- •Часть I. Естествознание и современный мир 11
- •Часть III. Естественно-научные концепции развития. . . 171
- •Часть IV. Естественно-научные основы современных тех-
- •1.1. Естественно-научные знания
- •1.2. Роль естествознания в формировании
- •1.6. Развитие естествознания и псевдонаучные
- •1.8. Рациональное и иррациональное
- •2.1. Процесс естественно-научного познания
- •1) В основе естественно-научного познания лежит причинно-следствен-
- •2) Истинность естественно-научных знаний подтверждается эксперимен-
- •3) Любое естественно-научное знание относительно.
- •2.2. Формы естественно-научного познания
- •3.3. Концепция атомизма. Дискретность
- •3.4. Фундаментальные взаимодействия
- •3.10. Электромагнитная концепция
- •4.1. Структура атомов
- •43. Вероятностный характер микропроцессов
- •4.5. Ядерные процессы
- •5.1. Сущность концепции развития
- •5.2. Эволюция вселенной
- •6.1. Развитие химических знаний
- •6.2. Синтез химических веществ
- •6.3. Современный катализ
- •6.9. Современные материалы
- •7.3. Структура и функции белков
- •7.5. Происхождение жизни
- •7.6. Предпосылки эволюционной идеи
- •7.9. Человек — феномен природы
- •7.10. Жизнеобеспечение человека
- •8.1. Развитие средств информационных технологий
- •8.2. Современные средства накопления информации
- •8.3. Мультимедийные системы и виртуальный мир
- •8.4. Микро- и наноэлектронная технологии
- •8.6. Современные биотехнологии
- •9.9. Атомная энергетика
- •9.10. Особенности отечественной энергетики
- •10.1. Глобальные катастрофы и эволюция жизни
- •10.2. Предотвращение экологической катастрофы
- •10.3. Природные катастрофы и климат
- •10.5. Сохранение озонового слоя
- •10.7. Потребление энергии и среда нашего обитания
- •10.8. Радиоактивное воздействие на биосферу
- •11.1. Человек и природа
- •11.3. Обновление энергосистем
- •11.4. Эффективное потребление энергии
- •11.6. Экономия ресурсов на транспорте
- •11.8. Решение проблем утилизации
- •11.9. Перспективные технологии и окружающая среда
8.1. Развитие средств информационных технологий
Технологии и естествознание. Технология — совокупность методов
обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья
или полуфабрикатов, осуществленных в процессе производства продук-
ции. Слово «технология» означает, кроме того, научную дисциплину,
изучающую физические, химические, механические и другие закономер-
ности различных производственных процессов. В последнее время это
слово стало ключевым. Часто говорят о технологиях: информационных,
микроэлектронных, химических, генных, биотехнологиях и др. Ощуща-
ется некое «засилье технологий».
Следует различать естественно-научные знания, которые что-то объ-
ясняют, и знания, которые вооружают стратегией и тактикой действий:
одно дело — «я знаю», — другое — «я умею». Вот если «я знаю», то это
фундаментальная наука, если «я умею» — это уже технология, некая со-
вокупность действий, процессов, а также процедура управления дейст-
виями, процессами, регламент, направленный на достижение заранее
предопределенного результата.
Рождение той или иной технологии говорит о высоком уровне зре-
лости соответствующей ей отрасли естествознания, когда она начинает
развиваться быстро и оказывается полезной обществу, становится при-
кладной. В современном обществе развиваются многие виды техноло-
гий, среди которых большое внимание уделяется информационным тех-
нологиям.
Унификация информационных технологий. Удовлетворение все
возрастающих потребностей общества при неуклонном росте народона-
селения земного шара требует резкого повышения эффективности всех
сфер деятельности человека, непременным условием которого выступает
адекватное повышение эффективности информационного обеспечения.
Под информационным обеспечением понимается представление необхо-
331
димой информации с соблюдением требований ее своевременности и ак-
туальности. Представление необходимой информации — одна из важ-
нейших составляющих информатизации общества. Концепция информа-
тизации включает прежде всего создание унифицированной в широком
спектре приложений и полностью структурированной информационной
технологии, включающей процессы сбора, накопления, хранения, поис-
ка, переработки и выдачи всей информации, необходимой для информа-
ционного обеспечения деятельности.
Чтобы информационная технология была унифицированной в широ-
ком спектре приложений, должны быть унифицированы:
— представление об информации, т.е. ее классификация и описание
параметров основных видов, выделенных в классификационной струк-
туре;
— структура и общее содержание информационного потока, т. е. про-
цессов генерирования, фиксации и циркуляции информации в целях ин-
формационного обеспечения деятельности;
— перечень и содержание процедур обработки информации во все
время и на всех этапах информационного обеспечения деятельности;
— перечень и содержание методов решения задач и обработки ин-
формации.
Возможности унификации информационных технологий открывают
широкие перспективы развития как самих технологий, так и информати-
ки в целом. На основе естественно-научных знаний уже в настоящее вре-
мя можно создать и реализовать информационные технологии, унифици-
рованные до такой степени, что, с одной стороны, информация может ис-
пользоваться в различных сферах деятельности без дополнительной
трансформации и адаптации, а с другой — она может быть стабильной,
не нуждаться в принципиальном совершенствовании достаточно продол-
жительное время.
При любом подходе к постановке целей и задач информационных
технологий вычислительные средства в разнообразных формах, начиная
от мини-ЭВМ, персональных компьютеров и кончая суперЭВМ и слож-
нейшими вычислительными системами и комплексами, играют первосте-
пенную, основную роль в информационном обеспечении и развитии об-
щества. Информационные технологии прямо или косвенно касаются каж-
дого из нас. Информация стала постоянным спутником человека. Она по-
могает нам не только ориентироваться в окружающей среде, но и активно
воздействовать на нее, выбирая при этом наиболее рациональные и опти-
мальные способы и применяя при этом современные вычислительные
средства.
История развития вычислительных средств. Для облегчения фи-
зического труда еще с древних времен изобретались разнообразные при-
332
способления, механизмы и машины. Однако лишь немногие из них помо-
гали человеку выполнять работу, похожую на умственную, хотя потреб-
ность в ней возникла давно. Вначале в течение длительного времени ис-
пользовались примитивные средства счета: счетные палочки, камешки
и т.д., а затем — счеты. Если раньше подавляющее большинство людей
занималось физическим трудом, то в XX в. во многих развитых странах
стал преобладать умственный труд и, следовательно, возросла потреб-
ность в машинах, облегчающих такой труд. Совершенно ясно, что без ма-
шин, способных расширить умственные возможности человека, теперь
просто не обойтись.
Первые машины, выполняющие арифметические операции, появи-
лись в XVII в.: в 1642 г. французский математик и физик Блез Паскаль
изобрел устройство для сложения чисел, а в 1673 г. немецкий ученый
Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, производящий четы-
ре арифметических действия. Изобретение арифмометра — важный шаг
в развитии вычислительных средств. Однако производимые с его помо-
щью расчеты требовали много времени.
В первой половине XIX в. сделана попытка построить универсальное
вычислительное устройство — аналитическую машину, выполнявшую
вычисления самостоятельно, без участия человека, т.е. машину, которая
работала бы по заданной программе и накапливала бы информацию. Од-
нако технологические возможности того времени не позволили реализо-
вать идею создания подобной машины. Только спустя почти столетие,
в 1943 г., когда появились электромеханические реле, удалось сконструи-
ровать первую аналитическую машину.
Новая модификация вычислительных машин на базе электронных
ламп работала в тысячу раз быстрее. В основу разработки следующей мо-
дификации аналитических машин легли общие принципы функциониро-
вания универсальных вычислительных средств, предложенные в 1945 г.
американским математиком и физиком Джоном Нейманом (1903—1957).
Одна из таких модификаций создана в 1949 г. С того времени вычисли-
тельные машины стали гораздо совершеннее, но большинство из них по-
строено на тех же общих принципах функционирования: для универсаль-
ности и эффективности работы вычислительная машина должна содер-
жать арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические
и логические операции, устройство управления для организации процес-
са исполнения программ, запоминающее устройство (или память для хра-
нения программ и данных), внешние устройства для ввода-вывода ин-
формации. В современных вычислительных машинах, называемых ком-
пьютерами, арифметико-логическое устройство и устройство управле-
ния, как правило, объединены в центральный процессор. Для повышения
быстродействия компьютера обработка информации производится одно-
333
временно на нескольких процессорах. Компьютер обрабатывает инфор-
мацию только в цифровой форме. Вся другая информация (звуки, изобра-
жения, показания приборов и т.д.), вводимая в компьютер, преобразуется
в цифровую форму.
В развитии вычислительных средств различают несколько поколе-
ний, непосредственно связанных с открытиями в физике XX в. ЭВМ пер-
вого поколения (40-е — начало 50-х годов XX в.) базировались на элек-
тронных лампах. С применением полупроводниковых приборов связыва-
ют второе поколение ЭВМ (середина 50-х — начало 60-х годов). В конце
60-х годов появилось третье поколение ЭВМ, основанное на интеграль-
ных схемах. В 70-е годы разработаны ЭВМ четвертого поколения с эле-
ментной базой на больших интегральных схемах. В последнее время для
создания ЭВМ следующих поколений модернизируется их элементная
база, разрабатываются принципиально новые средства накопления, хра-
нения и обработки информации.
ЭВМ 40-х и 50-х годов XX в. представляли собой крупногабаритные и
дорогостоящие устройства, поэтому они были доступны только лишь
крупным учреждениям и компаниям. По мере развития технологий ЭВМ
становились компактнее и дешевле. Современные персональные компь-
ютеры стоят от нескольких сотен до 10 тыс. долл. По сравнению с боль-
шими ЭВМ и мини-ЭВМ персональные компьютеры весьма удобны для
многих сфер применений.
Суперкомпьютеры. Высокопроизводительные вычислительные
системы, суперЭВМ принято считать форпостом компьютерной техники.
Они в значительной степени определяют экономическую независимость
и национальную безопасность государства. Развитие отечественной вы-
сокопроизводительной техники начиналось с разработки в 1953 г. самой
быстродействующей в Европе ЭВМ. Ее производительность 8000—
10 000 операций в секунду (оп/с). Эта машина создана под руководством
нашего соотечественника, академика АН СССР С.А. Лебедева (1902—
1974). Производительность более совершенной модификации такой ма-
шины составляла 1 млн. оп/с. Более высокой производительностью —
125 млн. оп/с — обладал отечественный многопроцессорный вычисли-
тельный комплекс «Эльбрус-2», созданный в 1985 г. В разработку отече-
ственных вычислительных и управляющих систем существенный
вклад внесли российские ученые С.В. Емельянов (р. 1929), B.C. Бур-
цев (р. 1927), С.К. Коровин (р. 1945), Г.И. Савин (р. 1948) и др.
Мощные компьютеры разрабатываются и по сей день. В 2002 г. япон-
ская фирма NEC демонстрировала самый мощный в мире суперкомпью-
тер, производительность которого достигает 40 трлн. оп/с. Современные
суперкомпьютеры позволяют решать довольно сложные задачи, связанные
с прогнозированием погоды, оптимальным распределением энергии, мо-
334
делированием сложных естественных процессов, синтезом новых мате-
риалов и т.п.
Интернет. Возможности персонального компьютера существенно
расширяются с применением компьютерных сетей. Компьютерная сеть
представляет собой набор соединенных между собой компьютеров с пе-
риферийными и коммуникационными устройствами. Подавляющее
большинство компьютеров образует ту или иную сеть. Опыт эксплуата-
ции сетей показывает, что преобладающая часть объема пересылаемой по
сети информации замыкается в пределах одного офиса. Соединенные ме-
жду собой компьютеры в одном учебном классе либо в одном учебном
учреждении, или в каком-то административном районе и т.д. образуют
локальную сеть.
Существует два типа компьютерных сетей. В одном из них выделяет-
ся специальный компьютер (сервер) для организации работы сети, а в
другом — нет. Сервер осуществляет централизованное управление ком-
пьютерной сетью. В сети без сервера каждый подключенный к сети поль-
зователь имеет доступ к ресурсам (дисковое пространство, принтер), пре-
доставленным другими пользователями.
Для подключения к удаленным компьютерным сетям либо отдель-
ным компьютерам используются телефонные линии. Передача информа-
ции производится с помощью устройства, преобразующего цифровую
информацию, хранимую в компьютере, в аналоговую (в виде модулиро-
ванных электрических сигналов), передаваемую по телефонной линии и
производящего обратные преобразования сигнала на входе принимающе-
го компьютера. Такое устройство называется модемом (от первых слогов
слов: «модулятор» и «демодулятор»).
Локальные сети образуют узлы. Сеть, состоящая из равноправных и
независимых узлов, объединенных между собой каналами связи, носит
название Интернет. Узлом интернета может быть не только локальная
сеть, но и любое вычислительное устройство, в том числе и персональ-
ный компьютер, подключенный к сети и имеющий свой индивидуальный
адрес. Узел оснащен коммуникационным устройством для переключения
каналов связи. Для связи используются обычные и оптоволоконные кабе-
ли, радиоканалы и каналы спутниковой связи. Интернет образует своеоб-
разную паутину, в которой связь между двумя любыми узлами обеспечи-
вается либо по прямому каналу, либо через ряд промежуточных каналов.
Узлы обмениваются между собой информацией. Любая информация раз-
бивается на пакеты и отправляется по доступным каналам связи.
Интернет — глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь
мир и образующая систему, которая обеспечивает связь информацион-
ных сетей, принадлежащих различным пользователям во всем мире. Ис-
тория развития Интернета начинается с 1961 г., когда в США была созда-
335
на экспериментальная сеть для оперативной передачи информации. Мас-
штабы внедрения Интернета резко возросли после введения в 1982 г. про-
токола — совокупности принципов, правил и форматов данных, регла-
ментирующих взаимодействие субъектов сети. В середине 90-х годов
XX в. особую популярность и новую волну притока в Интернет принес
новый сервис — World Wide Web (WWW, всемирная паутина). Именно
этот способ организации информации в Интернете сделал его понятным и
доступным широкому кругу пользователей. Например, в 1995 г. число
пользователей удваивалось каждые 50 дней. К концу 90-х годов XX в. их
общее число составляло более 15 млн. примерно в 150 странах мира.
Широко распространенным сервисом Интернета является электрон-
ная почта. Для обмена письмами по электронной почте каждому абонен-
ту на одном из сетевых компьютеров выделяется область памяти — элек-
тронный почтовый ящик, доступ к которому осуществляется по адресу
абонента и его паролю.
Интернет обеспечивает доступ ко многим видам информации — не
выходя из дома можно получить сведения о последних событиях в мире,
публикуемых в научных журналах материалах, посмотреть ту или иную
телепередачу, понравившийся фильм и вести переписку с абонентом, на-
ходящимся в любой точке земного шара. В этом смысле возможности Ин-
тернета кажутся неограниченными. Однако следует помнить, что некото-
рые виды предоставляемой почти бесплатно информации не всегда явля-
ются достоверными и полезными, а в ряде случаев носят деструктивный,
безнравственный характер, направленный на деградацию личности. Тем
не менее не следует огорчаться: огонь может быть огромной разрушаю-
щей силой, но в руках разумного человека он приносит только неоцени-
мую пользу. Конечно же, при разумном, взвешенном подходе в выборе
необходимой информации Интернет способствует всестороннему разви-
тию личности.
Применение вычислительных средств. Возможность сочетания
ЭВМ с уже существующими и вновь создаваемыми машинами и система-
ми машин освобождает человека от физического труда, связанного с тя-
желыми, а иногда вредными и опасными условиями, а также с монотон-
ными, однообразными, утомительными и нетворческими действиями.
Рассмотрим некоторые характерные примеры применения современ-
ных вычислительных средств. Самое широкое распространение получи-
ли микропроцессорные системы для станков с программным управлени-
ем. Более сложные микропроцессорные системы — промышленные ро-
боты — снабжены простейшими «органами чувств», способными свое-
временно реагировать на изменение ситуации. Применение роботов
позволяет полностью автоматизировать работу производственных участ-
ков, цехов и целых заводов. Однако всегда останутся области деятельно-
336
сти, где ЭВМ не может полностью заменить человека. Это прежде всего
области, связанные с неформальным творческим подходом к делу. Но
ЭВМ может облегчить творческий труд. Для этого создаются автомати-
зированные рабочие места (АРМ). Например, программное обеспечение
АРМ директора предприятия содержит автоматизированную систему
управления (АСУ), которая быстро выдает на экран дисплея или на бума-
гу оперативную сводку о положении дел на предприятии (наличие ресур-
сов, ход выполнения плана, сведения о работниках предприятия и т. п.),
помогает в выборе смежников, а также экономической стратегии и такти-
ки. Создаются АСУ, предназначенные для обеспечения оптимального
взаимодействия уже не отдельных станков и автоматических линий, а це-
хов, производственных объединений в масштабах целой отрасли.
Область применения ЭВМ расширяется в результате не только увели-
чения числа механизмов, машин и других устройств, к которым подсое-
диняется ЭВМ, но и роста ее «интеллектуальных» способностей. Так, ин-
формационно-поисковые системы и базы данных перерастают в базы
знаний, развитию которых способствует Интернет. В базах знаний хра-
нятся не только данные, но и правила вывода новых утверждений из уже
имеющихся. А это означает, что база данных способна порождать новые
знания.