PARALLEL.RU

Дискуссионный клуб по параллельным вычислениям
Текущее время: 11 дек 17 7:13

Часовой пояс: UTC + 4 часа [ Летнее время ]




Начать новую тему Ответить на тему  [ 1 сообщение ] 
Автор Сообщение
СообщениеДобавлено: 12 окт 12 16:55 
Не в сети

Зарегистрирован: 1 янв 11 21:31
Сообщения: 5
Французский физик и военный инженер Никола Леонард Сади Карно (1796-1832) стал одним из пионеров-основателей термодинамики, предложив модель теплового двигателя, работа которого описывается идеальным круговым процессом, известным сейчас как термодинамический цикл Карно. Свои идеи он опубликовал в Париже в 1824 г. в форме фундаментального трактата "Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу".

О вычислительной машине, идейно подобной паровой машине C.Карно, и пойдет речь в настоящей статье. Её название ?хаос-компьютер? лишь подчеркивает концептуальное сходство компьютера с паровой машиной, где кажущийся хаос на микроуровне сложной системы организует и поддерживает упорядоченную макроструктуру рабочего процесса. Детально ознакомиться с проектом хаос-компьютера можно по ссылке: "Самоуправляемая вычислительная система хаос-компьютер". А пока продолжим начатое сравнение хаос-компьютера с паровой машиной, то есть хаос-машиной.

Синергетические модели и научные изыскания И. Пригожина, Г. Хакена, Р. Тома - основателей теории самоорганизации и самоуправления успешно опробованы отечественными учеными на горючих, гидродинамических, плазменных и прочих средах (системах). В проекте же хаос-компьютера, как сложной системы, в качестве носителя будущих форм организации взято необычное поле развития рабочего процесса - однородная вычислительная среда. Особенность такой системы, в отличие от упомянутых сложных систем, через которые в процессе их функционирования идет поток вполне реальной энергии: тепловой, химической, биологической, кинетической и т.д. (поэтому их в целом и называют термодинамическими системами), состоит в том, что в ней правит бал вычислительная энергия или информация. Поэтому и назовем эту систему по аналогии с термодинамической информодинамической системой.

Интересно будет сравнить эти две системы по их рабочим параметрам:

Энергия (тепловая, кинетическая и т.д.) в термодинамике интуитивно понимается, как способность системы совершать механическую работу. Ее носителем в паровой машине является рабочее тело машины. В информодинамике же понятию "энергия" соответствует понятие "информация" как вычислительная энергия рабочего тела хаос-компьютера, то есть, как способность этого компьютера выполнять вычислительную работу. Энергия паровой машины запасается в форме теплоты, информация в хаос-компьютере запасается в структуре данных. Чем выше температура пара, тем больше энергии в нем содержится; чем сложнее структура данных, тем большей информацией они обладают, то есть более информонасыщены.

Кстати сказать, и в жизни не следует путать понятия "информация" и "данные". Данные содержат в себе информацию, которая проявляется только в процессе их обработки точно также, как энергия тепловой машины проявляет себя лишь в её рабочем состоянии. Информация, как и энергия, нематериальна. С этой точки зрения не совсем правильно говорить, например: "На мой компьютер поступила информация", или: "Место для регистрации информации". В обоих случаях речь идет о данных. А вот когда данные начинают использоваться при расчете, скажем, крыла самолета, в голове разработчика появляется информация, которая в виде уже новых данных будет зафиксирована в памяти компьютера или чертежах этого разработчика.

Рабочее поле, в котором протекает активный процесс тепловой машины, это - пространство, ограниченное цилиндром, замкнутым со всех сторон своими стенками и двигающимся поршнем; рабочее поле, в котором разворачивается вычислительный процесс хаос-компьютера, представляет собой однородную вычислительную среду, ограниченную рамками погруженной в неё строго логической программы.

Рабочее тело паровой машины - это совокупность движущихся молекул нагретого пара в цилиндре двигателя. В качестве рабочего тела хаос-компьютера выступает коллектив простейших логических вычислителей, функционирующих в однородной вычислительной среде. Каждая молекула нагретого пара в паровой машине имеет собственный вектор движения, заданный стенками цилиндра и поршнем двигателя, каждый активный элемент хаос-компьютера имеет собственный вектор цели, заданный его рабочей программой.

Нагревание рабочего тела в паровой машине - это способ передачи теплоты этому телу путем его контакта с более нагретым телом. В вычислительной машине "нагревание" - это способ передачи данных коллективу вычислителей по специальным шинам, расположенным в вычислительной среде.

Теплота в термодинамике представляет собой аккумулятор энергии; в информодинамике эту роль играют данные, содержащие в себе информацию. Если следовать этой аналогии, то теплоту, как и данные, следует считать материальной субстанцией, а это возвращает нас к началу XIX века, когда теплота рассматривалась как некий предмет, невесомый флюид или жидкий кристалл, в структуре которого заключена эта энергия. Чем сложнее структура этого кристалла (её образуют движущиеся молекулы нагретого пара), тем больше энергии в нем содержится. Не исключено, что такая трактовка теплоты может оживить понятие <i>теплорода</i>, которое использовал в своих трудах Сади Карно на заре термодинамики.

Температура рабочего тела паровой машины есть степень его нагрева, определяемая количеством переданной ему теплоты; "температура" же (активность) коллектива вычислителей определяется уровнем информонасыщенности данных. Поднять температуру пара до заданной величины на языке информодинамики означает усложнить структуру данных до требуемого уровня информонасыщенности.

Теплопроводность как поток тепла, пропорциональный градиенту температуры рабочего тела в информодинамике выглядит как поток информации, пропорциональный градиенту информонасыщенности данных.

Работа - это способ использования энергии рабочего тела на выходе системы. В паровой машине - это механическая работа, эквивалентная подъему груза (с образованием потенциальной энергии); в хаос-компьютере - это вычислительная работа с образованием новой информации, заключенной в новых данных. В первом случае часть тепловой энергии неизбежно уходит в холодильник, во втором ? часть полученной информации рассеивается в пространстве.

Объем и давление пара в цилиндре тепловой машины есть то же самое, что объем и сложность вычислений в хаос-компьютере. Увеличение давления пара в цилиндре двигателя приводит к увеличению мощности двигателя, увеличение сложности вычислений в хаос-компьютере приводит к увеличению его производительности.

Мощность машины - это работа системы (термодинамической, информодинамической), совершаемая в единицу времени.

Энтропия как степень хаотического движения активных элементов паровой машины в информодинамической модели выглядит как степень неупорядоченности целей, то есть несогласованности действия простейших вычислителей. Вектор роста энтропии указывает направление естественного развития термодинамического (информодинамического) процесса.

Однонаправленность термодинамических процессов является фундаментальным свойством материального мира /1/; в информодинамике однонаправленность обеспечивается целеполаганием.

Начала термодинамики в /2/, сформулированы так:
1. теплоту можно преобразовать в работу,
2. полностью это возможно лишь при абсолютном нуле температур,
3. однако абсолютный нуль недостижим.

Их достаточно просто переформулировать в начала информодинамики:
1. данные можно преобразовать в вычисления,
2. полностью это возможно лишь при отсутствии структуры данных (а значит и информации),
3. однако отсутствие структуры данных не позволяет организовать вычислительный процесс.

Таким образом, можно считать, что хаос-компьютер является прародителем новой науки, имя которой информодинамика. Судить об этой науке можно по аналогии с термодинамикой - наукой о наиболее общих свойствах макроскопических физических систем, ибо, как полагали ещё древние, мир сложных систем, в котором мы живем, может быть понят из одной единственной объяснительной модели. В качестве такой модели мы и взяли паровую машину С.Карно.

Перефразируя известное положение термодинамики, можно сказать, что всегда, когда мы от консервативной вычислительной системы (от машины фон-Неймана) переходим к системе коллективного счета со сверхбольшим числом активных элементов (к хаос-компьютеру) и при этом возникает вопрос о наличии корреляции в работе этих элементов, мы переходим от обычной динамики машинного счета к информодинамике вычислений. Этот переход по своему значению и последствиям равносилен переходу от традиционной механики Ньютона к термодинамике, свершившемуся к концу XIX в., и способствует очищению и идейному обновлению одной из последних цитаделей механистического миропонимания - области информатики и вычислительной техники.

И последнее. В термодинамической системе каждый активный элемент обладает максимальной степенью свободы передвижения, в массе же их ориентирует стремление выполнить определенную механическую работу, при этом термодинамика выступает наукой о преобразовании теплоты в механическую работу. В информодинамической же модели целеполагание способствует превращению спонтанного "движения" счета элементарных вычислителей, в организованный процесс естественного и массового параллелизма вычислений, а информодинамика становится наукой о параллельных вычислениях.

Литература
1. Панкратов А.В. Вопросы философии ?8,2003,с.74-85.
2. Эткинс П. Порядок и беспорядок в природе. Москва 1997,с.50-51.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ 1 сообщение ] 

Часовой пояс: UTC + 4 часа [ Летнее время ]


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 3


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  
cron
Создано на основе phpBB® Forum Software © phpBB Group
Русская поддержка phpBB