Техника - молодёжи 1956-12, страница 42

в 1943 году. С этого времени началось широкое строительство универсальных влектронных машин. Сначала они использовались только для больших вычислительных работ, заменяя сотни квалифицированных вычислителей, а затем и для простых логических действий. Впервые возможность применения релейно-контактных электрических схем для выполнения действий логики выявил в 1935 году советский ученый В. И. Ше-стаков.

Совсем недавно появились полупроводниковые кристаллические заменители ламп, лишенные таких недостатков вакуумных триггеров, как большие габариты, ненадежность и потребление значительного количества энергии. Хотя кристаллический элемент, конечно, не достиг размера нейрона, но, во всяком случае, он позволяет на той же площади разместить в тысячи раз больше счетных узлов, повысить емкость памяти и надежность работы счетных машин. Постепенно началось внедрение кристаллических элементов во все части счетных машин. Некоторые смелые инженеры мечтают о том, что со временем удастся выращивать прямо из растворов системы кристаллов, образующие готовые электронные схемы. «Радиоприемник, выращенный в колбе!» — это, конечно, звучит заманчиво. Тем более заманчива перспектива выращивать без особых хлопот миллионы и миллионы триггеров, создавая электронные счетные машины с неограниченным объемом памяти, предназначенные главным образом для логических операций!

...Представим себе, что археологи будущего откопали засыпанный прн какой-то катастрофе музей развития счетных машин. «Ого, — сказали бы они, — смотрите, как логично наши неведомые предки шли к созданию модели мозга! Они не пытались построить реальную модель живого нейрона, а создавали реле-аналог — математическую модель. Они верно выбрали дискретную форму счета и, введя автоматическое управление с помощью двоичной программы, нашли путь к самопрограммированию. Они перешли затем от искусственной десятичной системы сумматора к двоичной и от механических реле к электронным, чтобы добиться совпадения скоростей срабатывания. Тут они, пожалуй, перестарались, так как электронные модели работают быстрей, чем нейроны. Их первые модели с вакуумными триггерами, в десятки тысяч раз превышающими по величине нейрон, были бы практически невыполнимы, если бы они временно не заменили большое число цепей искусственно образованными устройствами памяти: ртутными и электростатическими трубками, магнитными пленками и барабанами и т. п. Но потом они кашли новую кристаллическую модель-реле и вернулись к однообразной структуре».

И как были бы удивлены эти археологи, если бы им сказали, что никто не собирался моделировать мозг! Просто инженеры, решая будничные, повседневные задачи практики, шли к тому оптимальному варианту, к которому раньше пришла природа, создавая самих инженеров.

мера познания

Пятый путь — связистов. Сутолока в проводах и эфире. Как передать число? Двоичное изображение. Цвет в двоичном выражении. Откуда начинать? Кот курит трубку — это сенсация! Телеграфная теория входит в психологию.

середине XX века в распоряжении человечества оказалось большое количество техники, предназначенной для передачи сообщений в виде электрических сигналов: телеграф, телефон, радиовещание, телевидение. Мало того что планета постепенно окутывалась сетью проволок и кабелей — в эфире, любезно предоставленном природой в бесплатное использование людям, были учтены и не без скандалов распределены все практически пригодные диапазоны. Для того чтобы возможно полнее использовать все каналы связи, потребовалось строго научно проверить, являются ли наилучшими те приемы преобразования текста, звуков и изображений в варианты электрических импульсов, которые накопились в хозяйстве связи. Потребовалось учесть количество такой неощутимой и нематериальной вещи, как сообщение, так сказать, — новость. И хотя инженеры-связисты не собирались заниматься ни логикой, ни психологией, ни счетом, они столкнулись с ними на той же узкой дорожке двоичного числа.

Действительно, что такое знаки азбуки Морзе — точки и тире? Сигнал, несущий сообщение. Чем выражен сигнал? Двоичным числом,

ибо записать фразу «кот сидит иа диване» можно не только так:

но и так: 1011Ш0000010000П0011000001101100, а цифры 1956 при передаче могут иметь вид: -j

10000101101111110010 — 20 знаков пятизначного кода Бодо (без знака регистра),

01111111100000010000 — 20 знаков полного кода Морзе (ие считая интервалов между знаками),

Установка «Вокодер» для преобразования живых звуков речи в телеграфный код, построенная в лаборатории фирмы «Белл». Действие ее основано на законах теории информации.

1101

OllOOOOOOlOfiOO — 14 знаков сокращенного кода Морзе (без интервалов), наконец 11 знаков обычного двоичного числа 11110100100. Хотя содержание передачи то же самое, число 1956, обычное двоичное выражение есть самое краткое, а следовательно, самое выгодное.

Изображение написанных черным по белому цифр также можно передать, пользуясь фототелеграфной разверткой. В простейшем случае это будет развертка в 5 строк по 13 посылок в строке, где черное обозначим 1, а белое — 0: 1 011101110111101010100010010111011101111000100010101...

В случае если передается не черно-белое, а полноцветное изображение, потребуется, конечно, больше знаков. Как известно, все чистые цвета, кроме пурпурного, заключаются в спектре. Замкнув спектр в кольцо и поместив пурпурный цвет между красным и фиолетовым, получим цветное кольцо, а затем разделим его на две половины и спросим, в которой нужный нам цвет. В левой, где холодные (ближе к синему), — нуль, в правой, где теплые (ближе к красному) цвета, — единица. Таким же образом делим полукольцо еще на две части, потом еще и еще — до того предела, где глаз уже не различает разницы цветов. И спектральный цвет будет характеризован двоичным числом, например 1101101. Но этого мало, так как цвета, встречающиеся в природе, не чистые, в них есть белое и черное, то-есть разные оттенки серого. Возьмем средний серый цвет (половина черного, половина белого) и поместим его в центре круга, а спектральное цветное кольцо — по краям. На пути к искомому цвету будут лежать сначала менее, а потом более чистые цвета. Ни и теперь весь путь к нему можно разбить на ряд выборов из двух возможных вариантов. Последним приближением ко всему объему цветов в природе будет цветовое тело. Нам приходится воспользоваться третьим измерением, чтобы показать, как к чистым спектральным цветам может быть примешан не один и тот же среднесерый цвет, а любой оттенок серого — от черного до белого. Получится нечто вроде двух сложенных основаниями конусов, где в одной вершине будет белый цвет, а в другой черный, по оси вся шкала серых, а по окружности оснований — кольцо чистых спектральных цветов (см. цветной рисунок). Точка искомого цвета будет лежать где-то внутри этого (условного, конечно) тела, а путь к ней сведется к ряду двоичных выборов и может быть передан двоичным числом.

Для экономии места при передаче нам важно статически учесть, какие именно цвета встречаются наиболее часто, чтобы с них начать выбор. Ведь уже первый шаг может привести к результату, и цвет обозначится одноразрядным числом, а чем больше будет коротких чисел, тем меньше сигнал. Таким начальным пунктом следует принять центр цветового тела, исходя из того соображения, что крайности (чистые цвета) в природе встречаются реже. Подобную статистику следует учитывать во всех случаях: и буквы в письменной речи, соответствующие звукам каждого из языков, и звуки в природе встречаются неодинаково часто (см. цветной рисунок).

Принцип оптимального двоичного кода, впервые высказанный в 1928 году Хартли, а теоретически обоснованный двадцать лет спустя в капитальном труде К. Шеннона, положившем начало систематическому изучению теории сообщений, доказывает, что всегда и во всех случаях сообщения двоичное число является наилучшим, поэтому двоичный выбор принят за единицу сообщения. Теория сообщений исследовала возможности преобразования непрерывных нечисловых форм сообщения в дискретные с целью сокращения объема сигнала и устранения искажений.

Интереснейшей областью теории сообщений является изучение возможности устранения «избыточности». Представим себе, что мы читаем фразу »»Кот едят в дване".

Поймем ли мы ее? Конечно. Значит, три буквы можно было бы не печатать. Более того, так как кот, как правило, сидит где-нибудь и выбирает по возможности диван, сообщение можно каким-нибудь образом сократить еще и все-таки не получить другого сообщения. Вот если бы кот летал или курил трубку, тогда другое дело — вероятность такого поведения кота столь

36