Развитие средств информационных технологий

Технологии и естествознание. Технология — совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья или полуфабрикатов, осуществленных в процессе производства продукции. Слово «технология» означает, кроме того, научную дисциплину, изучающую физические, химические, механические и другие закономерности различных производственных процессов. В последнее время это слово стало ключевым. Часто говорят о технологиях: информационных, микроэлектронных, химических, генных, биотехнологиях и др. Ощущается некое «засилье технологий».

Следует различать естественно-научные знания, которые что-то объясняют, и знания, которые вооружают стратегией и тактикой действий: одно дело — «я знаю», — другое — «я умею». Вот если «я знаю», то это фундаментальная наука, если «я умею» — это уже технология, некая совокупность действий, процессов, а также процедура управления действиями, процессами, регламент, направленный на достижение заранее предопределенного результата.

Рождение той или иной технологии говорит о высоком уровне зрелости соответствующей ей отрасли естествознания, когда она начинает развиваться быстро и оказывается полезной обществу, становится прикладной. В современном обществе развиваются многие виды технологий, среди которых большое внимание уделяется информационным технологиям.

Унификация информационных технологий. Удовлетворение все возрастающих потребностей общества при неуклонном росте народонаселения земного шара требует резкого повышения эффективности всех сфер деятельности человека, непременным условием которого выступает адекватное повышение эффективности информационного обеспечения. Под информационным обеспечением понимается представление необхо-

димой информации с соблюдением требований ее своевременности и актуальности. Представление необходимой информации — одна из важнейших составляющих информатизации общества. Концепция информатизации включает прежде всего создание унифицированной в широком спектре приложений и полностью структурированной информационной технологии, включающей процессы сбора, накопления, хранения, поиска, переработки и выдачи всей информации, необходимой для информационного обеспечения деятельности.

Чтобы информационная технология была унифицированной в широком спектре приложений, должны быть унифицированы:

— представление об информации, т.е. ее классификация и описание
параметров основных видов, выделенных в классификационной струк
туре;

— структура и общее содержание информационного потока, т. е. про
цессов генерирования, фиксации и циркуляции информации в целях ин
формационного обеспечения деятельности;

— перечень и содержание процедур обработки информации во все
время и на всех этапах информационного обеспечения деятельности;

— перечень и содержание методов решения задач и обработки ин
формации.

Возможности унификации информационных технологий открывают широкие перспективы развития как самих технологий, так и информатики в целом. На основе естественно-научных знаний уже в настоящее время можно создать и реализовать информационные технологии, унифицированные до такой степени, что, с одной стороны, информация может использоваться в различных сферах деятельности без дополнительной трансформации и адаптации, а с другой — она может быть стабильной, не нуждаться в принципиальном совершенствовании достаточно продолжительное время.

При любом подходе к постановке целей и задач информационных технологий вычислительные средства в разнообразных формах, начиная от мини-ЭВМ, персональных компьютеров и кончая суперЭВМ и сложнейшими вычислительными системами и комплексами, играют первостепенную, основную роль в информационном обеспечении и развитии общества. Информационные технологии прямо или косвенно касаются каждого из нас. Информация стала постоянным спутником человека. Она помогает нам не только ориентироваться в окружающей среде, но и активно воздействовать на нее, выбирая при этом наиболее рациональные и оптимальные способы и применяя при этом современные вычислительные средства.

История развития вычислительных средств. Для облегчения физического труда еще с древних времен изобретались разнообразные при-332

способления, механизмы и машины. Однако лишь немногие из них помогали человеку выполнять работу, похожую на умственную, хотя потребность в ней возникла давно. Вначале в течение длительного времени использовались примитивные средства счета: счетные палочки, камешки и т.д., а затем — счеты. Если раньше подавляющее большинство людей занималось физическим трудом, то в XX в. во многих развитых странах стал преобладать умственный труд и, следовательно, возросла потребность в машинах, облегчающих такой труд. Совершенно ясно, что без машин, способных расширить умственные возможности человека, теперь просто не обойтись.

Первые машины, выполняющие арифметические операции, появились в XVII в.: в 1642 г. французский математик и физик Блез Паскаль изобрел устройство для сложения чисел, а в 1673 г. немецкий ученый Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, производящий четыре арифметических действия. Изобретение арифмометра — важный шаг в развитии вычислительных средств. Однако производимые с его помощью расчеты требовали много времени.

В первой половине XIX в. сделана попытка построить универсальное вычислительное устройство — аналитическую машину, выполнявшую вычисления самостоятельно, без участия человека, т.е. машину, которая работала бы по заданной программе и накапливала бы информацию. Однако технологические возможности того времени не позволили реализовать идею создания подобной машины. Только спустя почти столетие, в 1943 г., когда появились электромеханические реле, удалось сконструировать первую аналитическую машину.

Новая модификация вычислительных машин на базе электронных ламп работала в тысячу раз быстрее. В основу разработки следующей модификации аналитических машин легли общие принципы функционирования универсальных вычислительных средств, предложенные в 1945 г. американским математиком и физиком Джоном Нейманом (1903—1957). Одна из таких модификаций создана в 1949 г. С того времени вычислительные машины стали гораздо совершеннее, но большинство из них построено на тех же общих принципах функционирования: для универсальности и эффективности работы вычислительная машина должна содержать арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции, устройство управления для организации процесса исполнения программ, запоминающее устройство (или память для хранения программ и данных), внешние устройства для ввода-вывода информации. В современных вычислительных машинах, называемых компьютерами, арифметико-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в центральный процессор. Для повышения быстродействия компьютера обработка информации производится одно-

временно на нескольких процессорах. Компьютер обрабатывает информацию только в цифровой форме. Вся другая информация (звуки, изображения, показания приборов и т.д.), вводимая в компьютер, преобразуется в цифровую форму.

В развитии вычислительных средств различают несколько поколений, непосредственно связанных с открытиями в физике XX в. ЭВМ первого поколения (40-е — начало 50-х годов XX в.) базировались на электронных лампах. С применением полупроводниковых приборов связывают второе поколение ЭВМ (середина 50-х — начало 60-х годов). В конце 60-х годов появилось третье поколение ЭВМ, основанное на интегральных схемах. В 70-е годы разработаны ЭВМ четвертого поколения с элементной базой на больших интегральных схемах. В последнее время для создания ЭВМ следующих поколений модернизируется их элементная база, разрабатываются принципиально новые средства накопления, хранения и обработки информации.

ЭВМ 40-х и 50-х годов XX в. представляли собой крупногабаритные и дорогостоящие устройства, поэтому они были доступны только лишь крупным учреждениям и компаниям. По мере развития технологий ЭВМ становились компактнее и дешевле. Современные персональные компьютеры стоят от нескольких сотен до 10 тыс. долл. По сравнению с большими ЭВМ и мини-ЭВМ персональные компьютеры весьма удобны для многих сфер применений.

Суперкомпьютеры. Высокопроизводительные вычислительные системы, суперЭВМ принято считать форпостом компьютерной техники. Они в значительной степени определяют экономическую независимость и национальную безопасность государства. Развитие отечественной высокопроизводительной техники начиналось с разработки в 1953 г. самой быстродействующей в Европе ЭВМ. Ее производительность 8000— 10 000 операций в секунду (оп/с). Эта машина создана под руководством нашего соотечественника, академика АН СССР С.А. Лебедева (1902— 1974). Производительность более совершенной модификации такой машины составляла 1 млн. оп/с. Более высокой производительностью — 125 млн. оп/с — обладал отечественный многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус-2», созданный в 1985 г. В разработку отечественных вычислительных и управляющих систем существенный вклад внесли российские ученые С.В. Емельянов (р. 1929), B.C. Бурцев (р. 1927), С.К. Коровин (р. 1945), Г.И. Савин (р. 1948) и др.

Мощные компьютеры разрабатываются и по сей день. В 2002 г. японская фирма NEC демонстрировала самый мощный в мире суперкомпьютер, производительность которого достигает 40 трлн. оп/с. Современные суперкомпьютеры позволяют решать довольно сложные задачи, связанные с прогнозированием погоды, оптимальным распределением энергии, мо-334

делированием сложных естественных процессов, синтезом новых материалов и т.п.

Интернет. Возможности персонального компьютера существенно расширяются с применением компьютерных сетей. Компьютерная сеть представляет собой набор соединенных между собой компьютеров с периферийными и коммуникационными устройствами. Подавляющее большинство компьютеров образует ту или иную сеть. Опыт эксплуатации сетей показывает, что преобладающая часть объема пересылаемой по сети информации замыкается в пределах одного офиса. Соединенные между собой компьютеры в одном учебном классе либо в одном учебном учреждении, или в каком-то административном районе и т.д. образуют локальную сеть.

Существует два типа компьютерных сетей. В одном из них выделяется специальный компьютер (сервер) для организации работы сети, а в другом — нет. Сервер осуществляет централизованное управление компьютерной сетью. В сети без сервера каждый подключенный к сети пользователь имеет доступ к ресурсам (дисковое пространство, принтер), предоставленным другими пользователями.

Для подключения к удаленным компьютерным сетям либо отдельным компьютерам используются телефонные линии. Передача информации производится с помощью устройства, преобразующего цифровую информацию, хранимую в компьютере, в аналоговую (в виде модулированных электрических сигналов), передаваемую по телефонной линии и производящего обратные преобразования сигнала на входе принимающего компьютера. Такое устройство называется модемом (от первых слогов слов: «модулятор» и «демодулятор»).

Локальные сети образуют узлы. Сеть, состоящая из равноправных и независимых узлов, объединенных между собой каналами связи, носит название Интернет. Узлом интернета может быть не только локальная сеть, но и любое вычислительное устройство, в том числе и персональный компьютер, подключенный к сети и имеющий свой индивидуальный адрес. Узел оснащен коммуникационным устройством для переключения каналов связи. Для связи используются обычные и оптоволоконные кабели, радиоканалы и каналы спутниковой связи. Интернет образует своеобразную паутину, в которой связь между двумя любыми узлами обеспечивается либо по прямому каналу, либо через ряд промежуточных каналов. Узлы обмениваются между собой информацией. Любая информация разбивается на пакеты и отправляется по доступным каналам связи.

Интернет — глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир и образующая систему, которая обеспечивает связь информационных сетей, принадлежащих различным пользователям во всем мире. История развития Интернета начинается с 1961 г., когда в США была созда-

на экспериментальная сеть для оперативной передачи информации. Масштабы внедрения Интернета резко возросли после введения в 1982 г. протокола — совокупности принципов, правил и форматов данных, регламентирующих взаимодействие субъектов сети. В середине 90-х годов XX в. особую популярность и новую волну притока в Интернет принес новый сервис — World Wide Web (WWW, всемирная паутина). Именно этот способ организации информации в Интернете сделал его понятным и доступным широкому кругу пользователей. Например, в 1995 г. число пользователей удваивалось каждые 50 дней. К концу 90-х годов XX в. их общее число составляло более 15 млн. примерно в 150 странах мира.

Широко распространенным сервисом Интернета является электронная почта. Для обмена письмами по электронной почте каждому абоненту на одном из сетевых компьютеров выделяется область памяти — электронный почтовый ящик, доступ к которому осуществляется по адресу абонента и его паролю.

Интернет обеспечивает доступ ко многим видам информации — не выходя из дома можно получить сведения о последних событиях в мире, публикуемых в научных журналах материалах, посмотреть ту или иную телепередачу, понравившийся фильм и вести переписку с абонентом, находящимся в любой точке земного шара. В этом смысле возможности Интернета кажутся неограниченными. Однако следует помнить, что некоторые виды предоставляемой почти бесплатно информации не всегда являются достоверными и полезными, а в ряде случаев носят деструктивный, безнравственный характер, направленный на деградацию личности. Тем не менее не следует огорчаться: огонь может быть огромной разрушающей силой, но в руках разумного человека он приносит только неоценимую пользу. Конечно же, при разумном, взвешенном подходе в выборе необходимой информации Интернет способствует всестороннему развитию личности.

Применение вычислительных средств. Возможность сочетания ЭВМ с уже существующими и вновь создаваемыми машинами и системами машин освобождает человека от физического труда, связанного с тяжелыми, а иногда вредными и опасными условиями, а также с монотонными, однообразными, утомительными и нетворческими действиями.

Рассмотрим некоторые характерные примеры применения современных вычислительных средств. Самое широкое распространение получили микропроцессорные системы для станков с программным управлением. Более сложные микропроцессорные системы — промышленные роботы — снабжены простейшими «органами чувств», способными своевременно реагировать на изменение ситуации. Применение роботов позволяет полностью автоматизировать работу производственных участков, цехов и целых заводов. Однако всегда останутся области деятельно-336

сти, где ЭВМ не может полностью заменить человека. Это прежде всего области, связанные с неформальным творческим подходом к делу. Но ЭВМ может облегчить творческий труд. Для этого создаются автоматизированные рабочие места (АРМ). Например, программное обеспечение АРМ директора предприятия содержит автоматизированную систему управления (АСУ), которая быстро выдает на экран дисплея или на бумагу оперативную сводку о положении дел на предприятии (наличие ресурсов, ход выполнения плана, сведения о работниках предприятия и т. п.), помогает в выборе смежников, а также экономической стратегии и тактики. Создаются АСУ, предназначенные для обеспечения оптимального взаимодействия уже не отдельных станков и автоматических линий, а цехов, производственных объединений в масштабах целой отрасли.

Область применения ЭВМ расширяется в результате не только увеличения числа механизмов, машин и других устройств, к которым подсоединяется ЭВМ, но и роста ее «интеллектуальных» способностей. Так, информационно-поисковые системы и базы данных перерастают в базы знаний, развитию которых способствует Интернет. В базах знаний хранятся не только данные, но и правила вывода новых утверждений из уже имеющихся. А это означает, что база данных способна порождать новые знания.