Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Развитие вычислительной техники



Введение

компьютерный искусственный интеллект вычислительный

Знание истории развития вычислительной техники является неотъемлемым элементом компьютерной культуры и важным компонентом, характеризующим профессиональную компетентность специалиста в области информационных технологий.

Первые шаги автоматизации умственного труда связаны именно с вычислительной активностью человека, который уже на самых ранних этапах становления своей цивилизации начал применять средства инструментального счета.

Как только было открыто понятие количества, человек сразу же стал подбирать инструменты, которые бы оптимизировали и облегчали счет. На сегодняшний день сверхмощные компьютеры, базируясь на принципах математических вычислений, осуществляют процессы обработки, хранения и передачи информации - важнейшего ресурса и двигателя прогресса человечества. Представление о том, как происходило развитие вычислительной техники, можно составить, рассмотрев основные этапы этого процесса.

На протяжении всего своего существования человек использовал разного рода и конструкции вычислительные аппараты. Некоторые из них используются в повседневной жизни и сегодня, а некоторые так и не получили развития и затерялись со временем.

В данной работе будет рассмотрена история развития вычислительной техники, а также приведен краткий обзор возможностей применения современных вычислительных систем и дальнейших тенденций развития персональных компьютеров.



1. Этапы развития

Основными этапами развития вычислительной техники являются:

· ручной - с 50-го тысячелетия до н. э.;

· механический - с середины XVII века;

· электромеханический - с девяностых годов XIX века;

· электронный - с сороковых годов XX века.

Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой цивилизации. Он основан на использовании пальцев рук и ног. Счет при помощи группировки и перекладывания предметов явился предшественником счета на абаке - наиболее развитом счетном приборе древности. Аналогом абака на Руси являются дошедшие до наших дней счеты.

компьютерный искусственный интеллект вычислительный

Рисунок 1. Абак

При использовании абака предполагается выполнение вычислений по разрядам, т. е. наличие некоторой позиционной системы счисления.

В начале XVII века шотландский математик Дж. Непер ввел понятие логарифма, что оказало революционное влияние на счет. Изобретенная им логарифмическая линейка прослужила инженерам более 360 лет.

Развитие механики в XVII веке стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический способ вычислений. В 1623 году немецкий ученый В. Шиккард описал и реализовал механическую счетную машину для выполнения четырех арифметических операций над шестиразрядными числами. В 1642 году Б. Паскаль построил восьмиразрядную действующую модель счетной суммирующей машины.

Рисунок 2. Суммирующая машина Б. Паскаля

В 1673 году немецкий математик Лейбниц создал первый арифмометр, позволяющий выполнять все четыре арифметических операции, и с 1881 г. было организовано серийное производство арифмометров. Английский математик Чарльз Бэббидж выдвинул идею создания программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати, и создал разностную, а затем аналитическую машину для вычислений.

Электромеханический этап явился наименее продолжительным и охватывает около 60 лет - от первого табулятора Г. Холлерита до первой ЭВМ «ENIAC». В 1887 году Г. Холлерит в США создал первый счетно-аналитический комплекс, состоящий из ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора.



Рисунок 3. Табулятор Холлерита

Одно из наиболее известных его применений - обработка результатов переписи населения в нескольких странах, в том числе и в России.

Начало - 30-е годы XX века - этап разработки счетно-аналитических комплексов, на базе таких комплексов создаются вычислительные центры.

В это же время развиваются аналоговые машины.

В 1930 году В. Буш разрабатывает дифференциальный анализатор, использованный в дальнейшем в военных целях, в 1937 году Дж. Атанасов, К. Берри создают электронную машину ABC. Г. Айкеном в 1944 разработана и создана управляемая вычислительная машина MARK-1. А в 1957 году в СССР был реализован последний крупнейший проект релейной вычислительной техники - машина РВМ-I, эксплуатировавшаяся до 1965 г.

Начало электронного этапа связывают с созданием в США в конце 1945 г. электронной вычислительной машины ENIAC - первый электронный цифровой вычислитель общего назначения, который можно было перепрограммировать для решения широкого спектра задач.



Рисунок 4. ЭНИАК

В истории развития ЭВМ принято выделять несколько поколений, каждое из которых имеет свои отличительные признаки и уникальные характеристики. Главное отличие машин разных поколений состоит в элементной базе, логической архитектуре и программном обеспечении, кроме того, они различаются по быстродействию, оперативной памяти, способам ввода и вывода информации и т. д. Рассмотрим далее каждое из поколений ЭВМ.

2. Поколения ЭВМ

Начиная с 1950 года, каждые семь-десять лет значительно обновлялись программно-алгоритмические и конструктивно-технологические принципы создания и использования ЭВМ. В связи с этим говорят о поколениях вычислительных машин, где каждому поколению можно отвести этап протяженностью десять лет. ЭВМ проделали большой путь эволюции в плане элементной базы (от ламп к микропроцессорам), и кроме того, в плане появления новых возможностей, расширения прикладной области и характера их применения и использования. Деление ЭВМ на поколения - весьма условная классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов организации интерфейса ЭВМ.

Первое поколение ЭВМ

Считается, что первое поколение ЭВМ появилось после 1943 года в ходе Второй мировой войны, хотя первым работающим аппаратом следует считать машину V-1 (Z1) инженера Конрада Цузе, продемонстрированную в 1938 году. Это была первая построенная на самодельных аналогах реле электронная машина, ненадёжная в вычислениях и сложная в обращении.

Рисунок 5. Конрад Цузе и компьютер Z-1

Логические схемы были созданы на дискретных радиодеталях и электронных вакуумных лампах с нитью накала. В оперативных запоминающих устройствах применялись магнитные барабаны, акустические ультразвуковые ртутные и электромагнитные линии задержки, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). В качестве внешних запоминающих устройств применяли накопители на перфолентах, перфокартах, магнитных лентах, а также штекерные коммутаторы.



Рисунок 6. Перфокарта и перфолента

Программирование работы ЭВМ первого поколения происходило в двоичной системе счисления на машинном языке. Таким образом, программы были четко ориентированы на одну конкретную модель ЭВМ и переставали существовать вместе с этими моделями. В середине 1950-х годов появились машинно-ориентированные языки типа языков символического кодирования, позволяющие использовать сокращенную словесную (буквенную) запись адресов и команд и десятичные числа вместо их двоичной записи. Первый язык программирования высокого уровня для математических задач - язык Фортран - был создан в 1956 году, а в 1958 году - универсальный язык программирования Алгол.

Основные характеристики

· Элементная база - электронно-вакуумные лампы.

· Соединение элементов - навесной монтаж проводами.

· Габариты - ЭВМ выполнена в виде больших шкафов.

· Быстродействие - 10-20 тыс. операций в секунду.

· Эксплуатация - сложная из-за частой поломки электронно-вакуумных ламп.

· Программирование - машинные коды.

· Оперативная память - до 2 Кбайт.

· Ввод и вывод данных с помощью перфокарт, перфолент.



Второе поколение ЭВМ

Появление второго поколение ЭВМ связывают с переходом к транзисторной элементной базе и возникновением первых мини-ЭВМ. Принцип автономии получил дальнейшее развитие - он реализован уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной структуре. Устройства ввода-вывода были снабжены собственными устройствами управления, которые называются контроллерами, а это в свою очередь позволило освободить центральное УУ от контроля за операциями ввода-вывода. Началась разработка стандартных программ интегрированных систем на базе библиотек, обладающих свойством переносимости, т. е. возможности выполняться на ЭВМ разных марок. Происходит совершенствование технологии выполнения программ на ЭВМ: были созданы специальные программные средства - системное программное обеспечение. Цель создания данного ПО - ускорение и упрощение перехода процессором от одной задачи к другой. Стали появляться первые системы пакетной обработки, автоматизирующие запуск одной программ за другой и тем самым увеличивающие коэффициент загрузки процессора. В ходе реализации систем пакетной обработки был создан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он планировал выполнять на ЭВМ. Совокупность нескольких таких заданий, обычно в виде колоды перфокарт, стали называть пакетом заданий. Это понятие существует до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы MS DOS представляют собой пакеты заданий. К отечественным ЭВМ второго поколения можно отнести такие машины как Проминь, Минск, Раздан, Мир.

Логические схемы на этом этапе были построены на дискретных полупроводниковых и магнитных элементах (диоды, биполярные транзисторы, тороидальные ферритовые микротрансформаторы). В качестве конструктивно-технологической основы применялись схемы с печатным монтажом. Широко использовался блочный принцип создания машин, позволяющий подключать к основным устройствам большое количество разнообразных внешних устройств, что в свою очередь позволяло обеспечивать большую гибкость при использовании компьютеров. Тактовая частота работы электронных схем повысилась до сотен килогерц. Стали использоваться внешние накопители на жестких магнитных дисках и на флоппи-дисках, что явилось промежуточным уровнем памяти между накопителями на магнитных лентах и оперативной памятью.

В 1964 году появился первый монитор для компьютеров - IBM 2250.

Рисунок 7. Монитор IBM 2250

Это был монохромный дисплей с экраном 12х12 дюймов и разрешением 1024х1024 пикселей и имел частоту кадровой развертки 40 Гц.

Создаваемые на базе компьютеров системы управления потребовали от ЭВМ более высокой надежности и производительности. В компьютерах стали широко применяться коды с обнаружением и исправлением ошибок, а также встроенные схемы контроля.

Первой ЭВМ, в которой стали частично применяться полупроводниковые приборы вместо электронных ламп, была вычислительная машина SEAC (Standarts Eastern Automatic Computer), сконструированная в 1951 году, а в начале 60-х годов полупроводниковые машины стали создаваться и в СССР.

Основные характеристики

· Элементная база - полупроводниковые элементы (транзисторы).

· Соединение элементов - печатные платы и навесной монтаж.

· Габариты - ЭВМ выполняется в виде однотипных стоек.

· Быстродействие - 100-500 тыс. операций в секунду.

· Эксплуатация - вычислительные центры со специальным штатом обслуживающего персонала, появляется новая специальность - оператор ЭВМ.

· Программирование - на алгоритмических языках.

· Оперативная память - 2 - 32 Кбайт.

· Введен принцип разделения времени.

· Введен принцип микропрограммного управления.

· Недостаток - несовместимость программного обеспечения разных ЭВМ.

Третье поколение ЭВМ

К созданию ЭВМ третьего поколения привела разработка в 60-х годах интегральных схем - целых устройств и узлов из десятков и сотен транзисторов, выполненных на одном кристалле.

Рисунок 8. Интегральная схема

В то же самое время появилась полупроводниковая память, до сих пор используемая в персональных компьютерах как оперативная память. Использование интегральных схем намного расширяло возможности ЭВМ. С этого момента центральный процессор получает возможность работать и при этом параллельно осуществлять управление различными периферийными устройствами. ЭВМ стали одновременно обрабатывать несколько программ, что стало назваться принципом мультипрограммирования. Производство компьютеров в эти годы приобретает промышленный масштаб. Вышедшая в лидеры фирма IBM стала первой компанией, разработавшей семейство ЭВМ - серию полностью совместимых друг с другом компьютеров от самых маленьких до самых дорогих и мощных моделей. Наибольшее распространение в те годы получили ЭВМ семейства System/360 компании IBM.

Рисунок 9. IBM System/360

Начиная с этого поколения, традиционным становится разработка серийных ЭВМ. Несмотря на то, что машины одной серии в значительной степени отличались друг от друга по производительности и своим возможностям, они были программно и аппаратно совместимы. Например, были произведены и выпущены ЭВМ единой серии «ЕС ЭВМ»: «ЕС-1022», «ЕС-1030», «ЕС-1033» и др. Производительность этих машин достигала от 500 тыс. до 2 млн. операций в секунду, объём оперативной памяти составлял от 8 Мб до 192 Мб.

К ЭВМ третьего поколения также можно отнести «IВМ-370», «Электроника - 100/25», «Электроника - 79», «СМ-3», «СМ-4» и др. Для серий ЭВМ было расширено программное обеспечение - были разработаны различные операционные системы, языки программирования высокого уровня, прикладные программы и т. д. Для советских ЭВМ третьего поколения слабым местом было невысокое качество электронных комплектующих элементов, с чем и было связано постоянное отставание от западных разработок по быстродействию, габаритам и весу.

Также в начале 60-х стали появляться первые миникомпьютеры - небольшие маломощные компьютеры, ставшие доступными по своей цене небольшим фирмам или лабораториям.

В это время количество элементов и соединений между ними, умещающихся в рамках одной микросхемы, постоянно возрастало, и интегральные схемы в 70-е годы состояли уже из тысячи транзисторов. Это предоставило возможность объединить в единственной маленькой детали большую часть компонентов компьютера, что и было сделано в 1971 г. фирмой Intel, выпустившей первый микропроцессор, предназначенный для настольных калькуляторов.

Рисунок 10. Микропроцессор Intel 4004

Следует также упомянуть, что в 1969 г. появилась первая глобальная компьютерная сеть - прообраз современной сети Internet. Также в 1969 году одновременно были созданы операционная система Unix и язык программирования С, оказавшие огромное по своей значимости влияние на программный мир.

В 1958 году Роберт Нойсом была изобретена малая кремниевая интегральная схема, в которой на небольшой площади могли быть размещены десятки транзисторов. Впоследствии эти схемы стали называться схемами с малой степенью интеграции, а уже в конце 60-х годов эти интегральные схемы нашли свое применение в компьютерах.

Логические схемы ЭВМ третьего поколения уже полностью были построены на малых интегральных схемах. Тактовая частота работы электронных схем повысилась до единиц мегагерц. Снизились напряжения питания (единицы вольт) и потребляемая машиной мощность. Надежность и быстродействие ЭВМ третьего поколения существенно повысились.

В оперативных запоминающих устройствах применялись ферритовые сердечники, ферритовые пластины и магнитные пленки с прямоугольной петлей гистерезиса. В качестве внешних запоминающих устройств стали широко использоваться дисковые накопители.

Также появились два уровня запоминающих устройств: сверхоперативные запоминающие устройства на триггерных регистрах, имеющие значительное быстродействие, но небольшую емкость, и также быстродействующая кэш-память.

Большое внимание уделяется повышению достоверности и надежности функционирования ЭВМ и упрощению их технического обслуживания. Достоверность и надежность были обеспечены путем повсеместного применения кодов с автоматическим обнаружением и исправлением ошибок.

Модульная организация вычислительных машин и модульное построение их операционных систем создавали большие возможности для изменения конфигурации вычислительных систем. Вследствие этого возникло новое понятие - архитектура вычислительной системы, определяющее логическую организацию этой системы с точки зрения программиста и пользователя.

Основные характеристики

· Элементная база - интегральные схемы.

· Соединение элементов - печатные платы.

· Габариты - ЭВМ выполняется в виде однотипных стоек.

· Быстродействие - 1-10 мил. операций в секунду.

· Эксплуатация - вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность - системный программист.

· Программирование - алгоритмические языки, ОС.

· Оперативная память - 64 Кбайт.

· Применяется принцип модульности, принцип разделения времени, принцип магистральности, принцип микропрограммного управления.

· Появление дисплеев, магнитных дисков, графопостроителей.

Четвертое поколение ЭВМ

Смена поколений в развитии ЭВМ нарушается, начиная с середины 1970-х годов. Прогресс в основном направлен на развитие того, что ранее уже было придумано и изобретено, за счет повышения мощности и уменьшения размеров элементной базы и самих ЭВМ. Элементной базой компьютеров четвертого поколения становятся большие интегральные схемы (БИС), где на одном кристалле интегрировано до 100 тысяч элементов. Быстродействие этих машин составляет десятки миллионов операций в секунду, а оперативная память достигала сотен мегабайт. Появились микропроцессоры (1971 г. фирма Intel), микро-ЭВМ и персональные ЭВМ, стало возможным объединенное применение мощности разных машин - соединение машин в единый вычислительный узел и работа с разделением времени. С 1985 года стали разрабатываться супербольшие интегральные схемы (СБИС), на кристалле которых размещалось до 10 млн. элементов.



Рисунок 11. Супербольшая интегральная схема

Развитие ЭВМ четвертого поколения происходило по двум направлениям:

· разработка суперЭВМ;

· развитие на базе БИС и СБИС микро-ЭВМ и персональных ЭВМ (ПЭВМ).

В первом направлении происходила разработка комплексов многопроцессорных машин. Быстродействие таких машин достигло нескольких миллиардов операций в секунду. Они смогут обрабатывать огромные массивы информации. Сюда относятся такие комплексы как ILLIAS-4, CRAY, CYBER, «Эльбрус-1», «Эльбрус-2» и др.

Во втором направлении первыми представителями стали Apple, IBM - PC (XT, AT, PS/2), «Искра», «Электроника», «ЕС-1840», «ЕС-1841», «Мазовия», «Агат» и др. Начиная с этого поколения ЭВМ стали называться компьютерами. Благодаря появлению и развитию персональных компьютеров, вычислительная техника стала по-настоящему общедоступной и массовой. Складывается следующая парадоксальная ситуация: несмотря на то, что персональные и миникомпьютеры все также отстают от больших машин во всех отношениях, значительная часть новшеств - графический пользовательский интерфейс, глобальные сети, новые периферийные устройства - обязаны своим появлением и развитием именно этой технике.

Логические интегральные схемы в компьютерах стали разрабатываться на базе униполярных полевых CMOS-транзисторов с непосредственными связями, работающими с меньшими амплитудами электрических напряжений (единицы вольт), потребляющими меньше мощности, нежели биполярные, что позволяло реализовать более прогрессивные нанотехнологии.

Первый персональный компьютер был создан в апреле 1976 года двумя друзьями, Стивом Джобсом - сотрудником фирмы Atari, и Стефаном Возняком, работавший на фирме Hewlett-Packard. На базе 8-битного интегрального контроллера жестко запаянной схемы популярной электронной игры, они создали простой программируемый на языке Бейсик игровой компьютер «Apple», так в начале 1977 года была зарегистрирована Apple Corp., и началось производство первого в мире персонального компьютера Apple.

Рисунок 12. Один из первых компьютеров Apple

Основные характеристики

· Элементная база - большие интегральные схемы (БИС).

· Соединение элементов - печатные платы.

· Габариты - компактные ЭВМ, ноутбуки.

· Быстродействие - 10-100 млн. операций в секунду.

· Эксплуатация - многопроцессорные и многомашинные комплексы, любые пользователи ЭВМ.

· Программирование - базы и банки данных.

· Оперативная память - 2-5 Мбайт.

· Телекоммуникационная обработка данных, объединение в компьютерные сети.

Пятое поколение ЭВМ

Принципы разработки пятого поколения ЭВМ были приняты в 1982 г. в Японии. Планировалось, что к 1991 г. будут разработаны совершенно новые машины, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. При помощи языка Prolog и новых технологий в конструировании компьютеров предполагалось вплотную подойти к решению одной из главных задач компьютерной науки - вопросам хранения и обработки знаний. Для компьютеров нового поколения не пришлось бы писать программ, а было бы достаточно объяснения на языке, близкого к естественному, что от них требуется. Считается, что элементной базой таких компьютеров будут служить не СБИС, а выполненные на их базе устройства с элементами искусственного интеллекта. Для увеличения быстродействия и памяти будут применяться биопроцессоры и последние достижения оптоэлектроники. Для разработчиков ЭВМ пятого поколения основной задачей становится создание искусственного интеллекта компьютера, то есть возможности вычислительной машины делать на основании приведенных фактов логические выводы и развитие интеллектуальных компьютеров, устраняющих барьер между человеком и машиной.

Рисунок 13. Компьютеры пятого поколения

Сегодня компьютеры способны распознавать рукописный или печатный текст, информацию с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой.

Успехи, достигнутые при разработке искусственного интеллекта, используются в промышленности и деловом мире. Так, экспертные системы и нейронные сети эффективно применяются для задач классификации (фильтрация спама, категоризация текста и т. д.). Генетические алгоритмы могут быть применены для оптимизации портфелей в инвестиционной деятельности, робототехника широко используется в промышленности, производстве, быту. Также происходит развитие других направлений искусственного интеллекта, например, распределенное представление знаний и решение задач в интернете.

Основная концепция ЭВМ пятого поколения кратко может быть сформулирована следующим образом:

· Компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, которые выполняют десятки последовательных инструкций программы одновременно.

· Компьютеры со многими сотнями параллельно работающих процессоров, которые позволяют образовывать системы обработки данных и знаний, эффективные сетевые компьютерные системы.

Шестое и последующие поколения ЭВМ представляют собой электронные и оптоэлектронные компьютеры с нейронной структурой, массовым параллелизмом, с распределенной сетью большого числа микропроцессоров, которые моделируют архитектуру нейронных биологических систем.

Основные характеристики:

· Электронная база - сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с применением оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).

· Качественный переход от обработки данных к обработке знаний и созданию экспертных систем.

· Архитектура будет состоять из двух блоков: обычного компьютера и интеллектуального интерфейса, задача которого состоит в том, чтобы распознать текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и транслировать его в работающую программу для компьютера.

3. Искусственный интеллект (A.I) - artificial intelligence

Это наука и технология создания интеллектуальных машин, в особенности - интеллектуальных компьютерных программ. Искусственный интеллект связан с задачей использования компьютеров для понимания работы человеческого интеллекта, но не ограничивается использованием методов, наблюдаемых в биологии.

Рисунок 14. Искусственный интеллект

Точного определения этой науки пока не существует, так как в философии не решён вопрос о природе и статусе человеческого интеллекта. Нет и точного критерия достижения компьютерами «разумности», хотя на заре искусственного интеллекта был предложен ряд гипотез, например, тест Тьюринга или гипотеза Ньюэлла - Саймона. На данный момент есть множество подходов как к пониманию задачи ИИ, так и созданию интеллектуальных систем.

Так, одна из классификаций выделяет два подхода к разработке ИИ:

· нисходящий, семиотический - создание символьных систем, моделирующих высокоуровневые психические процессы: мышление, рассуждение, речь, эмоции, творчество и т. д.;

· восходящий, биологический - изучение нейронных сетей и эволюционные вычисления, моделирующих интеллектуальное поведение на основе более мелких «неинтеллектуальных» элементов.

Эта наука связана с психологией, нейрофизиологией, трансгуманизмом и другими. Как и все компьютерные науки, она использует математический аппарат. Особое значение для неё имеют философия и робототехника.

Существуют различные подходы к построению систем ИИ. На данный момент можно выделить 4 достаточно различных подхода:

1. Логический подход - Основой для логического подхода служит Булева алгебра. Каждый программист знаком с нею и с логическими операторами с тех пор, когда он осваивал оператор IF. Свое дальнейшее развитие Булева алгебра получила в виде исчисления предикатов - в котором она расширена за счет введения предметных символов, отношений между ними, кванторов существования и всеобщности.

2. Под структурным подходом - мы подразумеваем здесь попытки построения ИИ путем моделирования структуры человеческого мозга. Одной из первых таких попыток был перцептрон Френка Розенблатта. Основной моделируемой структурной единицей в перцептронах (как и в большинстве других вариантов моделирования мозга) является нейрон. Позднее возникли и другие модели, которые большинству известны под термином нейронные сети (НС).

3. Эволюционный подход - При построении систем ИИ по данному подходу основное внимание уделяется построению начальной модели, и правилам, по которым она может изменяться (эволюционировать). Причем модель может быть составлена по самым различным методам, это может быть и НС и набор логических правил и любая другая модель.

4. Имитационный подход. - Данный подход является классическим для кибернетики с одним из ее базовых понятий черный ящик. Объект, поведение которого имитируется, как раз и представляет собой «черный ящик». Нам не важно, что у него и у модели внутри и как он функционирует, главное, чтобы наша модель в аналогичных ситуациях вела себя точно так же. В настоящее время в области ИИ активно работают военные ведомства и ведущие западные фирмы, такие как AT&T, Intel, General Electric, Sharp, Hitachi, Siemens.

Военное научное агенство DARPA - крупнейший в мире финансист исследований по ИИ, особенно по робототехнике. Создание современного оружия немыслимо без использования методов ИИ, особенно таких, как нейронные технологии, нечеткие экспертные системы и интеллектуальные решатели задач. Эти методы позволяют с помощью относительно малых ресурсов получать достаточно точные результаты. В этой связи состояние разработок в некоторых областях ИИ закрыто для широкого доступа. Ведутся активные работы в области разработки и производства роботов, предназначенных для спасения людей в завалах, высадки на других планетах и астероидах и даже для проведения хирургических операций в полевых условиях. Похожие работы проводятся в российском научном центре сердечно-сосудистой хирургии имени Бакулева РАМН.

Пример искусственный интеллект в видеоигр:

Джей Уилсон (Jay Wilson), Monolith Productions

Рисунок 15. Blood 2: The choosen

Джей Уилсон, ведущий дизайнер уровней игр Blood и Blood: Plasma Pak, а также руководитель проекта Blood 2: The Chosen, считает, что создание ИИ - один из самых важных этапов работы над 3D-шутерами. По его убеждению, в индустрии игровых программ достигнут значительный прогресс в разработке ИИ. В качестве «передовиков» он называет игры Half-Life, Unreal и StarCraft. Тем не менее Джей согласен, что далеко не каждому нравятся сетевые игры, и говорит, что его отец, к примеру, играет в компьютерные игры, чтобы отдохнуть, а не посоревноваться (что предлагается в большинстве многопользовательских игр). Что касается ИИ для шутеров от первого лица, Джей говорит, что персонажи игры обычно воспроизводят не реальных людей, а скорее виртуальных противников из сетевой битвы в дефматч-режиме. А именно: Компьютерные персонажи современных шутеров, наделенных продвинутым ИИ, играют как боты, а не реальные люди. Увы, лично мне хочется, чтобы соперничающие со мной «железные мозги» вели себя, подобно живым людям: бежали в укрытие, роняли оружие, стреляли и промахивались и так далее.

4. Экспертные системы

Рисунок 16. Экспертные системы

Это интеллектуальная вычислительная система, в которую включены знания опытных специалистов о некоторой предметной области и которая в пределах этой области способна принимать экспертные решения.

Функции ЭС:

· выдают советы;

· проводят анализ;

· выполняют классификацию;

· ставят диагноз.

Главное достоинство экспертных систем - возможность накапливать знания, сохранять их длительное время, обновлять относительную независимость конкретной организации от наличия в ней квалификационных специалистов.

Состав экспертных систем:

· база знаний;

· подсистема ввода;

· подсистема объяснений;

· подсистема приобретения знаний;

· диалоговый процессор.

База знаний - это совокупность знаний по данной предметной области взятых из публикаций, а также введенных в процессе взаимодействия эксперта с экспертной системой.

Подсистема вывода - это подсистема моделирующая ход рассуждений эксперта на основании знаний имеющихся в базе знаний и данных введенных пользователями.

Подсистема объяснений - это программа, позволяющая продемонстрировать, каким образом получен результат, т. е. показать цепочку рассуждений электронного эксперта.

Подсистема приобретения знаний - предназначена для добавления в систему знаний, новых эвристик и модификации имеющихся.



Рисунок 17. Схема экспертных систем

Режим функционирования ЭС:

· выбор данных или результатов анализов наблюдения;

· интерпретация результатов;

· усвоение новой информации;

· выдвижение с помощью правил временных гипотез;

· выбор следующей порции данных или результатов анализов.

Такой процесс продолжается до тех пор, пока не поступает информация, достаточная для окончательного заключения.

Типы знаний в ЭС:

В любой момент времени в системе существуют три типа знаний:

Структурированные знания - статические знания о предметной области. После того как эти знания выявлены они уже не изменяются.

Структурированные динамические знания - изменяемые знания о предментой области. Они обновляются по мере выявления новой информации.

Рабочие знания-знания, применяемые для решения конкретной задачи или проведения консультации.

Экспертная система первого поколения, это системы которые могут лишь повторить логический вывод эксперта принятого относить к ЭС первого поколения.

применения экспертных систем:

а) Медицинская диагностика.

Диагностические системы используются для установления связи между нарушениями деятельности организма и их возможными причинами. Наиболее известна диагностическая система MYCIN, которая предназначена для диагностики и наблюдения за состоянием больного при менингите и бактериальных инфекциях. Ее первая версия была разработана в Стенфордском университете в середине 70-х годов. В настоящее время эта система ставит диагноз на уровне врача-специалиста. Она имеет расширенную базу знаний, благодаря чему может применяться и в других областях медицины.

б) Прогнозирование.

Прогнозирующие системы предсказывают возможные результаты или события на основе данных о текущем состоянии объекта. Программная система «Завоевание Уолл-стрита» может проанализировать конъюнктуру рынка и с помощью статистических методов алгоритмов разработать для вас план капиталовложений на перспективу. Она не относится к числу систем, основанных на знаниях, поскольку использует процедуры и алгоритмы традиционного программирования. Хотя пока еще отсутствуют ЭС, которые способны за счет своей информации о конъюнктуре рынка помочь вам увеличить капитал, прогнозирующие системы уже сегодня могут предсказывать погоду, урожайность и поток пассажиров. Даже на персональном компьютере, установив простую систему, основанную на знаниях, вы можете получить местный прогноз погоды.

в) Планирование.

Планирующие системы предназначены для достижения конкретных целей при решении задач с большим числом переменных. Дамасская фирма Informat впервые в торговой практике предоставляет в распоряжении покупателей 13 рабочих станций, установленных в холле своего офиса, на которых проводятся бесплатные 15-минутные консультации с целью помочь покупателям выбрать компьютер, в наибольшей степени отвечающий их потребностям и бюджету. Кроме того, компания Boeing применяет ЭС для проектирования космических станций, а также для выявления причин отказов самолетных двигателей и ремонта вертолетов. Экспертная система XCON, созданная фирмой DEC, служит для определения или изменения конфигурации компьютерных систем типа VAX и в соответствии с требованиями покупателя. Фирма DEC разрабатывает более мощную систему XSEL, включающую базу знаний системы XCON, с целью оказания помощи покупателям при выборе вычислительных систем с нужной конфигурацией. В отличие от XCON система XSEL является интерактивной.

г) Интерпретация.

Интерпретирующие системы обладают способностью получать определенные заключения на основе результатов наблюдения. Система PROSPECTOR, одна из наиболее известных систем интерпретирующего типа, объединяет знания девяти экспертов. Используя сочетания девяти методов экспертизы, системе удалось обнаружить залежи руды стоимостью в миллион долларов, причем наличие этих залежей не предполагал ни один из девяти экспертов. Другая интерпретирующая система - HASP/SIAP. Она определяет местоположение и типы судов в тихом океане по данным акустических систем слежения.

Д) Контроль и управление.

Системы, основанные на знаниях, могут применятся в качестве интеллектуальных систем контроля и принимать решения, анализируя данные, поступающие от нескольких источников. Такие системы уже работают на атомных электростанциях, управляют воздушным движением и осуществляют медицинский контроль. Они могут быть также полезны при регулировании финансовой деятельности предприятия и оказывать помощь при выработке решений в критических ситуациях.

е) Диагностика неисправностей в механических и электрических устройствах.

В этой сфере системы, основанные на знаниях, незаменимы как при ремонте механических и электрических машин (автомобилей, дизельных локомотивов и т. д.), так и при устранении неисправностей и ошибок в аппаратном и программном обеспечении компьютеров.

ж) Обучение.

Системы, основанные на знаниях, могут входить составной частью в компьютерные системы обучения. Система получает информацию о деятельности некоторого объекта (например, студента) и анализирует его поведение. База знаний изменяется в соответствии с поведением объекта. Примером этого обучения может служить компьютерная игра, сложность которой увеличивается по мере возрастания степени квалификации играющего. Одной из наиболее интересных обучающих ЭС является разработанная Д. Ленатом система EURISCO, которая использует простые эвристики. Эта система была опробована в игре Т. Тревевеллера, имитирующая боевые действия. Суть игры состоит в том, чтобы определить состав флотилии, способной нанести поражение в условиях неизменяемого множества правил. Система EURISCO включила в состав флотилии небольшие, способные провести быструю атаку корабли и одно очень маленькое скоростное судно и постоянно выигрывала в течение трех лет, несмотря на то, что в стремлении воспрепятствовать этому правила игры меняли каждый год.



Заключение

Первое поколение конструировалось на основе вакуумных электроламп, управление машиной осуществлялось с пульта и перфокарт с применением машинных кодов. Эти ЭВМ размещались в нескольких громоздких металлических шкафах, занимавших целые залы.

Второе поколение появилось в 60-е годы XX века. Элементы таких ЭВМ были выполнены на основе полупроводниковых транзисторов. Машины этого поколения обрабатывали информацию под управлением программ на языке Assembler. Ввод программ и данных осуществляли с перфокарт и перфолент.

Третье поколение ЭВМ создавалось на микросхемах, которые содержали на одной пластине сотни или тысячи транзисторов. Управление работой этих машин происходило с алфавитно-цифровых терминалов. Для организации управления помимо Ассемблера использовались языки высокого уровня. Данные и программы вводились как с терминала, так и с перфокарт и перфолент.

Четвертое поколение было создано на основе больших интегральных схем (БИС). Наиболее яркие представителями четвертого поколения ЭВМ стали персональные компьютеры. Связь с пользователем осуществлялась с помощью цветного графического дисплея с применением языков программирования высокого уровня.

Пятое поколение сконструировано на основе сверхбольших интегральных схем (СБИС), которые отличаются огромной плотностью размещения логических элементов на кристалле.

Предполагается, что в будущем широко распространится голосовой ввод информации в ЭВМ, общения с машиной будет происходить на естественном языке, будет разработано машинное зрение, машинное осязание и произойдет широкое распространение интеллектуальных роботов и робототехнических устройств.

Список литературы

[1] В.Е. Алтухов, Основы информатики и вычислительной техники: учеб. пособ. для техникумов, М.: Высшая школа, 2012.

[2] И.А. Апокин, Развитие вычислительных машин. 3 изд., М.: Наука, 2011.

[3] О.И. Белозеров, Информатика. Учебное пособие, Хабаровск: РИЦ ХГАЭП, 2013.

[4] И.А. Казакова, История вычислительной техники, Пенза: Изд-во ПГУ, 2011.

[5] Э.П. Ланина, История развития вычистительной техники. 2-е изд. перераб. и доп., Иркутск: ИрГТУ, 2014.

[6] А.П. Частиков, История компьютера, М.: Информатика и образование, 2014.

[7] М. Эльцман, Компьютерные игры: Как это делается., M.: HYPERLINK «Логрус.РУ» Логрус.РУ, г9.искусвенный интеллект, 2002.

Размещено на Allbest.ru