8.1. Развитие средств информационных технологий

Технологии и естествознание. Технология — совокупность методов

обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья

или полуфабрикатов, осуществленных в процессе производства продук-

ции. Слово «технология» означает, кроме того, научную дисциплину,

изучающую физические, химические, механические и другие закономер-

ности различных производственных процессов. В последнее время это

слово стало ключевым. Часто говорят о технологиях: информационных,

микроэлектронных, химических, генных, биотехнологиях и др. Ощуща-

ется некое «засилье технологий».

Следует различать естественно-научные знания, которые что-то объ-

ясняют, 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 со-

вокупность действий, процессов, а также процедура управления дейст-

виями, процессами, регламент, направленный на достижение заранее

предопределенного результата.

Рождение той или иной технологии говорит о высоком уровне зре-

лости соответствующей ей отрасли естествознания, когда она начинает

развиваться быстро и оказывается полезной обществу, становится при-

кладной. В современном обществе развиваются многие виды техноло-

гий, среди которых большое внимание уделяется информационным тех-

нологиям.

Унификация информационных технологий. Удовлетворение все

возрастающих потребностей общества при неуклонном росте народона-

селения 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-

331

димой информации с соблюдением требований ее своевременности и ак-

туальности. Представление необходимой информации — одна из важ-

нейших составляющих информатизации общества. Концепция информа-

тизации включает прежде всего создание унифицированной в широком

спектре приложений и полностью структурированной информационной

технологии, включающей процессы сбора, накопления, хранения, поис-

ка, переработки и выдачи всей информации, необходимой для информа-

ционного обеспечения деятельности.

Чтобы информационная технология была унифицированной в широ-

ком 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 информати-

ки в целом. На основе естественно-научных знаний уже в настоящее вре-

мя можно создать и реализовать информационные технологии, унифици-

рованные до такой степени, что, с одной стороны, информация может ис-

пользоваться в различных сферах деятельности без дополнительной

трансформации и адаптации, а с другой — она может быть стабильной,

не нуждаться в принципиальном совершенствовании достаточно продол-

жительное 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 слож-

нейшими вычислительными системами и комплексами, играют первосте-

пенную, основную роль в информационном обеспечении и развитии об-

щества. Информационные технологии прямо или косвенно касаются каж-

дого из нас. Информация стала постоянным спутником человека. Она по-

могает нам не только ориентироваться в окружающей среде, но и активно

воздействовать на нее, выбирая при этом наиболее рациональные и опти-

мальные способы и применяя при этом современные вычислительные

средства.

История развития вычислительных средств. Для облегчения фи-

зического труда еще с древних времен изобретались разнообразные при-

332

способления, механизмы и машины. Однако лишь немногие из них помо-

гали человеку выполнять работу, похожую на умственную, хотя потреб-

ность в ней возникла давно. Вначале в течение длительного времени ис-

пользовались 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 потреб-

ность в машинах, облегчающих такой труд. Совершенно ясно, что без ма-

шин, способных расширить умственные возможности человека, теперь

просто не обойтись.

Первые машины, выполняющие арифметические операции, появи-

лись 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 четы-

ре арифметических действия. Изобретение арифмометра — важный шаг

в развитии вычислительных средств. Однако производимые с его помо-

щью 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. Од-

нако технологические возможности того времени не позволили реализо-

вать идею создания подобной машины. Только спустя почти столетие,

в 1943 г., когда появились электромеханические реле, удалось сконструи-

ровать первую аналитическую машину.

Новая модификация вычислительных машин на базе электронных

ламп работала в тысячу раз быстрее. В основу разработки следующей мо-

дификации аналитических машин легли общие принципы функциониро-

вания 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 вычисли-

тельные машины стали гораздо совершеннее, но большинство из них по-

строено на тех же общих принципах функционирования: для универсаль-

ности и эффективности работы вычислительная машина должна содер-

жать арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические

и логические операции, устройство управления для организации процес-

са исполнения программ, запоминающее устройство (или память для хра-

нения программ и данных), внешние устройства для ввода-вывода ин-

формации. В современных вычислительных машинах, называемых ком-

пьютерами, арифметико-логическое устройство и устройство управле-

ния, как правило, объединены в центральный процессор. Для повышения

быстродействия компьютера обработка информации производится одно-

333

временно на нескольких процессорах. Компьютер обрабатывает инфор-

мацию только в цифровой форме. Вся другая информация (звуки, изобра-

жения, показания приборов и т.д.), вводимая в компьютер, преобразуется

в цифровую форму.

В развитии вычислительных средств различают несколько поколе-

ний, непосредственно связанных с открытиями в физике XX в. ЭВМ пер-

вого поколения (40-е — начало 50-х годов XX в.) базировались на элек-

тронных лампах. С применением полупроводниковых приборов связыва-

ют второе поколение ЭВМ (середина 50-х — начало 60-х годов). В конце

60-х годов появилось третье поколение ЭВМ, основанное на интеграль-

ных схемах. В 70-е годы разработаны ЭВМ четвертого поколения с эле-

ментной базой на больших интегральных схемах. В последнее время для

создания ЭВМ следующих поколений модернизируется их элементная

база, разрабатываются принципиально новые средства накопления, хра-

нения 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 компь-

ютеры стоят от нескольких сотен до 10 тыс. долл. По сравнению с боль-

шими 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 вы-

сокопроизводительной 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 ма-

шины составляла 1 млн. оп/с. Более высокой производительностью —

125 млн. оп/с — обладал отечественный многопроцессорный вычисли-

тельный комплекс «Эльбрус-2», созданный в 1985 г. В разработку отече-

ственных вычислительных и управляющих систем существенный

вклад внесли российские ученые С.В. Емельянов (р. 1929), B.C. Бур-

цев (р. 1927), С.К. Коровин (р. 1945), Г.И. Савин (р. 1948) и др.

Мощные компьютеры разрабатываются и по сей день. В 2002 г. япон-

ская фирма NEC демонстрировала самый мощный в мире суперкомпью-

тер, 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 мате-

риалов и т.п.

Интернет. Возможности персонального компьютера существенно

расширяются с применением компьютерных сетей. Компьютерная сеть

представляет собой набор соединенных между собой компьютеров с пе-

риферийными и коммуникационными устройствами. Подавляющее

большинство компьютеров образует ту или иную сеть. Опыт эксплуата-

ции сетей показывает, что преобладающая часть объема пересылаемой по

сети информации замыкается в пределах одного офиса. Соединенные ме-

жду 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 выделяет-

ся специальный компьютер (сервер) для организации работы сети, а в

другом — нет. Сервер осуществляет централизованное управление ком-

пьютерной сетью. В сети без сервера каждый подключенный к сети поль-

зователь имеет доступ к ресурсам (дисковое пространство, принтер), пре-

доставленным другими пользователями.

Для подключения к удаленным компьютерным сетям либо отдель-

ным компьютерам используются телефонные линии. Передача информа-

ции производится с помощью устройства, преобразующего цифровую

информацию, хранимую в компьютере, в аналоговую (в виде модулиро-

ванных электрических сигналов), передаваемую по телефонной линии и

производящего обратные преобразования сигнала на входе принимающе-

го 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 персональ-

ный компьютер, подключенный к сети и имеющий свой индивидуальный

адрес. Узел оснащен коммуникационным устройством для переключения

каналов связи. Для связи используются обычные и оптоволоконные кабе-

ли, радиоканалы и каналы спутниковой связи. Интернет образует своеоб-

разную паутину, в которой связь между двумя любыми узлами обеспечи-

вается либо по прямому каналу, либо через ряд промежуточных каналов.

Узлы обмениваются между собой информацией. Любая информация раз-

бивается на пакеты и отправляется по доступным каналам связи.

Интернет — глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь

мир и образующая систему, которая обеспечивает связь информацион-

ных сетей, принадлежащих различным пользователям во всем мире. Ис-

тория развития Интернета начинается с 1961 г., когда в США была созда-

335

на экспериментальная сеть для оперативной передачи информации. Мас-

штабы внедрения Интернета резко возросли после введения в 1982 г. про-

токола — совокупности принципов, правил и форматов данных, регла-

ментирующих 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 электрон-

ная почта. Для обмена письмами по электронной почте каждому абонен-

ту на одном из сетевых компьютеров выделяется область памяти — элек-

тронный 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, на-

ходящимся в любой точке земного шара. В этом смысле возможности Ин-

тернета кажутся неограниченными. Однако следует помнить, что некото-

рые виды предоставляемой почти бесплатно информации не всегда явля-

ются 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 разрушаю-

щей силой, но в руках разумного человека он приносит только неоцени-

мую пользу. Конечно же, при разумном, взвешенном подходе в выборе

необходимой информации Интернет способствует всестороннему разви-

тию личности.

Применение вычислительных средств. Возможность сочетания

ЭВМ с уже существующими и вновь создаваемыми машинами и система-

ми машин освобождает человека от физического труда, связанного с тя-

желыми, а иногда вредными и опасными условиями, а также с монотон-

ными, однообразными, утомительными и нетворческими действиями.

Рассмотрим некоторые характерные примеры применения современ-

ных вычислительных средств. Самое широкое распространение получи-

ли микропроцессорные системы для станков с программным управлени-

ем. Более сложные микропроцессорные системы — промышленные ро-

боты — снабжены простейшими «органами чувств», способными свое-

временно реагировать на изменение ситуации. Применение роботов

позволяет полностью автоматизировать работу производственных участ-

ков, 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 автомати-

зированные рабочие места (АРМ). Например, программное обеспечение

АРМ директора предприятия содержит автоматизированную систему

управления (АСУ), которая быстро выдает на экран дисплея или на бума-

гу оперативную сводку о положении дел на предприятии (наличие ресур-

сов, ход выполнения плана, сведения о работниках предприятия и т. п.),

помогает в выборе смежников, а также экономической стратегии и такти-

ки. Создаются АСУ, предназначенные для обеспечения оптимального

взаимодействия уже не отдельных станков и автоматических линий, а це-

хов, производственных объединений в масштабах целой отрасли.

Область применения ЭВМ расширяется в результате не только увели-

чения числа механизмов, машин и других устройств, к которым подсое-

диняется ЭВМ, но и роста ее «интеллектуальных» способностей. Так, ин-

формационно-поисковые системы и базы данных перерастают в базы

знаний, развитию которых способствует Интернет. В базах знаний хра-

нятся не только данные, но и правила вывода новых утверждений из уже

имеющихся. А это означает, что база данных способна порождать новые

знания.