Зарождение и развитие кибернетики

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

1. Введение
2. Кибернетика
3. Зарождение кибернетики
4. Развитие кибернетики
5. Работы ученых
6. Предмет кибернетики ее методы и цели
7. Место кибернетики в системе наук
8. Кибернетика и философия
9. Кибернетика и сознание
10. ЭВМ и персонильные компьютеры (ПК)
11. Модели мира
12. Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Современное поколение является свидетелем стремительного развития науки и техники. За последние  триста лет человечество прошло путь от простейших паровых машин до мощных атомных электростанций, овладело сверхзвуковыми скоростями полета, поставило себе на службу энергию рек, создало огромные океанские корабли и гигантские землеройные машины, заменяющие труд десятков тысяч землекопов. Запуском первого искусственного спутника Земли  и полетом первого человека в  космос наша страна проложила путь к освоению космического пространства.

Однако  до середины XX века почти все создаваемые  человеком механизмы предназначались  для выполнения хотя и весьма разнообразных, но в основном исполнительных функций. Их конструкция предусматривала всегда более или менее сложное управление, осуществляемое человеком, который должен оценивать внешнюю обстановку, внешние условия, наблюдать за ходом того или иного процесса и соответственно управлять машинами, движением транспорта и т. д. Область умственной деятельности, психики, сфера логических функций человеческого мозга казались до недавнего времени совершенно недоступными механизации.

Рисуя картины жизни будущего общества, авторы фантастических рассказов и  повестей часто представляли, что  всю работу за человека будут выполнять  машины, а роль человека сведется лишь к тому, чтобы, наблюдая за работой  этих машин, нажимать на пульте соответствующие  кнопки, управляющие определенными  операциями.

Однако  современный уровень развития радиоэлектроники позволяет ставить и разрешать задачи создания новых устройств, которые освободили бы человека от необходимости следить за производственным процессом и управлять им, т. е. заменили бы собой оператора, диспетчера. Появился новый класс машин - управляющие машины, которые могут выполнять самые разнообразные и часто весьма сложные задачи управления производственными процессами, движением транспорта и т. д. Создание управляющих машин позволяет перейти от автоматизации отдельных станков и агрегатов к комплексной автоматизации конвейеров, цехов, целых заводов.

Вычислительная  техника используется не только для  управления технологическими процессами и решения многочисленных трудоемких научно-теоретических и конструкторских  вычислительных задач, но и в сфере  управления народным хозяйством, экономики  и планирования.

 

Кибернетика.

 

Кибернетика - это наука об управлении сложными системами с обратной связью. Она  возникла на стыке математики, техники  и нейрофизиологии, и ее интересовал  целый класс систем, как живых, так и не живых, в которых существовал  механизм обратной связи. Основателем  кибернетики по праву считается  американский математик Н. Винер (1894-1964), выпустивший в 1948 году книгу, которая  так и называлась

Оригинальность  этой науки заключается в том, что она изучает не вещественный состав систем и не их структуру, а  результат работы данного класса систем. В кибернетике впервые  было сформулировано понятие «черного ящика» как устройства, которое выполняет  определенную операцию над настоящим  и прошлым входного потенциала, но для которого мы не обязательно располагаем  информацией о структуре, обеспечивающей выполнение этой операции.

Системы изучаются в кибернетике по их реакциям на внешние воздействия, другими  словами, по тем функциям, которые  они выполняют. Наряду с вещественным и структурным подходом, кибернетика  ввела в научный обиход функциональный подход как еще один вариант системного подхода в широком смысле слова.

Если 17-ое столетие и начало 18-ого столетия - век паровых машин, то настоящее  время есть век связи и управления. В изучение этих процессов кибернетика  внесла значительный вклад. Она изучает  способы связи и модели управления, и в этом исследовании ей понадобилось еще одно понятие, которое было давно  известным, но впервые получило фундаментальный  статус в естествознании - понятие  информации как меры организованности системы в противоположность  понятию энтропии как меры неорганизованности.

Чтобы яснее стало значение информации, рассмотрим деятельность идеального существа, получившего название «демон Максвелла». Идею такого существа, нарушающего  второе начало термодинамики, Максвелл изложил в «Теории теплоты» вышедшей в 1871 году. «Когда частица со скоростью  выше средней подходит к дверце из отделения А или частица со скоростью ниже средней подходит к дверце из отделения В, привратник открывает дверцу и частица проходит через отверстие; когда же частица  со скоростью ниже средней подходит из отделения А или частица  со скоростью выше средней подходит из отделения В дверца закрывается. Таким образом, в отделении А  их концентрация уменьшается. Это вызывает очевидное уменьшение энтропии, и  если соединить оба отделения  тепловым двигателем, мы, как будто, получим вечный двигатель второго  рода».

Кибернетика выявляет зависимости между информацией  и другими характеристиками систем. Работа «демона Максвелла» позволяет  установить обратно пропорциональную зависимость между информацией  и энтропией. С повышением энтропии уменьшается информации и наоборот, понижение энтропии увеличивает  информацию. Связь информации с энтропией  свидетельствует и о связи  информации с энергией.

Энергия характеризует общую меру различных  видов движения и взаимодействия в формах: механической, тепловой, электромагнитной, химической, гравитационной, ядерной. Точность сигнала, передающего информацию, не зависит от количества энергии, которая  используется для передачи сигнала. Тем не менее, энергия и информация связаны между собой. Винер приводит такой пример: «Кровь, оттекающая от мозга, на долю градуса теплее, чем  кровь, притекающая к нему».

Общее значение кибернетики обозначается в следующих направлениях:

1. Философское значение, поскольку кибернетика дает новое представление о мире, основанное на роли связи, управления, информации, организованности, обратной связи и вероятности.
2. Социальное значение, поскольку кибернетика дает новое представление об обществе, как организованном целом. О пользе кибернетики для изучения общества не мало было сказано уже в момент возникновения этой науки.
3. Общенаучное значение в трех смыслах: во-первых, потому что кибернетика дает общенаучные понятия, которые оказываются важными в других областях науки - понятия управления, сложно динамической системы и тому подобное; во-вторых, потому что дает науке новые методы исследования: вероятностные, стохастические, моделирования на ЭВМ и так далее; в-третьих, потому что на основе функционального подхода «сигнал-отклик» кибернетика формирует гипотезы о внутреннем составе и строении систем, которые затем могут быть проверены в процессе содержательного исследования.
4. Методологическое значение кибернетики определяется тем, что изучение функционирования более простых технических систем используется для выдвижения гипотез о механизме работы качественно более сложных систем с целью познания происходящих в них процессов - воспроизводства жизни, обучения и так далее.
5. Наиболее известно техническое значение кибернетики - создание на основе кибернетических принципов ЭВМ, роботов, ПЭВМ, породившее тенденцию кибернетизации и информатизации не только научного познания, но и всех сфер жизни.

Зарождение кибернетики

 

Существует  большое количество различных определений  понятия «кибернетика», однако все  они в конечном счете сводятся к тому, что кибернетика - это наука, изучающая общие закономерности строения сложных систем управления и протекания в них процессов управления. А так как любые процессы управления связаны с принятием решений на основе получаемой информации, то кибернетику часто определяют еще и как науку об общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах.

Появление кибернетики как самостоятельного научного направления относят к 1948 г., когда американский ученый, профессор  математики Массачусетского технологического института Норберт Винер (1894 -1964гг.) опубликовал книгу «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». В этой книге Винер  обобщил закономерности, относящиеся  к системам управления различной  природы - биологическим, техническим  и социальным. Вопросы управления в социальных системах были более  подробно рассмотрены им в книге  «Кибернетика и общество», опубликованной в 1954 г.

Название  «кибернетика» происходит от греческого «кюбернетес», что первоначально  означало «рулевой», «кормчий», но впоследствии стало обозначать и «правитель над  людьми». Так, древнегреческий философ Платон в своих сочинениях в одних случаях называет кибернетикой искусство управления кораблем или колесницей, а в других — искусство править людьми. Примечательно, что римлянами слово «кюбернетес» было преобразовано в «губернатор».

Известный французский ученый-физик А. М. Ампер (1775-1836 гг.) в своей работе «Опыт  о философии наук, или Аналитическое  изложение естественной классификации  всех человеческих знаний», первая часть  которой вышла в 1834 г., назвал кибернетикой науку о текущем управлении государством (народом), которая помогает правительству  решать встающие перед ним конкретные задачи с учетом разнообразных обстоятельств  в свете общей задачи принести стране мир и процветание.

Однако  вскоре термин «кибернетика» был  забыт и, как отмечалось ранее, возрожден  в 1948 г. Винером в качестве названия науки об управлении техническими, биологическими и социальными системами.

 

Развитие кибернетики

 

Становление и успешное развитие любого научного направления связаны, с одной  стороны, с накоплением достаточного количества знаний, на базе которых  может развиваться данная наука, и, с другой — с потребностями  общества в ее развитии. Поэтому  не случайно, что размышления о  кибернетике Платона и Ампера не получили в свое время дальнейшего  развития и были в сущности забыты. Достаточно солидная научная база для  становления кибернетики создавалась  лишь в течение XIX—XX веков, а технологическая  база непосредственно связана с  развитием электроники за период последних 50—60 лет.

Социальная  потребность в развитии кибернетики  на современной ступени общественного  развития определяется прежде всего  бурным ростом технологического уровня производства, в результате чего доля суммарных физических усилий человека и животных составляет в настоящее время менее 1 % мирового энергетического баланса. Снижение данной величины обусловлено стремительным ростом энерговооруженности работников физического труда, сопровождающимся и значительным повышением его производительности. Вместе с тем так как управление современной техникой требует все больших затрат нервной энергии, а психофизические возможности человека ограничены, то оказывается, что именно они. В значительной степени ограничивали полноценное использование достижений технического прогресса.

С другой стороны, в развитых странах  доля работников умственного труда  по отношению ко всем работающим приближается уже к 50%, причем дальнейшее возрастание  ее является объективным законом  общественного развития. А производительность умственного труда, в процессе которого до недавнего времени использовались лишь самые примитивные технические  средства повышения его эффективности (арифмометры, конторские счеты, логарифмические  линейки, пишущие машинки), практически  оставалась на уровне прошлого века.

Если  учитывать также непрерывное  возрастание сложности технологических  процессов, характеризующихся большим  количеством разнообразных показателей, то становится ясным, что отсутствие механизации информационных процессов  тормозит дальнейшее развитие научно-технического прогресса. Перечисленные факторы  в совокупности и обусловили быстрое  развитие кибернетики и ее технической  базы - кибернетической техники.

Работы ученых

 

Развитие  кибернетики как науки было подготовлено многочисленными работами ученых в  области математики, механики, автоматического  управления, вычислительной техники, физиологии высшей нервной деятельности.

Основы  теории автоматического регулирования  и теории устойчивости систем регулирования  содержались в трудах выдающегося  русского математика и механика Ивана  Алексеевича Вышнеградского (1831—1895 гг.), обобщившего опыт эксплуатации и разработавшего теорию и методы расчета автоматических регуляторов  паровых машин.

Общие задачи устойчивости движения, являющиеся фундаментом современной теории автоматического управления, были решены одним из крупнейших математиков  своего времени Александром Михайловичем Ляпуновым (1857—1918 гг.), многочисленные труды которого сыграли огромную роль в разработке теоретических  вопросов технической кибернетики.

Работы  по теории колебаний, выполненные коллективом  ученых под руководством известного советского физика и математика Александра Александровича Андронова (1901—1952 гг.), послужили основой для решения  впоследствии ряда нелинейных задач  теории автоматического регулирования. А. А. Андронов ввел в теорию автоматического  управления понятия и методы фазового пространства, сыгравшие важную роль в решении задач оптимального управления.

Исследование  процессов управления в живых  организмах связывается прежде всего  с именами великих русских  физиологов - Ивана Михайловича Сеченова (1829—1905 гг.) и Ивана Петровича  Павлова (1849—1936 гг.). И. М. Сеченов еще  во второй половине прошлого столетия заложил основы рефлекторной теории и высказал весьма смелое для своего времени положение, что мысль о машинности мозга — клад для физиолога, коренным образом противоречащее господствовавшей тогда доктрине о духовном начале человеческого мышления и психики.