15. Перспективы развития информационных технологий и вычислительной техники

15.1. Географические информационные системы

На фоне стремительного развития вычислительной техники в современных условиях представляется интересным рассмотреть развитие географических информационных систем (ГИС) и ГИС-технологий.

ГИС  наука, сочетающая теорию, методы и традиции классической картографии и географии с возможностями и аппаратом прикладной математики, информатики и компьютерной техники. ГИС  это новое мировоззрение, построенное на пространственном мышлении с помощью вычислительной техники.

Одно из направлений развития ГИС  совместное и широкое использование данных высокоточного глобального позиционирования объектов на воде или на суше, полученных с помощью систем GPS (США) или ГЛОНАСС (Россия). Применение их в сочетании с ГИС образуют мощную триаду высокоточной, актуальной (вплоть до реального режима времени), постоянно обновляемой, объективной и плотно насыщенной территориальной информации, которую можно будет использовать практически в любых сферах деятельности, в том числе и в судовождении.

Другое направление развития ГИС связано с развитием системы телекоммуникаций, в первую очередь международной сети Интернет и массовым использованием глобальных международных информационных ресурсов. Поэтому можно предполагать возникновение на базе современных ГИС новых типов, классов и даже поколений географических информационных систем, основанных на возможностях Интернет, телевидения и телекоммуникаций. На этом этапе развития ГИС из технологии, безусловно, перерастет в мировоззрение.

Все охарактеризованные выше тенденции, перспективы, направления и пути развития приведут в конечном итоге к тому, что ГИС в XXI веке будут представлять собой систему знаний, опирающуюся на пространственное мышление и использующую самые современные технологии по переработке огромного объёма любой пространственной и иной информации и широко распространенную среди мирового информационного общества.

15.2. Совершенствование компьютерной техники

Совершенствование элементной базы вычислительной техники. Совершенствование элементной базы вычислительной техники идёт по пути уменьшения размера процессора и увеличения количества транзисторов в нём.

Транзистор – это компонентная единица процессора – элементарный «кирпичик» микросхемы процессора. В настоящее время размер транзисторов, входящих в микросхемы составляет порядка 90-45 нм, т.е. миллиардных долей метра. (Для сравнения – размер молекул составляет порядка 1 нм). В настоящее время на рынке появились 32 нмпроцессоры, а опытные образцы сейчас составляют 22 нм. В течение ближайшего времени планируется выйти на размер 10 нм.

Чем меньше по размеру транзистор – тем больше их можно разместить в чипе процессора. Количество транзисторов в чипе современного компьютерного процессора составляет несколько миллиардов. Количество транзисторов в процессоре – напрямую определяет арифметическую производительность процессора – т.е. его быстродействие – самое главное качество вычислительной техники.

Одна из перспектив в развитии вычислительной техники заключается в молекулярной компьютеризации. Предполагается уменьшение структурных элементов компьютера, транзисторов, до размера молекул, т. е. порядка 1 нм.

Другое направление развития вычислительной техники – это развитие оптических технологий и создание, «оптического компьютера», носителем информации, в котором вместо электричества будет световой поток. Такой компьютер будет полностью состоять из оптических устройств обработки информации.

Следующей ступенью развития компьютерной техники после молекулярной электроники, возможно, будет – квантовая. Сама вычислительная техника физически будет сделана из обычной материи малого размера. Но, работать она будет на принципах, использующих квантовомеханические эффекты, такие как, например, квантовый параллелизм, при этом будет обеспечиваться сверхвысокая скорость вычислений.

Совершенствование устройств ввода и вывода информации. Внешние устройства вычислительной техники играет большую роль, поэтому совершенствованию компьютерной периферии также придаётся большое значение. Одно из направлений совершенствования вычислительной техники в этой области – это создание эмуляторов клавиатуры. Это специальные устройства, воспроизводящие обычную клавиатуру компьютеров. К таким устройствам относятся.

Виртуальная клавиатура – это клавиатура, изображённая на экране дисплея или спроецированная светом на плоскую поверхность, например, на стол. Нажатие на клавиши осуществляется специальным устройством, стилусом, или пальцами на экран или на место проецирования клавиш.

Проекционная клавиатура – разновидность виртуальной клавиатуры, которая отслеживает движения пальцев и переводит их в нажатия клавиш.

Объёмная (голографическая) клавиатура – клавиатура, которая относится к управляющим экранам или панелям.

Совершенствование устройств вывода информации. Совершенствование устройств вывода информации заключается в основном в отображении визуальной информации по объёмному методу.

К таким устройствам относятся:

• 3D-принтеры – прикладные устройства физического отображения визуальной информации. В основе 3D-печати лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого выпуклого объекта.

• Стерео-дисплей (3D –дисплей) или трёхмерный дисплей – устройство визуального отображения информации, позволяющее создавать у зрителя иллюзию наличия реального объёма у демонстрируемых объектов.

• Безэкранный дисплей. Первые образцы были созданы в 1991 году как элементы так называемойВиртуальная реальности и использовались для обучения и тренировок пилотов самолетов. В безэкранном дисплее устройство вывода формирует изображение непосредственно насетчаткеглаза. В результате пользователь видит изображение, как-бы «висящее» перед ним в воздухе.

Совершенствование устройств хранения информации. К устройствам хранения информации, более совершенного типа, чем существующие, можно отнести:

• Твердотельный накопитель – энергонезависимое, перезаписываемое запоминающее устройствобольшой мощности. Имеет такие достоинства как быстродействие, бесшумность, экономичность, отсутствие движущихся механических частей.

• Объёмная оптическая память (или Голографическая память) –это разновидность памяти компьютера, в которой информация может быть записана и считана в трёхмерном пространстве. При таком способе хранения информации на компакт диск можно записать порядка терабайта данных.

• Мемристор (memory – «память», и resistor – «электрическое сопротивление») – пассивный элемент в микроэлектронике, способный изменять свое сопротивление. Предполагается использовать его в качестве ячейки памяти небольшого размера.

Совершенствование архитектуры вычислительной техники. Совершенствование архитектуры вычислительной техники идёт по пути перехода от однопроцессорных вычислительных систем к многопроцессорным. Повышение производительности вычислительной системы в этом случае достигается включением в её состав нескольких процессоров, работающих параллельно. На сегодняшний день доступны двух-, четырёх- и шести-ядерные процессоры.

Другое направление повышения производительности вычислительных систем – это объединение нескольких независимых компьютеров в один – мультикомпьютер, который занимает площадь в десятки квадратных метров и весит тонны. Такие машины называются Кластерами, и представляют собой суперкомпьютеры с колоссальной производительностью.

Вычислительная мощность современного домашнего персонального компьютера – 0,1-0,2 терафлопса (терафлопс – это 1012 флопс, флопс (flops – Floating point Operations Per Second) – это единица измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятойвсекундувыполняет данная вычислительная система). Мощность Мирового лидера Вычислительной техники – Суперкомпьютера «Jaguar» (США) – 1759 терафлопс. Он состоят из 224 тысяч параллельно работающих процессорных ядер.

Россия по суммарной вычислительной мощности стоит на 9 месте в мире, а наш самый мощный суперкомпьютер «Ломоносов» (МГУ им. Ломоносова) на 12 месте в мире, вычислительная мощность которого равна 350 тфлопс.

Дальнейшим развитием параллельных вычислений являются Grid-системы (grid – решётка, сеть) – системы распределенных вычислений. Эта система предполагает «виртуальный суперкомпьютер», представляющий собой множество компьютеров (в том числе домашних ПК), находящихся – в любой точке Земли, соединённых между собой с помощью сети, например, Интернет, и работающих вместе, на одну задачу. Вычислительная мощность таких суперкомпьютеров значительно превышает мощность самых современных Кластеров.