БИ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ. БИ_курс лекций. Р. С. Гиляревский основы информатики курс лекций
 Скачать 1.65 Mb.
|
|
Влияние информационных технологий на развитие науки Важной тенденцией в развитии информационных технологий было названо слияние редакционно-издательской и информационной деятельности. Технически она связана с появлением настольных изда- тельских систем, которые получили большое распространение. Обыч- но такие системы состоят из персонального компьютера с достаточно большой внешней памятью и снабжены быстродействующим лазер- ным принтером и сканером (вводным читающим устройством). По не- которым подсчетам экономия от их применения в подготовке деловой документации и научно-технической информации составляет до 50 %. Однако для науки значение этой тенденции значительно глубже, неже- ли просто совершенствование издательского процесса. Наиболее сильно влияют на развитие науки следующие измене- ния в информационной технологии: а) рост производительности компьютеров при снижении стои- мости обработки информации (их быстродействие и объем оператив- ной памяти продолжают расти на порядок каждый год без увеличения общей стоимости компьютеров), б) возможность хранения в машиночитаемой форме больших объемов информации. Появление компактных оптических дисков с их большой емкостью (ныне равной объему нескольких тысяч книг) оз- наменовало относительно невысокую стоимость хранения информации (стоимость компакт-диска сравнима с ценой граммофонной пластинки) и универсальность применения (текстовые, графические, звуковые, видео файлы, исполняемые и другие системные программы), в) увеличение пропускной способности каналов связи и сниже- ние стоимости передачи данных (волоконная оптика, спутниковые сис- 181 темы: стоимость передачи 1 бита информации снижается на порядок за несколько лет), г) возможность "персонализации" процесса обработки инфор- мации за счет широкого доступа конечного пользователя к электрон- ным информационным средствам. Развитие технологии обработки информации привело в сфере научного обеспечения к возникновению новых информационных структур, меняющих методику научного исследования, стандарты точ- ности, сроки выполнения научных работ. Возможности этих техноло- гий используются пока недостаточно, хотя эти структуры существенно влияют на технологию получения, передачи, хранения, и использова- ния информации. Речь идет о следующих элементах информационной технологии. Автоматизированные системы сбора данных приводят к стира- нию границ между научным прибором и компьютером, между процес- сами сбора данных и их обработки, становится несущественной про- странственная разобщенность исследователя и прибора. Машинные модели, позволяющие исследовать природные явления и технические системы в реальном масштабе времени, начинают конкурировать по затратам и точности с натурными экспериментами в физике и биоло- гии. Сети передачи данных (локальные и удаленные), создаваемые как системы межмашинного обмена, во все большей степени становятся средствами межличностного общения ученых. Наиболее популярной сетевой услугой теперь является электронная почта и ее производные (электронные журналы, телеконференции). Наблюдается усиленное использование компьютеров для подготовки обычных научных изда- ний (уже в середине 80-х гг. 60 % всех документов по науке и технике на Западе подготавливались при помощи вычислительной техники). Характерно широкое применение конечным пользователем коммерческих текстовых и цифровых баз данных на основе совершен- ствующихся систем человеко-машинного интерфейса. Базы данных научного характера составляют половину всех текстовых баз и обслу- живают треть всех запросов. Наиболее перспективными считаются полнотекстовые базы (быстрое обновление, поиск по всему тексту, а не только по поисковому образу, немедленная выдача всего текста). Рост числа цифровых общедоступных баз данных сдерживается недоверием к "недокументированной" информации, отчужденной от своего созда- теля, а также недостаточной стандартизацией данных на всех уровнях 182 (от методов их получения до формата представления). При этом растет число цифровых баз "для домашнего пользования". Информатизация в науке сопровождается некоторыми последст- виями, которые оказываются неожиданными для инициаторов: – значительную и быстро растущую долю вычислительных ре- сурсов, выделяемых науке и образованию, реально используют адми- нистративные службы этих сфер. Вообще бизнес и управление более эффективно используют информационные технологии, чем наука и образование; – хотя информатизация и повысила уровень соревнования в нау- ке, но в значительной мере оно стало соревнованием за доступ к ин- формационным и вычислительным ресурсам. Одним из популярных видов современной информационной технологии являются экспертные системы. Они обеспечили возмож- ность новых подходов к раскрытию знания, зафиксированного не только в научных документах, но и в интеллекте ученых. Экспертные системы пришли на помощь информационно-поисковым системам ко- ординатного индексирования. Принципиальное отличие этого нового средства видно из сопоставления обычного информационного поиска и работы с экспертной системой. Если в первом случае упор делается на то, какая информация необходима, то во втором оказываются более важными ответы на во- просы, почему и для чего она нужна. Информационно-поисковая сис- тема в качестве запроса требует указания предмета или области инте- реса пользователя и выдает ему релевантные сведения или документы, в которых они могут содержаться. Экспертная система нуждается в описании проблемы или ситуации, а в ответ выдает гипотезы, реко- мендации и объяснения, сопровождаемые показом хода рассуждений. Но и экспертные системы уже не последнее слово информаци- онной технологии. Даже самые "интеллектуальные" из них не могут удовлетворить потребности специалистов в манипулировании знания- ми и в использовании возможностей компьютера при работе с текстом. Были проведены эксперименты, которые показали, что при большом корпусе текстов экспертные системы не справляются со своими зада- чами. Они часто решают не ту проблему, которая стоит перед специа- листом, и ограничивают его активную роль в поиске решения. Дело в том, что модуль объяснения в этих системах часто осно- ван на ограниченных логических средствах и не позволяет включать в процесс поиска богатство человеческой интуиции и непредсказуемых 183 ассоциаций. Самая же существенная ограниченность экспертных сис- тем состоит в том, что мы не умеем извлекать для них экспертное зна- ние ни из специалистов, ни из множества текстов, в которых это зна- ние может быть заключено. В последнее время сделаны значительные успехи в создании систем управления базами данных (СУБД), систем обработки текста, включая текстовые редакторы и процессоры. Они позволили реализо- вать такие программы, которые служат путеводителями по большим собраниям текстов в компьютере. Эти системы также имитируют чело- веческий интеллект при работе с текстом, но значительно превосходят человеческие возможности при охвате гигантских массивов информа- ции. Социальные последствия новой технологии Автоматизированные информационные системы воздействуют на общественное развитие, меняя социальный облик труда, в первую очередь, творческого. Но и сами эти системы появились в результате научно-технического прогресса как ответ на общественную потреб- ность в новой технологии переработки информации. В начале нашего века в структуре занятого населения США лю- ди, занятые переработкой информации (включая образование, науку, культуру, организационное управление, связь), составляли единичные проценты, а к началу 80-х гг. – более половины. Между тем, их техни- ческая оснащенность намного уступала и еще уступает вооруженности рабочих в промышленности и фермеров в сельском хозяйстве. По- скольку в условиях бумажной информатики рутинные интеллектуаль- ные процессы мало производительны, падает и общая производитель- ность труда. Это, в конечном счете, стало основным стимулом инфор- матизации общества. Возникнув и быстро совершенствуясь, электронные информа- ционные технологии проникают во все поры социальных механизмов и оказывают сильное обратное воздействие на общественное производ- ство. При этом совершенно не обязательно представлять себе функ- ционирование автоматизированных систем лишь как работу их або- нентов за дисплеем удаленного от банка данных терминала, при кото- рой они получают необходимую информацию по каналу связи на ком- пьютерный дисплей. Эти системы позволяют выпускать такие инфор- мационные издания, которые были невозможны при традиционной технологии. С их помощью можно заглянуть в скрытые от нас до сих 184 пор глубины социальных процессов и влиять на действие их объектив- ных законов. Не следует забывать урока, который несколько десятилетий на- зад преподал нам М. Маклюэн, считавший средства коммуникации определяющим фактором общественного развития. Мы хорошо пони- маем, что как ни важны средства коммуникации, они все же играют подчиненную роль. И в информационной сфере смена технологии и технических средств предопределена общественной потребностью. Но это видно тогда, когда мы достаточно удалены от нее. С позиций же сегодняшнего дня, находясь на разломе, будучи участниками этой пси- хологически тяжелой смены, мы склонны фетишизировать техниче- ские средства, выступающие для нас зримым символом происходящих перемен. Для нас, работников умственного труда, наиболее зримым пред- вестником безбумажного общества служит внедрение компьютеров в издательское дело. На протяжении последних десятилетий электрон- ный набор текста используется для подготовки различного рода изда- ний: сначала научных и справочных, а теперь и многих массовых, в первую очередь журналов и других периодических изданий. Вначале электронный набор применялся для ускорения их выпуска, а затем дискеты и компакт-диски с машиночитаемой записью текста стали вы- пускаться как побочный продукт информационной деятельности. В настоящее время распространение некоторых электронных изданий, например, зарубежных реферативных журналов, превышает тиражи их обычных изданий на бумаге. Увеличивается и число таких электронных изданий, которые не имеют бумажных аналогов. Чаще всего это техническая документация к компьютерным и программным системам, материалы крупных конгрессов и конференций, регулярно пополняемые фактографические базы данных, но все больше и научно- технические журналы. Переход от бумажных изданий к электронным вызывается не только экологическими причинами, хотя они играют существенную роль. Рост информационных потоков и необходимость увеличения производства бумаги ведет к дальнейшей вырубке лесов, дающих атмосфере кислород, и к загрязнению водоемов. Смысл такого перехода заключается и в том, что рост числа до- рогостоящих, неудобных для хранения и использования бумажных из- даний создает трудности для передачи информации во времени и в пространстве. Уже сейчас проще найти необходимую специалисту ин- формацию в автоматизированной информационной системе или в Ин- 185 тернете, нежели во многотомном своде справочного издания или в не- скольких сотнях названий специальных журналов. Но ведь мы нахо- димся лишь на пороге новой информационной технологии, и по ее на- чальным шагам не можем еще представить ее будущих достижений. Как это обычно бывает при смене информационных технологий, новые средства поначалу копируют старые формы. Известно, что пер- вопечатную книгу старались сделать похожей на рукописную. Совре- менное электронное издание тоже пока сохраняет облик полиграфиче- ского, хотя и обладает многими новыми возможностями. В учебнике или монографии можно не только описать какое-либо явление, но и продемонстрировать его динамическую модель. Электронную книгу можно не только читать, но и активно работать с ней, добавляя в нее собственные наблюдения, размышления и результаты экспериментов. В ней могут содержаться видео- и звукозаписи необходимых иллюст- раций со стереоскопическими и стереозвуковыми эффектами. Принципиально новая черта электронных изданий заключается в предоставляемой ими возможности не только получать информацию, но и подвергать ее обработке на месте. Мы говорим, что информацией электронного издания можно манипулировать. Персональный компью- тер становится привычным инструментом для представителей многих профессий, но прежде других его оценили ученые. Уже было сказано, что компьютер дал им возможность расширить рамки камерального эксперимента, просматривать под определенным углом зрения огром- ные массивы информации. Это меняет не только практику информационной деятельности научного работника, но и социальные условия его труда. Ведь конеч- ным продуктом труда ученого является новая научная информация, получаемая им в процессе переработки результатов исследований, проводимых им и его коллегами. Новая информационная технология сокращает время и затраты труда на получение и обработку данных, позволяет меньшими силами достигать больших результатов, меняет пропорции квалифицированного и вспомогательного персонала в нау- ке. Компьютер служит современному ученому записной книжкой, дневником и календарем, позволяет составлять отчеты, получать кор- респонденцию, проводить заочные конференции с коллегами. Через Интернет он пользуется услугами информационных центров, их базами данных, читает на своем экране полные тексты публикаций статей, 186 описаний изобретений, стандартов, законов и т. п., а также поддержи- вает постоянную связь с коллегами в любой стране. Даже эти немногие примеры, которые в дальнейшем будут по- полнены, показывают, что новая информационная технология выходит далеко за рамки научно-технической области, в которой она возникла. Научная коммуникация не является замкнутой социальной системой. Она всегда была тесно связана с такими общественными институтами, как библиотеки, книжные издательства и редакции журналов, радио, телевидение и другие средства массовой информации. Их функциони- рование с внедрением электроники становится более эффективным. Но эта проблема имеет и более широкий аспект. Научная и мас- совая коммуникации взаимосвязаны, они обмениваются своими дос- тижениями. Первые печатные книги были богослужебными, а первые журналы научными, что не мешает им в течение столетий трудиться на общей ниве. Принципы информационного поиска, сформулированные для научных публикаций, успешно используются в газетных банках данных. Нельзя не предвидеть, что электронная информационная тех- нология довольно скоро сделает всю социальную информацию дос- тупной каждому члену общества. Это поведет к важным переменам в образе жизни и мышлении людей. Мы еще не знаем, к каким именно, как не знали этого поколения, выросшие до распространения телеви- дения. Но теперь мы понимаем, что социальные последствия новой информационной технологии заслуживают внимания и серьезного изу- чения. 187 Компьютерные средства коммуникации Электронные вычислительные машины Новую информационную технологию справедливо связывают с поистине ошеломляющими успехами в развитии электроники и вы- числительной техники. Действительно, эти успехи значительно пре- восходят и опережают самые оптимистические прогнозы прошлых лет. Именно они позволили существенно продвинуться в автоматизации интеллектуальных процессов. Однако было бы неверно отождествлять развитие информационной технологии только с прогрессом электро- ники. Теоретически устройства для переработки информации могут быть реализованы и с применением иных принципов. С другой сторо- ны, далеко не все тенденции развития электронных вычислительных машин совпадают с теми потребностями информационной технологии, о которых мы ведем речь. Дальнейшее уменьшение габаритов компью- теров, увеличение их быстродействия и объемов оперативной памяти вызывается иными сферами их применения, связанными, в частности, с необходимостью управления быстродвижущимися объектами. Наше внимание, напротив, привлекают далеко еще не освоен- ные возможности компьютеров в работе с текстами на естественных языках, в переработке данных с целью получения информации и зна- ний. Поэтому, отдав необходимую дань тому явлению, которое чаще всего называют компьютерной (или, точнее, микропроцессорной) ре- волюцией, и определив свое отношение к перспективам развития вы- числительных машин, мы сосредоточимся на феноменах "персональ- ных вычислений" и обработки "деловой прозы". Они тесно связаны с широким развитием персональных компьютеров, автоматизированных рабочих мест на их основе, спецификой их программного обеспечения и обработки текстов, в особенности их электронного редактирования. Быстрое развитие и внедрение компьютеров в различные сферы жизни происходит на протяжении нескольких последних десятилетий. 188 Мое поколение еще хорошо помнит то время, когда автоматическая переработка информации обсуждалась в фантастических романах. Но тридцать лет это достаточный срок, чтобы привыкнуть к тому, что ав- томатизация стала необходимой во всех областях письменной комму- никации. Уже сейчас во многих наших учреждениях значительная часть информационной продукции выпускается не только в традици- онной, но и в машиночитаемой форме. Однако большинства людей электронная информационная тех- нология непосредственно почти не коснулась. Они по-прежнему пишут пером или на пишущей машинке, читают книги, журналы и газеты в их привычном бумажном виде, обмениваются информацией по почте, телеграфу или телефону, на экран телевизора смотрят в часы досуга. Хотя, разумеется, компьютер уже не представляется громоздким и до- рогим устройством, занимающим обширные залы, стоящим сотни ты- сяч, а то и миллионы рублей, требующим обслуживания большими коллективами электронных инженеров и программистов. Это представление уже не подтверждается нашей повседневной практикой ни в одной из информационных сфер, для которых совре- менная информатика служит основным теоретическим базисом. Реаль- ное положение дел в мире коренным образом изменилось, и на сего- дняшний день эти представления не соответствуют действительности. Что же касается перспективы, даже самой ближайшей, даже на не- сколько лет вперед, то она предвещает такие изменения, которых мы пока не можем предвидеть. Электронная вычислительная машина стала дешевым на- стольным инструментом, доступным в обращении всем, кто занят пе- реработкой данных. Это оказалось возможным благодаря невиданному по темпам в истории техники развитию электроники, вычислительной техники и программирования. Стало обычным прослеживать этапы этого развития по поколениям компьютеров, которые сменялись каж- дое десятилетие, а теперь почти ежегодно. Почти каждый этап заслуживает рассмотрения, так как указыва- ет на принципиальные изменения при переходе от одного поколения к другому. Важно обратить внимание на то, что изменения основных параметров компьютеров, их быстродействия и объема оперативной памяти от поколения к поколению менялось на один, а то и на два по- рядка. Для нас, заботящихся о переработке не только и не столько чи- словой, сколько текстовой информации, особое значение имеют по- следние изменения. Переход от третьего поколения машин к после- 189 дующим сопровождался использованием языков программирования ультравысокого уровня, диалоговым режимом использования компью- тера и удобным интерфейсом пользователя: в четвертом поколении – цветным дисплеем с графопостроителем и звуковыми сигналами ма- шины, а в пятом – возможностью устного общения с ней. Это означает, что пользователь может забыть об устройстве ма- шины и думать лишь о содержании и структуре тех проблем, которые он решает при ее помощи. Если прибегнуть к весьма условному, но часто встречающемуся сравнению с управлением автомобилем, то водителю как бы не нужно думать о порядке вспышек в цилиндрах двигателя, опережении зажигания на форсированных режимах его ра- боты, он может сосредоточиться на маршруте и особенностях дорож- ной обстановки. Продолжая эту аналогию, можно сказать, что как в автомобиле стал необязателен шофер-профессионал, так и с компьютером можно управляться без операторов и программистов. По-видимому, нынеш- ний период овладения вычислительными машинами и их развития можно уподобить двадцатым годам автомобилизма, когда автомобиль приобретал современный облик, а промышленность переходила к его массовому выпуску. Только темпы развития и распространения ком- пьютеров намного выше. Разумеется, деление компьютеров на поколения проводится очень обобщенно и не отражает многих процессов в информационной технологии. Оно удобно лишь для выделения некоторых принципиаль- ных моментов, как в их устройстве, так и в использовании, а главное, в ведущих тенденциях их совершенствования. Что касается персональных компьютеров, то для нас важно по- нимать границу между теми, которые были рассчитаны на работу только с дисковой оперативной памятью (ДОС-совместимыми, их по- следняя версия – АТ 286), и предназначенными для работы с графиче- скими оболочками (Windows-совместимыми, начиная с компьютеров, оснащенных 386 процессором). Наиболее впечатляющим прогнозом развития компьютеров стал японский проект пятого поколения ЭВМ, суливший невиданные ранее возможности обработки данных. Нам уже известен девиз этого проекта: "От обработки данных и информации к обработке знаний". Обсуждали мы и технократическую ограничен- ность представления о чисто аппаратном решении проблемы доступа к накопленным человечеством знаниям. Здесь хотелось бы подчеркнуть, что при переходе к пятому по- 190 колению компьютеров впервые изменился тип их архитектуры, кото- рый оставался неизменным на протяжении четырех десятилетий. За это время на четыре порядка (т. е. в 10 тыс. раз) выросли быстродействие и объем оперативной памяти ЭВМ, несколько раз принципиально меня- лась их элементная база, тип и режим использования машин. Но их архитектура оставалась постоянной – однопроцессорная ЭВМ с после- довательным принципом вычислений, восходящая к модели Джона фон Неймана, американского математика венгерского происхождения. Он предложил вводить в машину данные вместе с программой, коди- руя и то и другое на одном языке двоичной системы счисления. Принцип работы такой ЭВМ с одним процессором и одной опе- ративной памятью показан на рис.11. Необходимо сложить четыре числа. Они помещены в память вместе с текущим результатом, кото- рый сейчас равен нулю, и программой действий процессора. За первый такт процессор складывает первое число (3) с текущим результатом (0) и получает новый результат (3), который помещается в память. За вто- рой такт процессор складывает второе число (I5) с текущим результа- том (3) и получает новый результат (I8), который помещается в память. За третий такт процессор получает новый текущий результат (22 = 4+ 18), который снова помещается в память. За четвертый и заключи- тельный такт процессор получает новый результат (43), который явля- ется ответом. Если этот процессор должен сложить тысячу чисел, не- обходима тысяча тактов ЭВМ . |