Русский | English   поискrss RSS-лента

Главная  → Документы и публикации  → Материалы конференций  → Материалы Международной конференции - SoRuCom-2011  → Этапы развития информатики в нашей стране – от машинных залов к облачным вычислениям

Этапы развития информатики в нашей стране – от машинных залов к облачным вычислениям

Начало 1970х годов прочно ассоциировало Электронно-Вычислительные Машины с наукой. Сейчас аббревиатура ЭВМ почти не используется, а тогда с этими буквами связывались ученые в белых халатах, шкафы с ячейками памяти, тускло светящимися электронными лампами, работа за пультом вычислительной машины в специальном зале с кондиционированным воздухом и системами специального пожаротушения. Это было сродни мифическому управлению атомным реактором или синхрофазотроном. Моего одноклассника в ФМШ Новосибирского Академгородка Николая Дудорова снимали кинооператоры, поставив «для антуража» невысокого Колю на скамеечку. Сама Машина занимала большой зал – нам рассказывали, что ее привезли в нескольких вагонах. Конечно, такая техника была доступна лишь самым некоторым избранным, особенно важным Институтам Академии Наук, поэтому архитекторы Академгородка предусмотрели специальное здание Вычислительного Центра посредине Проспекта Науки. Предполагалось, что два десятка расположенных рядом научных учреждений будут основными потребителями дефицитного ресурса – машинного времени. А отдельные научные направления, требующие особенно больших вычислительных ресурсов разместятся рядом с ЭВМ на этажах ВЦ.

В самом деле, став стажером-исследователем в соседнем Институте Ядерной Физики, я ежедневно пересекал Проспект Науки, приходя за распечатками и занимаясь подготовкой перфокарт. Перфокарты сдавались в окошечко дежурной сотруднице ВЦ, распечатка с результатом могла быть получена на следующий день. Кроме того, в ряде случаев мы обращались в группу КСИ-БЭСМ – лабораторию самого ВЦ, занимавшуюся по нашим запросам расчетами траекторий электронных пучков. КСИ-БЭСМ – Компилирующая Система для Большой Электронно-Счетной Машины – несколько кандидатов наук во главе с доктором Котовым – была вооружена читалками перфокарт – картонной карточкой, облегчающей чтение задаваемых КСИ-БЭСМ параметров. Умение задавать программе параметры расчета, и уж тем более программирование, то есть составление программ на машинных языках или на языках высокого уровня – Алголе, Фортране, Коболе – было чем-то из области почти фантастики.

Узкие специалисты в машинных языках говорили о двух- и трехадресных машинных командах и даже посягали на святая святых - двоичный код: в МГУ разрабатывали троичную ЭВМ. Приехавший в Дом Ученых Академик Глушков сделал доклад о перспективах безбумажной технологии – увы! – это все и сейчас еще из области фантастики.

В те годы вспыхивали модные тогда дискуссии о возможности машинного перевода, о том, может ли машина мыслить – ведь сама по себе мысль и средство ее отображения – язык очень близки... Фантасты предсказывали, что мыслящие машины превзойдут их творца, человека, но скептики останавливали их тем аргументом, что даже перевод с одного человеческого языка на другой станет возможным лишь через сотни лет.

Замечу здесь вкратце, что сегодня и в самом деле компьютерный перевод, особенно по хорошо знакомой профессиональной тематике значительно хуже перевода человека. Но сам я, переводя с английского на русский язык (а еще чаще в обратном направлении или с другим языком) нередко поглядываю на страницу перевода, сделанного в Интернете – так легче подбирать фразы.

В середине 70х в конференц-зале ИЯФ на встрече с Академиком А. П. Ершовым я впервые услышал термин информатика. Откровенно говоря, тогда мне использование этого слова казалось всего лишь «наукообразием», а интересен был скорее рассказ Андрея Петровича о встречах с его американским коллегой Мак Кракеном (книга Мак Кракена о программировании на Фортране была для нас настольной). Андрей Петрович рассказывал, что профессор Мак Кракен, готовясь к чтению лекции, заносит ее текст в ЭВМ, а на следующий день его студентам не нужно делать конспекты – они получают их в виде распечатки. Тогда это звучало так же фантастично, как машинный перевод.

Андрей Петрович говорил о поколениях ЭВМ – на базе ламп, транзисторов, о том, как изменятся параметры памяти и быстродействия в будущем со сменой элементной базы. Действительно, на смену лампам и транзистором пришли интегральные схемы. Сегодня говоря о мега- и гигабайтах уже никто кроме инженеров – специалистов по полупроводниковым приборам не связывает эти цифры с количеством транзисторов, приходящихся на кубический миллиметр. Говоря о поколениях информационных машин, мы просто связываем такие цифры с объемом хранящейся и обрабатываемой информации, сопоставляем их с типичным размером файлов, с которыми имеем дело – с текстами документов, фотографиями. А значит, скорее, связываем технические параметры компьютеров с социальными аспектами. Давайте же проследим за развитием вычислительной техники за последние десятилетия в нашей стране, посмотрим, как влияли технологии на повседневную жизнь, и что сулят нам эти изменения в последующие годы.

Конец 70х – 80е годы прошлого века отмечен как успех мини-ЭВМ. Взамен больших машин – оригинальных российских (Минск, Урал) и отечественных аналогов знаменитых ИБМ (ряд ЕС ЭВМ), пришли машины, занимавшие только один шкаф – машинную стойку. В эту стойку помещались и диски, и процессор, и оперативная память, содержавшая фрагменты информации, хранящейся на более медленных дисках. В это время в моем родном институте появилось 5 залов, в которых рядами стояли шкафы, обслуживающие отдельные лаборатории или группы исследователей. Пользователи работали уже не с колодами перфокарт и распечатками, а сидели за видеотерминалами, вынесенными из машинного зала прямо на рабочие столы. Их обслуживание все еще требовало специфических навыков, регулярных регламентных работ и ремонта. Поэтому каждому залу была придана группа специалистов – электронщиков и программистов.

Работая в такой группе обслуживания, мы увидели, что чаще всего дело не в умении излагать свои научные мысли на том или ином языке программирования. Сами по себе программные системы становились все сложнее и сложнее, их создание было связано с десятками, сотнями и даже многими тысячами человеко-лет. В появившейся в те годы классической книге американского специалиста по программным проектам Брукса-младшего говорилось о том, что история создания программных проектов подобна трагической истории динозавров, тонущих в асфальтовых болотах. В нашей стране коллективы были не в состоянии объединить в единый проект даже десяток человеко-лет.

Группы энтузиастов то возникали на обломках прежних направлений работ, то разваливались из-за причуд финансирования. Наступала перестройка, и объединить усилия десятков инженеров, скоординировать их работу на протяжении многих лет в условиях распадавшегося Советского Союза было просто невозможно. Так настало время «клонирования» и «освоения». Ведь локализовать заокеанские программы – нередко нелегально, то есть с нарушением международных прав интеллектуальной собственности, было несопоставимо дешевле, чем строить сложную «многослойную» систему самим. Но еще больший вред приносили «улучшатели» - те, кто делал копируемую систему «чуть-чуть лучше» в одном из базовых слоев, не задумываясь о тех, кто будет строить следующий уровень прикладных систем. Казалось бы, незначительно изменив архитектуру (систему команд, добавив новые привлекательные возможности совсем немного изменив «оригинал») горе-улучшатели тем самым отметали богатые – теперь уже недоступные - наработки. В последующие десятилетия появился яркий образ: соотношение стоимости между аппаратурой и работающим на ней программным обеспечением подобно стоимости товара и его упаковки. Забегая вперед, замечу, что в ближайшие десятилетия программные системы, очевидно, станут не более чем «упаковкой» для хранящейся в том или ином формате информации.

Трудность была не столько в том, чтобы рядовым пользователям освоить премудрости архитектуры ЭВМ и научиться программировать, а в умении пользоваться сложными – сегодня сказали бы информационными системами. Тогда еще не очень хорошо научились прятать сложность внутреннего устройства системы от использующего ее человека (сегодня бы сказали – интерфейс) и нужен был специалист-переводчик. Мы и были такой группой переводчиков.

Другой важный аспект применения программно-аппаратных комплексов – их надежность. Мой коллега опубликовал статью в журнале «Вопросы философии» о том, что существование вычислительной техники, вообще, возможно лишь при очень низкой (10-5 и меньше) вероятности ошибки при копировании информации с одного носителя (к примеру – магнитной ленты или диска) на другой. Способом повышения надежности стала избыточность в кодировании информации. Каждый байт данных сопровождался одним или несколькими дополнительными битами, содержащими контрольную сумму. Это позволяло создавать коды исправляющие ошибки, то есть при появлении сбоя аппаратура сама могла обнаружить неправильные данные и исправить их. Вначале 90-х мне довелось работать рядом с инженерами фирмы Digital Equipment Corporation, сформировавшими технологию RAID, позволившую ценой минимально возможного дополнительного (избыточного) дискового пространства существенно уменьшить вероятность потери данных. Впоследствии эта же технология стала повсеместно использоваться для устройств оперативной памяти, а также при передаче данных по каналам связи.

Вслед за переносом видеотерминалов из машинных залов к пользователям, прямо к ним перенесли некоторые периферийные устройства – печатающие, непосредственно управляющие аппаратурой и получающие данные с датчиков. Конечно, для управления этим хозяйством потребовались контроллеры и микро-ЭВМ – вначале из «электротехнических» соображений, для уменьшения кабельных трасс, а потом и как ЭВМ на местах. У нас для этой цели повсеместно стали использовать машины «Электроника-60» размером с ящик стола. Перераспределение вычислительной мощности между центральной машиной – (сервером) и периферийными ЭВМ (клиентами) и посейчас предмет «дискуссий» и «течений развития». Взять хотя бы концепцию тонкого клиента – периферийной машины, являющейся только и исключительно устройством для связи с информационными ресурсами на сервере.

В конце 70х годов в соседнем Институте Автоматики под руководством академика Нестерихина построили здание с архитектурой «Кащеева яйца» (позже эта идея неоднократно появлялась в проектах различных Центров Коллективного Пользования): в геометрическом центре помещается дефицитный вычислитель, а помещения вокруг занимают клиенты – пользователи этого ресурса. Знакомая архитектурная идея, не так ли? В основе ее все та же мысль: если скорость распространения информации в пространстве ограничена, то надо разместить клиентов-получателей информации как можно ближе к источнику. Лучшая геометрическая фигура для этого – круг, в пространстве – шар, а дефицитный ресурс - вычислитель - в центре. Однако теория ограничивает скорость распространения сигнала скоростью света. На практике пропускная способность информационного канала ограничена природой передаваемого сигнала и тем, как он используется получателем. Если передаваемый сигнал – просто бит данных, который служит «спусковым крючком», а получатель сам знает, как его обрабатывать, то скорость канала ограничена, лишь скоростью свете в вакууме 300 000 км/сек. Сопоставив эту цифру со временем реакции человека (секунды) и размерами микрорайона или здания (сотни метров - километр), легко понять их несопоставимость. Если вы передаете картинку по отдельным точкам – попиксельно – то время передачи зависит от разрешения дисплея, от количества точек на квадратный сантиметр рисунка изображения. Говоря о трехмерных изображениях, мы будем говорить о рендеринге – раскраске получаемого изображения. В 1982г в лаборатории С.Л. Мушера из Института автоматики мне рассказали о «туманной дымке» - сдвиге спектра удаленных предметов в серо-голубую часть видимого спектра, требующей огромных вычислительных ресурсов. Интеллектуальные возможности приемника позволяют существенно сократить объем передаваемой информации. Требования к каналу связи сокращаются с использованием кодирования-декодирования информации на приемном и передающем концах. А значит, речь идет не столько о длине и электротехнических характеристиках среды распространения сигнала, сколько о балансе этих характеристик и «интеллектуального уровня» приемно-передающих устройств. За прошедшие десятилетия технологии в этой области совершили гигантский скачок, но как же часто мы видели (и видим!) несоблюдение баланса между «интеллектом» вычислительных машин и каналами связи. И как следствие – странная строительная архитектура.

Но вернемся в 80е годы прошлого века. Благодаря Министерствам электронной промышленности и Приборостроения, а главное – усилиями инженеров – электронщиков и программистов были разработаны ЦДР (цветной дисплей растровый) и даже клон ЭВМ ОДРА-1325– Одренок, помещавшийся как стандартный блок аппаратуры КАМАК рядом с другими электронными блоками прямо в радиостойке вместе с другими электронными приборами. Дело в том, что появившаяся к тому времени в нашей стране элементная база позволяла поместить весьма значительный «интеллект» внутрь нескольких интегральных микросхем, управляющее устройство теперь помещалось на одной-двух платах. Это была уже полнофункциональная ЭВМ, но гораздо важнее, что основные компоненты программной среды – операционная система, транслятор, текстовый редактор, библиотеки системных программ были также созданы «в домашних условиях» небольшой группой специалистов. Было изготовлено несколько сотен Одрят. Эта история сродни легендам о разработке первых ЭВМ Hewlett-Packard или ОС UNIX в гараже. Думаю, эти легенды созданы маркетинговыми подразделениями соответствующих коммерческих компаний, но протекавшая на моих глазах история Одрят – правда[1]. Думаю, сейчас с усложнением современных информационных систем подобные самоделки – такая же фантастика, как созданный алхимиком философский камень или эликсир бессмертия.

Само по себе появление надежных, компактных, а главное – относительно дешевых ЭВМ попавших в круг персональных устройств породило множество непростых, подчас драматических историй. Президент и основатель Digital Equipment Corporation Кен Олсен неосторожно сказал: «Я не могу себе представить использование ЭВМ в личных целях». Эта фраза стала причиной его отставки и распада DEC через 15 лет. Фирма ИБМ, породившая целый класс ИБМ совместимых персональных компьютеров не смогла угнаться за множеством молодых агрессивных компаний, но что гораздо более важно – отстала от разработчиков программного обеспечения, в частности, от Микрософт. Специалисты в области ЭВМ утратили ореол «посвященных» и стали играть, в общем-то, обычную в социальном отношении роль посредников между различными группами граждан.

Нет нужды останавливаться на развитии компьютерных сетей – от ФИДОнет и АКАДЕМСЕТИ до современного состояния Интернет. С точки зрения обсуждаемых здесь социальных аспектов использования средств вычислительной техники, важно, что круг людей использующих различные информационные ресурсы ЭВМ вышел за пределы одного отдельного зала, предприятия, наконец – страны. В то же время, PC реально вошли в повседневный быт практически каждого члена нашего общества. Покупки через Интернет или анализ состояния личного банковского счета, даже использование мобильного телефона – ведь это использование сетевой архитектуры ЭВМ! Даже вычислительной эту технику называют лишь по традиции, ее суть не вычисления, а передача, фильтрация и накопление информации. Согласитесь, что распространённый термин компьютер – калька с английского «вычислитель» – совсем не отражает сущности того, что мы имеем в виду.

Поговорим теперь о Системах Автоматизации Проектирования (САПР) – прикладной области тесно связанной с информатикой. Все те машины и приборы, автомобили, корабли, самолеты, здания и компьютеры – все то, что окружает нас, характеризуя собой уровень развития нашего общества – это результат множества проектов. Уровень и сложность проектируемых разработчиками систем определяется возможностью проектировщиков объединять свои усилия, состыковывать и корректировать проекты в зависимости от реалий производства, материально-технического снабжения, а главное – с опытом предшествующих проектов, их информационным наполнением. Любой проект сегодня – это информационная система, немыслимая без средств вычислительной техники – ЭВМ. Подчас в основу создаваемого проекта кладутся математические модели – гидродинамика, тепловые или прочностные расчеты. Но любой инженер хорошо знает, что в жизни это лишь мизерно малая часть проекта. Бесчисленные согласования, неизбежные человеческие ошибки и их устранение и есть те «асфальтовые болота» в которых нередко тонут проекты- динозавры. А «выживают», то есть доводятся до производства, входят в наш быт те, что используют доступную информацию наилучшим образом.

Типичный проект – атомной электростанции, завода или жилого здания – это многие тысячи деталей. Ошибка в проектировании отдельных деталей приводит к коллизиям – ошибкам проектировщиков, которые в ряде случаев обнаруживаются лишь на более поздних этапах проекта, что приводят к необходимости дорогостоящих переделок, которые, в свою очередь, могут быть не лишены ошибок. Некоторые технологические модули системы САПР позволяют заметно сократить вероятность ошибок и облегчить координацию работ между конструкторскими подразделениями: например, включение в систему модуля 3D позволяет на ранних этапах проектирования легко увидеть ошибки и геометрические нестыковки между частями конструкции, а соединение с системой материально-технического снабжения – увидеть, допустима ли та или иная замена отдельных компонентов и материалов; использование нормативно-справочной подсистемы облегчает контроль и проверку того удовлетворяет ли проектируемое изделие основным требованиям стандартов и отраслевых правил. Возможность работы с архивом завершенных в прошлом проектов позволяет повторно использовать то, что уже прошло проверки, а значит повысить надежность и качество проекта в целом, поднять производительность труда проектировщика. Итак, сам по себе проект и работающие в нем люди – это сложная информационная система. Ее надежность и сама жизнеспособность, как и во всякой системе – это не только надежность и работоспособность отдельных частей системы; важна сбалансированность отдельных частей и связей между ними – каналов связи своевременно передающих нужные данные потребителям и способных исправлять погрешности отдельных элементов.

В последние годы много говорят о компьютеризированном документообороте – административном и инженерном, о применении автоматизированных систем на различных этапах жизненного цикла проекта. Основатель корпорации Майкрософт Билл Гейтс предсказывал, что в будущем появятся микропроцессоры в канцелярских скрепках, они будут сообщать, где находится документ, к которому они прикреплены и что с ним происходит.

Так что же сулят нам современные технологии информационных систем в ближайшем и в более отдаленном будущем?

Последние 5–7 лет нередко можно услышать термин Web 2.0. Так отмечают сейчас активное использование в пользовательском интерфейсе средств мультимедиа – движущихся изображений, звука. Выше мы уже отмечали, что сама по себе передача такого рода данных обязательно требует не только значительной вычислительной мощности порождающих их систем, она возможна лишь вместе с очень производительными каналами связи и нуждается в существенном «интеллекте» компьютера- приемника. Поэтому суть Web 2.0 не столько в форме предоставляемой пользователю информации, сколько в том что, пользуясь широкополосной связью, пользователь легко (и даже незаметно для себя) подключается к удаленным информационным ресурсам, зачастую значительно превосходящим то, что находится рядом с ним в его непосредственном владении.

Еще один термин для обозначения таких систем – облачные вычисления: где-то «в облаке Интернет» находится сервер или множество серверов, разного рода накопители, предоставляющие потребителям нужные данные в удобной для них форме. Суть облачных вычислений в том, что совершенно неважно, где именно находится «вычислитель». Говоря «облачные», мы подчеркиваем, что главное для нас – предоставляемый информационной системой сервис, неважно речь идет о сервере расположенном в соседнем помещении, в другом здании или в другой стране. Ведь дозваниваясь по мобильному телефону, вы не задумываетесь о расположении сотовых ячеек, коммутаторов и прочих архитектурно-технических деталях оператора связи. Важно лишь то, что вы можете «дозвониться» за считанные секунды Видимо этот бытовой пример – образчик ближайшего будущего в развитии информатики в целом.

Как пример, хорошо демонстрирующий применимость (тут правильнее было бы сказать – неприменимость!) облачных вычислений в современных условиях приведу типичные параметры систем САПР:

· количество людей, занятых в проекте – несколько сот, иногда несколько тысяч;

· географическая распределённость коллектива проектантов – от нескольких комнат одного здания до нескольких государств;

· временные рамки – от нескольких недель до десятков лет;

· объем данных используемых в проекте – несколько Гигабайт или Терабайт;

Передача нескольких Гигабайт графических данных при нынешних каналах связи занимает несколько часов. Очевидно, нереально тратить на загрузку проекта в начале каждого рабочего дня несколько часов, но через 2-3 десятилетия или раньше подобное подключение к сложной рабочей модели станет повседневной реальностью, и даже не будет ощущаться как задержка. Вместе с тем и сложность (а значит и объем информации!) будущих проектов тоже повысится. Удастся ли достичь нужного баланса между объемом используемых данных и технологиями их передачи и представления? Возможно, ли будет откорректировать проект во время эксплуатации изделия?

Между тем, в сети Интернет накоплено огромное количество информации о научных разработках и о товарах в магазинах, художественные произведения, музыка и личные данные в социальных сетях и фотоальбомы, и т.д. и т.п. и объем этой информации быстро растет. Более того – растут темпы прироста объема доступной информации: по данным IDC в 2012 году будет создано в 5 раз больше цифровой информации, чем в 2008. Таким образом, хранить и обрабатывать в персональном компьютере или в локальной вычислительной сети разумно лишь то, что слишком медленно было бы получать «из облака», ведь там, как правило, информация полнее и специфичнее для удаленного источника.

Мой британский друг и коллега доктор Дэвид Проберт в статье о социальных перспективах Web 2.0[2] предсказывает, что последствия широкого распространения мультимедийных технологий для общества сопоставимы со значением для человеческой истории колеса, письменности, ткацкого станка и книгопечатания. С появлением письменности связывают такие значительные реализованные проекты как пирамиды в Египте – без него было бы невозможно составить проект и вовлечь в работу над ним тысячи людей. Распространение ткацкого станка породило промышленное производство и товарно-денежные отношения: если в аграрном обществе социальный статус человека определялся его кровью – происхождением, в индустриальном – наследованным или приобретенным капиталом. В постиндустриальном обществе соединенном Web 2.0 – уровнем пройденных учебных курсов, количеством и тематикой сданных экзаменов и полученных сертификатов, опытом работы в соответствующих проектах и отзывами коллег. Множество элементов такого рода связей – компьютерных и человеческих – мы видим уже сейчас. Но будущее потребует от информационных технологий Тера- и Петабайтов данных, передаваемых со скоростью реакции человека – за доли секунды, потребует оперативного взаимодействия членов виртуальных коллективов и управления этими коллективами, потребует новых шагов в науке и практике информ

Примечания

1.См. Соответствующие публикации разработчиков – Тарарышкина, Нифонтова, Левичева, Белова, Пискунова

2. Dr David E Probert – VAZA International Discussion Paper – Strategic Business Planning & Management for the 21st Century. 2007.

Об авторе:

khrapkin@csoft.spb.ru


Материалы международной конференции SORUCOM 2011 (12–16 сентября 2011 года)
Помещена в музей с разрешения автора 9 Декабря 2013

Проект Эдуарда Пройдакова
© Совет Виртуального компьютерного музея, 1997 — 2018