XXI век. Общество и образование

Слова «XXI век» имеют много эпитетов. В их числе «постиндустриальный» и «экологический», «информационный» и многие другие. Все они отражают взгляд определенного круга людей на перспективное развитие человеческого общества в целом. Оставим в стороне чисто биологические проблемы выживания человека в третьем тысячелетии. Появился термин «человеческий разрыв», означающий неспособность человека при существующей системе образования угнаться за структурными и качественными изменениями жизни.

Футурологи предполагают, что в будущем наиболее вероятен тип человека, снабженного особым мозгом, компьютерной памятью и реакцией ответа в принимаемых, решениях сопоставимой со скоростью работы компьютера, – этакий homo electronicus. С другой стороны, имеются все предпосылки к тому, что человечество уже стоит на грани понимания всех бедствий, которые оно получает и усугубляет при электронном типе человека: бездуховность, инфантильность, отсутствие гармонического развития личности, физическое атрофирование тела и т.д. Все громче звучат призывы к физическому совершенствованию, к разработке и углублению различных ощущений и чувств, к созданию совершенного биологического типа человека, способного достигнуть вершин познания только за счет собственного совершенства. «Новые человеческие качества», «человеческая революция», «новый гуманизм» – это все слова перехода к другому типу человека – человека XXI века. И все-таки к настоящему моменту наиболее часто и убежденно произносится фраза «информационное общество XXI века». Считается, что мировое сообщество переживает этап перехода от индустриальной эпохи к новому постиндустриальному обществу, которое получает название «информационное общество». Информационное общество – это общество, в котором решающую роль будут играть информация и научные знания. Предполагается, что жизнь общества будет описываться пятью координатами: три пространственных, временная и информационная. Причем, информационная координата является гипертекстовой.

Отсюда на первый план выходят проблемы адаптации грядущих поколений для успешной жизни в информационном обществе. Что это значит и каковы при этом задачи высшего образования? Как отмечают известнейшие западные и американские социологи и футурологи (Тоффлёр Q.-A.Toffler – американский футуролог, К. Хефнер – немецкий ученый – социолог, Дм. Мэндер – J.Mander – англичанин и др., У.Даттон, З.Раджирс – американские социологи), трансформируется само понятие труда. В современном компьютеризованном обществе вновь наметились черты «неолуддизма». Зарождается новое понятие «умственный труд», когда к высшему уровню относится работа по сбору и передаче информации. К ним относятся научные исследования, экономический анализ и программирование. Средний уровень отводится так называемым «смешанным» видам труда, где компьютер лишь дополняет традиционные виды человеческой деятельности. Ручной труд «нижнего» уровня постепенно исчезает. Возникает проблема структурной безработицы, т.к. отмирают традиционные отрасли промышленности и появляются новые, требующие иной квалификации и психологических установок. Процесс переобучения дорог и не всякий индивидуум в зрелом возрасте способен перейти на работу, где на первый план выходят интеллектуальные способности человека. Возникает новая социальная ситуация, когда общество расслаивается по принципу взаимосвязи с новейшими компьютерными технологиями, присутствующими везде: в торговле, промышленности, управлении и частной жизни людей. Для адаптации к новой информационной технике необходимо хорошее образование, которое в западных странах доступно преимущественно обеспеченной части населения. За последнее десятилетие XX века в США спрос на научных сотрудников, инженеров и техников вырос в среднем на 36%, на специалистов по вычислительной технике – на 76%, а на чертежников – на 2%, т.е. новая технология воздействует на жизнь человека, меняя образ мыслей и поведение. Так по данным еще 1990 г. в США число домашних компьютеров было свыше 30 млн.шт., в среднем люди сидят за компьютером по 6–17 часов в неделю, что способствует социальной изоляции людей, появился новый термин «интеллектуальная наркомания». Именно компьютерная техника лежит в основе всех новейших военных программ. Компьютерные банки данных (даже сверхсекретные) могут быть вскрыты и использованы с иными целями без отмычек и динамита. Это вызывает к жизни разработку новейших методов шифрования, запоминания и передачи информации, что, в свою очередь, требует новых математических подходов к алгоритмизации и программированию. Не следует также забывать о «престижности» компьютерных преступлений. Необходимость срочных мер повышения безопасности компьютерных систем, их программного обеспечения растет пропорционально росту и расширению сферы их применения.

Распространение домашних компьютеров создает новые проблемы для общества в целом (киберсекс, порножурналы, избирательное получение информации), сокращает время, проводимое с книгой, уменьшается интерес к искусству и спорту. Вполне компетентно обосновывается мнение, что компьютеры, олицетворяющие рациональное, чисто логическое, мышление могут привести к тому, что человек утратит возможность решать сложные задачи, для которых необходимы методы, основанные на углубленной интуиции и тех способностях, которые не поддаются формализации. Компьютерная культура может лишить сознание человека способности делать открытия и находить альтернативные решения, которые лежат в основе творческой деятельности индивидуума, его способности критического мышления. С другой стороны, компьютеры позволяют лицам, страдающим различными недостатками, компенсировать эти недостатки тем, что банки, библиотека, офис, школа, универмаг благодаря новым технологиям приходят прямо в дом и предоставляют всем людям равные возможности для полноценной жизни и деятельности. Вопрос о формировании новых подходов к понятию технологического прогресса, его целей и ценностного содержания представляется футурологам, психологам и социологам одним из главных в XXI в. Отмечается, что компьютерная технология изменяет образ жизни более радикально и в то же время более тонко, чем простое внедрение в быт различных технических новшеств. Таким образом, понятно, что специалисты, имеющие соответствующее компьютерное образование, по крайней мере, в начале XXI столетия будут всегда востребованы. Уровень их подготовки должен соответствовать современному уровню техники, а еще лучше, если предвосхищать этот уровень в тех направлениях развития, где это возможно в настоящий момент.

Практически все страны к началу XXI в. значительно увеличивали численность подготавливаемых специалистов в области компьютерного образования (компьютерные системы, сети, технологии, программирование, математическое обеспечение и т.д.), предвосхищая нехватку квалифицированных кадров в XXI в. Компьютерная технология изменяет образ жизни более радикально и более тонко, чем простое внедрение различных технических новшеств.

Тенденция развития общества может быть представлена графически (рис.1).

 

Рис. 1.1. XXI век. Общество и образование
Технические предпосылки для создания вычислительной техники появились еще в начале IXX в., однако потребности общества в использовании таких средств еще не созрели.

В 1894 г. Ф.Энгельс сформулировал основное положение зависимости развития научного познания и прогресса техники от потребности общества: «Если техника в значительной степени зависит от состояния науки, то в гораздо большей мере наука зависит от состояния и потребностей техники. Если у общества появляется техническая потребность, то это продвигает науку вперед больше, чем десяток университетов».

Ретроспектива. В начале XIX в. Чарльз Беббидж (профессор математики Кембриджского университета) сформулировал принцип программного управления. В 1812 г. изобрел вычислительную машину, вычисляющую функции, заданные полиномом n-ой степени. Принцип «запоминаемости» программы. Однако его труды были опубликованы только после смерти в 1888 г.

В 1854 г. Джордж Булль (Georg Boole) в книге «Законы мышления» опубликовал алгебру высказывания – булеву алгебру. Булева алгебра – основной инструмент разработки сложных систем, основа для развития релейно-контактных схем и конструирования сложных дискретных автоматов.

В 1890 г. Герман Холлерит (служащий IBM) – участвуя в 9-ой Панамериканской переписи населения, пришел к выводу, что трудоемкость этой работы может быть значительно уменьшена, к 10-ой переписи он разработал и внедрил перфокарты. Таким образом, к началу ХХ в. основные составляющие вычислительной техники, которая в дальнейшем заменила собой практически всю табуляционную и счетно-решающую технику, были разработаны.

В 1946 г. группа ученых во главе с Дж. Моучли (J.W. Manchly) и Дж. Эккертом (J.P.Eckert) (Пенсильванский университет) создали электронно-цифровую интегральную вычислительную машину ЭНИАК на электронных лампах. Разработка осуществлялась 2,5 года, машина содержала 19 тыс. электронных ламп, вес ее составлял 30 тонн, выполняла 300 операций/сек. Она выполняла годовую работу одной расчетчицы за один день.

В 1954 – 1959 гг. основные усилия разработчиков были направлены на увеличение быстродействия процессора и вычислительной мощности ЭВМ. Так в 1950 г. в США были созданы 4 модели ЭВМ – специальные машины для военных задач, в 1951 г. – 3 модели ЭВМ, одна из которых «Ювиак-1» пользовалась успехом. Машина была продана фирмой «Реминктон рэнд» в количестве 46 штук. Она и считается первой коммерческой вычислительной машиной. В СССР первая ЭВМ была создана в 1951 г.

С 1950 – 1953 гг. на рынке США было представлено 16 моделей ЭВМ, из них 9 по одному экземпляру.

С 1955 – 1975 гг. сменилось три поколения ЭВМ и эксплуатировалась техника в рамках поколения 3,5. Разработка больших машин была приостановлена широким внедрением ЭВМ в бытовую сферу, в связи с чем образовалась линия разработки ПЭВМ.

В конце 70-х годов появились первые персональные ЭВМ (назывался микрокомпьютер) фирм Apple, Morrow, Osborne, Kaypro, North Star, а не IBM. Было разработано много моделей, но только два класса ПЭВМ получили признание: серия Apple II и компьютеры с операционной системой CP/M. Аппаратные части различались, и работали ПЭВМ под управлением разных операционных систем. Для ПЭВМ операционная система – программа, управляющая работой аппаратных частей компьютера. Серия Apple II характеризовалась открытой архитектурой, имелась одна ОС. Это были первые жизнеспособные ПЭВМ.

Открытая архитектура означает, что ЭВМ конструируется так, чтобы пользователь мог расширить возможности ЭВМ путем добавления новых частей или замены старых. Существуют различные уровни открытости архитектуры. Типичная и простая модификация – установка плат расширения. Концепция открытой архитектуры позволяет другим фирмам разрабатывать и выпускать отдельные части компьютера для дополнения или замены старых, что приводит к интенсивной конкуренции.

Операционная система CP/M – Control Program/Monitor – управляющая программа/монитор, разработанная Гарри Кидаллом (G.Kidall), была использована многими фирмами на коммерческой основе с разрешения автора. Компьютеры с этой ОС пользовались спросом в мире бизнеса. Компьютеры серии Apple II и компьютеры с ОС CP/M до начала 80-х годов были стандартами для индустрии микрокомпьютеров.

Фирма IBM, считая рынок микрокомпьютеров небольшим, решила не тратить много сил на разработку такого изделия и, открыв отделение во Флориде в 1981 г., выпустила свой первый компьютер. Для IBM фирмой Microsoft была разработана новая операционная система. Фирма IBM внесла в эту систему небольшие изменения и назвала PC-DOS – Personal Computer-Disk Operating System. Фирма Microsoft сохранила за собой право на продажу своей ОС и назвала ее MS-DOS (Microsoft-Disk Operating System). Эта ОС принесла фирме большой успех и стала стандартом для ОС на рынке ПЭВМ. Компьютер IBM PC не был новинкой на рынке ПЭВМ – фирма Microsoft использовала многие функции ОС CP/M, а фирма IBM взяла идею открытой архитектуры у серии Apple II.

Использование идей и компонент других фирм ускорили процесс разработки ПЭВМ, но авторские права и патенты на многие компоненты не принадлежали фирме IBM. IBM PC стал стандартом у коммерсантов, и компьютеры с ОС CP/M потеряли свое преимущество. Однако серия Aplle II завоевала рынок в области образования и бытовой сфере. Фирма Aplle подарила свои компьютеры многим школам по всей территории США. Это укрепило их положение, и по настоящее время компьютеры фирмы Aplle лидируют в этой области.

Компьютеры фирмы IBM XT. В марте 1983 г. фирма IBM выпустила новый компьютер, получивший название IBM XT. Буквы XT взяты из середины слова «extra». В компьютере IBM PC было пять гнезд для плат расширения, в компьютере IBM XT – 8. Увеличилась мощность блока питания по сравнению с IBM PC (63 Вт), IBM XT – 135 Вт. Условия конкуренции заставили другие фирмы разрабатывать компьютеры, программно-совместимые с PC и XT фирмы IBM (фирма AT&T, Compag, Epson, Leading Edge, Kaypto Tandy). Однако по устройству компьютеры этих фирм отличаются от IBM. Некоторые части аппаратуры компьютера IBM PC и XT могут использоваться в совместимых компьютерах, другие нет. В зависимости от модели компьютера степень его аппаратной совместимости с IBM PC и XT может меняться. Простота расширения возможности IBM PC и XT определила спрос на компоненты расширения. Американские и азиатские фирмы начали предлагать необходимые платы расширения, выпускать дополнительные компоненты, улучшающие уже существующие возможности (например, модемы, платы и др.). Эти фирмы начали выпускать целые серии замещающих компонент для IBM XT (в основном, на Тайване) очень высокого качества, но за полцены по отношению к аналогичным компонентам фирмы IBM. В начале 1985 г. производились компьютеры клона IBM XT, точные копии XT, но собранные не фирмой IBM, а изготовителями компонентов, особенно азиатскими, которые умели производить дешевую местную электронную продукцию высокого качества. Через год-два после IBM азиатские фирмы (особенно тайванские) начинали выпускать дешевую копию этого компонента.

Новое поколение ПЭВМ. Новая модель – не поколение. В данном случае под «поколением» понимается использование в модели нового типа центрального процессора, иногда называемого микропроцессором.

В августе 1984 г. появилось новое поколение модели фирмы IBM – IBM AT (Advanced Technology – передовая технология) на базе микропроцессора фирмы Intel – 80286 IBM PC и IBM XT на базе микросхемы 8088 (тоже Intel). IBM AT по габаритам больше IBM XT. Более производительную и совместимую с PC и XT IBM AT ждали коммерсанты. Принцип открытой архитектуры был сохранен, а значит, и эта модель была скопирована конкурентами, но конкуренты выпустили и свою собственную новую модель. Их модель выполняла то же, что и IBM AT, но имела габариты XT, т. к. модификация комплектующих микросхем занимала в корпусе меньше места. Это не была модель клона IBM AT, т. к. у IBM такой модели не было. У этой модели были имена «Baby AT», «Baby 286», «Mini AT», «Mini 286».

Фирма Intel сразу за 286 микропроцессором выпустила новый, более производительный, процессор 80386. Изготовители совместимых компьютеров и фирмы-копировщики выпустили первые модели компьютеров нового поколения на базе 80386 раньше IBM, что было сюрпризом. Эти модели вышли на рынок в конце 1986 г. В ответ на этот вызов фирма IBM в 1987 г. выпустила совершенно новое семейство микрокомпьютеров. Это семейство определило новый стандарт на аппаратуру, совершенно отличающуюся от предыдущей, разработанную этой же фирмой. Новое семейство получило название PS/2 – Personal System. Три модели этого семейства PS/2 Model 30, PS/2 Model 50, PS/2 Model 60 поступили на рынок сразу. Для этих моделей фирма не применяла готовых компонентов, а разработала свои, с авторскими правами. В PS/2 Model 50 и старших моделях использовалась улучшенная структура шины, которая фактически и ознаменовала введение нового стандарта аппаратной реализации, т. е. все ранее разработанные платы расширения не могли использоваться ни в одной из моделей семейства компьютеров фирмы IBM. Компьютеры на базе микропроцессора 80486 были выпущены в 1989 г. с производительностью, в 2 – 3 раза более высокой.

Существовал еще один стандарт – серия микропроцессоров 68000 фирмы Motorola (Феникс, Аризона). На этой серии создан ряд очень интересных компьютеров – Macintosh фирмы Apple, ST фирм Atari, Amigo фирмы Commodore. Эти компьютеры имели (по тому времени) очень мощные графические возможности, в то время как компьютеры на базе микропроцессоров фирмы Intel использовались чаще всего для обработки текстов, ведения баз данных и обработки электронных таблиц. Motorola разработала свои независимые операционные системы, что сделало их компьютеры несовместимыми с другими, даже если в них использовался микропроцессор фирмы Motorola. Отсюда – очень скромное программное обеспечение. Для IBM PC, XT, AT были созданы тысячи программ, а у Motorola их не было.

В апреле 1988 г. фирмы Tandy и Dell Computers начали выпуск компьютеров, совместимых с моделями семейства PS/2 фирмы IBM на базе микропроцессоров 80286 и 80386. Многие американские и азиатские фирмы объявили о таком намерении, т.е. положили начало новому стандарту аппаратной реализации.

В 1992 г. было объявлено о тройственном союзе Apple – IBM – Motorola. Apple перешла первая на процессор Power PC. Фирма Apple предложила специальную плату Power Macintosh Upgrade , которая работала совместно со стандартными системными платами и позволяла выполнять программы в кодах Power PС.

1993 г. – компания Intel выпустила первый процессор Pentium из семейства P5;

1995 г. – компания Intel выпустила процессор Pentium Pro из семейства P6, состоящий из 5,5 млн. транзисторов и выполняющий более 300 млн. операций в секунду;

1997 г. – компания AMD выпустила процессор K6, совместимый с процессором Intel K5;

1997 г. – компания Intel выпустила процессор Pentium II, построенный на базе созданного ранее Pentium Pro с поддержкой инструкции MMX (в него были добавлены 57 новых инструкций);

1998 г. – из-за якобы бракованной версии процессоров Intel Pentium 2 компания начинает выпуск процессоров Celeron, в которых отсутствует кэш-память (так и начинается история развития процессоров Intel Celeron);

1999 г. – компания AMD выпускает первый процессор Athlon;

2000 г. – компания Intel выпустила первый процессор Pentium 4 с 32-разрядной архитектурой; тактовая частота процессора – 1,4 ГГц, а по частоте шины FSB последний процессор в линейке Pentium 3 с такой же тактовой частотой оказался лучше;

2001 г. – компания Intel выпускает свой первый 64-разрядный процессор Itanium, который находит применение в серверах;

2002 г. – по данным, полученным из аналитической компании Gartner Dataquest из США, в мире продан 1.000.000.000-ный персональный компьютер;

2002 г. – компанией Intel представлен обновленный процессор Pentium 4, тактовая частота которого достигает 3 ГГц; чуть позже в процессор внедряется технология многопоточной обработки Hyper Threading (HT), позволяющая создавать некий виртуальный процессор за счет одного физического процессора (т. е. на одном физическом процессоре); данная технология прижилась среди серверов, поддерживается сетевыми и серверными ОС, такими как Linux на ядре 2.4/2.6 и Windows 2003 Server, однако совершенно не поддерживается операционной системой Windows XP Home Edition;

2003 г. – компания AMD изготовила первый 64-разрядный процессор Athlon 64, направленный на использование как в домашних, так и офисных компьютерах, но не в серверах; в процессор встроена поддержка инструкций 3d-NOW! (аналог SEE в процессорах Intel), которая позволяет в несколько раз продуктивнее и качественнее выполнять функции обработки графических программ, а также ускоряет трехмерные игры (из-за чего в то время процессор Athlon бьет рейтинги и опережает Pentium);

2005 г. – компания Intel объявила о выпуске первых многоядерных процессоров Pentium;

2006 г. – компания Apple начала серийный выпуск компьютеров Apple Macintosh iMac с двухядерными микропроцессорами Intel Core 2 Duo.

Поколение ЭВМ ознаменовало период времени, в течение которого внутренняя электронная аппаратура машины базируется на определенных принципах электроники и электронного оборудования, что, в свою очередь, определяет характеристики математического и программного обеспечения.

1 поколение (начало 50-х годов). Элементная база – электронные лампы. ЭВМ отличались большими габаритами из-за того, что высота стеклянной лампы – 7см, большим потреблением энергии, т. к. в компьютере только ламп было 15 – 20 тысяч, малым быстродействием, низкой надежностью (каждые 7 – 8 минут одна из ламп выходила из строя), программированием в кодах.

2 поколение (конец 50-х годов). Элементная база – полупроводниковые элементы. Улучшились по сравнению с ЭВМ предыдущего поколения все технические характеристики, т. к. один транзистор заменял 40 ламп и был гораздо меньших габаритов. Для программирования используются алгоритмические языки.

3 поколение (начало 60-х годов). Элементная база – интегральные схемы, многослойный печатный монтаж. Резкое уменьшение габаритов ЭВМ, ибо одна интегральная схема способна заменить тысячи транзисторов, повышение их надежности, увеличение производительности, что повлекло за собой спрос. Доступ с удаленных терминалов.

4 поколение (с середины 70-х годов). Элементная база – микропроцессоры, большие интегральные схемы. Улучшились технические характеристики. Массовый выпуск персональных компьютеров. Направления развития – мощные микропроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью, создание дешевых микроЭВМ.

5 поколение (с середины 80-х годов). Создание развитого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов). Развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта. Внедрение во все сферы компьютерных сетей и их объединение, использование распределенной обработки данных, повсеместное применение компьютерных информационных технологий.

6 поколение (с середины 90-х годов). Возврат к созданию больших ЭВМ (мэйнфреймы). Создание «всемирной паутины» – интернет. Разработка и применение информационных систем, телекоммуникационные сети. Проблемы информационной безопасности.