основе широкого' внедрения средств вычислительной техники в народное хозяйство, управление, науку. На повестку дня поставлен вопрос о внедрении вычислительной техники в систему школьного образования и введении в средних школах курса информатики.
В свете сказанного не вызывает сомнений, что издание настоящего сборника является весьма своевременным. Сборник «Современный компьютер» представляет собой подборку переводных статей из журнала «В мире науки», которые в разное время были опубликованы в журнале Scientific American. В совокупности эти статьи, посвященные информатике и вычислительной технике, дают представление о состоянии дел и перспективах развития этой области знаний за рубежом — главным образом в США, которые в настоящее время занимают лидирующее положение в капиталистическом мире по производству и применению средств вычислительной техники. Статьи написаны крупными специалистами, работы которых в области вычислительной техники, ее применений и разработки средств программного обеспечения пользуются широкой известностью.
Сборник начинается статьей о суперкомпьютерах, принадлежащей перу Р. Д. Левайна, известного специалиста в области применения ЭВМ в научных расчетах. Обзорный характер статьи позволяет читателю получить представление об архитектуре таких уникальных по производительности вычислительных систем, как ИЛЛИАК-IV, Сайбер-203 и -205, Крей-1, Марк-Н и других, быстродействие которых достигает сотен миллионов (и приближается к 1 млрд.) операций в секунду. Архитектура суперкомпьютеров основана на идеях параллелизма и конвейеризации вычислений. Их появление вызвало к жизни целый ряд новых npof лем в сфере разработки принципиально новых алгоритмов вычислений и обрабоп ки данных, создания новых языков программирования, отражающих реальны возможности параллельных мультипроцессорных вычислительных систем. Эт направление — создание гигантов по мощности вычислений — бурно развиваете в настоящее время.
Наряду с такими гигантами в последние годы большое распространение по лучили так называемые персональные компьютеры, которые как бы олицетворяю собой противоположный полюс интенсивного развития ЭВМ. Появление микро процессоров и микро-ЭВМ ознаменовало новый этап в развитии вычислительно) техники и сфер ее применения. Успехи микроэлектроники, обусловившие массовьи выпуск больших интегральных схем и соответственно резкое удешевление элект ровных компонентов, дальнейшая микроминиатюризация основных узлов ЭВМ -все это позволило приступить к созданию весьма недорогих настольных компьюте ров, предназначенных для индивидуального пользования. Эта техника стала до ступной широкому кругу потребителей — от научных работников и инженеров до домашних хозяек. И потому читатель с интересом познакомится со статьей, в доступной форме рассказывающей об устройстве персональных ЭВМ, их разнообразном применении и перспективах дальнейшего развития. Эта статья написана в 1982 г., и теперь мы можем уверенно сказать, что оптимистические прогнозы авторов в области выпуска и использования персональных ЭВМ оказались сильно заниженными по сравнению с реальностью — настолько бурно развивается сейчас это направление.
В нашей стране массовый выпуск подобной техники начался сравнительно недавно и главное направление ее использования — внедрение в школьное и профессиональное образование. Персональные микро-ЭВМ несомненно принесут большую пользу в деле массового овладения так называемой компьютерной грамотностью. Такого рода грамотность, т. е. знание принципе» работы ЭВМ, понимание их возможностей и умение рационально использовать их в профессиональной деятельности, необходима в наш век автоматизированных систем и повсеместного внедрения вычислительной техники в производственные процессы. Данная статья будет весьма полезна учителям, преподающим основы информатики и вычислительной техники в общеобразовательных школах.
Широкое и многообразное применение ЭВМ предъявляет все более высокие требования к их программному обеспечению. В наши дни разработка программ и программных комплексов все более приобретает характер индустриального производства. Значение программного обеспечения в деле широкого использования вычислительной техники трудно переоценить. Именно программные средства создают интеллект компьютера, делающий его способным решать самые крупные и сложные научные задачи, управлять сложнейшими технологическими процессами. Программное обеспечение расширяет возможности ЭВМ как обучающих систем, как систем автоматизации проектирования, быстрой эффективной переналадки производства.
В то же время создание программ относится к одной из наиболее сложных сфер творческой деятельности специалистов, требующей, с одной стороны, больших творческих усилий, а с другой — вполне определенной методики и технологии разработки, свойственной обычным производственным процессам.
Наиболее сложной частью программного обеспечения ЭВМ являются операционные системы, которые, по существу, служат как бы продолжением аппаратуры, оболочкой, которая скрывает от внешнего взора все тонкости (а иногда и изъяны) аппаратных компонентов вычислительной системы. Операционные системы представляют собой комплекс средств, удобных как для работы прикладных программ, так и для управления счетом, для использования внешних и периферийных устройств ЭВМ. От качества операционных систем зависит не только удобство использования ЭВМ, но и эффективность их работы в целом.
Важностью проблем программного обеспечения обусловлено включение в сборник целой серии статей на эту тему. Первая из них «Операционные системы» принадлежит перу крупных специалистов в области программирования ЭВМ П. Дж. Деннингу и Р. Л. Брауну. В статье изложены1 важные принципы построения операционных систем, основанные на понятии иерархии абстракций, дано целостное представление об этом интересном и важном объекте программного обеспечения.
В статье Никласа Вирты, крупного ученого, создателя языка Паскаль и теории абстрактных типов данных, рассматриваются подходы к формальному доказательству правильности программ и повышению эффективности алгоритмов на основе анализа структур данных. Несмотря на кажущуюся простоту примеров, эта работа требует от читателя вдумчивости и внимания к ходу рассуждений.
Как известно, для составления программ применяются разнообразные языки программирования, которым и посвящена одна из статей настоящего сборника. Ее автор Л. Г. Теслер, имеющий большой опыт работы с языками программирования, в увлекательной, популярной форме рассказывает об истории их создания, проводит сравнительный анализ употребляемых в настоящее время языков. Читатель получит здесь общее представление о языкотворчестве для компьютеров, узнает о новом подходе к созданию так называемых объектно-ориентированных языков.
Интересна статья Терри Винограда, посвященная проблемам, которые возникают при автоматическом переводе, редактировании текстов, при попытках общения человека с компьютером на естественном языке. При этом автор высказывает определенный скепсис по поводу возможности заставить ЭВМ понимать в полном объеме смысл естественного языка, и такая точка зрения не лишена оснований — она вытекает из объективной оценки возникающих при этом сложностей принципиального характера.
В крупное научно-техническое направление информатики выделилась в настоящее время машинная графика. Широкое применение автоматизации проектирования требует в конечном итоге вывода из машины чертежной документации, схем, фотошаблонов, т. е. визуализации результатов. Обработка снимков, получаемых со спутников, нуждается в использовании сложных алгоритмов автоматического распознавания визуальных образов. Построение тренажеров, например имитирующих динамику посадки самолетов, невозможно без воспроизведения на экране меняющейся картины окружающего трехмерного пространства. Применение оснащенных цветными дисплеями ЭВМ в процессах обучения также требует умения строить мультипликации, демонстрирующие преподаваемый материал. Статья Андриеса ван Дама, специалиста, имеющего большой опыт в создании крупных систем машинной графики, одного из пионеров ее внедрения в систему обучения, дает достаточно полное представление о проблематике этой области и перспективах ее развития.
Важным звеном в развитии и использовании вычислительной техники являются автоматизированные информационные системы. Познакомиться с этим важным направлением информатики, узнать о перспективах его развития чи?атель сможет, прочитав статью Майкла Леска, имеющего непосредственный практический опыт по разработке очень больших баз данных. Особое внимание автор уделяет проблеме организации хранения и быстрого поиска информации в хранилищах большого объема.
Анализу общих требований, которым должно удовлетворять программное обеспечение управляющих систем, посвящена статья Альфреда 3. Спектора. Особое внимание автор уделяет проблеме надежности программного обеспечения режима реального времени, его помехозащищенности, организации мультизадачного режима и распределенных вычислений в мультипроцессорных системах.
Все более широкое применение ЭВМ находят в научных исследованиях. Об этом очень интересно, с известной долей философского обобщения рассказывает Стивен Уолфрэм — специалист в области теоретической физики, космологии и статистической механики, создатель символьной системы преобразований SMP. большие надежды здесь возлагаются на клеточные автоматы как средство исследования эволюционирующих систем. В наши дни математический эксперимент играет ведущую роль в изучении сложных явлений реального мира. Следует отметить, что в разработке методологии вычислительного эксперимента и анализа результатов, полученных с его помощью, лидирующее положение занимают работы советских ученых: академиков А. Н. Тихонова, А. А. Самарского, С. М. Бе-лоцерковского и их учеников. Взгляды американского автора на эту успешно развивающуюся проблематику, несомненно, привлекут внимание наших специалистов.
Одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений в вычислительной технике является искусственный интеллект. Следует ожидать, что в недалеком будущем «интеллектуальные машины» принесут вполне осязаемые практические результаты в области автоматизации профессиональной деятельности специалистов,занимающихся проектированием, диагностикой, поиском оптимальных решений. Этот вопрос отражен в статье Дугласа Б. Лената — создателя системы EURISKO, принадлежащей к классу так* называемых экспертных систем, которые с успехом применяются для различных целей, в частности в медицинской диагностике. Ясное и четкое изложение проблем, связанных с экспертными системами," в значительной степени снимает покров таинственности, порожденный интригующим названием подобного рода устройств.
Развитие оптоэлектроники открывает перспективу создания в будущем оптических ЭВМ, быстродействие которых должно в тысячи раз превзойти пределы быстродействия ЭВМ, построенных на интегральных схемах на кремниевой основе. Оптоэлектроника призвана радикально изменить всю элементную базу ЭВМ, что, возможно, потребует пересмотра традиционных архитектурных решений, принятых для современных ЭВМ. С проблемами разработки оптических компьютеров читатель может познакомиться в статье английских ученых Айтена Эйбрэхэма, Т. Ситона и С. Д. Смита, успешно работающих в области нелинейной оптики и создавших на этой основе оптический аналог переключателя и запоминающей среды.
Одна из важнейших проблем в развитии современной вычислительной техники связана с совершенствованием памяти ЭВМ. В свете этого вполне закономерно включение в сборник «Современный компьютер» статьи Р. Дж. Мак-Элиса о надежности памяти ЭВМ. В ней демонстрируется целесообразность применения корректирующих кодов и показывается, как математические методы могут значительно повысить надежность больших запоминающих систем.
Можно с уверенностью сказать, что в настоящем сборнике нашли отражение все главные направления, связанные с информатикой. Несмотря на научно-популярный характер статей — а возможно, именно благодаря этому, — он дает достаточно полное представление о многих важных перспективных концепциях в этой области. Думается, что сборник будет интересен не только широкой читательской аудитории, но и специалистам, которые найдут здесь много полезной информации. Очень часто в научно-популярной литературе, посвященной вычислительной технике, рассказывается о тех чудесах, которые можно сотворить с помощью ЭВМ, об их интеллектуальном могуществе, о фантастических возможностях в будущем. При этом в стороне остаются те проблемы, те нерешенные задачи, те препоны, которые приходится преодолевать, чтобы «сказку сделать былью». Стиль большинства статей настоящего сборника иной — в них, хоть и не в полной мере, раскрываются сложности, возникающие на пути реализации многих заманчивых идей и концепций, дается представление о той работе, которую еще предстоит выполнить в этой, пожалуй, наиболее наукоемкой отрасли. В этом, как нам представляется, важное достоинство сборника. И мы надеемся, что он будет с интересом встречен широким кругом читателей.
Л. Н. Королев