Компьютеры следующего поколения.

Размеры вычислительных устройств постоянно уменьшаются. Когда–то предполагалось, что более мощные машины будут требовать больше места для периферийных устройств, памяти и т. д. Это предположение оказалось неверным. В 1965 году Гордон Мур сформулировал действующее и сейчас правило (названное законом Г. Мура), согласно которому производительность вычислительных систем удваивается каждые восемнадцать месяцев [Moore H. // Electronics. 38, 1965, № 8]. Мур вывел свой эмпирический закон, построив зависимость числа транзисторов в интегральной микросхеме от времени.

Ежегодное уменьшение на 10–30% размеров элементарных вычислительных модулей приведет в ближайшие 5–10 лет к практическому применению устройств с элементарными модулями размером примерно в 100–200 ангстрем (0,01–0,02 мк). Другими словами, быстрое развитие цифровых электронных технологий приводит к тому, что размер элементарного вычислительного устройства приближается к размеру молекулы или даже атома.

На таком уровне законы классической физики перестают работать и начинают действовать квантовые законы, которые для многих важных динамических задач еще не описаны теоретически. Для описания работы таких устройств неприменимы классические объекты и методы информатики. В частности, в силу квантового принципа неопределенности Гейзенберга, в таких микроскопических системах нет аналога понятию «bit».

Вместо двоичных цифр новые устройства будут оперировать с «волновыми функциями» («квантовыми битами»). В некотором смысле, информатика в своем развитии в недалеком будущем должна будет перейти от «арифметики» к «функциональному анализу». С одной стороны, это обусловливает переосмысление и замену основных классических (неквантовых) алгоритмов, а с другой – дает возможность вплотную подступиться к решению проблем искусственного интеллекта.

В научно–исследовательских лабораториях крупнейших университетов и транснациональных ИТ–компаний рассматриваются несколько возможных основных направлений создания элементной базы нового поколения вычислительных устройств [26]:

· на принципах ядерного магнитного или электронного парамагнитного резонанса;

· на атомных ионах, помещенных в ловушки Паули или Пеннинга;

· с использованием явления сверхпроводимости;

· на квантовых точках в полупроводниковых неорганических системах;

· на основе оптической симуляции квантовой логики или на металло–биологической гибридной основе.

Многие из указанных направлений имеют существенные недостатки, которые в некоторых случаях приводят к принципиальной невозможности создания конкурентоспособного вычислительного устройства. Характерным примером является проект корпорации IBM, которая в 1999 году только на первый этап разработки молекулярной элементной базы нового поколения выделила 17 миллиардов долларов на 5 лет. В результате был создан макет, оперирующий с 5 или 7 квантовыми битами и весом около 7 тонн, способный решать только примитивные задачи типа разложения числа 15 на два множителя 5 и 3 [domino.research.ibm.com/comm/pr.nsf/–pages/rsc.quantum.html? Open& printable].

В настоящее время наиболее перспективным направлением разработки элементной базы компьютеров нового поколения представляется использование самоорганизующихся квантовых точек в твердотельных системах, которые могут выполнять функции квантовых битов и быть связанными в квантовый регистр на основе, например, электростатического или магнитного типа взаимодействия.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте понятие информации.

2. Перечислите определенные свойства, которыми характеризуется информация.

3. Назовите основные показатели качества информации.

4. Дайте определение информационных технологий.

5. Перечислите этапы развития информационных технологий.

6. Укажите основные составляющие информационных технологий.

7. Назовите основные сферы применения ИТ.

8. Каким образом формализуется процесс обработки информации?

9. Что такое базы данных (БД) и системы управления базами данных (СУБД)?

10. Дайте определение хранилищу данных. Чем хранилище данных отличается от базы данных?

11. Приведите несколько примеров вычислительных устройств различных поколений.

12. Что такое суперкомпьютер и чем он отличается от кластера?

13. Решения каких задач ожидают от вычислительных устройства нового поколения?

ГЛАВА 2. Технологические процессы обработки информации в информационных технологиях

2.1 Характеристика основных этапов технологического процесса

В процессах автоматизированной обработки информации в качестве объекта, подвергающегося преобразованиям, выступают различного рода данные [3], которые характеризуют те или иные явления. Такие процессы именуются технологическими процессами и представляют собой комплекс взаимосвязанных операций, протекающих в установленной последовательности. Или, более детально, это процесс преобразования исходной информации в выходную с использованием технических средств и ресурсов.

Технологический процесс обработки информации – это совокупность операций, осуществляемых в определенной последовательности с начального момента возникновения информации до получения результатных данных.

Рациональное проектирование технологических процессов обработки данных в информационных системах ИС во многом определяет эффективное функционирование всей системы.

Весь технологический процесс можно подразделить на:

· процессы сбора и ввода исходных данных в вычислительную систему,

· процессы размещения и хранения данных в памяти системы,

· процессы обработки данных с целью получения результатов,

· процессы выдачи данных в виде, удобном для восприятия пользователем.

2.2 Технологические операции сбора, передачи, хранения, контроля и обработки данных

В зависимости от используемых технических средств и требований к технологии обработки информации изменяется и состав операций технологического процесса. Например: информация на внешнем устройстве может поступать на носитель информации, подготовленный для ввода в ЭВМ или передаваться по каналам связи с места ее возникновения.

Операции сбора и регистрации данных осуществляются с помощью различных средств. Различают следующие способы сбора и регистрации данных:

· механизированный;

· автоматизированный;

· автоматический.

1. Механизированный – сбор и регистрация информации осуществляется непосредственно человеком с использованием простейших приборов (весы, счетчики, мерная тара, приборы учета времени и т. д.).

2. Автоматизированный – использование машиночитаемых документов, регистрирующих автоматов, универсальных систем сбора и регистрации, обеспечивающих совмещение операций формирования первичных документов и получения машинных носителей.

3. Автоматический – используется в основном при обработке данных в режиме реального времени. Информация с датчиков, учитывающих ход производства – выпуск продукции, затраты сырья, простои оборудования и т. д. – поступает непосредственно в ЭВМ.

Технические средства передачи данных включают:

· аппаратуру передачи данных (АПД), которая соединяет средства обработки и подготовки данных с телеграфными, телефонными и широкополосными каналами связи;

· устройства сопряжения ЭВМ с АПД, которые управляют обменом информации – мультиплексоры передачи данных.

Запись и передача информации по каналам связи в ЭВМ имеет следующие преимущества:

· упрощает процесс формирования и контроля информации;

· соблюдается принцип однократной регистрации информации в первичном документе и машинном носителе;

· обеспечивается высокая достоверность информации, поступающей в ЭВМ.

Дистанционная передача данных, основанная на использовании каналов связи, представляет собой передачу данных в виде электрических сигналов, которые могут быть непрерывными во времени и дискретными, т. е. носить прерывный во времени характер. Наиболее широко используются телеграфные и телефонные каналы связи. Электрические сигналы, передаваемые по телеграфному каналу связи, являются дискретными, а по телефонному – непрерывными.

При выборе наилучшего способа передачи информации учитываются объемные и временные параметры доставки, требования к качеству передаваемой информации, трудовые и стоимостные затраты на передачу информации.

Говоря о технологических операциях сбора, регистрации, передачи информации с помощью различных технических средств, несколько слов необходимо сказать и о сканирующих устройствах.

Ввод информации, особенно графической, с помощью клавиатуры в ЭВМ очень трудоемок. В последнее время наметились тенденции применения деловой графики – одного из основных видов информации, что требует оперативности ввода в ЭВМ и предоставления пользователям возможности формирования гибридных документов и БД, объединяющих графику с текстом. Все эти функции в ПЭВМ выполняют сканирующие устройства. Они реализуют оптический ввод информации и преобразование ее в цифровую форму с последующей обработкой.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте понятие информационной технологии.

2. Перечислите средства информационных технологий.

3. Перечислите технологические операции сбора, передачи, хранения, контроля и обработки данных.

4. Укажите состав технических средств передачи данных.

2.3. Разработка и внедрение информационной системы. Принципы создания информационной системы

Многие пользователи компьютерной техники и программного обеспечения неоднократно сталкивались с ситуацией, когда программное обеспечение, хорошо работающее на одном компьютере, не работает на другом таком же устройстве. Или системные блоки одного вычислительного устройства не стыкуются с аппаратной частью другого. Или информационная система другой компании упорно не желает обрабатывать данные, которые вы подготовили в информационной системе у себя на рабочем месте. И так далее... Эта проблема называется проблемой совместимости вычислительных, телекоммуникационных и информационных устройств.

Развитие систем и средств вычислительной техники, расширенное их внедрение во все сферы науки, техники, сферы обслуживания и быта привели к необходимости объединения конкретных вычислительных устройств и реализованных на их основе информационных систем в единые информационно-вычислительные системы (ИВС) и среды. При этом разработчики ИВС столкнулись с рядом проблем.

Например, разнородность технических средств вычислительной техники с точки зрения организации вычислительного процесса, архитектуры, системы команд, разрядности процессора и шины данных и т. д. потребовала создания физических интерфейсов, реализующих, как правило, взаимную совместимость устройств. При увеличении числа типов интегрируемых устройств сложность организации физического интерфейса между ними существенно возрастала. Разнородность программируемых сред, реализуемых в конкретных вычислительных устройствах и системах, с точки зрения многообразия операционных систем, различия в разрядности и прочих особенностей привела к созданию программных интерфейсов между устройствами и системами. При этом необходимо отметить, что достигнуть полной совместимости программных продуктов, разработанных для конкретной программной среды, в другой среде удавалось не всегда. Разнородность интерфейсов общения в системе "человек-компьютер" требовала постоянного согласования программно-аппаратного обеспечения и переобучения кадров.