Текст книги "Знакомьтесь, информационные технологии"

Множество сфер современной жизни требует использование суперкомпьютеров. А некоторые отрасли принципиально не могут развиваться без математического моделирования, требующего огромных вычислений за ограниченное время. Вот только некоторые из примеров.

Использование крупных компьютеров в банковской сфере обеспечивает не только оперативную обработку данных по движению средств, но и позволяет прогнозировать развитие финансового рынка. Точность и оперативность получения данных напрямую зависят от производительности компьютера. А только эти данные позволяют банку эффективно работать.

Компания IBM объявила о создании компьютера, который содержит 1152 процессора. Свою новую разработку IBM собирается предоставить для американских академических исследований. Ту же концепцию IBM хочет применить и в следующих своих суперкомпьютерах: ASCI White, который будет выполнять те же функции, что и Blue Pacific, а также в Blue Gene, который будет задействован в генетических исследованиях.

IBM также сообщила о поставке компьютера Blue Wave Военно-морскому флоту США. Стоимость этой версии IBM RS/6000 SP составила 18 млн. долларов. Это будет самый производительный компьютер в Министерстве обороны, что позволит военным создавать наиболее точные модели мировых океанов. Вычисления суперкомпьютера дадут возможность прогнозировать штормы, а также помогут в поиске кораблей и спасательных работах.

Но не только IBM разрабатывают суперкомпьютеры. Так, Compaq Computer Coip. создает крупнейший в Европе суперкомпьютер, созданный на основе Compaq AlphaServer под управлением операционной системы Tru64 UNIX. В компьютере используются более 2500 процессоров Alpha. Французская Комиссия по ядерной энергии будет использовать суперкомпьютер для программ моделирования в целях обеспечения надежности и безопасности французских ядерных арсеналов без проведения новых ядерных испытаний. Кроме того, суперкомпьютер будет применен для других исследований в рамках основной программы моделирования. Compaq также получил контракт в 200 млн. долларов от Министерства энергетики США на создание самого большого в мире суперкомпьютера, названный «ASCI Q». Он будет иметь производительность более 30 терафлоп и может быть модернизирован до 100 терафлоп к 2005 году.

Мощные компьютеры создают также Hewlett-Packard, Sun, Silicone Graphics.

Кроме того, суперкомпьютеры применяются в области метеорологии, системах проектирования и управления предприятиями, в кинематографии и некоторых других сферах реального производства и искусства. Можно смело утверждать, что существует все более расширяющаяся область человеческой деятельности, в которой потребность во все более мощных компьютерах сохранится.

Принципиальной особенностью новых суперкомпьютеров является использование в них множества стандартных процессоров. Такое решение, характерное для всех «игроков» данного сектора IT-бизнеса, позволяет использовать один процессор для персональных компьютеров, рабочих станций и суперкомпьютеров. В ближайший год компания IBM выпустит новый Unix-сервер под рабочим названием Regatta. Он будет поддерживать 32 процессора Power 4–8 модулей по 4 процессора на каждом. Центром компьютера станет высокоскоростной коммутатор, объединяющий процессорные модули. В Regatta будет использована технология NUMA (Nonuniform Memory Architecture – технология принадлежит фирме Sequent Computer Systems, которую не так давно приобрела IBM), позволяющая разбить память на несколько разделов для независимого обслуживания каждого из процессоров. В результате на рынке появится серийный относительно недорогой сервер, который позволит поднять производительность на качественно новый уровень.

Естественно, серийный выпуск такого сервера заставит и другие компании производить аналогичные компьютеры. Суперкомпьютеры начинают выпускать даже фирмы, ранее не занимавшиеся разработкой и производством мощных компьютеров. Так, фирма Sony начала производство 16-процессорного компьютера Gcube, имеющего форму куба. Этот компьютер предназначен для обсчитывания 3D сцен (для кинопроизводства или для современных компьютерных игр) в реальном времени. Процессоры – стандартные от PlayStation2. Sony заявляет, что выходящий в следующем году новый GCube будет построен уже на базе 64 процессоров, что обеспечит построение 4,16 млрд. полигонов при 60 кадрах в секунду и при разрешении 1,080 на 1,980. Для наглядности можно привести слова вице-президента Square, создателя Final Fantasy: «Сегодня Square обсчитывает один кадр из готовящегося на следующий год фильма по этой игре 5 часов. На GCube это происходит в реальном времени – обсчитывание одного кадра занимает 1/30 секунды». Тем самым на качественно новый уровень поднимается процесс кинопроизводства: не только сокращается время производства, но и существенно снижается стоимость фильма (или игры).

Иными словами, мощные вычислительные средства, выполненные на стандартных серийно выпускаемых (и потому недорогих) процессорах становятся доступными большому числу пользователей в самых разных отраслях экономики.

* * *

А что же с мощными «векторными» суперкомпьютерами, которые были самыми производительными в 80-е годы прошлого века? Рынок этих компьютеров был в те годы достаточно прибыльным и составлял более 1 млрд. долларов в год. «Главными игроками» на этом рынке были японские NEC и Fujitsu, а также американская Cray Research. В настоящее время это соревнование завершилось. И победителей нет: в 2001 году объем продаж векторных суперкомпьютеров (по данным NEC) составит менее 600 млн. долларов. Взамен специализированных суперкомпьютеров приходят многопроцессорные системы на стандартных процессорах – такие суперкомпьютеры позволяют получить высокую производительность при значительно меньших затратах.

Легко представить, что вскоре среди других показателей экономического развития страны (таких, как выработка электроэнергии или производство стали) будет указываться и суммарная производительность компьютеров – именно этот показатель будет непосредственно влиять на экономику.

…и компьютер превращается, превращается, превращается…

Многие современные домашние устройства имеют все или часть элементов персонального компьютера: процессор, память, средства ввода и вывода информации. А процессор, в свою очередь, присутствует практически во всем, к чему подведено электричество – сегодня реализовывать функции контроля и управления дешевле с использованием процессора, чем с помощью специальных устройств автоматики. Все больше появляется экранов – в микроволновых печах и холодильниках, в стиральных и швейных машинах, в телевизорах и телефонах, музыкальных центрах и кондиционерах и т. д. Звуковые сигналы и даже синтезаторы голоса также давно не редкость. А различные клавиатуры есть везде и всюду. То есть многие домашние устройства как бы интегрировали в себя персональный компьютер. Однако большинство этих устройств не имеют средств коммуникации, и общение с ними возможно только непосредственно, что не всегда удобно. Ближайшие перспективы связаны с конвергенцией различных устройств с компьютером, а также с локальными и глобальными сетями.

Когда речь заходит о глобальной информационной сети, все понимают, что это Internet. Сегодня разнообразные локальные сети являются экзотикой для дома, но стали уже стандартным элементом офиса. Развитие домашних цифровых сетей набирает скорость, и все больше домов оснащаются ими. Можно указать два вида домашних сетей: локальная сеть многоквартирного дома, в которой квартира – один абонент, и локальная сеть одной квартиры или частного дома. В первом случае сеть полностью аналогична офисной, а конкретным устройством, имеющим выход в сеть, является домашний компьютер. Второй вариант более интересен и перспективен.

Одна из проблем, которая возникает при создании домашней сети, – относительно высокая стоимость прокладывания специального кабеля для соединения домашних устройств между собой. Однако в доме уже имеется несколько линий, по которым передаются электрический ток, телефонные сообщения и телевизионный сигнал. Естественно появляется желание использовать эти провода и кабели для передачи по ним цифровых данных внутри дома. Уже несколько лет выпускаются адаптеры, позволяющие передавать цифровые сигналы по электрическим проводам. Давно имеются адаптеры, работающие с телефонной проводкой. Фирма Farallon объявила о поставках очередного своего продукта – HomeLINE USB Adapter. Скорость передачи данных с использованием этих адаптеров – 1 Мбит/с, что соответствует стандарту HomePNA 1.1.

Сегодня выработано несколько стандартов домашних сетей, в том числе HomeRF, HomePlug, Home Phoneline Network Alliance (HPNA) и целых три версии 802.11. И компании продолжают выпускать на рынок продукты, работающие в различных стандартах, в надежде, что именно этот стандарт станет определяющим. Основным рынком для всего этого изобилия видится, прежде всего, 12,4 млн. американских семей, которым, по расчетам экспертов, в 2002 году понадобится оборудование для локальных сетей.

Все существующие варианты делятся на четыре типа: сеть по электрокабелям, беспроводные, по телефонным линиям и кабельный Ethernet. Все стандарты имеют свои преимущества и предоставляют сопоставимую скорость доступа. Эксперты сходятся во мнении, что для компьютеров в одной комнате будут использоваться Ethernet-решения в силу их дешевизны и легкости прокладки кабеля. Для соединения устройств в доме, скорее всего, доминировать будет беспроводная связь (в которой основная борьба идет между стандартами 802.11 и HomeRF).

Проводятся работы по включению в домашнюю сеть бытовых приборов. General Electric сообщила о соглашении, достигнутом с Microsoft, по совместной разработке стандарта, с помощью которого бытовые приборы могут быть соединены между собой в сеть. GE заявила о намерении вступить в Universal Plug and Play Forum, открытый Microsoft, и объединяющий Sony, IBM и Intel. Уже продемонстрированы «умные» приборы от GE – микроволновая печь, считывающая штрих-коды продуктов, и холодильник, подключенный к Internet и предоставляющий возможность владельцу отслеживать его содержимое по Сети. Сразу несколько компаний начали разрабатывать программное обеспечение для домашних сетей. Sun и Thalia Products, подразделение Sunbeam, начали совместную работу по созданию программного обеспечения, которое обеспечивает связь между различными бытовыми приборами. ПО совместимо со всеми основными стандартами, включая Jini, Java и XML.

Очевидно, что домашняя сеть должна иметь выход в Глобальную Сеть, что позволит хозяину всегда контролировать ситуацию в доме и давать указания приборам выполнять те или иные действия. Ведущие IT-компании мира объединяются для решения задачи обеспечения быстрого и качественного выхода в Internet. В частности, NTT Mobile Communications, IBM Japan, Sony, Hitachi, Shaip, Mitsubishi Electric, Fujitsu и Matsushita входят в число 14 компаний, которые объединяют усилия вместе с японским Министерством почт и телекоммуникаций в разработке некомпьютерных устройств для доступа в Internet. Среди этих устройств – мобильные терминалы и телевизоры. В проекте предусмотрена разработка к 2003 году устройств без клавиатуры, которыми смогут пользоваться даже дети. Это позволит увеличить число потенциальных пользователей Internet в мире с 17 до 70 млн. Уже начаты разработки браузера Internet для использования с цифровыми телевизорами, а также стандартного метода оплаты банковских счетов с использованием мобильных информационных терминалов.

Одновременно IT-фирмы расширяют свой бизнес, организуя новые направления деятельности и покупая компании, достигшие реальных результатов в перспективных направлениях. Motorola приобрела компанию General Instrument (GI), которая производит устройства доступа к сети на основе телевизоров. Motorola надеется стать доминирующей компанией на рынке так называемых «конвергентных» сетей, позволяющих одновременно передавать телевизионные видеопотоки и цифровые мультимедийные данные с небольшими финансовыми затратами. Motorola преуспела в технологиях передачи звука, данных и в мобильных беспроводных коммуникациях, a GI сильна на рынке передачи видеопотоков и данных. Motorola также стала держателем 80 % акций в компании высокоскоростных коммуникаций Next Level Communications, которая сообщила, что будет использовать технологии Motorola для развития домашних систем интерактивного видео, игр, музыкального и информационного сервиса, а также беспроводного доступа в Internet. Этот союз позволит объединить беспроводные технологии и интерактивное ПО компании Motorola с системами, действующими на основе цифровой выделенной линии.

Сегодня рассматриваются три основных технических решения, которые позволят увеличить скорость обмена данными с Сетью: применение специальных модемов для телефонных линий, использование спутниковых систем передачи и сетей кабельного телевидения.

Среди технологий, обеспечивающих высокоскоростную передачу данных по телефонным линиям, можно выделить ADSL – телекоммуникационную технологию, позволяющую отправлять данные на скорости 1,5 Мбит/с и вести прием данных на скорости до 7 Мбит/с (асимметричная технология восходящего и нисходящего трафика). При этом на АТС и у абонента устанавливаются специальные устройства – сплиттеры. К абонентскому сплиттеру подключаются телефон и ADSL-модем. Работа модема не мешает обычной телефонной связи. Высокие скорости позволяют получать необходимую информацию без заметных временных задержек. Однако здесь требуется специальное дорогое оборудование.

Спутниковые системы передачи данных давно уже стали общепринятыми. Все более широко используется спутниковое телевидение, позволяющее принимать качественное изображение практически в любой точке Земли. Через спутник можно также передавать и данные из Сети. Однако здесь возможна только односторонняя передача информации – от наземной станции к спутнику и далее – к абоненту. И хотя возможна установка передающего блока непосредственно у абонента, это слишком дорого для индивидуального пользователя. Многие организации, например платежные или банковские системы, работают через спутник. Для большинства индивидуальных пользователей характерен асимметричный трафик – отправляя в Сеть относительно короткий запрос, они получают данные значительно большего информационного объема, например графику, музыку, видеопоток. Потому асимметричный трафик не является препятствием для нормальной работы в Internet. А для восходящего трафика может использоваться модем и коммутируемая телефонная линия. Скорость передачи данных по спутниковым каналам также достигает нескольких мегабит в секунду. Однако использование геостационарных спутников привело к определенным временным задержкам в реакции на посланный сигнал – время на движение сигнала от передающей станции до спутника и от него до приемной антенны составляет несколько секунд. Именно поэтому в настоящее время реализуются (более или менее успешно) несколько проектов использования спутников-ретрансляторов, расположенных на низких орбитах, например проект Iridium. В таких проектах применяется несколько десятков спутников, находящихся на орбитах в 200–250 км от Земли. При этом в любой точке Земли всегда виден хотя бы один из спутников, с которым и связывается абонент.

Использование сетей кабельного телевидения для выхода в Сеть позволяет передавать информацию с еще большей скоростью – более 10 Мбит/с. Практически во всех крупных городах имеются значительные и разветвленные сети кабельного телевидения, подведенные к каждой квартире. Таким образом существенно снижаются затраты на организацию сетей. В сетях кабельного телевидения достаточно просто организуется симметричный трафик. Все эти особенности позволяют прогнозировать активное использование сетей кабельного телевидения для выхода в Internet.

Ведутся работы по применению уже имеющихся неинформационных сетей для передачи информации. Фирма Nortel совместно с английской Norten Communications разработала технологию передачи информации по электрическим сетям. Ожидается, что многие европейцы смогут подключиться к Сети «через электрическую розетку».

К самому дому, играющему важную роль в жизни человека, предъявляются требования интеллектуальности. Интеллектуальный дом, оснащенный приборами и устройствами, способный самостоятельно принимать решения в пределах своей компетенции, обеспечивает больший комфорт и безопасность с меньшими затратами. Анализ ситуации и принятие решения в доме проводятся сегодня специальным компьютером, к которому предъявляются жесткие требования по надежности. И уже несколько компаний, в том числе IBM, предложили специальные высоконадежные компьютеры с соответствующим ПО для управления домашней сетью, т. е. всеми устройствами в доме.

К тому, что компьютер может самостоятельно работать с Internet, все уже привыкли. А то, что с Сетью могут общаться и достаточно простые устройства, это пока экзотика. Тем не менее эти устройства есть, и номенклатура их растет.

Первым из устройств, имеющих доступ в Internet, была микроволновая печь. Главная причина этого – наличие в печи процессора, клавиатуры и дисплея. Добавленный модем и программное обеспечение позволили хозяйкам выходить в Сеть непосредственно с печки. Используя данное устройство, можно заказывать продукты в магазинах и контролировать работу печки, находясь вне дома. Иными словами, можно будет включить печку перед выходом с работы и по приезду домой сразу же получить горячее блюдо.

LG Electronics представила первый цифровой Internet-холодильник Digital Dios Refrigerator. Помимо основного предназначения, он может быть использован для доступа к Web-сайтам, электронной почте и связи по видеотелефону. Холодильник может отслеживать нехватку продуктов и заказывать их через Internet. Он оборудован 15,1-дюймовым жидкокристаллическим дисплеем и видеокамерой. Internet LG Turbo Drum Washing Machine – стиральная машина LG Electronics, имеющая доступ в Internet. Стиральная машина имеет: RISC-процессор, цветной экран размером 4,2 дюйма, флэш-память объемом 4 Мбайт, так что в скором времени можно ожидать организации выхода в Сеть «напрямую».

Израильская компания Connect One и фирма NAMS, изготовитель счетчиков электроэнергии, объявили о выпуске счетчика NMM-AKB с встроенным Internet-протоколом и модемом iModem фирмы Connect One. Встроенный iModem посылает и принимает данные в виде сообщений электронной почты непосредственно через Internet-провайдера, без соединения с локальной вычислительной сетью или персональным компьютером. Это дает возможность контролировать потребление энергии каждым клиентом, а также посылать на счетчик изменения тарифов оплаты.

Крупнейшая в Японии компания по производству швейных машин Jaguar International начала продавать швейные машинки, соединенные с Internet, для загрузки с Web-сайта компании программ для шитья одежды.

В дальнейшем можно ожидать создание комплексных устройств, совмещающих, например, функции холодильника и микроволновой печи. Подключение такого устройства к Internet позволит получить данные о наличии продуктов в холодильнике и их состоянии (заморожены, охлаждены и т. д.). После этого можно дать указание разморозить и по определенной программе приготовить соответствующие блюда.

Ericsson и Electrolux создали компанию Е2-Ноше, которая будет разрабатывать устройства для интеллектуального дома. Специалисты компании считают, что центром современного жилища становится кухня. Исследования, проведенные Electrolux, показывают, что более 40 % своего времени (за исключением сна) современный человек проводит на кухне. Соответственно, консоль управления домом должна располагаться на кухне, и как считают в Е2-Ноше, на холодильнике. В результате был создан холодильник Screen Fridge с цветным сенсорным дисплеем, вмонтированным в дверь. Возле дисплея расположена схема Bluetooth с антенной. На дисплей выводятся иконки для управления различными бытовыми приборами. Нажатием иконки каждого устройства вызывается именно его пульт управления. Теперь можно выбирать режим работы этого устройства. Над дисплеем видна маленькая линза – это камера, позволяющая записывать видеопослания домочадцам. Каждый член семьи имеет собственную иконку, которая светится, если он оставляет сообщение.

Холодильник можно подключать к Сети. Как считают разработчики, Screen Fridge сможет учесть, что уже съедено, оценить имеющиеся запасы и послать по электронной почте новый заказ в Internet-магазин. Распознавание продуктов пока проводится по штрих-коду (так же, как это делается в магазине на кассовом терминале). Специалисты Е2-Ноше считают, что сканирование штриховых кодов неудобно, и пытаются убедить пищевую промышленность использовать бирки, излучающие радиосигналы. Тогда при загрузке и выгрузке продуктов холодильник улавливал бы сигналы, «подаваемые» продуктами. В Копенгагене и Стокгольме уже начались испытания новой технологии.

Уже сегодня продукты можно заказывать в магазине, послав заявку по Сети. Однако для многих Internet-магазинов главной проблемой является доставка купленного товара – Сеть позволяет сделать покупку на любом удалении от магазина, а вот чтобы доставить ее покупателю необходимо значительное время и затраты труда, что приводит к резкому увеличению стоимости покупки. Как следствие, привлекательность Internet-торговли падает. Поэтому сегодня вопрос автоматизации доставки купленного товара является чрезвычайно важным. С середины XIX века развивалась система пневмопочты, позволяющая доставлять по зданию или городу небольшие посылки с высокой скоростью. Так, в Париже было проложено более 600 км пневмопочты: «пневмотички» доставлялись в ближайшее почтовое отделение, и почтальон приносил письмо домой не более чем через 45 мин после отправки. Но все равно требовался почтальон, да и размер посылки был ограничен[26]26
  Сегодня эта почта в Париже практически умерла – не выдержала конкуренции с электронной почтой.


[Закрыть]. Роботы способны качественно изменить эту ситуацию. Муха-робот[27]27
  О летающей мухе-роботе рассказано в разд. «Информатика для здоровья» гл. 5.


[Закрыть] может явиться базовым элементом системы доставки различных товаров на дом. Достаточно оснастить этот робот системой глобального позиционирования, сообщить точный адрес доставки, и покупка будет доставлена. Доработки – минимальные – надо только подготовить приемный лоток в доме. Применяющиеся во многих армиях мира (в России, США, Израиле и других странах) беспилотные самолеты способны перевозить груз на сотни километров. Таким образом, проблема автоматизации доставки покупки будет решена.

Теперь в полностью автоматизированном режиме можно сделать необходимый заказ в магазине, получить его, загрузить в холодильник и приготовить любимое блюдо.