Путь развития логических машин

Введение

Актуальность темы исследования. Сегодня уже невозможно представить свою жизнь без персонального компьютера. Системный блок дома стал абсолютно обыденной вещью. Мы уже не обращаем на него внимания как на чудо техники и гений человеческой мысли. И мало кто помнит о том развитии пути, которое проделали ЭВМ для того, чтобы стать сегодняшним компьютером. Мы пользуемся сегодняшними плодами прогресса как совершенно обыденными вещами: как водой или электричеством. В памяти многих из нас не сохранились картинки тех лет, когда компьютер представлялся чем-то особенным и таинственным. Между тем, вычислительные машины проделали очень интересный путь, полный резких поворотов и смены направлений, превращаясь в наш обычный ПК. А история ЭВМ, подобно истории Отечества для общества, имеет большое значение для прогнозирования развития техники.

Цель работы — рассмотреть путь развития логических машин. Для этого нужно решитьследующие задачи:

1.      рассмотреть сущность и предназначение логических машин ;

2.       изучить особенности пути развития логических машин.

1.      Сущность и предназначения логических машин

ЛОГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ – механические, электромеханические или электронные устройства для полуавтоматического или автоматичого выполнения какой –  либо операций логики[1]. Применяются для анализа и упрощения формул некоторых разделов логики (в частности, для определения тех значений переменных в формулах логики высказываний, при которых эти формулы превращаются в истинные или в ложные высказывания), для получения выводов из посылок в рамках некоторых логических теорий и исчислений (алгебра логики, различные исчисления высказываний, силлогистика и др.), для доказательства теорем формализованных научных теорий и т.д.

Все задачи, которые решаются на специализированных логических машинах, могут решаться и на универсальной цифровой вычислительной машине. Для этого требуется составить и ввести в машину программу (программы), обеспечивающую выполнение требуемых логических процедур (алгоритмов логики). Правда, такое применение универсальных цифровых машин обычно нецелесообразно, т.к. при этом не используется значительная часть оборудования, предназначая для выполнения арифметических операций. Но когда решению подлежат более сложные задачи логического характера, недоступные для сравнительно простых по устройству специализированных логических машин – такие, например, как доказательство теорем некоторой логической системы (в том числе и теорем, не известных ранее), – применяются именно эти машины. Примером того, что в этом случае может дать их использование, могут служить составленные в 1958 Ван Хао программы для машинного доказательства теорем исчисления высказываний и узкого предикатов исчисления с равенством, содержащихся в сочинениях Б. Рассела и А. Уайтхеда "Principia Mathematica"; программа для исчисления высказываний позволила за 3 минуты получить доказательства 220 законов этой области логики.

Работа по машинизации логических процедур приобрела в последние годы большое практические значение вследствие резкого увеличения потока научной информации в различных областях знания, в народном хозяйстве и т.д[2]. Практические потребности развития производства и науки требуют создания информационных и информационно – логических машин – машин, предназначеная для хранения больших массивов информации различного вида, автоматической выборки из них нужных сведений и комплексной логические, математичические и статистические обработки последних. Разработка таких машин началась с середине 50-х гг. 20 в. Эти машины должны обладать рядом новых важных свойств. Они должны иметь запоминающие устройства (машинную память) очень большой емкости и с большой скоростью извлекать из памяти нужные сведения; запоминающее устройство их должно быть рассчитано на длительное и прочное хранение информации; машины должны быть хорошо приспособлены для массового выполнения логических операций и решения логическиз задач, содержащих большое число независимых переменных, и т.д. Основное назначение машин этого рода – выдача ответов на вопросы или решение задач, относящихся к тем или иным областям науки, техники, народного хозяйствава и т.п. Машина воспроизводит определенные сведения в ответ на запросы человека (эти запросы могут, например, быть основаны на сочетании ключевых терминов, или дескрипторов, характеризующих искомые сведения). Если при этом логические обработка информации в машине носит элементарный характер (ограничиваясь, например, подведением менее общих понятий под более общие, с тем чтобы перенести на первые признаки, присущие вторым, или сравнением частей информации с целью определения совпадения или различия их по содержанию), то такую машину часто называют информационной. Термин "информационно-логическая машина" применяется к машине, перед которой ставится задача сочетать поиск информации с ее многообразной обработкой, включая не только выполнение математических операций и осуществление требуемых математических алгоритмов и элементарных логических операций, но также и такие процессы, как вероятностно-статистическая обработка данных, классификация информации в соответствии с некоторыми принципами, установление систем отношений между понятиями, дедукция следствий, проверка истинности высказываний, осуществление процессов, соответствующих образованию понятий, умозаключениям по аналогии, индуктивным выводам, выдвижению и исследованию гипотез и т.п. Для решения этой задачи информационно-логические машины должны иметь блоки, аналогичные по назначению специализированнымлогическим машинам.

Информационные и информационно-логические машины предназначаются для использования в различных областях и для различных целей: в справочно-библиотечном деле, в экономике (для статистической, логической и иной обработки информации о развитии народного хозяйствава, для ее анализа по отдельным отраслям промышленности, транспорта, сельского хозяйства, торговли, финансов и т.д., для экономического планирования), в медицине, в эксперимент, науках (для обработки результатов экспериментов и наблюдений), в лингвистике, в военном деле и т.д.

Информационные и информационно-логические машины могут обрабатывать любой письменный и графический материал, от которого требуется только, чтобы он был приведен к виду, приспособленному для машинной обработки, в частности, чтобы он однозначно (и по возможности компактно) выражал содержащуюся в нем информацию[3]. Эти требования обусловили разработку искусственных машинных информационных (или информационно - логических) языков, специально предназначенных для придания информации указанного вида. Разработка таких языков в настоящее время интенсивно проводится по отдельным отраслям знания (металлургия, химия, элементарная геометрия и др.).

Для разработки информационных и информационно-логических машин, определения закономерностей их работы, составления программ для них широко используются идеи и средства современной формальной логики. Логические исчисления обычно служат основой для построения информационных языков для этих машин; при применении этих машин к конкретному материалу последний подвергается определенные логические формализации[4]. При этом используются не только основные разделы логики (и связанных с ней наук) – такие, как теория алгоритмов, логика высказываний и исчисление предикатов, но и менее разработанные логические дисциплины: многозначные логики, вероятностная и современная индуктивная логики, теория классификации, теория определений; ставится вопрос об использовании в теории информационно-логических машин модальной логики. Важное значение для разработки информационно-логических машин имеет применение результатов нейрофизиологии и психологии, поскольку при создании таких машин приходится вступать на путь моделирования отдельных процессов умственного труда человека, познаваемых средствами этих наук. Следует, наконец, отметить тесную связь теоретических и технических вопросов конструирования таких машин с исследованиями в области логической семантики, лингвистики математической и семиотики. Комплекс дисциплин логико-лингвистическог цикла – вместе с рядом важных частей современной математики (алгебра, теория вероятностей и математическая статистика, теория множеств и др.) – составляет теоретический фундамент работ по созданию информационно-логических машин, а средства радиоэлектроники и вычислительной техники – их техническую базу.

Отражая в структуре машин и программах их работы логику своих содержательных рассуждений, люди получают возможность резкого расширения своих интеллектуальных возможностей. Уже в настоящее время с помощью информационных машин решаются задачи, которые практически не могут быть решены технически невооруженным сознанием человека. В будущем же распространение информационных и информационно-логические машин должно привести к революционным изменениям во всех сферах умственной деятельности[5]. Применение таких машин резко повысит производительность и эффективность интеллектуального труда; оно вызовет к жизни более компактные и обозримые, чем в настоящее время, формы публикации научных сообщений и машинный отбор наиболее важных из них. Машины предназначены играть роль автоматических "справочников", причем справочников, способных активно "самообучаться" в процессе функционирования, анализировать собств. решения, совершенствовать хранящиеся в них программы работы. Потенциальные возможности информационно-логических машин позволяют рассчитывать на машинное получение новых научных результатов, на машинное доказательство новых теорем, на применение машин для составления обобщающих обзоров по отдельным разделам знания, для выработки обоснованных рекомендаций по тем или иным вопросам, для систематизации отдельных отраслей науки. Распространение этих машин повлечет за собой дальнейшую математизацию науки, возрастание роли математики и логики во многих областях жизни общества. Информационные и информационно-логические машины облегчат обмен идеями и результатами между различными научными дисциплинами и сферами деятельности людей; уже выдвинута задача создания единого информационного языка-посредника с разными уровнями специализации, который позволил бы установить обмен информацией между разными машинами, а также между специалистами различных областей, которые ими будут пользоваться. Нет сомнения в том, что в будущем к этим машинам перейдет значит, часть функций работников умственног труда (особенно тех функций, которые носят массовый характер) – не только справочно-консультативных, но и исследовательских. Создавая возможности для быстрого и полного использования накопленных в науке знаний, для передачи их на большие расстояния по техническим линиям связи, информационно-логическая техника породит новый стиль научной работы, при котором главное внимание ученого будет обращено на решение кардинальных проблем, на получение принципиально важных новых результатов, на творчество.

2. История развития логических машин

Первые логические машины появились в 19 в. Их создание было подготовлено развитием логики, а также разработкой логическихдиаграмм – двумерных геометрических фигур с топологическими отношениями, изоморфными операциям и отношениям, которые рассматриваются в логике[6]. К числу наиболее ранних логических диаграмм относятся логический квадрат и круги Эйлера, широко используемые до сих пор в элементарных учебниках логики. После возникновения алгебры, логики появились и другие виды логических диаграмм (для решения задач, относящихся к логике классов и логике высказываний). Из них наибольшее значение имеют диаграммы Венна, предложенные английским логиком Дж. Венном в 1880. С 50-х гг. 20 в. диаграммы Венна в виде карт Вейча и Карно (и их обобщений) стали применяться в приложениях алгебры логики для решения задач упрощения (минимизации) релейных схем и автоматов. Однако логические диаграммы и соответствующие им пространственные модели являются эффективным средством решения логических задач лишь до тех пор, пока с их помощью достаточно наглядно могут быть изображены условия задачи, т.е. в случае сравнительно простых выражений алгебры логики (выражений, содержащих не более шести независимых пропозициональных переменных). Для более сложных логических выражений единственным практически эффективным средством решения логических задач являются логические машины.

Идеи, относящиеся к логическим машинам, прошли длительный путь развития. В истории философии оставили след попытки Р. Луллия разработать на основе аристотелевой логики некую сверхнауку – Ars magnaet ultima (великое и окончательное искусство) и представить ее в виде некотройрой логической машины.

Однако первая логическая машина на которойрой можно было решать задачи формальной логики, явился "демонстратор" Ч. Стенхопа (1753–1816). Это механическое устройство можно было применять для проверки не только традиционных, но и числовых силлогизмов, а также для решения элементарных задач теории вероятностей. В 1869 Джевонс построил свою известную логическую машину, являвшуюся усовершенствованием ранее изобретенного им более простого устройства – логических счетов[7]. Логическая машина Джевонса позволяла механизировать ряд процедур в логике классов, высказываний и в силлогистике [представление формул в совершенной дизъюнктивной нормальной форме упрощение логических формул, вывод следствий из посылок, проверка правильности силлогизмов и т.п. ].

Логическая машина Джевонса была первой, которая могла решать сложные логические задачи быстрее, чем человек без ее помощи. В 19 в. были построены или описаны и др. механические устройства аналогичного назначения (в частности, Дж. Венном). Наиболее совершенным из них была логическая машина Маркванда (1853–1924), построенная им в 1883 Маркванд разработал также схему электрической (релейной) логической машины (1885), аналогичную его механической. Машины Маркванда могли решать задачи, содержащие не более 4 независимых пропозициональных переменных.

Машинизация логических процедур может иметь практическое значение лишь в том случае, если работа логической машины по ряду важных параметров (напр., по скорости и надежности, по сложности решаемых задач и т.п.) превосходит аналогичные показатели человеческого мышления. Механические устройства, разрабатывавшиеся в 19 в., не удовлетворяли отмеченным требованиям. Этим главным образом и объясняется то, что в 19 в. Логические машины не вышли из стадии опытных образцов. Построенные тогда логические машины имели лишь некоторые внутрилогические применения, главным образом в качестве пособий в курсах традиционной и математической логики. Ограниченные возможности логических машин этого времени были также обусловлены недостаточным развитием математической логики и, что особенно важно, неразработанностью ее приложений к другим наукам и отсутствием применения в технике. Поэтому новый, современный этап в развитии логических машин начался лишь с конца 40-х гг. 20 в., когда достижения техники (автоматики, электроники и др.) открыли перед создателями логических машин новые конструктивные возможности. Развитие электронных вычислительных машин, успехи математичкской логики, создание теории алгоритмов, логическакя формализация некоторых разделов науки, развитие приложений логики в технике составили прочный фундамент для теоретической работы в областях, связанных с логическими машинами. С этого времени разработка и использование логических машин стали происходить в рамках кибернетики.

В середине 20 в. сложилось два основных подхода к разработке машинных способов решения задач логики[8]. Один из них состоит в создании специализированных логических машин, т.е. машин, сама конструкция которых (а не только закладываемые в них программы работы) предусматривает применение их для выполнения логических процедур определенного рода. Такие логические машины строятся на базе электрической – как электронной, так и релейно-контактной техники. Другой подход заключается в применении, благодаря надлежащему программированию, для решения логических задач универсальных электронных автоматических быстродействующих цифровых вычислительных машин. Первый подход связан с разработкой логических машин, оперирующих в основном в рамках логики высказываний. Первая современная электрическая логическая машина, предназначенная исключительно для решения задач логики высказываний, была построена в 1947 Б. Буркхартом и Т. Калном.