От встроенных систем к системам интеллектуальным

Презентацию к лекции Вы можете скачать здесь.

Кибернетическая революция

В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций — преобразований общественных отношений из-за кардинальных изменений в сфере обработки информации, информационных технологий. Следствием подобных преобразований являлось всякий раз приобретение человеческим сообществом нового качества.

Начало совпадает по времени с выделения человека из природы, с появления языка, способного оперировать абстрактными понятиями. Первой информационной технологией можно считать способ передачи довольно сложной информации с помощью наскальной "живописи". После изобретения письменности появилась возможность локального распространения знаний и сохранения их для передачи последующим поколениям. Следующий этап связан с изобретением книгопечатания, которое радикальным образом изменило общество, культуру.

Книга стала универсальным массовым распространителем и хранителем больших объемов информации.

В эру использования электричества появились телеграф, телефон, радио, телевидение, позволяющие оперативно передавать информацию в любые уголки Земли.

Без преувеличения можно сказать, что последние 200 лет были "колыбелью" многих больших и малых революций (рис. 1.1). Промышленная революция XIX-начала ХХ вв. и Первая мировая война породили волну социальных революций, которые если не перевернули, то основательно потрясли мировые устои. Вторая мировая война и послевоенное развитие экономики, исследования в ядерной и микромолекулярной физике, электронике твердого тела и пограничных явлений, создание первых промышленных вычислительных устройств дали толчок индустриальной революции, которая за четверть века подготовила почву для бурного всплеска развития информационных технологий.

Рис. 1.1. Последовательность революций ХIХ-XXI веков

Изобретение компьютера — универсального, многофункционального, электронного автоматического устройства для работы с данными и информацией — привело к тому, что компьютерная техника в современном обществе взяла на себя значительную часть работ, связанных с её обработкой, систематизацией и хранением.

В ХХI веке мы наблюдаем новый сдвиг в технологиях, который проявляется в разных аспектах (рис. 1.2). Если в последней четверти ХХ века подчеркивали, что развитие нашего общества находится на стадии урбанизации, индустриальной экономики, технологии массовых продуктов, то сейчас её все больше характеризуют глобализация, экономика знаний, цифровые технологии. Ранее ключевым ресурсом был капитал, сейчас — знания/информация. В распределении материальных объектов превалировали дороги и транспорт, сейчас на передовые позиции выходят цифровые сети. Ранее фокус был на региональной cфере, сейчас — на глобальной. Факторами успеха были возможности экономии ресурсов и сокращения затрат при масштабировании производства, теперь таким фактором стала адаптивность — способность быстрого ответа в виде эффективного решения на непредсказуемые изменения (Г. Ржевский, 2012).

Рис. 1.2. Сдвиги в технологиях XXI века

При этом за последние полвека стоимость применения цифровых технологий снизилась чрезвычайно сильно в отличие от роста затрат на труд и на использование традиционных механических технологий (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Сравнение стоимости цифровых технологий с механическими

У людей всегда был интерес к искусственному интеллекту. В конце ХХ века выделилось два основных подхода к моделированию искусственного интеллекта (Artificial Intelligence — AI): машинный интеллект, заключающийся в строгом задании результата функционирования, и искусственный разум, основанный на моделирование внутренней структуры автоматизированной системы, соответствующей строению человеческого мозга.

Но сейчас от теорий человечество делает серьезный шаг к новой реальности: кибернетическому будущему. По многим признакам мы вступили в новую фазу кибернетической революции. На диаграмме 1.1 начало этой фазы показано в конце 90х годов XX века. До сих пор в литературе не достаточно изучены причины текущего мирового финансового кризиса, наиболее острая фаза которого пришлась на вторую половину 2008 года. Одним из ключевых технологических факторов стало появление в конце 90х годов XX века первых программ-роботов на финансовых биржах. Непрерывную череду финансовых кризисов XIX и XX вв. в капиталистическом обществе удалось остановить введение в начале 70х годов XX века торговли на биржах "производными" ценными бумагами – опционами. Параллельно с практикой существенные достижения были получены и в теории финансового менеджмента, базирующиеся на гипотезах арбитража (справедливой цены). Теория во многом основывались на эмпирическом опыте и новые механизмы существенно "затруднили" п роцесс обогащения простыми спекуляциями. Но "программы-роботы" изменили положение дел. В теории традиционно "за скобки" выносили транзакционные издержки (плату за операцию) в связи с их незначительной величиной, но с появлением "программ-роботов" количество операций в единицу времени выросло колоссально и общая "выручка" от них у финансовых учреждений стала существенным фактором сверхприбылей и огромных бонусов руководителей, за которые в итоге заплатили (и продолжают платить) все рядовые граждане развитых стран.

Понять суть происходящих изменений нельзя без переосмысления многих аспектов парадигмы "Что такое вычислительное устройство и что такое вычислительный процесс".

В ближайшее время должны измениться традиционные представления о том, как устроен компьютер, что такое вычислительная система. Эти процессы принесут изменения в стиль программирования, в то, как будут использоваться вычислительные устройства. Переход к новой парадигме вычислений приведет, наверное, к тому, что архитектура вычислительных устройств "сдвинется" в сторону "набора одновременно работающих асинхронных моделей взаимодействующих динамических систем (функциональных элементов)". Среди новых характерных черт будущей парадигмы все более отчетливо проступают следующие: стохастичность, гибридность, асинхронность, кластерность (отсутствие жесткой централизации и динамическая кластеризация на классы связанных моделей).

Естественным этапом на этом переходном пути является вытеснение производства "чистых" процессоров системами на кристалле (System on Chip – SoC). Сейчас корпорация Intel уже начала производство SoC, в которых на чип перенесены контроллеры ввода-вывода, системы обработки видео и ряд других. В "новых" чипах существенно сокращаются объемы вспомогательных обменов в памяти, повышается эффективность, производительность и упрощается конструкция плат. Разработчику архитектуры уже меньше надо думать куда "воткнуть" на плате тот или иной узел. Процессоры, а точнее новые SoC, становятся как бы конечными устройствами, которые можно программировать, не задумываясь о периферии. Это идеальная ситуация, когда программисту не надо думать о целой цепочке посредников, через которые должны пройти его команды и сигналы!

Одним из ключевых моментов современных изменений в ИТ является мобильность! Основная тенденция развития средств вычислительной техники – миниатюризация. Все более хрупкие и миниатюрные вычислительные устройства становятся и более мобильными. Речь идет не только о телефонах и нетбуках, серьезное внимание уделяется широкому спектру встроенных системам, которые могут включаться в разнообразные технологические процессы. О них как раз и будет весь этот курс, о том, как писать для них программы и чем для этого удобно пользоваться.

Для начала надо разобраться в таких кажущихся общепринятыми и понятными терминах как "информация, сигналы, данные, знания и управление".