Понятия и определения информационных технологий

Особенностью современного этапа общественного развития является тот факт, что практически все сферы человеческой деятельности охвачены глобальным явлением, получившим название информатизация общества.

Вопрос развития информатики и вычислительной техники усложняется тем, что и нынешнее-то их развитие сложно поддается каким-либо предсказаниям и прогнозам. В этой области прогнозы серьезные люди и организации стараются давать на ближайшие год-два: слишком быстро и непредсказуемо развивается творческая и техническая мысль. Прежде всего, это быстрые темпы изменений в технологии.

Чудеса миниатюризации уже воспринимаются как должное, рост производительности процессоров и емкости памяти просчитывается лет на пять вперед. Принципиально новые функции программного обеспечения упоминаются одной строкой в пресс-релизах.

Чем, к примеру, порадуют нас дисплеи в обозримом будущем? То, что обычные электронно-лучевые трубки доживают свои последние годы, ясно уже всем. Повсеместный переход на плоскопанельные дисплеи — вопрос только очередного снижения цен.

Заглянув на страницы фантастики, мы обнаруживаем там целую программу развития устройств отображения: гибкие дисплеи, которые вместе с изображением можно мять, как бумажки, огромные экраны размером во всю стену, дисплеи, создающие стереоскопическое и даже полностью трехмерное изображение.

Стереоскопия обеспечивает лишь иллюзию трехмерности за счет эффекта бинокулярного зрения. Для этого каждому глазу предоставляется свое плоское изображение, по которым мозг восстанавливает трехмерную сцену. Подходов к решению этой технической задачи множество – поляризационные очки, синхронизированные с кадровой разверткой экрана, очки-шлемы с отдельными дисплеями для каждого глаза. Причем это уже массово распространенные технологии.

Настоящее же трехмерное изображение отличается тем, что для его рассматривания не требуются приспособления вроде очков, а видеть его могут одновременно несколько человек, естественно, с разных мест. Фантастика? — Ничуть. Голография — уже давно освоенная технология. Единственная оговорка — до недавнего времени голограммы были статичными.

Но вот в последнее время сразу несколько инновационных фирм заявили о том, что у них решена задача создания динамического истинно трехмерного изображения.

Сквозное подключение мобильных устройств к Интернету — это тоже примета времени. Может быть, еще не сегодняшнего, но не такого уж и далекого будущего. Все это обеспечивается технологиями мобильной связи, идущими на смену стандарту GSM. Это технологии GRPS, CDMA, UMTS. Полноценное внедрение этих технологий кардинально изменит роль нынешних карманных компьютеров. Будучи постоянно подключенными к Интернету, эти устройства существенно расширят свою практическую полезность.

Еще несколько лет назад в прессу просочились сведения о разработке учеными NASA особого чипа, который, возможно, придет на смену нынешним микропроцессорам. Новинка получила обозначение FPGA (field programmable gate array – программируемая матрица вентилей) и отличается от нынешних “статичных” микросхем тем, что каждый элемент программируемой матрицы способен к реконфигурации с частотой несколько тысяч раз в секунду. Как следствие, производительность настольных систем, использующих подобное решение, оказывается на несколько порядков выше, чем у традиционных персональных компьютеров. Достигается это за счет возможности распараллеливания процесса вычисления путем создания сразу нескольких одновременно работающих процессоров на базе одной матрицы вентилей.

Обратим внимание на другой класс устройств — на устройства ввода информации. Надо отметить, что со вводом информации в вычислительной технике всегда было больше проблем, чем с ее выводом. Долгое время единственным устройством ввода оставалась клавиатура. Потом появились мышь, джойстик, сканер, звуко- и видеозапись. Однако для ввода текстов — основы всех информационных технологий — по-прежнему не было ничего, кроме клавиатуры. Так продолжалось несколько десятков лет. И вот в самом конце XX века произошла тихая революция — компьютеры обрели новые каналы ввода алфавитно-цифровых данных. Речь, конечно, идет о распознавании текстов и голоса.

«Озвучивание» системы человек-техника идет и с другой стороны.

Очень может быть, что в скором времени автомобиль будет в состоянии сам говорить водителю, куда нужно ехать. Уникальной навигационной системой собирается снабдить свою продукцию японская Honda (http://www.honda.com), которая обещает включать в стандартную комплектацию автомобилей Acura RL “электронного штурмана”, способного распознавать человеческую речь и общаться с водителем на обычном языке. Если планам японского автогиганта суждено сбыться, то Honda станет первым автопроизводителем, который снабдит серийные машины навигационной системой с речевым информатором и голосовой системой управления.

Подойдем к другому важнейшему направлению развития технологий — к системам искусственного интеллекта. Число примеров таких систем в фантастике неисчерпаемо. Однако ничего подобного фантастическим образам искусственного интеллекта на практике реализовать пока не удается. Философы продолжают дискуссию о том, что такое разум и интеллект и может ли в принципе устройство, созданное руками человека, быть их носителем. А тем временем инженеры продолжают у создавать системы со все более сложным поведением.

К примеру, экономически весьма привлекательной (и, главное, востребованной!) сейчас является деятельность, направленная на преодоление последствий "информационного взрыва", явления, связанного с лавинообразным увеличением потока информации, который уже попросту не поддается отслеживанию. Между тем, разбиение данных на категории и сортировка информации по темам — классические задачи, относящиеся к области искусственного интеллекта. А это может означать, что компании, специализирующиеся на проведении исследований в области разработки и создания интеллектуальных систем, вновь могут завоевать "симпатии" инвесторов. Тем более что количество научных коллективов, специализирующихся на создании "машинного разума", ощутимо сократилось по сравнению с началом 1980-х годов.

Инженеры компании IBM в настоящее время трудятся над проектированием и построением самодиагностируемых и самонастраивающихся систем, которые, как ожидается, будут более устойчивы к повреждениям по сравнению с нынешними компьютерами и смогут функционировать, практически, без человеческого присмотра.

Уже довольно давно как раз в задачах, связанных с искусственным интеллектом, применяются так называемые нейронные сети. Нейронная сеть — это архитектура компьютера, построенная по аналогии с устройством человеческого мозга. Ее элементами являются элементарные ячейки — нейроны, которые квазислучайно связаны друг с другом. В результате внешнего воздействия (например, получения на вход изображения) некоторые нейроны возбуждаются, по нейронной сети передаются сигналы, и, в конечном счете, сеть переходит в новое состояние, которое можно узнать на ее выходе. Например, она может сообщить, что опознала изображение или голос, а может, наоборот, заключить, что образец ей незнаком.

И тут начинается процесс обучения нейронной сети. Если ответ правильный, сеть получает поощрение, которое укрепляет те связи между нейронами, которые обеспечили правильный ответ. В противном случае эти связи будут ослаблены. Оказывается, что правильно сконструированные сети можно довольно быстро научить, например, распознавать весьма сложные события, для которых крайне трудно найти формальные критерии отбора при алгоритмическом программировании.

Решения на основе нейронных сетей становятся все более совершенными. Уже сегодня имеется немало впечатляющих разработок. База приложений нейронных сетей просто огромна: выявление фальшивых кредитных карточек, прогнозирование изменений на фондовой бирже, составление кредитных планов, оптическое распознавание символов, профилактика и диагностика заболеваний человека, наблюдение за техническим состоянием машин и механизмов, автоматическое управление движением автомобиля, принятие решений при посадке поврежденного летательного аппарата и т.д. Дальнейшие успехи в разработке искусственных нейронных сетей будут зависеть от дальнейшего понимания принципов работы человеческого мозга, но здесь имеется и обратная связь: искусственные нейронные сети являются одним из средств, с помощью которых совершенствуется наше представление о процессах, происходящих в нервной системе человека, выступая в качестве моделей соответствующих процессов.

Нейросетевые технологии предоставляют сегодня широкие возможности для решения задач прогнозирования, обработки сигналов и распознавания образов. Учитывая высокие темпы роста объемов накопленной в современных хранилищах данных информации, роль нейронных сетей трудно переоценить.

По мнению специалистов, интеллектуальный анализ данных войдет в десятку важнейших информационных технологий. В последние годы началось активное внедрение нейросетевой технологии. Ее активно используют такие крупные корпорации как American Express, Lockheed и многие другие. Естественно, в ответ на этот интерес на рынке программных средств стали появляться соответствующие инструментальные средства.

Попробуем определить, в каком направлении станет развиваться информатика и вычислительная техника ко второй половине XXI века.

Прежде всего, отметим, что один из показателей развития человеческой цивилизации – скорость, с которой увеличиваются знания людей об окружающем мире или, иначе говоря, суммарный объем данных, известный человечеству. Так вот, период, за который происходит удвоение объема доступной людям информации, позволяет косвенно судить о темпах развития человеческого общества. И темпы эти, надо признать, поразительны.

Учеными установлено, что до наступления нашей эры, то есть до Рождества Христова для удвоения человеческих знаний требовалось целых 2000 лет. Ясное дело, что неспешные рассуждения древнегреческих философов “о сути вещей” как раз и отвечали этим темпам. Сейчас же, вероятно, древние мыслители не то, что пофилософствовать, просто мысль вслух высказать не успели бы. До изобретения Гуттенбергом книгопечатания для удвоения всей известной человечеству информации требовалось 1000 лет. К концу XIX века срок этот сократился до 100 лет, а начиная с 1920 года – до 40 лет. Дальше все замелькало как в ускоренном кино: период, за который знания человечества удваивались, начиная с 1950 года, составил 30 лет; с 1980 года – 15 лет; а с 2000 года период удвоения знаний сократился до 4-5 лет! Иными словами, если в начале XX века специалист, получив высшее образование, чувствовал себя уверенно в течение 20-30 лет, то в начале ХХI “период полураспада знаний” сократился до 5 лет…

Еще одна важная переменная для понимания эволюционной проблемы — скорость уменьшения ресурсоемкости (массы, объема, времени, затраченного на производство любых изделий человеческих рук). Кривая ресурсоемкости в области вычислительной техники вначале, как ей и положено, росла, но в последние годы она получила тенденцию уменьшения: наглядным свидетельством этого является то, что стоимость компьютерной техники в лучшем случае остается на одном уровне, а в среднем плавно и постоянно снижается вниз.

Итак, ресурсоемкость производства падает, зато информационный ресурс стремительно нарастает. При нынешних темпах развития очень скоро в истории человечества произойдет небывалое событие: информация окажется ценней материального ресурса. А впрочем, разве и сейчас программный продукт не стоит порою дороже, чем сам компьютер?

Современные нанотехнологии убеждают: каких-то молекул достаточно, чтобы получить все, что нужно. Ресурс минимальный. Зато информация — огромна.

Когда информация становится важней ресурсов, мир закономерно вступает в фазу неустойчивого развития. После долженствующих встрясок и разнообразных революций, эпитеты к которым предстоит еще придумать, наша технологическая цивилизация снова войдет в относительно устойчивую полосу развития.

Но какой она станет?

Неизвестно.

Теперь попробуем рассмотреть более «мягкие» сценарии развития, без критических фаз и точек бифуркаций. Представим себе, что эволюция информатики и вычислительной техники будет идти плавно и с относительно невысоким ростом ускорения.

В этом случае в ближайшие десятилетия нас, естественно, ожидают дальнейшие технологические прорывы.

Большое значение приобретет информационная безопасность, особенно в части одной из ее важнейших составляющих – идентификации пользователей. Первое решение в этой области — символьные пароли, примитивные, легко забываемые и легко «взламываемые», еще в первой половине XXI века станут частью истории. Каждый пользователь будет идентифицироваться с помощью биометрической информации.

Во второй половине XXI века электронные системы станут узнавать пользователей по голосу, тембру речи или по прикосновению руки.

Далее. Информационные технологии будут внедряться во всех возможных и невозможных сферах жизни. На смену примитивным роботам, выполняющим простейшие механические функции, придут устройства, обладающие элементами искусственного интеллекта. Несомненно удобство использования машин с точки зрения клиента: они работают быстро, стоимость их услуг невелика, что отражается на цене товара. Из этого можно сделать вывод — всё, что работает хорошо, быстро распространяется. А значит, что в ближайшие годы нас ждет повсеместная автоматизация обслуживания.

Следующим шагом будут автономные гуманоидные роботы. Десятилетия научно-исследовательской работы над автономными роботами и искусственным интеллектом наконец-то начали приносить плоды.

Еще в первой половине этого века первые машины, которые могут видеть, слышать, передвигаться и управлять объектами на уровне, эквивалентном человеческому, выйдут из лабораторий на рынок. Эти роботы пока не смогут мыслить творчески подобно людям, но на что же та самая вторая половина XXI века?

Возможно, к середине XXI века свершится третья техническая революция: габаритные современные компьютеры мутируют в особые микроорганизмы диаметром всего пять-шесть миллиметров. Микроминиатюризация и нанотехнологии позволят создать искусственные нейронные сети с числом соединений, превосходящим число соединений мозга.

Далее. Оперируя законом Мура, который, грубо говоря, гласит, что мощности компьютеров удваиваются каждые 1,5-2 года, можно высчитать, что в 2020 году процессоры домашних компьютеров будут способны на 10 триллионов операций в секунду. У такого компьютера будет терабайт оперативной памяти, а данных в нём уместится один-два петабайта. В 2040-м же году компьютер должен быть в тысячу раз мощнее машины из 2020-го. Обрабатывая данные со скоростью квадрильон действий в секунду, этот компьютер фактически будет эквивалентом человеческого мозга.

Следовательно, после 2050 года должны появятся компьютеры, превосходящие человеческий мозг. Значит ли это, что компьютер обойдет человека «по всем статьям»?

И вот тут мы подходом к еще одному перспективному направлению развития информатики и вычислительной техники.

Все мы знаем, что компьютеры состоят из аппаратуры и программного обеспечения — hardware & software. Объединяют компьютеры сети — netware. Однако очень часто при создании и развитии информационной системы совершенно упускают из вида еще одну составляющую — людей, которые всей этой техникой будут пользоваться. Назовем ее peopleware. Можно сказать, что peopleware — это программы, заложенные не в компьютеры, а в головы людей, которые этими компьютерами пользуются.

В настоящее время сплошь и рядом обнаруживается, что в мощных информационных системах используется лишь малый процент их возможностей, поскольку в социуме сохранен старый, привычный оборот информации. Многие операции, которые могли бы выполняться автоматически, приходится делать вручную, и отсюда появляются дублирование, ошибки, задержки.

Причина проста. Информационной системой является, скажем, не компьютерная подсистема фирмы, но вся фирма в целом. И поэтому программироваться, настраиваться и отлаживаться она должна во всех своих частях.

А, как мы видим, при всем огромном техническом прогрессе, когда компьютеры не только далеко обошли в сложных математических вычислениях и в скорости реакции, но даже и выигрывают в шахматы у чемпионов мира, ни один суперкомпьютер не оказался способным конкурировать с человеком в творчестве и в решении парадоксальных задач.

Что же, если мы не можем научить машину не только мыслить, но, тем более, мыслить творчески, то есть смысл поработать в ином направлении: в направлении интеграции машинной точности и быстродействия и человеческой непредсказуемости и «творчесткости».

Естественно, что слияние человека и машины начнется с простого: с полной и повсеместной компьютеризации.

В 2050 году может наступить царство так называемых наноустройств («интеллектуальной пыли»), что приведет к размытию грани между кибер- и реальным пространством (и так уже неустойчивой – спасибо «Матрице» и он-лайн играм), а, следовательно, к еще бóльшему слиянию человека и «компьютера».

Думается, что тогда система «информатика» + «вычислительная техника» потеряет свой смысл, переродившись в более сложное (в том числе и структурно) образование: «информатика» + «вычислительная техника» + «человек». Не просто пользователь, наживающие нужные клавиши. Во второй половине XXI века, человек с компьютером будет входить в контакт не только с помощью пальцев рук (клавиатура, мышка), а гораздо более всеобъемлющим образом. Про голосовую связь мы уже говорили, это дело ближайшего будущего. И даже то, что человек может управлять компьютером только с помощью движения зрачков, — это тоже успешно разрабатываемое сейчас направление. Дело более отдаленного будущего — научиться управлять техникой с помощью внутренних, психологических движений: силой мысли (мышление-то, как известно, имеет электрическую форму), эмоциональными проявлениями (такой вот «правнук» детектора лжи, способный отследить мельчайшие изменения эмоций человека) и так далее.

Дата добавления: 2013-12-13