Лекции по дисциплине ИТ_2020. Лекции по дисциплине "Информационные технологии" Лекция Понятие информационной технологии
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
2 .4. Отличительные признаки высокоэффективных технологий и основные принципы их проектирования Рассмотрим теперь те наиболее важные отличительные признаки, которые свидетельствуют о высокой потенциальной эффективности различных видов технологий и позволяют таким образом определить перспективные направления их развития. При этом мы будем вначале рассматривать уже традиционные механические и энергетические технологии для того, чтобы выявить имеющие там место некоторые общие принципы и закономерности и распространить их затем и на информационные технологии. Концентрация ресурсов в пространстве Одним из основных принципов создания высокоэффективных технологий является принцип концентрации ресурсов в пространстве. Действительно, ведь первые орудия труда, созданные человеком, основаны на использовании именно этого принципа. Изобретенные еще первобытными людьми режущие инструменты, такие как нож и плуг, позволили человеку сконцентрировать на их лезвиях ресурсы своей мышечной силы и силы домашних животных и получить за счет этого принципиально новые возможности для обработки земли и материалов, т.е. для выполнения социально полезной работы, жизненно необходимой людям для своего существования. Тот же принцип используется и при создании эффективных энергетических технологий, где также осуществляется концентрация потоков энергии в пространстве. При создании основ теории тепловых машин Г. Лейбницем было показано, что именно плотность потока энергии оказывается главным фактором, который определяет возможности той или иной тепловой машины по совершению работы. При этом была выявлена следующая принципиально важная закономерность. Оказалось, что меньшее количество энергии, которое используется при более высокой плотности, способно производить гораздо больший объем работы по сравнению с теми случаями, когда используются большие объемы энергии малой плотности. Эта закономерность была использована впоследствии при создании лазерных технологий, когда поток когерентного излучения специально концентрируется в очень малых объемах пространства. Лазерные технологии уже доказали свою высокую эффективность в самых различных областях практического использования- Сегодня они представляют собой одно из наиболее перспективных направлений дальнейшего технологического развития общества. С теоретических позиций эти ожидания вполне оправданы, так как лазерные технологии позволяют получать потоки энергии исключительно высокой плотности, которые не удается создать никакими другими способами. Именно поэтому свои надежды получить, наконец, управляемую термоядерную реакцию современные физики связывают с применением лазерных технологий. Концентрация ресурсов во времени Еще одним принципом создания высокоэффективных технологий является принцип концентрации ресурсов во времени. Характерными примерами использования таких технологий являются кузнечное производство, а также все другие виды механических технологий, в которых используется энергия удара. Изобретение молота было, по-видимому, одним из величайших технологических достижений человечества, которое позволило ему решить целый ряд сложнейших проблем в строительстве и промышленном производстве. Используется удар и в энергетических технологиях, где уже сегодня активно развиваются так называемые импульсные технологии. Они позволяют создавать высокую концентрацию энергии в течение очень малых промежутков времени, но достаточных для того, чтобы получить конечный полезный эффект, который не удается достигнуть никакими другими способами. Поэтому важным количественным признакам высокоэффективных технологий является показатель мощности того потока энергии, который при ее использовании удается создать в технологическом процессе. На принципиальную важность понятия мощности указывал в своих работах по теории тепловых машин еще Г. Лейбниц. Комбинированные технологии 13 Технологии этого вида используют принципы концентрации ресурсов в пространстве и времени одновременно. Характерными примерами таких технологий являются все те их вилы, в которых применяются удары заостренными поверхностями или же остронаправленные импульсы лучистой энергии. К таким технологиям относятся фрезерование и распиливание материалов, рубящие операции, а также операции иглой в швейной промышленности и некоторые другие. Технологии данного вида очень эффективны. Ведь не зря они издавна применяются в различных видах оружия. Меч и кинжал, боевой топор и копье, лук и арбалет – все эти виды оружия в течение тысячелетий использовались людьми благодаря их высокой поражающей способности. Да и в настоящее время во многих видах оружия используется принцип одновременной концентрации энергии в пространстве и времени. Так, например, кумулятивный снаряд современной переносной ракетной противотанковой установки обладает способностью пробивать броню толщиной порядка 800 мм. Достигается это за счет того, что в самой ракете, помимо взрывчатого вещества, находится еще и иглообразный сердечник из закаленной стали, который буквально прокалывает броню танка, раскаленную кумулятивным снарядом. Векторная ориентация ресурсов Хотелось бы обратить внимание читателя еще на одну принципиальную особенность высокоэффективных технологий. Она заключается в том, что эти технологии позволяют не только создать достаточно высокую концентрацию механического усилия или же потока энергии в пространстве и времени, но также и направить их во вполне определенном направлении. Причем концентрация этой направленности также оказывается исключительно важной. Таким образом, для того чтобы создать достаточно эффективную технологию, необходимо позаботиться о том, чтобы у нас имелись средства для концентрации используемых в данной технологии ресурсов в пространстве и времени, а также для концентрированного воздействия этих ресурсов во вполне определенном направлении. Так, например, трудно поверить, что простой швейной иголкой можно легко проколоть толстую пятикопеечную монету. Однако именно такой опыт довелось наблюдать автору настоящей статьи на одном из школьных уроков физики. При его проведении необходимы игла, молоток и настоящая, а не пластиковая пробка. Проводится опыт следующим образом. Пробку протыкают иголкой так, чтобы она помещалась в ней практически целиком. По торцам пробки должны лишь чуть-чуть выступать острие и ушко иголки. Затем пробку с иглой устанавливают острием вниз строго перпендикулярно плоскости монеты и слегка ударяют по торцу пробки молотком. И все готово, игла легко пробивает монету! Этот опыт очень эффективен, его легко воспроизвести в домашних условиях как своего рода фокус. Однако он весьма показателен как пример высокоэффективной комбинированной технологии. Ведь в нем одновременно используются все три основных принципа концентрации ресурсов (в данном случае – механического усилия): в пространстве (на острие иглы), во времени (удар молотка) и по направлению (эту функцию выполняет пробка). Отсюда и весьма впечатляющий конечный результат, 2.5. Основные научные направления развития информационной технологии Если же говорить о содержательных направлениях развития информационной технологии, как самостоятельной научной теории, то здесь нам представляются наиболее перспективными следующие основные направления. 1. Создание новых методов сжатия информации с целью повышения уровня ее концентрации в пределах некоторых весьма ограниченных объемов пространства. При этом может оказаться полезным введение таких новых понятий, как "плотность информации" и "плотность информационного потока ". По аналогии с другими видами технологий, основанными на использовании энергии, можно ожидать, что повышение плотности информационных потоков позволит получить качественно новые результаты в области целого ряда практических приложений информационных технологий. Необходимо только будет определить значения 14 тех пороговых уровней плотности информации, которые и позволят получить эти новые качества в тех или иных информационных системах. 2. Продолжая аналогию с энергетическими видами технологий, можно предположить, что высокоэффективными могут оказаться и импульсные информационные технологии, в которых будет обеспечиваться сжатие информационных потоков не только в пространстве, но и во времени. Ведь недаром же людьми давно уже применяются различные виды "мозгового штурма", методы "глубокого погружения" и другие аналогичные способы повышения эффективности информационных процессов как на этапах генерации новой информации, так и на этапах ее восприятия и осмысления. При этом вполне возможно, что в арсенал научной терминологии информационной технологии как науки придется ввести такое новое понятие, как "мощность информационного потока". Это понятие будет характеризовать интенсивность протекания информационных процессов во времени и, может быть, в значительной степени будет определять их эффективность. Таким образом, при развитии информационной технологии как науки весьма полезным может оказаться использование общих принципов и закономерностей других видов технологий (механических и энергетических), а также аналогий в тех закономерностях, которые связывают их эффективность с общими принципами функционирования природных систем, и в первую очередь, – объектов живой природы. Проблема семантического сжатия информации Можно указать на еще одно перспективное направление развития информационных технологий, которое является специфичным лишь для технологий именно этого вида. Речь идет о разработке и практическом использовании методов "семантического сжатия" информации. Дело в том, что для повышения эффективности использования информации ее необходимо сжимать не только в пространстве и времени, но также и в семантическом плане. Другими словами, необходимо сделать так, чтобы в результате использования того или иного вида информационной технологии формировался своего рода "информационный конус", вершиной которого являлась бы основная целевая функция оптимизируемого информационного процесса. Практическими примерами такого рода технологий могут служить процессы формирования проблемно-ориентированных сегментов из больших баз данных. В зависимости от цели использования такого сегмента (научное исследование или же образовательный процесс) он мог бы начинаться соответственно проблемно-постановочной или же обзорной статьей по изучаемой проблеме. Затем в порядке расширения анализируемой предметной области могли бы располагаться научные статьи или обзоры, посвященные раскрытию содержания отдельных компонентов этой проблемы. И, наконец, приводилась бы информация о самых последних результатах ее исследования, заявки на изобретения и открытия в данной области, научные прогнозы. Семантические концентраторы Естественно, что формирование такого рода проблемно-ориентированных сегментов баз данных и знаний является делом весьма трудоемким и потребует привлечения для этих целей высококвалифицированных специалистов. Однако эффективность использования таких сегментов в научных целях, а также в системе образования может оказаться весьма значительной. Ведь сама "архитектура" формируемого таким образом массива информации содействует сосредоточению внимания пользователя на все более "плотных" участках информации, обеспечивая концентрацию его сознания на тех семантических направлениях, которые должны быстрее привести к решению той или иной задачи. В то же время "коническая структура" семантических информационных сегментов позволяет исследователю периодически возвращаться к исходным позициям и обозревать те или иные информационные "срезы" данной проблемы целиком на достаточно представительном поле данных и знаний. Информационные технологии данного вида предлагается называть "семантически концентрированными". Можно предположить, что в будущем в процессе развития методов искусственного интеллекта и их приложений в области создания и использования информационных систем будут созданы также и специальные автоматизированные "семантические концентраторы". 15 Их можно представить в виде программно-аппаратных комплексов, специально ориентированных на создание семантически концентрированных сегментов по заданным параметрам проблемной области. Исходной информацией для работы таких семантических концентраторов, вероятнее всего, будут служить распределенные базы данных в глобальных информационных сетях нашей планеты, которые активно формируются уже сегодня. 2.6. Человеческий фактор в перспективных информационных технологиях Представляется принципиально важным, чтобы перспективные информационные технологии, которые будут широко использоваться обществом уже в начале XXI века, были бы изначально ориентированы на человека, учитывали бы его способности по восприятию информации и формированию на ее основе новых знаний. В этом плане весьма перспективными направлениями научных исследований и прикладных разработок являются различные методы представления и использования информации в виде изображений, Это могут быть различные виды графики, картографическая информация, объемные и цветные изображения, а также различные виды анимации. Представление информации в виде изображений является одним из наиболее эффективных методов ее сжатия в пространстве. Кроме того, зрительный канал восприятия информации человеком является наиболее широкополосным среди всех других имеющихся у него каналов получения информации.Поэтому передача информации по этому каналу может осуществиться с очень высокими скоростями и, следовательно, именно здесь могут быть достигнуты наиболее высокие показатели мощности информационных потоков, необходимые для повышения эффективности информационных технологий. Ведь не зря же говорят: "Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать". Таким образом, развитие методов компьютерной графики, пиктографических интерфейсов взаимодействия человека с информационной техникой, мультимедиа-технологий, геоинформационных систем, а также систем виртуальной реальности – все это актуальные и весьма перспективные направления фундаментальных и прикладных исследований для информационной технологии как научного направления. Развитие этих исследований и практическое использование их результатов на базе новых поколений быстро прогрессирующей информационной техники уже в ближайшие годы может дать весьма ощутимые и социально значимые результаты в самых различных сферах человеческой деятельности. Эти результаты, безусловно, изменят весь уклад жизни и деятельности людей в новой высокоавтоматизированной информационной среде, приведут к созданию информационного общества. 2.7. Методологический аппарат науки как информационная технология Изложенные выше подходы к рассмотрению основных проблем информационной технологии как науки позволяют рассматривать и методологию науки как своеобразную информационную технологию достаточно высокого уровня. Ведь если с позиции информационного подхода проанализировать методологический аппарат современной науки, то мы без труда обнаружим в нем все основные функции информационной технологии. Действительно, здесь присутствуют и функции сжатия информации, которые выполняет используемый в науке аппарат формализованного представления знаний в той или иной предметной области. Примером такого аппарата является математика. Ведь одним из самых значимых ее достижений является возможность представления весьма сложных зависимостей в достаточно компактном виде. Именно это позволяет исследователю целиком обозревать те или иные фрагменты изучаемого явления, анализировать его возможные граничные состояния и делать в результате этого свои умозаключения. Характерным примером здесь может служить математический аппарат синергетики, где разработан и широко применяется метод представления основных характеристик самоорганизующихся систем в фазовом пространстве. Анализируя возможные траектории поведения системы в этом пространстве, 16 представленные в виде так называемых аттракторов, исследователь сразу же концентрирует свое внимание на важнейших параметрах, от которых и зависят по существу возможности того или иного пути развития этой системы (в синергетике они называются параметрами порядка системы). При этом из его поля зрения исключаются практически все второстепенные факторы процесса функционирования системы, т.е. происходит семантическая концентрация информации, появляются явные признаки и свойства информационной технологии. Анализ методологического аппарата науки с точки зрения информационной технологии как науки может оказаться весьма полезным не только для науки, но также и в практическом плане. Такой подход принципиально позволяет определять наиболее перспективные направления развития методологического аппарата науки. Плодотворным здесь может оказаться также и сравнительный анализ эффективности этого аппарата в различных секторах научного знания, который мог бы дать дополнительную ориентацию для его развития. Следовательно, формирование информационной технологиикак самостоятельного научного направления может оказаться весьма полезным для развития и самой науки в части дальнейшего совершенствования ее методологического аппарата. Лекция 3. Классификация информационных технологий 3.1. Основные классы информационных технологий Классификация информационных технологий, по-видимому, будет одной из первоочередных задач развития информационной технологии как науки. Сегодня же классификация информационных технологий осуществляется, в основном, по тем или иным признакам, связанным с областью их практического использования, т.е. из чисто прагматических соображений. По назначению и характеру использования представляется целесообразным выделить следующие два основных класса информационных технологий: базовые (обеспечивающие) информационные технологии; прикладные (функциональные) информационные технологии. Базовые информационные технологии представляют собой наиболее эффективные способы организации отдельных фрагментов тех или иных информационных процессов, связанных с преобразованием, хранением или же передачей определенных видов информации. Информационные технологии базового типа могут быть классифицированы относительно классов задач, на которые они ориентированы. Базовые технологии базируются на совершенно разных платформах, что обусловлено различием видов компьютеров и программных сред, поэтому при их объединении на основе предметной технологии возникает проблема системной интеграции. Она заключается в необходимости приведения различных ИТ к единому стандартному интерфейсу. Примерами таких технологий могут быть технологии сжатия информации, ее кодирования и декодирования, распознавания образов и т.п. Характерным признаком базовых информационных технологий является то, что они не предназначены для непосредственной реализации конкретных информационных процессов, а являются лишь теми базовыми их компонентами, на основе которых и проектируются затем прикладные информационные технологии. Таким образом, главная цель базовых информационных технологий заключается в достижении максимальной эффективности в реализации некоторого фрагмента информационного процесса на основе использования последних достижений фундаментальной науки. Именно поэтому базовые информационные технологии и являются главной частью объекта исследований информационной технологии как, науки. Основная задача |