Тезисы

Обработка информации.

Передача и хранение не изменяют имеющуюся информацию. Однако существуют процессы, которые преобразуют имеющуюся информацию в новую, отсутствующую. Эти процессы объединяются под общим понятием обработка информации. Если вычисления сложные и производятся с относительно небольшим объемом заданных чисел, то мы имеем дело с численной арифметической задачей. Если же речь идет о простых вычислениях, которые, однако, требуется выполнить с большим числовым материалом, то говорят об обработке данных. Причем данными могут быть не только числа, а обработка данных – не просто вычисления. Данные – это вся информация, представленная цифрами, буквами и прочими знаками. Под обработкой данных понимают выполнение любых операций над данными. Наряду с арифметическими, сюда входят логические операции, операции сравнения, сдвига, переноса. Для выполнения такой работы у человека существует мозг, который способен обрабатывать не просто данные, а информацию в ее широком смысле. Что же касается технических средствах обработки информации, то о них будет подробно рассказано ниже.

Значение обработки данных велико именно по той причине, что очень большой объем информации поступает либо в виде данных, либо легко может быть в них преобразован. Собственно говоря, письменный текст представляет собой не что иное, как последовательный ряд данных. Поэтому операции, характерные для обработки данных, могут выполняться и с текстом. Это значит, например, что текст, набранный на машинке в одном формате, можно перепечатать в другом формате, что могут меняться местами или стираться определенные части текста, вводиться новые текстовые фрагменты, разыскиваться и распечатываться отдельные места. В таком случае говорят об обработке текста, которая является особой формой обработки данных. Но при всем том она затрагивает лишь формальную сторону текста, но не его содержание. Если же требуется обработать его содержание, то речь идет уже не только об обработке данных, но и об обработки знаний. Типичным примером обработки знаний является перевод текста на другой язык, или определение медицинского диагноза по результатам обследования.

Кроме данных и знаний на практике нередко приходится обрабатывать информацию, представленную в виде изображений. В таком случае говорят об обработке изображений. Примером может служить цветокоррекция в графическом редакторе, распознавание знаков и образов. Зачастую информация представлена в речевой форме. Поэтому одним из основных приоритетов в развитии микроэлектроники является распознавание и генерация речи, имеющее большое практическое значение для обработки информации.

До сих пор рассматривались информационные процессы в их "чистом" виде. Однако, информационные процессы обычно присутствуют в смешанном виде в любой сфере деятельности человека. Так, производственные процессы являются одновременно информационными процессами. Информация здесь является рулевым, руководящего деятельностью человека, а от него – машинами, либо напрямую машинами (при автоматизации). Пример – обработка деталей на станке. Это не только механический процесс (типа сверления, сточки, резки, фрезерования, изменения формы и т.п.), но также и информационный. Механическая обработка должна проводиться так, чтобы получилась нужная деталь. Для этого нужно выдержать определенные размеры, допуски, форму и т.п. Для этого необходимы измерение, хранение информации (чертеж), передача информации (от чертежа к станку) и, наконец, обработка информации (изготовление деталей). В металлургической и химической промышленности необходимо обеспечить максимальный выход готового продукта при его минимальной стоимости и минимальном количестве отходов. Для этого необходима оптимизация процесса (температурный режим, время протекания реакции в аппарате, аэро- гидро- динамический режим в нем количество катализатора и т.п.), что могут осуществить только компьютеры.

Рассмотрим "труд" человека в более широком аспекте. Любые процессы, являющиеся общественно-полезными, являются одновременно и информационными. Так, не вызывает сомнений, что предпроектная и проектная разработка деталей, химического процесса, комплекса зданий и т.п. являются информационными процессами. В "чистом" виде информационный процесс – научная деятельность. Однако и заключительные операции, такие как контроля качества, упаковки, складирования, отправки заказчику, также являются информационными процессами. Одним из важных информационных процессов является учет, контроль и принятие решений в государственном управлении и бизнесе. Не зря еще на заре вычислительной технике при статистических управлениях строились вычислительные центры. В настоящее время все, от менеджера до клерка, используют вычислительную технику для сбора информации и принятия решений. Также торговля, транспорт, банковская деятельность сопровождается информационными процессами. Деньги, по своей сути – это овеществленная информация о количестве и времени труда, отданным человеком обществу. Это действительно так, поскольку вместо банкнот все чаще используются безналичные расчеты, взаимозачет, расчеты по дебетовым и кредитным карта, а в 1997 году были изобретены "электронные деньги" для расчета в Интернет. Также информационные процессы используются в культуре, домашнем хозяйстве и организации досуга.

Обработка информации микроэлектронными средствами.

Электроника в состоянии справиться с любой задачей обработки информации при условии, что задача представлена в математической форме, и при наличии алгоритма решения задачи. Из встречающихся на практике задач большинство с самого начала удовлетворяют этим требованиям. Если же задача не имеет алгоритмического решения (например, планирование семейного бюджета), то ее все равно можно разбить на подзадачи, поддающиеся алгоритмизации (расчет баланса расходов и доходов, планирование покупок и т.п.) Далее будут рассматриваться только задачи, имеющие математический алгоритм решения. Их число невообразимо велико, и все они могут быть решены с помощью электроники. Электроника предлагает принципиальное решение для необозримо большого числа вариантов задач, и во многих случаях делает это решение практически осуществимым.

Разница между "принципиально возможным" и "практически осуществимым" заслуживает пояснение. В 1945 году первая электронно-вычислительная машина ЭНИАК имела около 18000 электронных ламп, что для того времени являлось самым большим числом активных элементов, когда-либо собранных вместе в одном электронном устройстве. И все же эта машина способна делать лишь то, что сегодня может делать любой персональный компьютер. А теперь попробуем, вслед за Эндерлайном, представить себе размеры, энергоемкость, быстродействие, надежность и цену трех одинаковых центральных процессоров, но созданных на базе электронных ламп, дискретных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. (таблица B.I.)

А это значит, что за те же деньги (10 млн. руб.) пользователь может купить либо одну ламповую ЭВМ производительностью 1 млн. операций в секунду, либо 10 тыс. ЭВМ на интегральных схемах, суммарной производительностью 100 млд. операций в секунду, потребляющей столько же электроэнергии, и занимающих зал в 100 раз меньшей площади. Что значит это сравнение, понятно любому деловому человеку. Решающее достоинство микроэлектроники – в низких затратах, высокой надежности и малой энергоемкости при одновременно высоким быстродействием. В конечном итоге задача микроэлектроники – в создании электронной вычислительной машины или, в глобальном понимании проблемы – электронной машины для обработки информации, обладающей свойствами, делающей ее пригодной для практического применения. Создать эту машину способна только микроэлектронная технология, и ничто более.

Микроэлектронику часто сравнивают с книгопечатанием. Книгопечатание сотворило переворот в способах хранения информации, сделав книги дешевыми, а грамотность – повсеместной. Однако, при сравнении микроэлектроники с книгопечатанием, ее роль скорее недооценивают, чем наоборот. Если книга предназначена для хранения информации, то электронные машины – прежде всего обработку информации, причем во всей ее полноте. До этого единственным прибором на земле, осуществляющий такую обработку, являлся человеческий мозг. Кроме того, микроэлектроника произвела переворот в других областях – получении, хранении передаче информации, а также перевода ее (конверсии) из одного вида в другой.

Обработка информации, в свою очередь, является умственной деятельностью. Если способность обрабатывать информацию развита достаточно высоко, то говорят об интеллекте: у человека о природном, у машины об искусственном. Можно сказать и так: мы имеем дело с искусственным интеллектом, когда компьютер выполняет операции, типичные для умственной деятельности человека. С момента появления ЭВМ предпринимались попытки снабдить их человеческим интеллектом. И хотя коренного перелома еще не произошло (у автора компьютер часто сталкивается с проблемой даже преобразования текста из одного формата в другой), удалось заметно продвинуться вперед. Сейчас компьютеры весьма сносно распознают сканированный текст (преобразуют изображение в текст), сочиняют музыку, играют в шахматы, ставят медицинский диагноз, управляют предприятиями и корпорациями (так называемые CRM- и EPR- системы). Самая большая проблема искусственного интеллекта – это незнание, как решают задачи, как думает человек вообще и конкретная персона в частности. В понимании этого мы все еще находимся в начале XX века, пользуемся работами И.В. Павлова и З. Фрейда, и до сих пор встречаются философы и психологи, которые закрепляют умение думать во вселенной исключительно за человеком (на взгляд автора, это высшая форма невежества!) Вообще то сравнение между обработкой информации человеком и техническими средствами не обязательно бывает в пользу человека. В двух случаях микроэлектронная обработка информации превосходит возможности человека, именно с точки зрения надежности и быстроты. Так, часто при выполнении операций с четырехразрядными цифрами с десятичными дробями человеку свойственно ошибаться (ошибка при сложении – 5-10% случаев, умножении – 10-30% случаев при вычислении в уме или столбиком), а машина – практически никогда (0.1% при использовании калькулятора, включая ошибки при вводе чисел вручную). Кроме того, машинную обработку легче заметить (машина ошибается сразу во всех числах разряда и порядка, в то время как человек – в одной цифре, в одном разряде, на один порядок. Если человек за одну минуту может досчитать до ста, то программа, выполняемая на компьютере, за то же время может сосчитать (и вывести!) до миллиона и больше. Старое выражение: "быстрый, как мысль", – здесь совсем не уместно. Однако решающее значение микроэлектронных приборов состоит не в их превосходстве в скорости и надежности вычислений, а в самой возможности ими обрабатывать информацию. В их "лице" человек получил себе пусть "слегка туповатого", но все же помощника в умственной деятельности.

Новое должно быть лучше старого.

До появления микропроцессоров были различные попытки (часто успешные для своего времени) создать себе помощников в информационных процессах. Так, в XX веке, еще до появления вычислительных устройств на вакуумных лампах, существовали чисто механические и электромеханические вычислительные устройства (вспомним Ч. Бэбиджа и К. Цюзе). Электромеханические кассовые аппараты используются и сейчас. То же можно сказать и о электромеханических игровых и торговых автоматах. Все часы в прошлом имели механический или электромеханический механизм. Но, в отличие от вычислительных машин, электронные часы на лампах и транзисторах не выпускались никогда, за исключением, может быть, чисто научных целей. они были бы очень дорогими и неуклюжими. Только в радио- и ТВ-приемниках применялись электронные лампы и дискретные полупроводниковые элементы.

Линии связи телефонных сетей первоначально соединяли телефонистки. Однако, с увеличением числа абонентов этот способ становится неприемлемым. В первых АТС использовались только шаговые электромеханические реле. Это было дорого – телефонные узлы размещались в огромных зданиях, в помещениях которых щелкали миллионы реле. Но приходилось мириться с этим – других элементов не было. Лишь с появлением твердотельного коммутационного элемента – транзистора, изготовленного, кстати, учеными из лаборатории американского изобретателя телефона Грехема Белла, – началась эта цифровых АТС. Переход к цифровым АТС закончился к концу 80-х годов XX века в Европе и США, и продолжается в РОссии и странах СНГ до сих пор (начало XXI века, 2002 г.)

Что же касается бытовой электронной аппаратуры, то и здесь идет активный переход на микроэлектронную основу. Уже никого не удивишь "интеллектуальными" кофеварками, которые варят разные сорта кофе к Вашему пробуждению, проигрывателями Audio CD и DVD, аналоговыми видеомагнитофонами с цифровым управлением, домофонами, игровыми приставками. На очереди – электронные "интеллектуальные" дома и здания. Это говорит о том, что предлагаемые микроэлектроникой решения лучше всех предыдущих, а именно: дешевле, надежнее, быстрее, компактнее и экономичней. И все дело не в том, что переход на микроэлектронную технологию дает возможность создавать качественно новую аппаратуру с улучшенными потребительскими свойствами, удобством обслуживания и дополнительными функциями, а в том, что все это делается качественнее, надежнее, дешевле, а значит – конкурентоспособнее.