Одним из специально
сконструированных дальномеров
– он служил для определения
расстояний до артиллерийских
целей – был прибор, построенный
в начале XX века русским офицером
Тимофеевым Блинком. В дальнейшем
принцип геометрического подобия
стал применяться для выполнения
простых математических операций
(сложение, вычитание, умножение)
и их комбинаций; математические
величины вводились в приборы
в соответствующем масштабе в
виде углов, перемещений, длин
и иных чисто механических
носителей.
Проблемой, затрудняющей
использование подобных устройств,
являлась трудность достижения
необходимых точностей чисто
механическими средствами. Поэтому
интенсивное их развитие, главным
образом для решения военных
задач (военные приборы), началась
лишь в XX веке, когда процесс
технологии позволил создавать
достаточно прецизионную технику.
Для интегрирования
и дифференцирования стали применяться
специальные дисковые или грибовидные
фрикционные механизмы и тахометры,
а для введения функциональных
величин – механические графики,
кулачки и коноиды. На механических
принципах были созданы довольно
сложные приборы для управления
артиллерийской зенитной стрельбой
(ПУАЗО), управление торпедной стрельбой
и стрельбой корабельной артиллерии
(ПУТС и ПУС). Важной особенностью
такого рода счетно-решающих приборов
было то, что они работали в
«натуральном масштабе времени»,
т.е. результаты получались непрерывно,
без задержки, при непрерывном
же вводе исходных данных. Теорией
и проектированием механических
счетно-решающих устройств интенсивно
занимались многие советские
ученые, в том числе Н. Г.
Бруевич, С. О. Доброгурский, И.
Ф. Сакриев, Н. И. Пчельников.
Развитие цифровых, дискретных
устройств типа арифмометров, сначала
на основе механических принципов,
а затем электромеханических
и электронных, привело к включению
цифровых элементов в счетно-решающие
приборы, а затем и к созданию
цифровых счетно-решающих устройств
– специализированных ЦВМ, - работавших
в натуральном масштабе времени.
Существенным является
то, что развитие счетно-решающей
техники обусловило переход от
управления отдельными объектами
к управлению их комплексами,
т.е. выдвинуло задачу управления
техническими системами сложной
природы. Иначе говоря, возникли
подходы кибернетического плана.
Работы Н. Винера в области
теории ПУАЗО и счетно-решающих
приборов помогли ему сформулировать
ряд идей, которые вошли в его
первую книгу о кибернетике.
Развитие математических
инструментов началось с астрономических
инструментов и тоже шло по
пути создания точных приборов
аналогового типа; развитие это
отличается разве что меньшей
интенсивностью и тем, что принцип
работы в натуральном масштабе
времени здесь не использовался,
так как эти приборы предназначались
главным образом для решения
статических задач, таких, как
измерения геометрических объектов,
площадей, длин, для интегрирования
и дифференцирования графически
заданных функций и т.п.
В конструкции математических
инструментов часто использовались
принципы и решения, разработанные
в теории счетно-решающих приборов,
и наоборот, ряд принципов и
решений, применимых в математических
инструментах, нашли успешное использование
в счетно-решающих устройствах.
Цифровые вычислительные
машины
Первым шагом истории
ЦВМ является создание – еще
в древности – абака, разновидностью
которого являются русские счеты.
В этих простейших приборах
уже используется кодирование
десятичных цифр с помощью
дискретных единиц-костяшек и
осуществляется реализация простейших
арифметических действий. Следующий
шаг – это создание арифмометров,
т.е. механических устройств для
выполнения операций арифметики.
XIX век ознаменован арифмометром
с колесом Однера (1874); позже выпускались
счетно-клавишные машины ВК, «Мерседес».
Затем появились разнообразные клавишные
электронные калькуляторы, способные
выполнять относительно простые вычислительные
процедуры. Изменила техника – от механических
систем произошел переход к электромеханическим,
а затем к электронным; изменился источник
энергии – ручной привод заменился электродвигателями,
а затем электронными источниками питания.
Однако основной принцип работы – составление
на бумаге плана расчета и пошаговое последующее
его выполнение – осталось.
Принципиально новой
идеей, восходящей к работам
Ч. Беббеджа, явилось использование
бумажного носителя информации
– перфокарт. Эта идея привела
к зарождению элементов программирования,
заключавшегося в изготовлении
управляющих перфокарт, а также
позднее к коммутации на наборных
досках. Существенным в счетно-перфорационных
машинах является то, что для
«программирования» последовательности
операций используются не перфокарты,
а коммутационные доски со
штекерными соединениями. На перфокартах
кодируется числовая информация.
Комплекты счетно-перфорационных
машин сыграли существенную роль
в решении массовых вычислительных
задач для народного хозяйства
и обороны страны. В разработку
методов и их использования
внесли вклад работы Л. Я.
Нейшуллера, И. Я. Акушского, С.
К. Неслуховского и др.
Существенным этапом,
с которого началось развитие
современных ЦВМ, явилась разработка
релейных и электронных схем
для хранения в машинах цифровой
информации – промежуточных данных
и результатов вычислений. Началось
развитие одно из важнейших
устройств ЭВМ – блока памяти.
Программирование для
ЦВМ
Родоначальником программирования
считается Ада Лавлейс – дочь
знаменитого поэта Байрона, - которая
составляла первые программы
для «аналитической машины» Беббеджа.
К моменту зарождения
кибернетики уже накопился опыт
составления программ для ЭВМ.
Накопление такого опыта привело
к возникновению элементов теории
программирования, к разработке
вопросов программирования невычислительных
задач, к попыткам использования
ЭВМ для автоматизации программирования,
что сразу же стало объектом
исследований возникшей в это
время кибернетики. Именно поэтому
теорию программирования для
ЭВМ, тесно связанную с использованием
методов математической логики
и дискретной математики, следует
считать одним из «корней» - и
составных частей – кибернетики.
Релейно-контактные схемы
и их теория
Переключательные элементы,
позже получившие название «реле»,
появились в начале прошлого
века, истоки же их – аналогичные
элементы неэлектрической природы
– создавались еще ранее. Первые
конструкции электромагнитных реле
можно обнаружить уже в прерывателе
Вагнера-Неффа и в пишущем устройстве
телеграфного аппарата С. Морзе.
Впоследствии, с развитием электротехники
и электросвязи, многообразие релейных
устройств резко возрастает. Релейные,
или, точнее, релейно-контактные
схемы начинают применяться в
средствах защиты электротехнических
систем, в связи, в системах
автоматики, телемеханики и телеуправления.
В первой половине XX века релейная
техника продолжает быстро развиваться;
появляются телемеханические системы
различного назначения, широко использующие
релейные схемы.
Большая роль в развитии
логико-математических методов анализа
и синтеза релейно-контактных
схем и в их внедрении в
инженерную практику принадлежит
М. А. Гаврилову и его ученикам.
К моменту выдвижения
концепции кибернетики Н. Винером
(1948) уже были заложены основы
теории, показывающей, что положение
алгебра логики «воспроизводятся»
с помощью релейно-контактных
схем и что, наоборот, релейно-контактные
схемы описываются алгебро-логическими
методами. Этот теоретический «задел»
явился базой для развития
теории автоматов и вместе
с последней вошел в качестве
составной части в кибернетику.
Устройства связи и
теория связи
Технические средства
связи – подобно часам, методам
и средствам измерений – в
идейном плане представляют собой
наиболее древние прообразы кибернетических
систем. Действительно, если любые
технические системы могут характеризоваться
коэффициентом полезного действия,
т.е. отношением полезной энергии
или вещества к энергии или
веществу, затраченным для получения
требуемого эффекта, то задачей
систем связи и измерительных
систем является получение сведений,
сообщений, сигналов, т.е. того, что
ныне называется информацией
и является одним из основных
понятий кибернетики. Сигнальный,
информационный характер измерительных
приборов и средств связи делает
их прямым предшественником кибернетических
систем. Ибо в их основе лежат
понятия сигнала, знака. Почтовое
или телеграфное сообщение ценно
не благодаря его вещественному
или энергетическому содержанию,
а из-за смысла, информации, в нем
заложенной; можно идти еще дальше
и считать отдельными корнями
кибернетики язык и письменность
– первые системы, в которых
знаковый, информационный характер
является «оправданием» их существования.
Развитие систем связи
привело к появлению таких
важных для кибернетики понятий,
как кодирование сообщений, канал
связи, источник и приемник
информации, помехи, шумы и т. п.
Процесс систем связи,
появление радио, электронных
схем и таких специфических
информационных средств, как радиолокация,
повлекло за собой развитие
теории связи, ее выделение
в самостоятельную научно-техническую
дисциплину, вошедшую в состав
кибернетики.
Биомедицинские исследования
Биология и медицина
также оказали заметное влияние
на возникновение кибернетических
идей. Прежде всего это относится
к общей физиологии и физиологии
высшей нервной деятельности.
Модельные представления
при исследовании физиологических
процессов привлекались еще И.
М. Сеченовым; широко известные
работы И. П. Павлова в высшей
нервной деятельности животных
и человека. В работах У. Б.
Кеннона сформулировавшего в
1929 г. положение о гомеостазе,
были рассмотрены основы устойчивого
функционирования физиологических
систем, которые после изобретения
У. Р. Эшби гомеостата легли
в основу одного из кибернетических
направлений – гомеостатики. К
этому же времени было установлено
наличие в организме сложных
взаимосвязанных регулирующих систем,
поддерживающих – несмотря на
воздействие внешних воздействий
– в определенных пределах
жизненно важных параметров организма,
как, например, температуру тела,
давление, химический состав крови,
частоту пульса, дыхания и пр.
Исследования высшей
нервной деятельности и морфологии
нервной системы и головного
мозга, изучение функционирования
нервных клеток позволили установить
роль электрических (ионных) процессов
в функционировании нервной системы,
дискретный – на определенном
уровне «срабатывания» - характер
работы нейронов; была раскрыта
грубая структура некоторых зон
мозга, в частности анализаторных.
Выяснилось, что в первом приближении
нейроны работают по принципу
«все или ничего», т.е. в определенной
степени аналогично релейным
переключательным элементам.
Сложность биологических
образований и процессов, большое
число и разнообразие связей
между их элементами и подсистемами,
трудности изучения таких систем
традиционными методами привели
в это же время к зарождению
элементов «общей теории систем»,
которая первые два года развивалась
параллельно кибернетике, а в
настоящее время практически
слилась с нею.
Элементы теории управления
в социальных структурах
Своеобразным корнем
кибернетики, относительно мало
заметных на первых этапах
ее исторической подготовки и
становления, явились попытки
научного рассмотрения проблем
управления социальными и экономическими
системами.
Работы А. А. Богданова
и Л. Берталанфи представляют
собой первые попытки построения
«общей» теории больших и сложных
систем, какими являются биологические
и социально-экономические системы,
рассмотрения этих систем со
структурно-информационной точки
зрения, при существенном отвлечении
от их «субстратного» состава.
К моменту «оформления»
кибернетики также был выполнен
ряд исследований, в которых математические
методы использовались для анализа
экономических систем и для
решения ряда народнохозяйственных
задач.
Одной из первых
работ этого рода явилась работа
Л. В. Канторовича «Математические
методы организации и планирования
производства». Можно отметить
также шедшие в аналогичном
русле исследования В. С. Немчикова,
В. В. Новожилова, М. К. Гавурина
ученых, которым, в частности,
принадлежит инициатива в использовании
модельных подходов в экономике
и в построении ряда экономических моделей,
сыгравших существенную роль в развитии
математической экономики, называемой
также экономической кибернетикой.
Нужно заметить, что
на первых порах формирования
кибернетики социальные, и в том
числе экономические, структуры
в силу их сложности и трудности
формализации не рассматривались
еще как объекты кибернетического
и информационного анализа. Эти
работы, часто неявно, уже содержали
некоторые общие принципы и
положения, которые впоследствии
вошли в концептуальный аппарат
кибернетики (обратная связь,
информация, целостность системы
и др.).