Текст книги "Знакомьтесь, информационные технологии"

К автомобильной электронике предъявляются гораздо более жесткие требования, чем к обычным домашним системам, – вибрация, удары, значительный диапазон температур, нестабильность электропитания, все это и другая специфика автомобиля, требуют электронных компонентов, имеющих специальную конструкцию. На выставке Embedded Systems 2001 в Нюрнберге (Германия) Motorola, лидер по производству автомобильных цифровых устройств, объявила о своих намерениях дополнить в конце этого года архитектуру mobileGT серией MGT5000, процессорами на базе ядра PowerPC 603е[114]114
  Более подробно об этих процессорах рассказывалось в разд. «Микропроцессоры – невидимые труженики» гл. 2.


[Закрыть]. Эти процессоры будут полностью совместимы с требованиями по температуре в автомобиле – от —40 до +85 °C. Они будут сердцем DIS (Driver Information System) систем и должны обеспечивать производительность более 1 000 MIPS (старшие модели, которые появятся ближе к концу 2002 года). Архитектура mobileGT – это Java-совместимая архитектура, специально разработанная для DIS. Экземпляры первого процессора из серии MGT5000 – MGT5100, производительностью 326 MIPS, будут доступны в конце этого года, а массовое производство начнется, наверное, уже в начале следующего.

Сегодня электронных элементов не хватает. Потому и создаются новые производственные мощности, призванные уменьшить этот дефицит. Так, компания Motorola приступила к строительству неподалеку от Детройта завода, который будет заниматься производством компьютерных чипов, электронных систем и различной коммуникационной продукции для нужд автомобилестроения.

Однако сегодняшний уровень развития информационных технологий для автомобилей кажется уже недостаточным. И вот компания Hyundai и корпорация Microsoft объявили о заключении стратегического альянса по развитию информационных технологий в автомобильной индустрии. Глава Hyundai и председатель Microsoft подписали меморандум о взаимопонимании и намерениях обмениваться технологиями и создавать совместные предприятия. Обмен технологиями будет сосредоточен в сферах применения искусственного интеллекта в автомобильных системах, на телематических возможностях или на изготовлении систем обеспечения автомобилей беспроводным доступом к услугам Internet[115]115
  Сегодня кажется, что без Internet уже невозможно обойтись не только на работе и дома, но и в дороге.


[Закрыть].

Количество переходит в качество. Эта старая истина верна и в отношении автомобиля. Множество компьютерных систем (их число в некоторых моделях превосходит 20), связанных друг с другом, сегодня управляют в автомобиле практически всеми узлами. Настала пора качественного изменения автомобиля. И различные автомобильные компании приняли этот вызов и начали создавать концептуальные автомобили, заложив в их конструкцию новое качество.

В 2000 году научный центр компании BMW «BMW Technik» создал концепт-кар, названный Z22. В этом автомобиле практически все механические приводы заменены электрическими. BMW Technik использует специальный термин «мехатроника» для обозначения электроники, выполняющей функции механики. Есть и более привычное обозначение – «Управление по проводам» («Drive by Wire»). Управление с использованием электрических приводов давно применяется в авиации. В автомобилях дело обычно ограничивается «электронной» педалью акселератора. В последнее время появляются механические коробки передач с автоматическим управлением, которые также не имеют «прямой связи» с рычагом. На Z22 полностью электрическими сделаны приводы тормозов и рулевого управления. Помимо снижения риска неисправности тормозов из-за повреждения шланга, теперь очень просто решается задача реализации функций ABS и других систем безопасности – уже не нужно преобразовывать электрические сигналы в открытие – закрытие клапанов гидропривода. Так что, система работает даже быстрее и эффективнее.

В качестве двигателя в автомобиле предусмотрен бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Для обеспечения энергией всей электронной системы машина оснащена 5-киловаттным стартер-генератором и тройной электросистемой: на 14, 42 и 200 вольт. При этом значительная часть мощности двигателя (до 50 %) расходуется на производство электрической энергии.

С рулевым управлением получилось еще лучше – «независимость» рулевого колеса от механических соединений заметно упрощает компоновку: не нужна сложная конструкция деформируемой при ударе колонки. К тому же на Z22 можно реализовать такие алгоритмы работы рулевого привода, которые с механической связью практически нереализуемы. Например, в зависимости от скорости по-разному меняется не только усилие на руле (его имитирует специальный электромотор), но и угол поворота. А при парковке достаточно повернуть руль менее чем на пол-оборота, чтобы колеса вышли в крайнее положение. Поэтому здесь и появился прямоугольный штурвал, с которым проще и легче работать.

Но не только немецкая компания ищет новые решения. Знаменитая итальянская фирма Bertone совместно с компанией Nokia разработала концепт-кар Filo («нить, провод») – попытка поменять сложившиеся представления о функциональности. Здесь также жесткие механические связи рулевого управления, дроссельной заслонки, коробки передач, тормозов заменены электрическими приводами. Естественно, данные от соответствующих органов управления передаются на исполнительные механизмы по проводам. Такое решение позволило фактически перейти от привычных кнопок, рычагов и педалей к клавиатуре. Все необходимые водителю управляющие кнопки сконцентрированы на штурвале и сблокированном с ним пульте. Поскольку рулевой колонки в привычном понимании нет, управление легко можно разместить справа, слева и даже посередине. Нет и педалей.

Filo связан с внешним миром беспроводными сетями, разработанными Nokia. Совершенная аудио– и видеотехника, доступ в Internet, навигационная система. С помощью беспроводных систем машина сама позаботится об оплате парковки и проезда по платным дорогам.

Разработчики считают, что сейчас главное – отработать программное обеспечение, систему контроля и сбора данных о состоянии отдельных узлов и автомобиля в целом, а также надежные системы передачи управляющих сигналов и приводных элементов. Ну а двигатель машины может быть любым – бензиновым, электрическим, гибридным. Bertone уверяет, что уже через пару модельных поколений, а это 4–8 лет, подобный автомобиль начнет выпускаться серийно.

Можно считать, что в таком автомобиле единственной жесткой механической связью остается карданный вал, передающий мощность с двигателя на колеса. Но и эта связь в некоторых машинах разорвана – мотор-генератор вырабатывает электричество, которое передается на мотор-колесо. Раньше так строились только карьерные самосвалы, например БелАЗ'ы. Но концепт-кары компании 2000-го года Peugeot также выполнены по этой схеме. Мотор-генератор обеспечивает энергией не только колеса, но и всю электронику машины.

Применение компьютеров на транспорте стало уже столь привычным, что никого не удивляет показанная в американском фильме автоматическая посадка самолета в аэропорту Лос-Анджелеса. Действительно, все современные самолеты имеют несколько компьютеров, которые прокладывают курс, следят за исправностью систем самолета, обеспечивают оптимальный режим работы всех систем. Для авиационной компьютерной техники придуман даже специальный термин – авионика (именно этот термин стал базисом для нового понятия – механтроника).

Однако компьютеры есть не только в самолетах. На судах их также несколько и выполняют они многие функции, в том числе прокладку курса и маневрирование в портах, контроль состояния систем судна и управление работой двигателя, контроль надводного и воздушного пространств и обработку данных от локационных систем.

Постепенно оснащается компьютерами и железнодорожный транспорт, даже управление стрелками передано цифровым устройствам.

Московский метрополитен представляет собой сложную компьютерную сеть, связывающую между собой поезда, станции, депо. Так, например, все турникеты на всех станциях метрополитена подключены к единой многоуровневой сети. Нижний уровень – турникеты и рабочие места кассиров. На втором уровне – сервера станций. А верхний уровень – сервер метрополитена. Система позволяет в реальном времени контролировать работу всех составных элементов, учитывать пассажиропоток, следить за денежными поступлениями. В дальнейшем она может обеспечить оплату проезда в зависимости от расстояния, времени суток, категории пассажира. Естественно, компьютеры также следят за движением поездов и блокируют его в случае возникновения непредвиденной ситуации. Аналогичные системы работают и на других метрополитенах мира.

Широко применяются на транспорте и различные программные продукты. Целая группа программ носит название «транспортные». Они позволяют оптимизировать транспортные и грузовые потоки, которые возникают при наличии многих поставщиков и получателей грузов. Без компьютерных расчетов невозможно обеспечить оптимальное использование транспорта при больших грузопотоках. А это уже задачи государственной важности: здесь и сокращение потребления топлива, и экология, и потребность в транспортной сети.

В течение последних 15 лет на качественно новый уровень организации вышел морской транспорт, и сегодня значительная часть грузов перевозится в контейнерах. Такой вариант транспортировки означает, что груз загружается в контейнер в точке отправления. Далее этот контейнер может перевозиться на грузовике, поезде, речном или морском судне и даже на самолете. Использование контейнеров резко сокращает время погрузки и разгрузки, т. к. кран за один раз можно погрузить до 30 тонн (столько весит контейнер с грузом). Контейнеры, имеющие одинаковые размеры, очень просто установить в несколько рядов друг на друга. Сегодня уже эксплуатируются суда-контейнеровозы, принимающие на борт по 6 тысяч контейнеров. Эти суда движутся по определенным маршрутам (заходя только в крупные порты), соблюдая расписание. Их применение сократило время трансокеанских перевозок (вместе с перевалкой груза в портах) в несколько раз. Одновременно снизилась и стоимость перевозки – на судах работает небольшая команда. Нормальная работа всего этого всемирного комплекса (порты, суда, отправители и получатели грузов) возможна при постоянном учете нахождения каждого контейнера. Только тогда можно размещать контейнеры на судне так, чтобы не надо было снимать верхние ряды для того, чтобы снизу достать нужный контейнер. Поэтому еще до прибытия судна в порт определяется последовательность выгрузки и загрузки контейнеров так, чтобы и в последующих портах перевалка шла с минимальными затратами. Реализовать такой алгоритм работы можно только при постоянном использовании информационных технологий, в первую очередь компьютеров с программным обеспечением и глобальных систем связи. Сегодня рассматривается вопрос об оснащении всех контейнеров электронными метками, которые позволяют отслеживать со спутника перемещение каждого контейнера. В этом случае оперативность перевозок (и не только морских) еще более повысится.

Сегодня в крупных портах, таких как роттердамский, лондонский или гамбургский, применяются роботы-тележки, перевозящие контейнеры. Они автоматически перемещаются между складами, причалами и кранами. И никаких грузчиков – совершенно безлюдная технология.

Не менее важные задачи решают и тренажеры. Без них не возможно подготовить летчиков и машинистов, капитанов и штурманов и даже профессиональных шоферов. А полнофункциональный тренажер – это многокомпьютерная сеть. Компьютеры имитируют вид за окнами и рельеф местности, ситуацию на дороге (в воздухе) и неисправности в самолете (поезде), считывают данные с руля (штурвала) и выводят сообщения на приборы (индикаторы).

Следует помнить, что без информационных технологий сегодня не возможно проектировать и выпускать транспортную технику[116]116
  В разд. «Единая экономика – „старая“ и „новая“» гл. 1 и разд. «Завод без рабочих» гл. 3 рассмотрены вопросы проектирования и производства с применением информационных технологий.


[Закрыть].

* * *

Уже сегодня применение информационных технологий позволило повысить комфорт транспортных средств и обеспечить высокую безопасность водителям и пассажирам. Одновременно эти же технологии обеспечили большую экономичность двигателей и значительно меньшие выбросы вредных веществ. Завтра компьютер изменит машину еще больше, предоставив человеку новый уровень комфорта и безопасности.

Жизнь – это не только работа

Историю развития человечества можно рассматривать как постоянное увеличение времени и расходов на развлечения. Изначально развлечения были коллективными: пение, танцы, карнавалы, театр, кино. В дальнейшем они приобрели индивидуальные черты – радиопрограммы и телепередачи можно уже смотреть и слушать дома. Но программы и передачи рассчитаны на массовую аудиторию. Несколько большую свободу давали книги, кассеты, диски (аудио и видео) – хотя они выпускаются массовым тиражом, использовать их можно в удобное вам время. С начала XX века началась «борьба за зрителя» – театры и кинотеатры старались создать такой уровень зрелищности, который не может быть реализован дома, – специальные звуковые и световые эффекты, использование фейерверков и воды и т. д. должны были привести зрителя в театр, кинотеатр, концертный зал. И здесь достигнуты значительные успехи, особенно на выступлениях эстрадных звезд: световые и другие эффекты в них куда важнее музыки и тем более слов. Параллельно совершенствовались домашние средства, представляющие развлечения все более высокого качества: от радио – к телевидению; от черно-белого телевизора – к цветному и далее – к домашнему театру; от виниловой пластинки – к CD; от монофонического звука – к стереофоническому и далее – к многомерному. И сегодня мы наблюдаем стремительное развитие коллективных и индивидуальных средств развлечения.

Сегодня как дополнение к высококачественному цифровому звуку появилось и цифровое видео высокого качества. Стереоочки и шлемы позволяют получить объемное изображение. Качественное воздействие на два основных органа чувств уже обеспечено. Однако, кроме зрения и слуха, у человека имеются и другие чувства и для обеспечения полной реалистичности необходимо воздействовать и на них.

Во-первых, это – обоняние, которое сопровождает нас везде. Поэтому практически везде можно найти запаху применение, усиливающее погружение в игру, фильм, репортаж. Как заявляет компания DigiScents, она разработала решения, позволяющие превратить запахи в приложениях для компьютера (или приставки) в еще одну реальность. Компания создала iSmell – персональный синтезатор запахов, подключаемый к последовательному или USB-порту. Это устройство, содержащее картридж с набором ароматизаторов, способно воспроизводить до 128 основных запахов и множество оттенков, получающихся при их смешивании. Фирма предлагает и ScentStream Software – программное обеспечение, позволяющее создавать ролики с соответствующим запахом. Таким образом, обеспечивается возможность воздействия на обоняние.

Во-вторых, осязание. И хотя человек получает относительно мало информации через это чувство, эмоциональное влияние осязания очень значительно. Поэтому уже давно выпускаются перчатки, позволяющие «ощупывать» предметы, находящиеся в игровом поле компьютерной игры. Как правило, эти перчатки используются вместе со стереоочками. Перчатки имеют приводы для управляемого воздействия на кисти руки, тем самым имитирующего осязание. Известен также и сенсорный костюм, в который встроены приводы, воздействующие на различные части тела. Экспериментальный костюм предназначен для анализа эмоциональных воздействий на человека. Более того, было сделано два костюма. В состав каждого из них входят как датчики, фиксирующие воздействие человека, так и приводы, воздействующие на различные участки тела человека. Эти костюмы одевают на двух людей, подключают к двум разным компьютерам. И можно чувствовать (в прямом смысле этого слова) друг друга. Нет никаких проблем с управлением этим костюмом. Массовый выпуск не начинается только по причине его цены: цена датчиков и приводов делает стоимость костюма запредельной.

Освоены способы еще одного воздействия – сверхнизкочастотные (5—10 Гц) звуковые волны вызывают у человека беспричинный страх. Видимо, не случайно в формате MPEG 2 предусматривается отдельный канал управления низкочастотной (басовой) акустической системой. Так что можно управлять и страхом.

Современная цифровая техника позволяет воздействовать на четыре из пяти (кроме вкуса) чувств человека, создавая абсолютно реалистические ощущения.

Книги не только во многом определили нашу цивилизацию, но и до сих пор продолжают оставаться одними из основных источников информации и развлечений. Однако в традиционном бумажном виде книга уже не соответствует сегодняшним требованиям – необходима новая, более информационная, удобная и доступная форма. Книга должна предоставлять мультимедийную информацию (текст, графика, звук и видео). Одновременно в ней должен более эффективно осуществляться поиск (например, используя принципы, заложенные в гипертексте). При этом художественная литература должна сопровождаться музыкальными и видеоиллюстрациями, а также комментариями, которые должны быть легко доступны и должны иметь различный уровень объяснений. Специальная литература (научная, учебная, справочная) должна также иметь иллюстрации, обеспечивающие наглядное и доступное понимание материала. Система ссылок должна легко и быстро показывать источники информации и дополнительные сведения. Здесь же должна быть заложена система контроля знаний.

Естественно, все эти возможности может обеспечить только электронная, а не бумажная книга. Microsoft заключила соглашения с крупнейшими издательскими фирмами, которые направлены на рост популярности электронных книг. Компании Random House, Simon & Schuster и Time Warner будут при публикации книг в электронном виде использовать программное обеспечение Reader от Microsoft, которое позволяет загружать книги на карманные компьютеры. A Thomson и Gemstar-TV Guide начали выпускать электронные книги REB 100 и REB 1200, с монохромным и цветным экраном, соответственно. Устройства оснащены жидкокристаллическим экраном и внутренней памятью на несколько книг. Они также могут работать Ctrl-сменными модулями флэш-памяти.

Time Warner Inc также ведет работу по созданию отделения по выпуску электронных книг. Internet-компания ipublish.com будет иметь свой собственный штат и самостоятельное руководство. Планируется подписание партнерских соглашений с целью распространения электронных книг с компаниями netLibrary Inc, Microsoft Corp, Gemstar International Group Ltd, Ingram Book Group и Barnesandnoble.com Inc.

Фотографии, а позже и киносъемка, стали одним из видов активного отдыха. К концу XX века любительская киносъемка практически полностью отмерла, уступив место телесъемке. Можно считать, что менее чем за 100 лет любительская киносъемка родилась, получила массовое развитие и умерла. Развитие видеотехники продолжается, и в настоящее время происходит активный переход на цифровое видео, что обеспечивает не только более высокое качество записи, но и сохранение этого качества при любом числе перезаписей.

Стремительное развитие цифрового фото стало основным для многих компаний, специализирующихся на производстве фототоваров. Так, компания Eastman Kodak заявила о планируемом росте продаж цифрового оборудования к 2005 году с годовым приростом в 6–7 %. Нет смысла описывать очевидные достоинства цифровой фотографии, достаточно только указать следующие возможности, которых нет у традиционных фотографий: вы можете просматривать отснятые снимки сразу же, создавать виртуальный архив снимков, корректировать снимки, легко получать твердые копии снимков в домашних условиях. Все это предопределяет широкое распространение цифровой фотографии.

Каждый цифровой фотоаппарат и каждая цифровая видеокамера содержат достаточно мощный процессор, который обеспечивает сжатие полученных изображений. При этом процессор видеокамеры проводит сжатие (а это достаточно сложный процесс преобразования информации) в реальном времени, обрабатывая 25–30 кадров в секунду. Для такой работы требуется мощный и быстродействующий процессор.

Сегодня выпускаются цветные принтеры, которые могут печатать фотографии, хранящиеся в фотокамере: процесс обработки данных, необходимых для печати фотоизображения, выполняется на процессорах фотоаппарата и принтера, без участия компьютера. И хотя использование компьютера предоставляет гораздо больше возможностей для обработки изображения, принципиально важно, что можно обойтись и без него, что удобнее и проще.