Кибернетика - наука о сложных системах

Вопрос 4. Кибернетика и проблемы теории информатизации

Наука — это неустанная многовековая работа мысли свести посредством системы все познаваемые явления нашего мира.
А. Эйнштейн

Самым значительным шагом в формировании идеи системного метода было появление кибернетики как общей теории управления в технических системах, живых организмах и обществе. В рамках кибернетики впервые было ясно показано, что процесс управления с самой общей точки зрения можно рассматривать как процесс накопления, передачи и преобразования информации. Само же управление можно отобразить с помощью определенной последовательности точных предписаний — ал-
479

горитмов, посредством которых осуществляется достижение поставленной цели.
Наука, которая занимается исследованиями процессов управления сложными системами с обратной связью, получила название кибернетики (от греч. kybernetik — искусство управления). Она возникла на стыке математики, техники и нейрофизиологии, и ее интересует целый класс как живых, так и неживых систем, в которых существуют механизмы обратной связи. Основателем кибернетики считается американский математик Н. Винер, выпустивший в 1948 г. книгу "Кибернетика".
Кибернетика изучает способы связи и модели управления, и в этом исследовании ей понадобилось ввести понятие информации (от лат. informatio — ознакомление, разъяснение) как меры организованности системы в противоположность понятию энтропии как меры неорганизованности. Понятие информации имеет такое большое значение, что оно вошло в заглавие нового научного направления, возникшего на базе кибернетики — информатики (соединение слов информация и математика).
С повышением энтропии уменьшается информация (поскольку все усредняется) и, наоборот, понижение энтропии увеличивает информацию. Связь информации с энтропией свидетельствует и о связи информации с энергией. Энергия (от греч. energia — деятельность) характеризует общую меру различных видов движения и взаимодействия.
Информация характеризует меру разнообразия систем. Хотя информация и энергия относительно обособлены друг от друга, тем не менее они связаны между собой. Информация растет с повышением разнообразия системы. Одним из основных законов кибернетики является закон необходимого разнообразия: эффективное управление какой-либо системой возможно только в том случае, когда разнообразие управляющей системы больше разнообразия управляемой системы. Значит, чем больше мы имеем информации о системе, которой собираемся управлять, тем эффективнее будет проходить этот процесс.
Общее значение кибернетики обозначается в следующих направлениях:
480

Философское значение — дает новое представление о мире, основанное на роли связи, управления, информации, организованности, обратной связи, целесообразности, вероятности.
Социальное значение — дает новое представление об обществе как организованной целой системе.
Общенаучное значение — дает новые понятия управления, методы исследования, формирует гипотезы о внутреннем составе и строении систем.
Методологическое значение — изучая простые технические системы, выдвигает гипотезы о работе сложных систем (живых организмов, мышления людей).
Техническое значение — создание ЭВМ, роботов, персональных компьютеров. ЭВМ и персональные компьютеры облегчают умственный труд, заменяя человеческий мозг в его наиболее простых и рутинных функциях. ЭВМ работают по принципу "да-нет", и этого оказалось достаточно для того, чтобы создать вычислительные машины, хотя и уступающие мозгу в гибкости, но превосходящие его по быстроте выполнения вычислительных операций. Если же будут построены не просто человекоподобные роботы, но и превосходящие его по уму, то это повод не только для радости, но и для беспокойства, связанного как с роботизацией самого человека, так и с проблемой возможного выхода машин из-под контроля людей и даже возможного порабощения ими человека.

Введение

К обмену новостями или информацией люди стремились во все времена, даже вдоисторические. Общение между людьми начиналось с отдельных звуков, жестов,мимики, затем посредством криков люди передавали информацию на расстояние. ВПерсии в VI веке до н.э. рабы стояли на высоких башнях и звучными голосами,криками передавали сообщения от одного к другому. В боевых условиях приказыпередавались по цепочке, состоящей из воинов, на расстоянии передавалисьусловными знаками сообщения. В Древнем Китае пользовались гонгами, ааборигены Африки и Америки пользовались деревянными барабанами-тамтамами,ударяя по ним то быстрее, то медленнее, то с разной силой, комбинируя звуки,можно было передавать известия с достаточной быстротой и на значительныерасстояния.Звуковая сигнализация сохранялась многие столетия. Благодаря "барабанномутелеграфу" сведения о продвижении неприятельских войск распространялись назначительные расстояния и опережали официальные донесения курьеров. Средствомзвуковой сигнализации были также рожки, трубы, колокола, а после изобретенияпороха - выстрелы из ружей и пушек. Колокольный звон на Руси возвещал опожаре, о торжествах и печали.По мере развития человеческого общества звуковую сигнализацию постепеннооттесняла более совершенная - световая. Исторически первым средством световойсигнализации были костры. Костры служили сигналом древним грекам, римлянам,карфагенам и русским казакам в крестьянской войне 1670 - 1671 г. К огневойсигнализации по ночам или к дымовой - днём из сырой травы или сырых ветокшироко прибегали на южных границах России сторожевые посты казаков. Припоявлении неприятеля в Запорожской Сечи пользовались цепочкой костров,сооружённых на возвышенных местах, возвещая о грозящей опасности. Летописьсветовой сигнализации была бы неполной без упоминания о том, что жителяархипелага, отделённого Магелановым проливом от южной оконечности Южно-американского материка, также пользовались сторожевыми кострами, что далооснование английскому мореплавателю Джеймсу Куку присвоить архипелагуназвание "Огненной Земли".Язык костров и зеркал был хотя и быстр, но очень беден. Костры несли малоинформации; дополнительно посылались гонцы с необходимыми подробнымисообщениями. Способ "факельного телеграфа", основанного на сообщениях,передаваемых факелами в промежутках между зубцами стен, что соответствовалоопределённой букве кода, также не нашло применения на практике.Французским механиком Клодом Шаппом был изобретён оптический, или семафорный,телеграф. Передача информации происходила с помощью вращения перекладинывокруг своей оси, прикрепленной к металлическому шесту на крыше башни.Русский механик-самоучка Иван Кулибин изобрёл систему семафорного телеграфа,которую он назвал "дальновещающей машиной", с оригинальным сигнальнымалфавитом и слоговым кодом. Изобретение Кулибина было забыто царскимправительством и в России пользовались изобретением французского инженераШаппа.Открытие магнитных и электрических явлений привело к повышению техническихпредпосылок создания устройств передачи информации на расстояние. С помощьюметаллических проводов, передатчика и приёмника можно было проводитьэлектрическую связь на значительное расстояние. Стремительное развитиеэлектрического телеграфа требовало конструирования проводников электрическоготока. Испанский врач Сальва в 1795 году изобрёл первый кабель, которыйпредставлял из себя пучок скрученных изолированных проводов.Решающее слово в эстафете многолетних поисков быстродействующего средствасвязи суждено было сказать замечательному русскому учёному П.Л. Шиллингу. В1828 году был испытан прообраз будущего электромагнитного телеграфа. Шиллингбыл первым, кто начал практически решать проблему создания кабельных изделийдля подземной прокладки, способных передавать электрический ток нарасстояние. Как Шиллинг, так и русский физик, электротехник Якоби пришли квыводу о бесперспективности подземных кабелей и о целесообразности воздушныхпроводящих линий. В истории электротелеграфии самым популярным американцембыл Сэмюэл Морзе. Он изобрёл телеграфный аппарат и азбуку к нему, позволяющиес помощью нажатия на ключ передавать информацию на дальние расстояния.Благодаря простоте и компактности устройства, удобству манипуляций припередаче и приёме и, главное, быстродействию телеграф Морзе в течениеполустолетия был наиболее распространённой системой телеграфа, применявшейсяво многих странах.Передача на расстояние неподвижных изображений осуществил в 1855 годуитальянский физик Дж. Казелли. Сконструированный им аппарат мог передаватьизображение текста, предварительно нанесённого на фольгу. С открытиемэлектромагнитных волн Максвелом и экспериментальным установлением ихсуществования Герцем началась эпоха развития радио. Русский учёный Поповсумел впервые передать по радиосвязи сообщение в 1895 году. В 1911 г. русскийучёный Розинг осуществил первую в мировой практике телевизионную передачу.Суть эксперимента состояла в том, что изображение преобразовывалось вэлектрические сигналы, которые с помощью электромагнитных волн переносилисьна расстояние, а принятые сигналы преобразовывались обратно в изображение.Регулярные телевизионные передачи начались в середине тридцатых годов нашеговека.Долгие годы упорных поисков, открытий и разочарований было потрачено насоздание и конструирование кабельных сетей. Скорость распространения тока пожилам кабеля зависит от частоты тока, от электрических свойств кабеля, т.е.от электрического сопротивления и ёмкости. По истине триумфальным шедевромпрошлого века была трансатлантическая прокладка проводного кабеля междуИрландией и Ньюфаундлендом, производимая пятью экспедициями.