О ПРОБЛЕМЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В СРЕДСТВАХ ЕЕ ОБРАБОТКИ НА НАНО УРОВНЕ

Ход развития вычислительной техники подвержен закону, когда от поколения к поколению вычислительных машин наблюдается рост «объема» информации в ее обрабатывающих единицах. Оптимальная реализация такой обработки достигается аппаратурной поддержкой хранения, транспортировки и обработки новой укрупненной единицы, т.е.  в машине обеспечиваются «комфортные» для нее условия, которые присущи машинному операнду. Так, если на заре развития в машинах первого поколения в качестве операнда выступает бит – число «0», либо «1» (элемент числовой алгебры Жегалкина), то уже  во втором поколении операнд представлен действительным числом (элемент алгебры действительных чисел). Известен проект вычислительной машины [1] – машины следующего поколения, в котором под операндом уже используется элемент алгебры сложных структур данных. В качестве таких алгебр могут выступать числовые системы действительных и комплексных чисел, система кватернионов, а также числовые системы, получаемые с помощью коммутативного удвоения, начиная с системы действительных чисел. Среди традиционных линейных алгебр, в рассматриваемом подходе перспективу находят: алгебра матриц, алгебра полиномов и алгебра рядов  Фурье.

Перечисленные выше алгебры обладают свойством ассоциативности, а это означает, что они, весьма удобно, реализуются в алгебре матриц, с помощью    математического аппарата регулярного матричного представления. Таким образом, возникает возможность создания матрично-алгебраических вычислительных машин, в которых машинный операнд будет представлен матрицей. Существенное преимущество такого подхода состоит в том, что отображение в матричное представление элементов ассоциативных алгебр может быть организовано автоматически в машине весьма просто, во всяком случае,  оно не требует дополнительных специальных преобразований несущих, как аппаратурную нагрузку, так и время их реализации. Кроме того, информационный технологический процесс, в операциях известной (школьной) алгебры матиц, весьма удобно согласуется с требованиями микроэлектронной технологии для ее оптимального использования – получения максимального эффекта при аппаратурной реализации схем вычислительной техники. В данном случае имеется в виду реализация дискретных однородных с регулярными близлежащими связями схем, а также с ограниченным (малым) в них количеством входов и выходов. В практике вычислительной техники такие схемы получили название систолических структур.

Из выше приведенного следует также, что рабочая информация вне машины свободно может быть представлена  в элементах той алгебры, которая лучшим образом отображает исследуемую область природы, и это позволяет приблизить входной язык машины к естественному языку математика. Ведь в матрично-алгебраической машине по существу реализуется, в качестве машинного языка, язык высокого уровня, что существенно упрощает математическое и системное программное обеспечение, которое в современных суперЭВМ является камнем преткновения – приводит к значительному удорожанию самого обеспечения и непомерной специализации машины.

Таким образом, если первое и второе поколение было удобным для вычислительного процесса, когда обрабатываемая информация представляется в числах, то «матрично-алгебраический» подход позволяет создавать средства обработки уже математику, для которого, решаемая задача представлена «чисто»  в алгебраической форме и не требуется ее представлять в числовом виде.

Для создания матрично-алгебраической машины перспективной является микроэлектронная элементная база. А вот, что касается следующего уровня миниатюризации средств обработки информации, то, по известным прогнозам, в качестве технологии следует перейти на нано уровень, т.е. на уровень материальных сгустков соизмеримых с размерами атома, молекулы, вещественной формы существования материи. При этом возникает проблема поиска, соответствующей этому уровню материи, информационной технологии. Для ее разрешения, необходимо определить в каких единицах должна быть представлена рабочая информация, и на какие материальные образования в нано уровне она должна «опираться».  Каким набором действий над информацией должно быть наделено средство обработки информации на нано уровне? То есть операторы, какой универсальной алгоритмической системы должны быть положены в основу информационного технологического процесса, реализуемого в таком средстве обработки информации?

Заметим, что на интересующем нас измельченном уровне существования материи (размеры атома, молекулы) природа уже решила, рассматриваемую нами проблему, при организации обработки информации в живой материи. Законы кибернетики указывают на то, что если следовать пройденному природой пути, то мы невольно придем к тем же результатам, которые она уже получила. Таким образом, мы невольно сможем начать эффективно познавать живую материю. Наши исследования показали [2,3,4,5], что в качестве минимальной единицы информации, обрабатываемом на нано уровне следует использовать фотон, с которым, в подавляющем большинстве, человек связывает его с информацией. Кроме того, каждый фотон защищен от отрицательного влияния внешней среды тем, что он распространяется в двухмерном пространстве принадлежащим только ему, и взаимодействие его с другими фотонами возможно именно в его же пространстве. Важной его особенностью также является еще и то, что, в математике имеется аналог ему – гармоника, с помощью которой природные явления могут быть представлены рядами Фурье. Анализ показывает, что явления, вызванные взаимодействием напряженностей электрического и магнитного поля, всегда представляют собой ряды Фурье. Из этого следует, что произвольные функции, отличные от рядов Фурье, менее пригодны для адекватного описания информационного природного процесса. Ведь, еще раз подчеркнем, на современном этапе развития у человечества основным источником информации является взаимодействие материи, которыми представлен фотон. Иными словами, на практике теорема Вейерштрасса о представлении функций полиномами в данном случае становится менее актуальной, ведь как об этом отмечалось природа в изменениях электрического и магнитного полей уже представляет полином – рядом Фурье.

Литература


  1. Вишинський В.А. Електронні обчислювальні машини на основі алгебр з регулярним матричним представленням: Автореф. дис. на здобуття наукового ступеня д-ра техн. Наук: спец. 05.13.13. «Обчислювальні машини, системи та мережі» / Вишинський Віталій Андрійович, Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України. –Київ, 2003. – 31 с. – Библиогр.: с. 30–31.
  2. Вышинский В.А.    Трудности   развития   вычислительной   техники   в условиях   кризиса   физики/    В.А. Вышинский // Міжнародний науково-технічний журнал Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – Хмельницький. – 2014. – №2. – С. 121-125
  3. Вышинский В.А.    Всеобщие законы природы и новая система постулатов физики/    В.А. Вышинский // Міжнародний науково-технічний журнал Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – Хмельницький. – 2014. – №4. – С. 24-32
  4. Вышинский В.А.    Физическое поле в вакууме/    В.А. Вышинский // Міжнародний науково-технічний журнал Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – Хмельницький. – 2015. – №1. – С. 21-29
  5. Вышинский В.А.    О возникновении элементарных частиц вещества. Инерция/    В.А. Вышинский // Міжнародний науково-технічний журнал Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – Хмельницький. – 2015. – №2. – С. 18-24             

            


Работает на Drupal, система с открытым исходным кодом.