10.4. Архитектуры символьных вычислений
10.4.1. Введение в архитектуры символьных вычислений
Предыдущие разделы подготовили необходимый фундамент для обсуждения архитектур символьных компьютеров. Обсуждавшиеся выше принципиальные характеристики символьных вычислений помогли осознать всю важность связей между элементами данных: связей между объектами и признаками в языке Лисп, связей между узлами в семантической сети, связей внутри и между фреймами и т. д. Это толкнуло специалистов в области компьютерной техники к исследованиям возможностей улучшения характеристик за счет использования таких архитектур компьютеров, для которых связь между узлами процессора отражала бы основные соотношения символьных вычислений. Такая идея вызвана частично опытом, накопленным при попытках увеличить производительность цифровых компьютеров путем приведения в соответствие их архитектуры со структурами алгоритмов и наоборот. Конечно, при этом следует помнить о важности поддержания гибкой архитектуры, которая может адаптироваться к изменяющимся связям между объектам; в противном случае в результате будут получены машины весьма специализированного назначения с ограниченными возможностями.
Сходство этих архитектур с нейронными системами создает кредит доверия к их значимости для символьной обработки. Мозг с его сравнительно медленно действующими компонентами (времена срабатывания нейронов составляют порядка миллисекунд) способен обрабатывать символьную информацию со скоростью по величине на несколько порядков большей, чем для традиционных (фон-неймановских) архитектур компьютеров. Два различия между электронными и биологическими системами заключаются в способности организовывать соединения между компонентами и возможности произвольно
комбинировать операции с процессорами и памятью. Нейроны в мозге могут иметь более 10 000 синапсов (биологических соединений), в то время как их электронные аналоги — вентили в типичных случаях имеют лишь несколько соединений с другими вентилями. В области распределения ресурсов памяти фон-неймановские архитектуры характеризуются разделением между функциями процессора и памяти; пересылка информации между ними часто приводит к уменьшению быстродействия.
Авторы ни в коем случае не предполагают заниматься критикой фон-неймановских архитектур. В конце концов, в то время когда фон-неймановская структура процессор/память была предложена, она базировалась на ограничениях, накладываемых технологией того периода времени (конец 1940-х гг.). Кроме того, такие архитектуры доказали значительное превосходство над человеческим мозгом при выполнении цифровых операций. Хотя обсуждение оптимального соотношения между использованием символьных и цифровых систем выходит за рамки данной главы, когда-нибудь в будущем системы смогут объединить в себе и символьные, и традиционные цифровые процессоры.
Компьютеры с высокой степенью организации межэлементных соединений и распределенной памятью были названы параллельными процессорами вследствие их способности выполнять совпадающие по времени операции. Поэтому, перед тем как перейти к обсуждению возможностей оптической параллельной обработки, авторы хотели бы познакомить читателя с основами и терминологией параллельной обработки, а также обсудить общие категории параллельной архитектуры.
