Тенденции и перспективы развития информатики и вычислительной техники

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Кафедра ТПО

РЕФЕРАТ

По Информатике и вычислительной технике

«Тенденции и перспективы развития информатики и вычислительной техники»

2010

Оглавление

Введение

1. Тенденции развития вычислительных систем

2. Тенденции развития информатики

Заключение

Список литературы

Введение

Появление и развитие электронной вычислительной техники во второй половине ХХ века оказало и продолжает оказывать огромное влияние на мировое общество и мировую экономику. Значимость информационных технологий на основе компьютеризации носит глобальный характер. Их воздействие касается государственных структур и институтов гражданского общества, экономической и социальной сфер, науки и образования, культуры и образа жизни людей.

В наше время жизнь каждого отдельного человека и всего социума в целом тесно связана с компьютером. Электронно-вычислительная техника всё шире входит во все сферы нашей жизни. Компьютер стал привычным не только в производственных целях и научных лабораториях, но и в студенческих аудиториях и школьных классах. Непрерывно растёт число специалистов, работающих с персональным компьютером, который становится их основным рабочим инструментом. Ни экономические, ни научные достижения невозможны теперь без быстрой и четкой информационной связи и без специального обученного персонала.

В продолжение всей истории вычислительной техники дискутируется проблема специализации средств вычислительной техники (СВТ) и вычислительных систем (ВС) в постановке: альтернатива это или дополнение к направлению развития универсальных компьютерных систем. Станет ли «универсальная» ВС «специализированной», если в ее состав будет включен, например, специализированный процессор? Вместе с тем, любая конкретная универсальная ВС ограничена сферой своего целевого назначения и вследствие этого приобретает свойства специализированности (по крайней мере, на уровне прикладного программного обеспечения).

Академик В.М. Глушков подчеркивал: «… требования увеличения эффективности оборудования, а также упрощения программирования и облегчения общения с человеком ведут к специализации процессоров, хотя каждый из таких специализированных процессоров будет оставаться алгоритмически универсальным и потому в принципе пригодным и для других применений»

Кроме того, успешная реализация ряда современных проектов, связанных с разработкой и производством современных военных систем, позволяет говорить о серьезном прорыве в традиционных подходах к формированию технической и бизнес-политики создания компьютерных систем. Основу этого прорыва составляет то, что для реализации военных проектов широко использованы готовые аппаратные и программные технологии открытого типа, ранее широко апробированные и стандартизированные на рынке общепромышленных гражданских приложений. Это так называемые COTS-технологии (Commercial Off-The-Shelf – «готовые к использованию»). Нормативная база COTS-технологий развивается и поддерживается как в рамках международных (IEC/МЭК, ISO) и национальных (ANSI, DIN, IEEE, ГОСТ) организаций по стандартизации, так и в рамках крупных профессиональных консорциумов (ARINC, PCISIG, VITA, PICMG, Group IPC и т.д.). Стандартизация ведется совместными усилиями большого числа конкурирующих компаний: Motorola, HP, IBM, Sun, производящих совместимую серийную технику. [7]

развитие вычислительная система информатика

Тенденции развития вычислительных систем

Информатика и её практические результаты становятся важнейшим двигателем научно-технического прогресса и развития человеческого общества. Её технической базой являются средства обработки и передачи информации. Скорость их развития поразительна, в истории человечества этому бурно развивающемуся процессу нет аналога. Можно утверждать, что история вычислительной техники уникальна, прежде всего, фантастическими темпами развития аппаратных и программных средств. В последнее время идет активный рост слияния компьютера, средств связи и бытовых приборов в единый набор. Будут создаваться новые системы, размещенные на одной интегральной схеме и включающие кроме самого процессора и его окружения, еще и программное обеспечение.

Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам – вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик.

Наиболее перспективные, создаваемые на основе персональных ЭВМ, территориально распределенные многомашинные вычислительные системы – вычислительные сети – ориентируются не столько на вычислительную обработку информации, сколько на коммуникационные информационные услуги: электронную почту, системы телеконференций и информационно-справочные системы.

Специалисты считают, что в первой четверти XXI в. в цивилизованных странах произойдет смена основной информационной среды. Удельные объемы информации, получаемой обществом по традиционным информационным каналам (радио, телевидение, печать) станут катастрофически малы по сравнению с объемами получаемой информации посредством компьютерных сетей.

Прогнозируется дальнейший рост массового производства и распространения персональных ЭВМ, встраиваемых микропроцессоров, создания глобальных и региональных сетей обмена информацией. Примером здесь является развитие сети Internet.

Уже сегодня пользователям глобальной сети Internet стала доступной практически любая находящаяся в хранилищах знаний этой сети не конфиденциальная информация.

Электронная почта Internet позволяет получить почтовое отправление из любой точки Земного шара (где есть терминалы этой сети) через 5 с, а не через неделю или месяц, как это имеет место при использовании обычной почты.

В Массачусетском университете (США) создана электронная книга, куда можно записывать любую информацию из сети; читать эту книгу можно, отключившись от сети, автономно, в любом месте. Сама книга в твердом переплете, содержит тонкие жидкокристаллические индикаторы – страницы с бумагообразной синтетической поверхностью и высоким качеством "печати".

При разработке и создании собственно ЭВМ существенный и устойчивый приоритет в последние годы имеют сверхмощные компьютеры – суперЭВМ и миниатюрные, и сверхминиатюрные ПК. Ведутся, как уже указывалось, поисковые работы по созданию ЭВМ 6-го поколения, базирующихся на распределенной нейронной архитектуре, – нейрокомпьютеров. В частности, в нейрокомпьютерах могут использоваться уже имеющиеся специализированные сетевые МП – транспьютеры.

Транспьютер – микропроцессор сети со встроенными средствами связи. Например, транспьютер IMS T 800 при тактовой частоте 30 МГц имеет быстродействие 15 млн. оп/с (операций в сек.), а транспьютер Intel WARP при тактовой частоте 20 МГц – 20 млн. оп/с (оба транспьютера 32-разрядные).

Ближайшие прогнозы по созданию отдельных устройств ЭВМ:

1. Микропроцессоры с быстродействием 1000 MIPS (MIPS - скорость операций в единицу времени) и встроенной памятью 16 Мбайт.

2. Встроенные сетевые и видеоинтерфейсы;

3. Плоские (толщиной 3-5 мм) крупноформатные дисплеи с разрешающей способностью 1000x800 пикселей и более;

4. Портативные, размером со спичечный коробок, магнитные диски емкостью более 100 Гбайт. Терабайтные дисковые массивы на их основе сделают практически ненужным стирание старой информации.

Повсеместное использование мультиканальных широкополосных радио-, волоконно-оптических, а в пределах прямой видимости и инфракрасных каналов обмена информацией между компьютерами обеспечит практически неограниченную пропускную способность (трансфер до сотен миллионов байт в секунду).

Широкое внедрение средств мультимедиа, в первую очередь аудио- и видеосредств ввода и вывода информации, позволит общаться с компьютером на естественном языке. Мультимедиа нельзя трактовать узко, только как мультимедиа на ПК. Можно говорить о бытовом (домашнем) мультимедиа, включающем в себя и ПК, и целую группу потребительских устройств, доводящих потоки информации до потребителя и активно забирающих информацию у него.

Этому уже сейчас способствуют:

1. Зарождающиеся технологии медиа-серверов, способных собирать и хранить огромнейшие объемы информации и выдавать ее в реальном времени по множеству одновременно приходящих запросов;

2. Системы сверхскоростных широкополосных информационных магистралей, связывающие воедино все потребительские системы.

Названные ожидаемые технологии и характеристики устройств ЭВМ совместно с их общей миниатюризацией могут сделать всевозможные вычислительные средства и системы вездесущими, привычными, обыденными, естественно насыщающими нашу повседневную жизнь.

Специалисты предсказывают в ближайшие годы возможность создания компьютерной модели реального мира, такой виртуальной (кажущейся, воображаемой) системы, в которой мы можем активно жить и манипулировать виртуальными предметами. Простейший прообраз такого кажущегося мира уже сейчас существует в сложных компьютерных играх. Но в будущем можно говорить не об играх, а о виртуальной реальности в нашей повседневной жизни, когда нас в комнате, например, будут окружать сотни активных компьютерных устройств, автоматически включающихся и выключающихся по мере надобности, активно отслеживающих наше местоположение, постоянно снабжающих нас ситуационно необходимой информацией, активно воспринимающих нашу информацию и управляющих многими бытовыми приборами и устройствами.

Информационная революция затронет все стороны жизнедеятельности, появятся системы, создающие виртуальную реальность:

1. Компьютерные системы – при работе на ЭВМ с "дружественным интерфейсом" абоненты по видеоканалу будут видеть виртуального собеседника, активно общаться с ним на естественном речевом уровне с аудио- и видеоразъяснениями, советами, подсказками. "Компьютерное одиночество", так вредно влияющее на психику активных пользователей ЭВМ, исчезнет.

2. Системы автоматизированного обучения – при наличии обратной видеосвязи абонент будет общаться с персональным виртуальным учителем, учитывающим психологию, подготовленность, восприимчивость ученика.

3. Торговля – любой товар будет сопровождаться не магнитным кодом, нанесенным на торговый ярлык, а активной компьютерной табличкой, дистанционно общающейся с потенциальным покупателем и сообщающей всю необходимую ему информацию – что, где, когда, как, сколько и почем.

Техническое обеспечение, необходимое для создания таких виртуальных систем:

1. Дешевые, простые, портативные компьютеры со средствами мультимедиа;

2. Программное обеспечение для "вездесущих" приложений.

3. Миниатюрные приемопередающие радиоустройства (трансиверы) для связи компьютеров друг с другом и с сетью.

4. Распределенные широкополосные каналы связи и сети.

Многие предпосылки для создания указанных компонентов, да и простейшие их прообразы уже существуют.

Но есть и проблемы. Важнейшая из них – обеспечение прав интеллектуальной собственности и конфиденциальности информации, чтобы личная жизнь каждого из нас не стала всеобщим достоянием. [3]

Характерной чертой компьютеров пятого поколения обязано быть внедрение искусственного интеллекта и естественных языков общения. Предполагается, что вычислительные машины пятого поколения будут просто управляемы. Пользователь сумеет голосом подавать машине команды.

Предполагается, что XXI век будет веком наибольшего использования достижений информатики в экономике, политике, науке, образовании, медицине, быту, военном деле.

Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер внедрения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам - вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким спектром функциональных возможностей и черт.

Примерная характеристика компьютеров шестого поколения:

Характеристики VI поколение

Элементная база Оптоэлектроника, криолектроника

Размер (габариты) карманные и меньше

Максимальное быстродействие процессора неограниченно

Максимальный объем ОЗУ ?

Периферийные Ввод с голоса, голосовое общение, машинное «зрение» и «осязание» и пр. Программное обеспечение Интеллектуальные программные системы

Области применения: В творческой деятельности человека, искусственный интеллект [2]

Тенденции развития информатики

В области научной методологии происходит философское переосмысление роли информации и информационных процессов в развитии природы и общества. Информационный подход становится фундаментальным методом научного познания.

Для теоретической информатики наиболее перспективными представляются исследования общих свойств информации, изучение принципов информационного взаимодействия в природе и обществе, основных закономерностей реализации информационных процессов.

Открываются новые возможности для информатизации экономики, управления городским хозяйством, транспортными системами, а также материальными и людскими ресурсами.

Существенное расширение функциональных возможностей получают информационные технологии по обработке и использованию изображений, речевой информации, полнотекстовых документов, результатов научных измерений и массового мониторинга (особенно в связи с развитием электронных библиотек, а также электронных полнотекстовых архивов).

Продолжаются поиски эффективных методов формализованного представления знаний, в том числе нечетких и плохо формализуемых, а также методов их использования при автоматизированном решении сложных задач в различных сферах социальной практики.

На недостаточном уровне находится использование достижений информатики в исследовании человека, медицине, развитии культуры. Связано это как с финансовыми ограничениями, так и с отставанием в области подготовки специалистов в соответствующих предметных областях, хорошо владеющих средствами и методами информатики.

Информатика как современная наука, непосредственно связанная с информационными технологиями и техническим прогрессом, не может оставаться на текущем уровне развития, она меняется и развивается. Языки программирования, как важная часть информатики, так же имеют определенные тенденции и перспективы совершенствования и развития.

Прогресс компьютерных технологий определил процесс появления новых разнообразных знаковых систем для записи алгоритмов – языков программирования. Смысл появления такого языка – оснащенный набор вычислительных формул дополнительной информации, превращает данный набор в алгоритм.

Язык программирования служит двум связанным между собой целям: он дает программисту аппарат для задания действий, которые должны быть выполнены, и формирует концепции, которыми пользуется программист, размышляя о том, что делать. Первой цели идеально отвечает язык, который настолько "близок к машине", что всеми основными машинными аспектами можно легко и просто оперировать достаточно очевидным для программиста образом. Второй цели идеально отвечает язык, который настолько "близок к решаемой задаче", чтобы концепции ее решения можно было выражать прямо и коротко.

Тенденции развития языков программирования обусловлены следующими причинами:

1. Потребность в решении более сложных и разнообразных задач. Первые ЭВМ имели ограниченные возможности, следовательно, и программы были простыми. В процессе эволюции вычислительной техники от нее требовалось решение все более сложных и разнообразных задач. Следовательно, язык программирования должен был позволять писать программы для решения этих новых задач. Это способствовало появлению и развитию в языках программирования различных новых технологий. Например, пользуется широкой популярностью технология объектно-ориентированного программирования.

2. Программы становились сложнее и больше по объему. Появилось стремление к повышению эффективности процесса создания программ. Поэтому существует тенденция в развитии языков программирования к быстрому написанию программ. Здесь также следует отметить появление множества систем визуального программирования, в какой-то степени облегчающие труд программиста.

3. Желание, чтобы программы работали на разных платформах, привело к развитию независимости от ЭВМ языков системного программирования. Языки системного программирования, на которых создаются операционные системы, трансляторы и другие системные программы, развиваются в направлении независимости от ЭВМ. Так, например, большая часть операционных систем написана на языке C, а не на ассемблере. Например, операционная система Unix практически полностью написана на C.

4. Большие проекты предусматривают совместный труд множества программистов. В возможности легкой командной работы хорошо себя зарекомендовала технология объектно-ориентированного программирования. Поэтому большинство современных языков программирования поддерживают ООП.

Таким образом, языки программирования развиваются в сторону все большей абстракции от реальных машинных команд. И самым очевидным преимуществом здесь является увеличение скорости разработки программы. [4]

Также приоритетным направлением информатики является разработка интеллектуальных систем. Интеллектуальная система (ИС, англ. intelligent system) — это техническая или программная система, способная решать задачи, традиционно считающиеся творческими, принадлежащие конкретной предметной области, знания о которой хранятся в памяти такой системы. Структура интеллектуальной системы включает три основных блока — базу знаний, решатель и интеллектуальный интерфейс. [6]

Интеллсист - наукоемкое производство интеллектуального программного продукта.

Принципы создания Интеллсист:

1. Исходный текст знаний и заданий (или запросов) должен быть максимально близким к текстам непосредственных пользователей, которые являются специалистами в своей области (или областях) знаний. Текст должен состоять из терминов пользователя, собранных в лексикон данной области знаний.

2. Каждый запрос пользователя принимается за истинный, исключая случаи формальных или фундаментальных ошибок или противоречий имеющимся знаниям, которые опровергают истинность фраз знаний или запроса.

3. Внутренний код (представления в памяти Интеллсист), получаемый в результате трансляции исходного текста на внутреннее представления, должен отображать только необходимые непротиворечивые, независимые и по возможности полные знания. Причем процесс отображения должен проходить без потери знания, или потеря известна пользователю.

4. Разнообразие представлений знаний и данных должно соответствовать потребностям пользователя, правилам грамматик ЕЯ, СеГ и языка Лейбниц.

5. Интеллсист должна порождать результаты решения задач только в соответствии со знаниями, сообщенными ей через БЗ или запросы, и с требованиями, которые порождены в результате обсуждения недостатков ПП.

6. Должна обеспечиваться надежность разрешения запросов: компилятор и отладчик знаний должны обнаруживать ошибки, по возможности исправлять их или подсказывать пути их исправления, запрашивать дополнительные знания.

7. Каждая Интеллсист должна быть максимально интеллектуальной (каждый шаг связан с логическим выводом по правилам ИЛ), учитывать накопленные в информатике знания по интерфейсу и диалогу с пользователем, а также должна быть оценена мерой интеллектуальности.

Пользователь только ориентируется в возможностях Интеллсист, выполнение запроса не требует специальных формулировок для решения того или иного класса задач, Интеллсист сама определяет класс решаемых задач, а пользователь только по ответу может судить к какому классу следует отнести этот запрос. Следует заметить, что в инструментарии предусмотрен диалог для ввода параметров точной характеристики каждого класса задач. Например, пользователю кажется, что он сформулировал теорему, а в диалоге с инструментарием указал фразы, которые будут выведены в качестве результата. В результате прогона ее в Интеллсист выведены условия истинности теоремы, следовательно, решалась задача класса А, а ответ подсказал, что решалась задача класса Б. В рамках классической или интуиционистской логик решение подобных проблем затруднено построениями индивидуальных алгоритмов и программ для решения любых задач без учета плохо формализуемых частей исходной постановки проблемы. Ныне реализованное эвристическое программирование (с помощью ЭС) решает некоторые проблемы программирования плохо формализуемых заданий, но оно базируется на командах специального вида - продукциях, не решает всех указанных информатических проблем и не имеет средств для отладки знаний. Основная причина, тормозящая решение проблем в рамках классических логик, заключена в использовании дедуктивного метода, который не реализуется эффективно на современных ВМ. Для построения Интеллсист стала необходимой новая, так называемая, информатическая логика, она не использует дедукцию явно, а неявное использование вообще не порождает глубоких деревьев перебора вариантов логического вывода.

Классификация Интеллсист позволяют определить место Интеллсист среди средств ИП и ИИ, которое характеризуется главным образом возможностью привлечения прямого пользователя ВМ к СВТ, определяя стиль применения ВМ средствами широко распространенной программной системы WINDOWS. Классификация Интеллсист определяет общие направления использования (предметную и проблемную области) ВМ для решения задач изобретания, проектирования, разработки и сопровождения объектов различной природы. Классификационное пространство образует довольно емкую совокупность решаемых с помощью Интеллсист проблем. Можно высказать предположение, что этот объем превосходит объем решаемых проблем в ПП. ИП на основе Интеллсист обладает свойством привлечения к информатике большого числа пользователей, не обладающих знаниями в программировании. ИП расширяет круг пользователей и области применения ВМ.

При классификации Интеллсист мы выделим семь независимых осей классификационных координат. Каждая координата является характеристикой применения одной и той же Интеллсист:

1. база знаний,

2. язык профессиональной прозы,

3. форма запроса,

4. вид знаний,

5. логическое исчисление,

6. значность логического исчисления,

7. структуры Интеллсист и инструментария.

Важно обратить внимание на то обстоятельство, что точка в пространстве таких координат определяет реализацию Интеллсист для данного конкретного применения. [5]

Заключение

Основываясь на приведенном выше материале, можно строить предположения, что будет собой представлять вычислительная система будущего. Во-первых, компоненты этой системы будут отличаться малыми габаритами и поразительным быстродействием. Во-вторых, вычислительная система будет характеризоваться широким внедрением средств мультимедиа, в первую очередь аудио- и видеосредств ввода и вывода информации, которые позволят общаться с компьютером на естественном языке.

Будут распространены нейрокомпьютеры. С достоверностью известно, что уже сейчас существуют системы обработки информации, построенные на объединении оптических и нейронных компьютеров, - это так называемые нейронно-оптические компьютеры. Для того чтобы создать мощную систему обработки информации, пришлось разработать гибридную систему, т. е. имеющую свойства как оптических, так и нейронных компьютеров. Можно предположить, что такое объединение даст миру самую мощную гибридную вычислительную систему. Такую систему от обычной будут отличать огромная производительность (за счет параллелизма) и возможность эффективной обработки и управления сенсорной информацией. Но это лишь предположение, которое никакими фактическими доказательствами в настоящее время не подкреплено. Однако, технология создания вычислительных систем не стоит на месте, и в ближайшем будущем на рынке возможно появление новых вычислительных систем.

Так же, не стоит на месте прогресс информатики, как науки, включающей в себя отрасль программирования. Развитие информатики обуславливает тенденцию развития языков программирования. Появляются и развиваются интеллектуальные системы.

Список литературы:

1. Информатика/Современные тенденции развития информатики и информационных систем - http://informby.cn/sovremennye-tendencii-razvitiya-informatiki-i-informacionnyx-texnologij/

2. Этапы и тенденции развития вычислительной техники и информационных технологий/Тенденции развития вычислительной техники. Компьютер будущего - http://otherreferats./programming/00054067_0.html

3. Бригантина/Тенденции развития вычислительных систем - http://brigantina.ucoz.com/publ/70-1-0-3954

4. Планета информатики/Некоторые причины и тенденции развития языков программирования - http://www.inf1.info/programmingtrend

5. Информатика в семи томах/Интеллектуальные системы - http://www.intellsyst.ru/publications/_text/TOM7.shtml

6. Википедия/Интеллектуальная система - http://ru.wikipedia.org/wiki/Интеллектуальная_система

7. Тенденции развития проблематики специализированных компьютерных систем. Феноменологические аспекты/В.В. Каратанов, Д.Ю. Козлов, В.К. Левин, И.Д., Платонов - http://emag.iis.ru/arc/infosoc/emag.nsf/BPA/793a946a40f39ad0c3256c520037982