21История и Перспективы развития средств вычислительной техники.

1. Начальный этап развития вычислительной техники

Все началось с идеи научить машину считать или хотя бы складывать многоразрядные целые числа. Еще около 1500 г. великий деятель эпохи Просвещения Леонардо да Винчи разработал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства, что явилось первой дошедшей до нас попыткой решить указанную задачу. Первую же действующую суммирующую машину построил в 1642 г. Блез Паскаль – знаменитый французский физик, математик, инженер. Его 8-разрядная машина сохранилась до наших дней.

От замечательного курьеза, каким восприняли современники машину Паскаля, до создания практически полезного и широко используемого агрегата –арифмометра (механического вычислительного устройства, способного выполнять 4 арифметических действия) – прошло почти 250 лет. Уже в начале XIX века уровень развития ряда наук и областей практической деятельности (математики, механики, астрономии, инженерных наук, навигации и др.) был столь высок, что они настоятельнейшим образом требовали выполнения огромного объема вычислений, выходящих за пределы возможностей человека, не вооруженного соответствующей техникой. Над ее созданием и совершенствованием работали как выдающиеся ученые с мировой известностью, так и сотни людей, имена многих из которых до нас не дошли, посвятивших свою жизнь конструированию механических вычислительных устройств.

Еще в 70-х годах нашего века на полках магазинов стояли механические арифмометры и их “ближайшие родственники”, снабженные электрическим приводом– электромеханические клавишные вычислительные машины. Как это часто бывает, они довольно долго удивительным образом соседствовали с техникой совершенно иного уровня – автоматическими цифровыми вычислительными машинами (АЦВМ), которые в просторечии чаще называют ЭВМ (хотя, строго говоря, эти понятия не совсем совпадают). История АЦВМ восходит еще к первой половине прошлого века и связана с именем замечательного английского математика и инженера Чарльза Бэббиджа. Им в 1822 г. была спроектирована и почти 30 лет строилась и совершенствовалась машина, названная вначале “разностной”, а затем, после многочисленных усовершенствований проекта, “аналитической”. В “аналитическую” машину были заложены принципы, ставшие фундаментальными для вычислительной техники.

1. Автоматическое выполнение операций.

Для выполнения расчетов большого объема существенно не только то, как-быстро выполняется отдельная арифметическая операция, но и то, чтобы между операциями не было “зазоров”, требующих непосредственного человеческого вмешательства. Например, большинство современных калькуляторов не удовлетворяют этому требованию, хотя каждое доступное им действие выполняют очень быстро. Необходимо, чтобы операции следовали одна за другой безостановочно.

2. Работа по вводимой “на ходу” программе.

Для автоматического выполнения операций программа должна вводиться в исполнительное устройство со скоростью, соизмеримой со скоростью выполнения операций. Бэббидж предложил использовать для предварительной записи программ и ввода их в машину перфокарты, которые к тому времени применялись для управления ткацкими станками.

3. Необходимость специального устройства – памяти – для хранения данных (Бэббидж назвал его “складом”).

Эти революционные идеи натолкнулись на невозможность их реализации на основе механической техники, ведь до появления первого электромотора оставалось почти полвека, а первой электронной радиолампы – почти век! Они настолько опередили свое время, что были в значительной мере забыты и переоткрыты в следующем столетии.

Впервые автоматически действующие вычислительные устройства появились в середине XX века. Это стало возможным благодаря использованию наряду с механическими конструкциями электромеханических реле. Работы над релейными машинами начались в 30-е годы и продолжались с переменным успехом до тех пор, пока в 1944 г. под руководством Говарда Айкена – американского математика и физика – на фирме IBM (International Business Machines) не была запущена машина “Марк-1”, впервые реализовавшая идеи Бэббиджа (хотя разработчики, по-видимому, не были с ними знакомы). Для представления чисел в ней были использованы механические элементы (счетные колеса), для управления – электромеханические. Одна из самых мощных релейных машин РВМ-1 была в начале 50-х годов построена в СССР под руководством Н.И.Бессонова; она выполняла до 20 умножений в секунду с достаточно длинными двоичными числами.

Однако, появление релейных машин безнадежно запоздало и они были очень быстро вытеснены электронными, гораздо более производительными и надежными.

Первое, что приходит на ум любому человеку при оценке перспектив развития вычислительной техники, — это обязательное уменьшение размеров компьютеров, неуклонное увеличение их быстродействия и объема памяти.

Легко прогнозировать, что число выпускаемых ЭВМ будет увеличиваться, а сфера их использования — расширяться. Даже непосвященному человеку сейчас понятно, что будущее вычислительной техники тесно связано с глобальными Сетями.

Многие люди могут вспомнить, что в настоящее время ведется разработка ЭВМ пятого поколения, основными особенностями которых будут речевой ввод и вывод информации, а также способность машин к самообучению (интеллектуальность).

Данный раздел учебного пособия представляет собой краткое изложение идей Билла Гейтса, который много лет руководил компанией Microsoft [23]. Название книги «Дорога в будущее» говорит само за себя.

Большое внимание Б. Гейтс уделяет сетям.

В будущем глобальные сети превратятся в универсальный рынок и центральный универмаг всего мира. Именно там будут торговать, торговаться, вкладывать деньги, подбирать новых сотрудников, спорить, знакомиться.

На этом рынке будут представлены все виды человеческой деятельности — от миллиардных сделок до флирта. Покупки станут оплачивать деньгами в цифровой форме, а не наличными.

Б. Гейтс называет будущую единую глобальную сеть информационной магистралью. Под этим термином он подразумевает нечто напоминающее современную глобальную сеть Интернет, но со значительно более высокой скоростью передачи информации (полосой пропускания). При этом почти каждый дом (квартира) будет подключен к информационной магистрали. С помощью магистрали люди будут просматривать множество телевизионных программ, делать заказы художественных фильмов (видео по заказу), получать новости, выполнять покупки (шоппинг) и т. п.

Информационная магистраль даст возможность быстро находить ответы на многие возникающие вопросы. Предположим, что в выпуске новостей рядом с премьер-министром телезритель заметил неизвестного ему человека. С помощью пульта дистанционного управления телезритель сможет указать на эту персону. На экране появится биография этого человека и перечень телевизионных репортажей, в которых неизвестный фигурировал в последнее время. Выбрав нужный репортаж из предложенного списка, пользователь сможет посмотреть соответствующий видеоматериал.

В перспективе, когда информационная магистраль ослабит зависимость предприятий от городских структур, многие фирмы децентрализуются, рассредоточат рабочие места. Так в США уже несколько миллионов человек не ходили ежедневно в офисы, а работали дома и поддерживали связь с внешним миром через факсы, телефоны и электронную почту.

Компьютеры позволят подгонять серийные товары под запросы конкретного потребителя. Все чаще товары будут создавать так, чтобы они точно соответствовали пожеланиям заказчика. Тогда поточное производство многих категорий товаров сменится серийным производством с подгонкой под заказчика (обувь, одежда, мебель).

Скоро появятся швейные машины со встроенными ЭВМ, способные при пошиве каждой рубашки следовать разным наборам команд. Заказывая одежду, пользователь сообщит свои размеры, фасон и прочие переменные параметры. Все эти сведения через информационную магистраль попадут на фабрику, которая тут же выполнит заказ и передаст его службе быстрой доставки.

Перемены не обойдут банковское дело. Большинство людей сейчас вкладывает деньги в филиалы банков, расположенных недалеко от дома или от работы. Несмотря на некоторые отличия в процентных ставках и наборе услуг, редко кто меняет свой банк на более выгодный банк, если до его филиала надо ехать куда-то в сторону. Да и перевод счета из банка в банк пока что занимает много времени.

Но когда информационная магистраль уменьшит значимость географического фактора, появятся электронные банки, у которых нет никаких филиалов. Для их строительства не понадобится ни кирпичей, ни цемента. Благодаря минимуму накладных расходов, электронные банки окажутся весьма конкурентоспособными, а все операции будут осуществляться через компьютерные системы. Потребность в наличных средствах сократится, потому что большую часть покупок будут совершать через компьютеры-бумажники или электронные смарт-карты.

Несомненно, что в будущем значительно поднимется роль образования, которое дает ключ к решению общих проблем. В быстро меняющемся мире именно образование помогает быстрее адаптироваться к новым условиям. Информационная магистраль позволит оптимально сочетать индивидуальное и коллективное обучение.

Через несколько лет статус человека как полноправного члена общества будет зависеть, по крайней мере частично, от того, насколько активно он пользуется магистралью. Информационная магистраль приведет к новым отношениям в политике. Политические деятели смогут моментально узнавать итоги репрезентативных опросов общественного мнения. Избиратели смогут голосовать дома или через карманный компьютер при меньшем риске подтасовки результатов выборов.

Достичь равенства в виртуальном мире информационной магистрали гораздо проще, чем в реальной жизни. Чтобы в любой средней школе бедного региона была прекрасная библиотека, нужны колоссальные средства. Но школы, подключенные к компьютерной сети, получат одинаковый доступ к информации, где бы она ни хранилась. Равноправие в виртуальном мире непременно поможет решить некоторые социальные проблемы.

Пересекая границы, магистраль принесет информацию и новые возможности в развивающиеся страны. Люди, где бы они ни находились, смогут работать в русле мировой экономики. Например, говорящий по-английски специалист, живущий в Азии, сможет обратиться к своим коллегам в Англии. Интеллектуалам в промышленно развитых странах грозят в каком-то смысле новые конкуренты.

Постепенное развитие компьютеров и технологии производства мониторов приведет к созданию почти невесомой, универсальной электронной книги. В коробке размером с обыкновенную книгу будет находиться дисплей, способный показывать текст, картинки и видеоматериалы с высоким разрешением. Пользователь сможет перелистывать страницы пальцем или отдавать команды голосом.

Интересными являются мысли Б. Гейтса о возможностях миниатюрных ЭВМ.

Скоро компьютер-бумажник позволит тратить и получать деньги в цифровом виде. Он автоматически подключится к компьютеру, расположенному в магазине, и перечислит нужную сумму, не требуя обмена товара на «живые» деньги.

Когда такие компьютеры получат всеобщее признание, люди избавятся от очередей в аэропортах, театрах и прочих местах, где приходится показывать свои документы или билеты. Когда пассажир будет входить в зал вылета, его компьютер-бумажник свяжется с компьютерами аэропорта и подтвердит, что за билет заплачено. Отпадет необходимость в ключах или магнитных карточках — компьютер-бумажник пошлет нужный сигнал компьютеру, управляющему работой замка.

С исчезновением наличности мошенники могут переключиться на компьютеры-бумажники. Поэтому придется разработать определенные меры, чтобы нельзя было воспользоваться чужими (украденными) компьютерами-бумажниками.

Компьютер-бумажник будет хранить набор «ключей», идентифицирующих своего владельца. При необходимости владелец сможет прекратить их действие или заменить новыми.

В случае проведения особо важных сделок будет вводиться дополнительный пароль или в качестве пароля будут использованы индивидуальные биометрические параметры владельца бумажника-компьютера.

Система биометрической защиты способна запомнить такие физиологические особенности человека, как отпечаток пальца, рисунок радужной оболочки глаза или спектр голоса. Например, перед совершением важной коммерческой сделки компьютер может потребовать от владельца громко прочесть случайное слово, выведенное на экран, или прижать большой палец к специальному датчику.

Компьютер-бумажник с соответствующей начинкой сообщит владельцу в любой точке Земли его точные координаты. Спутники системы глобального определения координат, вращающиеся вокруг Земли, передают сигналы, которые позволяют авиалайнерам, океанским кораблям и крылатым ракетам с приемниками этих сигналов фиксировать свои координаты с погрешностью до ста метров.

Компьютер-бумажник соединит водителя автомобиля с глобальной сетью и подскажет, в какой географической точке находится автомобиль. Компьютер напомнит, что на следующем перекрестке часто бывают аварии. Анализируя отчеты по транспортному потоку, он предупредит, что сегодня в пункт назначения нужно выехать раньше, или предложит альтернативный маршрут движения.

В будущем компьютер-бумажник будет фиксировать время и место, вести аудио- и (когда-нибудь) видеозаписи всего, что делает его хозяин. Он запишет каждое слово, сказанное владельцем, и каждое слово, сказанное владельцу, а также его температуру, кровяное давление и множество других данных о пользователе.

Вот что говорит Б. Гейтс о перспективах виртуальной реальности.

По-видимому, изнанка костюма виртуальной реальности будет «соткана» из целого «вороха» сенсорных точек, которые Гейтс назвал тактилами (tactels). Каждая сенсорная точка сможет надавливать на определенный участок кожи.

Скорее всего, для костюма виртуальной реальности понадобится от 1 до 10 миллионов тактилов. Изучение человеческой кожи показывает, что для полноценного костюма виртуальной реальности нужна плотность порядка 100 тактилов на дюйм, а на кончиках пальцев, губах и других чувствительных участках — несколько больше. Б. Гейтс делает предположение, что 256 тактилов на дюйм хватит даже для самой высококачественной имитации.

Со временем люди смогут голосом управлять своим компьютером, телевизором и другой аппаратурой. Поначалу придется ограничиться весьма небольшим словарем, но постепенно с устройствами можно будет чуть ли не беседовать.

Когда программное обеспечение систем распознавания и синтеза речи существенно улучшится, пользователь сможет разговаривать с мультимедийным документом, как с живым экспертом. Пользователь будет его перебивать, переспрашивать, требовать сообщить больше подробностей.

Стандартная ЭВМ сможет в будущем синтезировать реалистичные изображения. Компьютер сформирует, например, изображение пользователя, представив его причесанным и в лучшем выходном костюме (хотя в действительности для разговора по видеотелефону он только что выскочил из ванной комнаты). При этом выражение лица пользователя будет соответствовать произносимым словам.

Впереди нас ждет такая экзотика, как голографическая память, которая позволит хранить терабайты символов на кубический дюйм (порядка 16 кубических сантиметров). При такой емкости голографическая память объемом с кулак вместит все содержимое Библиотеки конгресса США.

Кассеты для нового поколения цифровых видеомагнитофонов смогут хранить более 100 Гигабайт информации, т. е. на единственную ленту стоимостью несколько долларов удастся записать все разговоры, которые человек ведет на протяжении 10 лет, а то и всей жизни — в зависимости от того, насколько он разговорчив.

Таким образом, в будущем ожидается все более глубокое проникновение вычислительной техники во все сферы деятельности человека: от кулинарии до машиностроения, от эротики до религии, от науки до развлечений. Глобальные сети превратятся в один гигантский компьютер с фантастическими возможностями.

Завершим рассмотрение данного раздела философским размышлением о возможности создания информационного образа каждого живущего человека (виртуального двойника, который будет обладать информационным бессмертием).

С помощью технологии виртуальной реальности можно зафиксировать образ, речь, походку, манеру поведения, стиль мышления, темперамент человека. Система искусственного интеллекта сможет имитировать поведение человека в каждой конкретной ситуации (обстановке).

Виртуальный двойник поможет оставшимся на Земле дольше сохранить память о людях, ушедших навсегда.