Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Дискуссии - Наука

Л.Ф. Мараховский, Н.Л. Михно, М.В. Москвин
Автоматы третьего рода – новый шаг к моделированию работы человеческого мозга

Oб авторе - Л.Ф. Мараховский
Oб авторе - Н.Л. Михно
Oб авторе - М.В. Москвин

 

Введение

В докладе Чечика А.Л. и Заикиной Е.А. «Оценки эффективности экономик стран мира на современном этапе развития» дается ссылка на работы д.т.н. Л.Ф. Мараховского о возможности прогнозирования эволюционного развития цифровых микросхем и технологий с использованием прогностических математических формул, предложенных В.И. Акуновым. Результат этого исследования продемонстрировал совпадение прогнозов с реальными достижениями в этой области: линейная зависимость (закон Мура) по данным всемирно известной фирмы Интел перестанет действовать к 2010 – 2015 г.г.

Ярким подтверждением этого явилась также разработка фирмой IBM компьютерной микросхемы, которая в состоянии предсказать цунами и оценить риски финансовых рынков. В фирме считают, что эта разработка в процессе своего совершенствования обеспечит анализ моделей реального мира, дальнейшее прогнозирование ситуаций и обучение на своих собственных ошибках, также как и человеческий мозг, адекватно оценивая изменение ситуаций. Это новый шаг в создании более функциональных машин.

Новая микросхема, сможет синтезировать события, происходящие на данный момент и принимать решения в режиме реального времени. В IBM утверждают, что это новинка будет серьёзным отходом от парадигмы фон Неймана, на которой базировалась вся архитектура ЭВМ более половины столетия (Опубликовано Мир науки и техники в Чт, 08.18.2011 - 20:16.)

Работая над аналогичными проблемами, д.т.н. Л.Ф.Мараховский разработал комплекс устройств для изменения архитектуры функционирования вычислительных систем и совершенствования элементной базы систем автоматной памяти.

Для создания подобных чипов в IBM объединили достижения в области нанотехнологий, нейробиологии и суперкомпьютеров. Начальный этап исследований в области нейросинаптических чипов профинансировало американское агентство передовых научных разработок DARPA, выделив на проект 21 млн. долларов. Исследования велись в рамках научного проекта Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics (SyNAPSE).

Сейчас исследователи говорят, что созданные чипы пока способны анализировать данные, но не способны самоперестраиваться. Данная способность, как надеются исследователи, у них появится в будущем.

"Будущие приложения будут предъявлять повышенные требования к компьютерам и нам либо придется значительно наращивать вычислительные возможности чипов, либо делать их более интеллектуальными", - говорит Дхармендра Модха, руководитель данного проекта в IBM Research.


Проблемы двоичной памяти

По мнению д.т.н. Л.Ф. Мараховского, разработчики вычислительных устройств с памятью на двоичных триггерах уже столкнулись с проблемами, которые затрудняют создавать самоперестраивающиеся вычислительные устройства.

Как писал д.т.н. А.П. Стахов, «к сожалению, этот важнейший принцип – использование двоичной системы как основы современных компьютеров – таит в себе одну «ловушку», в которую попала вся компьютерная техника и основанная на ней информационная технология. Дело в том, что двоичная система обладает «нулевой избыточностью». Что это означает и к чему это приводит? Это означает, что в классической двоичной системе отсутствует механизм обнаружения ошибок в процессоре и компьютере, которые неизбежно (с большей или меньшей вероятностью) могут возникнуть под влиянием различных внешних и внутренних факторов (прежде всего разнообразных внешних воздействий и помех, действующих в шинах питания и каналах связи). То есть никакая ошибка не может быть обнаружена в рамках двоичной системы счисления без введения дополнительных контрольных средств. Это приводит к тому, что устройства, основанные на двоичной системе, являются принципиально ненадежными. Когда в нашем персональном «Неймановском компьютере» возникает сбой, то мы эту проблему решаем очень просто - мы перезагружаем компьютер и приводим его таким способом в исправное состояние. Но как быть в ситуации, когда процессор и генерируемая им компьютерная программа управляют функционированием сложного технологического объекта (без участия человека), например, ракеты, самолета, атомной станции и т.д.? Это означает, что сбой всего лишь одного электронного элемента в процессоре может привести к грандиозной технологической катастрофе. Всем хорошо известны катастрофы при запуске ракет, которые в результате сбоя компьютерной программы приводили к отклонению ракеты от заданного курса и, в конечном итоге, к катастрофе.

Из этих рассуждений мы приходим к следующему выводу:

Человечество становится заложником современной компьютерной технологии, основанной на двоичной памяти. Компьютеры, использующие двоичную систему, являются принципиально ненадежными и не могут эффективно использоваться во многих важных приложениях, в частности, для управления сложными технологическими объектами, где проблема надежности компьютеров выступает на передний план».

Д.т.н. Л.Ф. Мараховский пришел к такому же выводу, но с другого конца: двоичные триггеры имеют жесткую структуру функционирования, т. е. не изменяют структуру запоминания состояния в связи с тем, что все состояния запоминаются при одном сохраняющем входном сигнале [1]. Например, при R=0 и S=0, если триггер типа RS построен на элементах ИЛИ-НЕ [2]. В связи с этим были построены многофункциональные схемы памяти, которые имели два потока входных сигналов: устанавливающих и сохраняющих [3=5]. Это чем-то напоминает нейрон, который имеет два потока входных сигналов: возбуждающих и тормозящих. Множество сохраняющих сигналов способно перестраивать структуру сохранения состояний в элементе памяти, что, на взгляд авторов, важно при построении реконфигурируемых устройств с учетом элементного уровня.


Новый подход к созданию перестраиваемых схем элементарной памяти

При использовании триггера для построения реконфигурируемых устройств требуется сложный автомат стратегии, который строится на «автоматном» уровне и требует минимум два такта для перестройки (вначале должен сработать автомат стратегии, а потом осуществится запуск одной из ветви многофункционального автомата).

В нашем случае, при использовании многофункционального элемента и построение многоуровневой схемы памяти, в которой в качестве автомата стратегии используется такая же элементарная схема памяти, не требует дополнительного такта, так как автомат стратегии и многофункциональный автомат устанавливаются одновременно в новые состояния, а в промежутках между устанавливающими сигналами автомат стратегии генерирует сохраняющие сигналы.

Что же главное и принципиальное в моем подходе:


1. Созданы и запатентованы многофункциональные [15] и многоуровневые [13,14] элементарные схемы памяти, которые по быстродействию не уступают триггерам, и:

  • Имеют меньше аппаратурных затрат на одно запоминаемое состояние (выигрыш в аппаратуре!);
  • Имеют меньше на порядок внутренних связей, что очень важно в интегральных схемах;
  • И самое главное – способны изменять структуру запоминания состояний в процессе работы, что триггеры принципиально делать не в состоянии;


2. Созданы и запатентованы:

  • Электронная вычислительная машина [16] на многофункциональных [15] и многоуровневых [13,14] элементарных схемах памяти;
  • Структурный автомат [11], в котором защищена теория автоматов 3-го рода;
  • Микропрограммное устройство управления [20], на многофункциональных [15] и многоуровневых [13,14] элементарных схемах памяти.

Эти все реконфигурируемые устройства способны изменять алгоритм своей работы на «элементном» уровне за счет способности схем памяти [13–15] осуществлять свои переходы по двум переменным: входным устанавливающим и сохраняющим сигналам..

В настоящее время во всех интегральных схемах и устройствах в качестве памяти используют триггеры, что вынуждает разработчиков строить сложные дополнительные устройства стратегии на «автоматном» уровне для построения реконфигурируемых устройств, что крайне не целесообразно.

Кратко рассмотрим задание автоматов с памятью на многофункциональных схемах памяти.


Полный текст доступен в формате PDF (206Кб)


Л.Ф. Мараховский, Н.Л. Михно, М.В. Москвин, Автоматы третьего рода – новый шаг к моделированию работы человеческого мозга // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.17223, 17.01.2012

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru