Глава I Понятие компьютерной информации. Возникновение и эволюция
Значение информации в материальном мире
По аналогии с «каменным веком», «железным веком» современность часто называют информационным веком. Это обстоятельство, несмотря на субъективный характер, тем не менее, свидетельствует о той существенной роли, которую в окружающем мире играет информация.
Тем не менее, окончательной определенности о том, что следует понимать под термином «информация» до сих пор не имеется.
Например, одним из наиболее простых подходов является характеристика информации как «всех сведений, являющихся объектом хранения, передачи и преобразования»[1]. Такая формулировка представляется не совсем удачной, поскольку вызывает вопрос – что же такое «сведения».
К числу наиболее известных попыток определить значение информации следует отнести формулировку К. Шеннона, согласно которой информация – это любой сигнал, который устраняет неопределенность, имеющуюся у получателя сигнала, относительно свойств, которыми обладает источник сигнала[2].
Пожалуй, именно это определение лучше всего позволяет понять роль информации в современном мире и стремительное развитие средств по ее обработке.
Прежде всего, следует отметить, что окружающий мир материален, то есть существует независимо от сознания индивида. Предметы материального мира, как живые так и неживые, не являются изолированными, но взаимодействуют друг с другом. Однако характер этого взаимодействия для неживых предметов кардинально отличается от того взаимодействия, которое характерно для живых существ. Влияние друг на друга неживых предметов предопределяется исключительно протеканием физических, химических и иных объективных реакций. У образований «мертвой материи» отсутствует возможность самостоятельного поведения.
Живые существа обладают возможностью совершать действия, напрямую не обусловленные воздействиями окружающего мира, но направленные на поддержание и продолжение их жизненного цикла в условиях изменяющейся окружающей среды. Такие действия можно назвать «поведением». Признаки поведения наиболее заметны для высокоразвитых организмов и менее очевидны для простейших живых образований, которые находятся на «границе» между живым и неживым мирами.
Основная цель поведения, как говорилось ранее – обеспечить сохранение организма (или совокупности организмов) в условиях изменения обстановки. Но прежде всего организм должен иметь возможность воспринять факт самого изменения. Пока никакого сигнала не поступило, организм не имеет оснований для изменения поведения, он пребывает в состоянии неопределенности относительно свойств окружающего мира. Но как только получен сигнал, в той или иной форме запускается механизм защитного реагирования – пчелы слетаются на запах меда, бутоны цветов закрываются перед началом дождя, армейское подразделение занимает свои позиции, участники торгов на бирже продают или покупают акции.
Информация и является тем самым сигналом, который поступает к живому организму из окружающего мира и позволяет ему совершать или не совершать определенные действия в зависимости от показателей окружающей среды в текущий момент времени, относительно которых у организма, благодаря сигналу, имеется определенность.
Таким образом, информацию можно охарактеризовать как форму взаимодействия между живым и неживым миром.
Если простейшие организмы способны только воспринимать информацию, то более развитые формы жизни также обладают сознанием – свойством, которое позволяет хранить и обрабатывать информацию. Благодаря сознанию организм способен правильно реагировать на изменения окружающей обстановки, даже если сигнал перестал действовать или дошел до получателя в искаженном виде.
Высшей формой сознания является разум, то есть способность создавать и обрабатывать сведения, которые не могут поступить от предметов материального мира (абстрактное мышление).
Таким образом, информацию можно определить как любой сигнал (независимо от его физической природы), исходящий от объектов материального мира, на основании которого субъекты поведения могут совершать определенные самостоятельные действия. В широком смысле информация является способом взаимодействия между материальным миром и сознанием.
Этапы развития информационных технологий
Человек выделяется из животного мира, прежде всего, своими уникальными возможностями по обращению с информацией. В ходе своей жизнедеятельности он постоянно осуществляет ее поиск, сбор, хранение, обработку, предоставление, распространение. Для этих видов деятельности человек вырабатывал определенные процессы и методы, совершенствовал способы их применения. В настоящее время процессы и методы выполнения операций с информацией, а также способы их практической реализации носят название информационных технологий[3].
На протяжении развития человечества можно отметить несколько наиболее существенных этапов, которые ознаменовали собой переход информационных технологий на качественно новый уровень[4]:
I этап – возникновение членораздельной речи. Этот этап можно назвать стартовым. Именно речь сделала возможным информационный обмен между субъектами, причем позволила передавать сведения не только о конкретных, но и об абстрактных предметах.
II этап – появление письменности. На данном этапе появилась возможность перевести информацию на материальный носитель, что позволило наладить информационный обмен не только при непосредственном взаимодействии субъектов друг с другом, но даже при их проживании в различные временные периоды. Резко возросла сохраняемость информации, возможности по ее сбору, предоставлению и пр.
III этап – появление книгопечатания. Для указанного этапа характерно создание условий для действительно массового доступа людей к информации. На качественно новый уровень перешли процессы копирования и распространения информации.
IV этап – появление технических устройств, обрабатывающих информацию, которые сохраняют сведения в формализованном виде на носителе определенного типа, производят их кодировку-декодировку, передают, принимают и фиксируют на носителе того же типа. Возникшие на данном этапе информационные технологии решили задачу мгновенного информационного обмена, сделали доступным копирование и обработку практически неограниченных объемов информации, существенно повысили возможности по ее поиску и сбору.
Технические средства для хранения, обработки и передачи информации
Эволюция человеческой цивилизации самым тесным образом связана с развитием орудий труда. Именно благодаря этим орудиям человек преобразует окружающий мир для удовлетворения своих разнообразных потребностей.
Однако не следует забывать, что орудия труда – также вещи материального мира. Их взаимодействие с предметами труда предопределяется законами протекания физических, химических и иных реакций. Поскольку они не зависят от человека, ему приходилось прикладывать постоянные усилия, чтобы удерживать это взаимодействие в тех рамках, которые необходимы для получения желательного результата.
Способность замечать эти рамки, умение понять, когда взаимодействие должно начаться, когда оно должно быть изменено или прекращено, определяет степень профессионального мастерства работника. Опытные мастера ценились во все времена, и их руками создавались подлинные шедевры ремесла, однако основывать на них массовое производство было невозможно.
Проблема выпуска качественной продукции в больших масштабах была бы решена, если бы у орудий труда появилась возможность, которой традиционно обладали живые существа – воспринимать сигналы об изменяющейся обстановке и предпринимать соответствующие действия. Подобными свойствами обладали автоматические устройства, из которых первым можно признать ловушку для мамонтов. По мере развития материального производства сфера применения автоматических устройств росла, расширялась. Соответственно, расширялись и стоящие перед автоматическими устройствами задачи. Становились разнообразнее сигналы, которые должны были воспринимать устройства, усложнялись требуемые от них действия. В конечном счете, встал вопрос о создании таких устройств, способных взаимодействовать с окружающим миром на том же уровне, что и человек.
Основная проблема заключалась в том, что у обычных автоматических устройств определенному сигналу соответствует также одно заранее определенное действие. Иначе говоря, обычное автоматическое устройство не способно к «поведению». Требовалось создать устройство, которое могло бы не только получать информацию, но и обрабатывать ее – то есть, на основе полученного сигнала оценивать сведения об окружающей обстановке и совершать одно из нескольких возможных действий. Следствием этих требований являлась также способность к хранению информации – иначе устройство не могло бы оценить, насколько изменилась обстановка.
Результатом работы по разработке такого устройства явилось создание электронно-вычислительной машины (компьютера).
Таким образом, электронно-вычислительная машина (ЭВМ, компьютер) является результатом развития автоматических устройств, и ее отличительной чертой является способность не только воспринимать сигналы из окружающего мира, но и обрабатывать эту информацию.
ЭВМ: принцип действия, понятие, классификация
В силу предъявляемых требований ЭВМ должна была иметь:
• устройство для получения (ввода) информации;
• устройство для хранения информации (память);
• устройство для обработки информации (включает в себя два компонента: 1) арифметическо-логическое устройство, предназначенное для оценки ситуации и 2) устройство управления, предназначенное для выбора способа поведения);
• устройство для вывода результатов обработки информации.
Работа компьютера происходит следующим образом:
– устройство ввода информации воспринимает сигнал и преобразует его в устройство обработки информации;
– устройство обработки информации (арифметически-логический блок) преобразует сигнал в машинно-читаемый код, который передается в блок управления;
– блок управления разделен на ячейки, в каждой из которых «находится» определенная команда, способная производить действия с информацией;
– полученный сигнал активизирует команду из первой ячейки, которая может исполнять какую-либо из следующих операций:
• выполнение логических или арифметических операций с помощью арифметически-логического блока;
• чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций;
• запись результатов в память;
• ввод данных из внешнего устройства в память;
• вывод данных из памяти на внешнее устройство.
– после выполнения команды из первой ячейки активизируется следующая ячейка с другой командой. Однако этот линейный порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Они заставляют устройство управления активизировать ячейки не одну за другой, а переходить туда, где находится необходимая для решения данной задачи команда.
– после выполнения последней команды результаты обработки информации выводятся на внешнее устройство.
Очевидно, что способности машины в целом определяются количеством ячеек в блоке управления и объемом содержащихся в них команд. Чем больше ячеек – тем больше команд, тем больше задач может решать машина. Например, в калькуляторе количество ячеек невелико, команд по обработке информации там немного. Поэтому калькулятор может работать с числовыми данными, но не способен производить операции с текстовыми или визуальными данными.
Необходимо отметить, что перед создателями первых вычислительных машин стояла проблема – должны ли устройство для хранения информации (память) и устройство для ее обработки находиться в разных аппаратах, или лучше их объединить.
У каждого решения были свои положительные и отрицательные качества.
Разделение памяти и управления позволяло упростить программирование, снижало возможность сбоев, облегчало работу пользователей. На первой машине, в которой память и управление разделялись («Марк I», разработанной в Гарвардском университете), данные хранились в электромеханических устройствах, а программы вводились с помощью перфорационных лент. Разумеется, операции с данными и операции с программами приходилось осуществлять по-разному. Однако это же повлекло увеличение размеров машины и появление дополнительных сложностей в ее обслуживании. Поскольку идея была выдвинута преподавателями Гарвардского университета (главный разработчик – Говард Эйкен), то принцип разделения «памяти» и «программы» в рамках вычислительного устройства получил наименование «гарвардской архитектуры».
Напротив, группа ученых Принстонского университета, членом которой являлся известный американский математик венгерского происхождения Джон (Янош) фон Нейман[5], полагала, что «память» и «программы» должны находиться в одном аппаратном устройстве. То есть, команды и числа, которые с помощью этих команд обрабатываются, находятся в одинаковых ячейках, которые последовательно обрабатываются. Это, в свою очередь, требовало, чтобы как данные, так и команды по их обработке, писались на одном и том же языке, причем и над программами, и над данными можно было выполнять одни и те же операции. Данный принцип, именуемый «принципом единства памяти», стал отличительным признаком «архитектуры фон Неймана».
Уязвимым местом неймановской архитектуры являлось введение данных. Устройство Эйкена могло принимать данные в привычной для человека десятичной форме исчисления. При такой форме все числа описываются с помощью десяти различных знаков – от 0 до 9.
Архитектура Неймана этого не позволяла. Но для решения проблемы группой Неймана был найден оригинальный путь, который, в конечном счете, и предопределил почти повсеместную победу «неймановской архитектуры», а также привел к появлению компьютера в традиционном понимании.
Этот путь заключался в использовании двоичного кода. При двоичном коде все числа записываются с помощью двух знаков – 0 и 1. В двоичном коде нулю соответствует 0, единице – 1, а вот число «2» в двоичном коде пишется как «10». «3» выражается «11», «4» – это 100 и т. д.
Существенным достоинством двоичного кодирования является то, что оно позволило «материализовать» информацию, перевести ее из области абстрактного сигнала в область «материала», который может быть подвергнут обработке с помощью технических средств. Сигнал либо есть (1), либо его нет (0). «Память» компьютера состоит из огромного количества элементарных электромагнитных устройств, которые либо испускают электрические импульсы (что для устройства обработки является 1), либо не испускают (это дает 0). Если сигнал меняется с 1 на 0, это означает уменьшение числа, то есть вычитание, а если с 0 на 1 – это сложение. Конечно, запись даже небольшого числа вроде 32 и арифметических операций с ним в двоичном коде выглядит очень громоздко, но скорость считывания сигналов уравновешивала все недостатки.
Первоначально элементарные устройства были заметных размеров, и считывание сигналов с них было относительно долгим. Но широкое внедрение полупроводников, микросхем и пр. позволили кардинально уменьшить размеры вычислительных устройств и одновременно повысить их быстродействие.
Тем не менее, вплоть до настоящего момента все компьютеры, как и их далекие предшественники, могут только складывать и вычитать числа, записанные в двоичном коде, но делают это гораздо быстрее.
Следует отметить, что использование двоичного кода далеко не сразу было признано единственно верным решением. Как уже говорилось, имелись варианты систем, работающих в десятичной системе. Можно также упомянуть оригинальный эксперимент, осуществленный в СССР при создании вычислительного устройства, работающего в троичном коде (машина «Сетунь»[6]).
Благодаря двоичному коду появилась не только возможность аппаратной обработки информации. Ее стало возможным измерить. Элементарной единицей информации является бит. Он означает либо отсутствие сигнала (0 бит), либо наличие сигнала (1 бит). Соответственно, 1 в двоичном коде – 1 бит информации.
Но если компьютер как аппаратное устройство оперирует именно битами, то человек как пользователь должен пользоваться более привычными ему символами. Опытным путем было установлено, что все символы могут быть описаны для компьютера числами двоичного кода, не превышающими 8 разрядов (всего 256 чисел). Иначе говоря, символ (буква, пробел, цифра) может быть описан с помощью 8 бит. Это количество информации получило наименование «байт». Например, если в произведении 32 000 знаков (включая пробелы, можно сказать, что его информационный объем составляет 32 000 байт).
Следует отметить, что образование кратных единиц измерения количества информации несколько отличается от принятых в большинстве наук. Традиционные метрические системы единиц в качестве множителей кратных единиц используют коэффициент 10n, где n = 3, 6, 9 и так далее, что соответствует десятичным приставкам Кило (103), Мега (106), Гига (109) и так далее. Поскольку компьютер оперирует числами не в десятичной, а в двоичной системе счисления, в кратных единицах измерения количества информации используется коэффициент 2n. Поэтому кратные байту единицы измерения количества информации вводятся следующим образом:
1 Кбайт = 210 байт = 1024 байт
1 Мбайт = 210 Кбайт = 1024 Кбайт
1 Гбайт = 2 10 Мбайт = 1024 Мбайт
Современный компьютер, построенный по принципу «архитектуры Неймана», состоит из следующих основных элементов:
Для большинства пользователей устройствами ввода служат клавиатура, джойстик, дисководы, видеокамеры и пр. Устройствами вывода являются монитор или принтер.
Процессор объединяет в себе устройство управления и арифметически-логическое устройство. Он постоянно находится в рабочем состоянии благодаря имеющемуся у него элементу питания. Но устройств для хранения данных (памяти) у него нет[7]. Поэтому он конструктивно объединен с «внутренней памятью» – ОЗУ, RAM (оперативным запоминающим устройством, оперативная память). В отличие от процессора, ОЗУ зависит от внешнего питания, поэтому, когда подача энергии на ОЗУ прекращается, прекращается и функционирование процессора – ему неоткуда брать данные. Но благодаря объединению в один блок взаимодействие процессора с оперативной памятью происходит очень быстро. Все процессы обработки информации происходят именно в ОЗУ. Поэтому большой объем оперативной памяти является весьма существенным фактором быстродействия. Если же для выполнения команды требуется обработать больший объем данных, чем позволяет оперативная память, в работе компьютера наступает сбой. Информация, которая хранится в ОЗУ, уничтожается после выключения компьютера.
В ОЗУ следует отметить специальный блок «постоянной памяти» (ПЗУ). Оно представляет собой микросхему, в которую данные записываются один раз при изготовлении на заводе и практически не могут быть изменены впоследствии. Данные, заложенные в эту микросхему, именуются БИОС (базовая система ввода-вывода). Обычно эти данные проще поменять сразу вместе с микросхемой. В ПЗУ хранятся программы, которые компьютер запускает автоматически при включении питания. Они предназначены для проверки исправности и обслуживания аппаратуры самого компьютера. Они также выполняют первоначальную загрузку главной обслуживающей программы компьютера – так называемой операционной системы.
После того, как ОЗУ вместе с процессором заработали, может происходить обращение к средствам долговременного хранения информации – внешней памяти. В отличие от ОЗУ, информация, хранящаяся во внешней памяти, сохранятся после выключения питания. При команде «сохранить результаты работы» данные, находящиеся в ОЗУ, пересылаются во внешнюю память.
Основным носителем внешней памяти компьютера является жесткий магнитный диск (HDD – hard disk drive), который в обиходе называют винчестером[8]. Информация также может храниться на с съемных носителях (дисках, флэш-хранителях и пр.)
Точки для подключения внешних устройств, через которые они могут обмениваться данными с ОЗУ, называются «портами». Порты бывают последовательные (COM), параллельные (LPT) и универсальные последовательные (USB). По последовательному порту информация передается по одному биту, что обуславливает относительно низкую скорость поступления данных. Ранее такие порты использовались для подключения практически всех устройств, но сейчас они уже морально устарели и применяются для подключения в основном модемов и источников бесперебойного питания. В отличие от последовательного порта, у параллельных портов имеется как минимум 8 проводов для передачи информации, что позволяет им одномоментно передавать как минимум 1 байт информации. Через параллельный порт производится присоединение принтера, сканера или соединение двух компьютеров. В настоящее время все производители компьютерной техники переходят на использование USB-портов, обладающих высоким уровнем универсальности.
На основании сказанного можно дать общую формулировку понятия ЭВМ.
ЭВМ (электронно-вычислительная машина, компьютер) – комплекс электронных устройств, позволяющих производить предписанные программой и/или пользователем операции (последовательности действий по обработке информации и управлению устройствами) над символьной и образной информацией, в том числе осуществлять ее ввод – вывод, уничтожение, копирование, модификацию, передачу информации в сети ЭВМ и другие информационные процессы[9]. Современные ЭВМ обрабатывают информацию, выраженную в двоичном коде, которую генерируют сигналы электронных элементных устройств. ЭВМ имеет устройства ввода информации, устройства ее хранения, устройство обработки и устройства вывода результатов.
Компьютерная (машинная) информация
Специфика устройства компьютера предопределяет специфику информации, с которой он оперирует. Она именуется компьютерной (машинной) информацией.
Ее основным признаком является то, что она существует в виде электрических сигналов. Это свойство лежит в основе ее нормативных определений. Так, согласно ч.1 Примечания к ст. 272 УК РФ, под компьютерной информацией понимаются сведения (сообщения, данные), представленные в форме электрических сигналов, независимо от средств их хранения, обработки и передачи.
Однако данное определение является слишком широким. Оно, в частности, позволяет признать компьютерной информацией даже сигнал, передаваемый между двумя обычными проводными телефонами. Это дает формальные основания признать прослушивание такого телефона с записью разговора деянием, имеющим признаки ст. 272 УК – неправомерный доступ к компьютерной информации.
Поэтому во избежание коллизий следует исходить из того, что компьютерной информацией являются сведения, представленные в виде электрических сигналов, доступных для восприятия средствам компьютерной техники, хранящиеся на машинном носителе или передаваемые по компьютерной (информационно-телекоммуникационной) сети[10].
Структуру компьютерной информации формируют, как и для любого вида информации, содержание и материальный носитель. Содержание компьютерной информации представляют собой электрические сигналы двоичного кода. К материальным (машинным) носителям следует отнести компьютеры, внешние носители информации (диски, флеш-карты, накопители и пр.), периферические устройства (принтеры, модемы, средства сетевой связи).
Компьютерная информация может быть условно разделена на два основных типа – исходные данные и команды для обработки данных. Исходные данные – та информация из окружающего мира (числовая, звуковая, текстовая, графическая и пр.), которая преобразуется в машиночитаемую форму и вносится в память компьютера с целью совершения с нею определенных операций. В свою очередь команды изначально существуют в виде машиночитаемого кода и их задача – совершать те или иные процессы с исходными данными, чтобы получать желательный пользователю результат. Совокупность команд иначе называют программными средствами.
Кроме того, с точки зрения местонахождения, компьютерная информация может быть поделена на данные (информация, находящаяся в памяти ЭВМ, периферийных устройств и внешних носителей) и сообщения (информация, находящаяся в информационно-телекоммуникационной сети). Следует отметить, что физически выделить предмет, на котором находится сообщение, невозможно. Оно как бы «размазано» в пространстве. Тем не менее, существует возможность перехвата сообщений и преобразования их в данные.
Классификация компьютеров. Направления их развития
Возникнув, вычислительные устройства начали стремительно развиваться. Менялась их элементная основа, росли объемы памяти и быстродействие процессоров, уменьшался размер. По мере роста возможностей ЭВМ, росли и их функции. Создаваемые машины, сохраняя базовый принцип работы и архитектуру, становились все разнообразнее.
В настоящее время существует несколько критериев для классификации.
Одним из основных критериев классификации является деление по характеру обрабатываемой информации. Она может быть дискретной (то есть, разбитой на маленькие единички) и недискретной (то есть такой, какой существует в окружающем мире). Машины, работающие с дискретной информацией, именуются цифровыми. К этой категории относится подавляющее большинство современных компьютеров, работающих на двоичном коде. Машины, которые могут оперировать недискретной информацией, называются аналоговыми. Они более удобны для пользователя, и первые ЭВМ были именно аналоговыми[11]. Однако у цифровых компьютеров, построенных на архитектуре Неймана, было преимущество компактности, дешевизны и быстродействия. В то же время, не следует забывать, что мозг живого существа, в том числе человека, также действует по принципу аналоговой ЭВМ.
Другим критерием является классификация ЭВМ по поколениям[12]. Различаются ЭВМ:
• первого поколения, построенные на электронно-вакуумных лампах;
• второго поколения, построенные с использованием транзисторных элементов;
• третьего поколения, основанные на использовании интегральных микросхем;
• четвертого поколения, выполненные с использованием больших интегральных микросхем и микропроцессоров.
Другим критерием для классификации является сфера применения ЭВМ. По данному критерию компьютеры делятся на:
• универсальные, то есть способные решить любую задачу, которая может быть выражена в виде программы, в рамках разумных ограничений, накладываемых аппаратными характеристиками;
• специализированные, предназначенные для решения одной задачи или узкого круга задач (например, баллистические вычислители, бортовые компьютеры, игровые приставки).
• Также ЭВМ можно делить по назначению. С точки зрения данного критерия среди ЭВМ выделяются:
• сервер – компьютер, выделенный из группы персональных компьютеров (или рабочих станций) для обеспечения другим устройствам доступа к данным без непосредственного участия человека;
• рабочая станция – комплекс аппаратных и программных средств, предназначенных для решения определённого круга задач. Обычно представляет собой компьютер, конструктивно объединенный со вспомогательными устройствами ввода-вывода информации (например, комплект оборудования для оператора беспилотного летательного аппарата);
• персональный компьютер – компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем.
Одним из основных критериев для классификации компьютеров является их быстродействие – количество операций, которые машина способна исполнять за единицу времени – обычно за секунду. По данной классификации ЭВМ делятся на:
• суперЭВМ, которые обладают быстродействием не менее нескольких сотен миллионов операций в секунду. СуперЭВМ создаются путем синхронизации (параллельной обработки данных) многих мощных компьютеров. По состоянию на июнь 2013 года самым мощным в мире считается компьютер «Млечный путь – 2», созданный в Национальном университете оборонных технологий Китая со скоростью 33 860 триллионов операций в секунду[13]. В РФ самым мощным суперкомпьютером является машина «Ломоносов», установленная в МГУ им. М.В. Ломоносова. По состоянию на ноябрь 2013 года она занимает 38 место в международном рейтинге суперкомпьютеров[14] с быстродействием 674,11 триллионов операций в секунду и является 9-ой в Европе;
• большие ЭВМ или мэйнфреймы (Mainframe). Это мощные машины, которые, однако, уступают суперкомпьютерам и обладают производительностью в пределах 200 млн. – 1 млрд. операций в секунду. Большие ЭВМ обычно используются в качестве серверов для обеспечения работы крупных организаций (больших бирж, центров управления полетами и пр.);
• микроЭВМ, обладающие производительностью не более 200 млн. операций в секунду. К этому классу относится подавляющее большинство современных персональных компьютеров, включая ноутбуки, палм-топы (наладонники) и пр. К микроЭВМ также можно отнести микроконтроллеры, которые представляют собой комплексные устройства с блоками ввода-вывода информации и блоком обработки информации, но возможности последнего ограничены и пригодны для решения узкого круга задач. К микроконтроллерам можно отнести устройства промышленной автоматики, баллистические вычислители и пр.
В настоящее время перспективы развития компьютерной техники идут в двух направлениях:
• совершенствование элементной базы ЭВМ;
• совершенствование взаимодействия компьютера с пользователем.
Элементная база совершенствуется, прежде всего, за счет уменьшения элементов, несущих единицу информации (бит). Уже в настоящее время созданы материалы, в которых изменять свое состояние может каждая молекула – например, углеродные нанотрубы[15]. То есть, каждая молекула может быть носителем информации – 0 или 1. Благодаря этому размеры вычислительных устройств и элементов памяти можно радикально уменьшить, а значит, в прежний объем вычислительных устройств можно уместить гораздо большее количество «думающих единиц», и, заставив их работать параллельно, значительно повысить производительность.
Большие возможности для совершенствования элементной базы открывает возможность использования квантовых эффектов. Теоретическим пределом работы классических вычислительных систем является использование в качестве носителя информации (бита) одного атома, обладающего определенным зарядом. Далее возможен переход только на субатомарные частицы, однако на этом уровне материя утрачивает привычное деление на «вещество-энергию». Тот же электрон является одновременно и частицей, и волной, следовательно, его положение в пространстве не может быть четко определено, а значит, не может быть использовано для передачи информации. Именно наличие положительного заряда у протона стабилизирует электрон и удерживает его в довольно ограниченной пространственной области – вокруг атомного ядра. Однако такая нестабильность субатомарных частиц позволяет с их помощью выражать одновременно несколько показателей. Если классическая элементная единица компьютера, работающая в двоичном коде, может обладать показателями либо «0», либо «1», то элементная единица, построенная на квантовом принципе (для нее уже придумано название – кубит), может в одно и то же время обладать значениями и «0», и «1», а, возможно, и иных показателей. То есть, в одну единицу времени могут параллельно идти несколько вычислительных процессов. С другой стороны, нестабильность квантовых частиц в пространстве-времени делает затруднительным использование обычного математического аппарата, поэтому для квантовых компьютеров потребовались принципиально иные алгоритмы работы, причем они оказались гораздо более громоздкие, чем классические. В настоящее время существует лишь несколько задач, с которыми модель квантовой ЭВМ могла бы справиться эффективнее классического компьютера.