Знакомьтесь, информационные технологии

Все существующие варианты делятся на четыре типа: сеть по электрокабелям, беспроводные, по телефонным линиям и кабельный Ethernet. Все стандарты имеют свои преимущества и предоставляют сопоставимую скорость доступа. Эксперты сходятся во мнении, что для компьютеров в одной комнате будут использоваться Ethernet-решения в силу их дешевизны и легкости прокладки кабеля. Для соединения устройств в доме, скорее всего, доминировать будет беспроводная связь (в которой основная борьба идет между стандартами 802.11 и HomeRF).

Проводятся работы по включению в домашнюю сеть бытовых приборов. General Electric сообщила о соглашении, достигнутом с Microsoft, по совместной разработке стандарта, с помощью которого бытовые приборы могут быть соединены между собой в сеть. GE заявила о намерении вступить в Universal Plug and Play Forum, открытый Microsoft, и объединяющий Sony, IBM и Intel. Уже продемонстрированы «умные» приборы от GE – микроволновая печь, считывающая штрих-коды продуктов, и холодильник, подключенный к Internet и предоставляющий возможность владельцу отслеживать его содержимое по Сети. Сразу несколько компаний начали разрабатывать программное обеспечение для домашних сетей. Sun и Thalia Products, подразделение Sunbeam, начали совместную работу по созданию программного обеспечения, которое обеспечивает связь между различными бытовыми приборами. ПО совместимо со всеми основными стандартами, включая Jini, Java и XML.

Выход в большой мир

Очевидно, что домашняя сеть должна иметь выход в Глобальную Сеть, что позволит хозяину всегда контролировать ситуацию в доме и давать указания приборам выполнять те или иные действия. Ведущие IT-компании мира объединяются для решения задачи обеспечения быстрого и качественного выхода в Internet. В частности, NTT Mobile Communications, IBM Japan, Sony, Hitachi, Shaip, Mitsubishi Electric, Fujitsu и Matsushita входят в число 14 компаний, которые объединяют усилия вместе с японским Министерством почт и телекоммуникаций в разработке некомпьютерных устройств для доступа в Internet. Среди этих устройств – мобильные терминалы и телевизоры. В проекте предусмотрена разработка к 2003 году устройств без клавиатуры, которыми смогут пользоваться даже дети. Это позволит увеличить число потенциальных пользователей Internet в мире с 17 до 70 млн. Уже начаты разработки браузера Internet для использования с цифровыми телевизорами, а также стандартного метода оплаты банковских счетов с использованием мобильных информационных терминалов.

Одновременно IT-фирмы расширяют свой бизнес, организуя новые направления деятельности и покупая компании, достигшие реальных результатов в перспективных направлениях. Motorola приобрела компанию General Instrument (GI), которая производит устройства доступа к сети на основе телевизоров. Motorola надеется стать доминирующей компанией на рынке так называемых «конвергентных» сетей, позволяющих одновременно передавать телевизионные видеопотоки и цифровые мультимедийные данные с небольшими финансовыми затратами. Motorola преуспела в технологиях передачи звука, данных и в мобильных беспроводных коммуникациях, a GI сильна на рынке передачи видеопотоков и данных. Motorola также стала держателем 80 % акций в компании высокоскоростных коммуникаций Next Level Communications, которая сообщила, что будет использовать технологии Motorola для развития домашних систем интерактивного видео, игр, музыкального и информационного сервиса, а также беспроводного доступа в Internet. Этот союз позволит объединить беспроводные технологии и интерактивное ПО компании Motorola с системами, действующими на основе цифровой выделенной линии.

Сегодня рассматриваются три основных технических решения, которые позволят увеличить скорость обмена данными с Сетью: применение специальных модемов для телефонных линий, использование спутниковых систем передачи и сетей кабельного телевидения.

Среди технологий, обеспечивающих высокоскоростную передачу данных по телефонным линиям, можно выделить ADSL – телекоммуникационную технологию, позволяющую отправлять данные на скорости 1,5 Мбит/с и вести прием данных на скорости до 7 Мбит/с (асимметричная технология восходящего и нисходящего трафика). При этом на АТС и у абонента устанавливаются специальные устройства – сплиттеры. К абонентскому сплиттеру подключаются телефон и ADSL-модем. Работа модема не мешает обычной телефонной связи. Высокие скорости позволяют получать необходимую информацию без заметных временных задержек. Однако здесь требуется специальное дорогое оборудование.

Спутниковые системы передачи данных давно уже стали общепринятыми. Все более широко используется спутниковое телевидение, позволяющее принимать качественное изображение практически в любой точке Земли. Через спутник можно также передавать и данные из Сети. Однако здесь возможна только односторонняя передача информации – от наземной станции к спутнику и далее – к абоненту. И хотя возможна установка передающего блока непосредственно у абонента, это слишком дорого для индивидуального пользователя. Многие организации, например платежные или банковские системы, работают через спутник. Для большинства индивидуальных пользователей характерен асимметричный трафик – отправляя в Сеть относительно короткий запрос, они получают данные значительно большего информационного объема, например графику, музыку, видеопоток. Потому асимметричный трафик не является препятствием для нормальной работы в Internet. А для восходящего трафика может использоваться модем и коммутируемая телефонная линия. Скорость передачи данных по спутниковым каналам также достигает нескольких мегабит в секунду. Однако использование геостационарных спутников привело к определенным временным задержкам в реакции на посланный сигнал – время на движение сигнала от передающей станции до спутника и от него до приемной антенны составляет несколько секунд. Именно поэтому в настоящее время реализуются (более или менее успешно) несколько проектов использования спутников-ретрансляторов, расположенных на низких орбитах, например проект Iridium. В таких проектах применяется несколько десятков спутников, находящихся на орбитах в 200–250 км от Земли. При этом в любой точке Земли всегда виден хотя бы один из спутников, с которым и связывается абонент.

Использование сетей кабельного телевидения для выхода в Сеть позволяет передавать информацию с еще большей скоростью – более 10 Мбит/с. Практически во всех крупных городах имеются значительные и разветвленные сети кабельного телевидения, подведенные к каждой квартире. Таким образом существенно снижаются затраты на организацию сетей. В сетях кабельного телевидения достаточно просто организуется симметричный трафик. Все эти особенности позволяют прогнозировать активное использование сетей кабельного телевидения для выхода в Internet.

Ведутся работы по применению уже имеющихся неинформационных сетей для передачи информации. Фирма Nortel совместно с английской Norten Communications разработала технологию передачи информации по электрическим сетям. Ожидается, что многие европейцы смогут подключиться к Сети «через электрическую розетку».

Интеллектуальный дом

К самому дому, играющему важную роль в жизни человека, предъявляются требования интеллектуальности. Интеллектуальный дом, оснащенный приборами и устройствами, способный самостоятельно принимать решения в пределах своей компетенции, обеспечивает больший комфорт и безопасность с меньшими затратами. Анализ ситуации и принятие решения в доме проводятся сегодня специальным компьютером, к которому предъявляются жесткие требования по надежности. И уже несколько компаний, в том числе IBM, предложили специальные высоконадежные компьютеры с соответствующим ПО для управления домашней сетью, т. е. всеми устройствами в доме.

К тому, что компьютер может самостоятельно работать с Internet, все уже привыкли. А то, что с Сетью могут общаться и достаточно простые устройства, это пока экзотика. Тем не менее эти устройства есть, и номенклатура их растет.

Первым из устройств, имеющих доступ в Internet, была микроволновая печь. Главная причина этого – наличие в печи процессора, клавиатуры и дисплея. Добавленный модем и программное обеспечение позволили хозяйкам выходить в Сеть непосредственно с печки. Используя данное устройство, можно заказывать продукты в магазинах и контролировать работу печки, находясь вне дома. Иными словами, можно будет включить печку перед выходом с работы и по приезду домой сразу же получить горячее блюдо.

LG Electronics представила первый цифровой Internet-холодильник Digital Dios Refrigerator. Помимо основного предназначения, он может быть использован для доступа к Web-сайтам, электронной почте и связи по видеотелефону. Холодильник может отслеживать нехватку продуктов и заказывать их через Internet. Он оборудован 15,1-дюймовым жидкокристаллическим дисплеем и видеокамерой. Internet LG Turbo Drum Washing Machine – стиральная машина LG Electronics, имеющая доступ в Internet. Стиральная машина имеет: RISC-процессор, цветной экран размером 4,2 дюйма, флэш-память объемом 4 Мбайт, так что в скором времени можно ожидать организации выхода в Сеть «напрямую».

Израильская компания Connect One и фирма NAMS, изготовитель счетчиков электроэнергии, объявили о выпуске счетчика NMM-AKB с встроенным Internet-протоколом и модемом iModem фирмы Connect One. Встроенный iModem посылает и принимает данные в виде сообщений электронной почты непосредственно через Internet-провайдера, без соединения с локальной вычислительной сетью или персональным компьютером. Это дает возможность контролировать потребление энергии каждым клиентом, а также посылать на счетчик изменения тарифов оплаты.

Крупнейшая в Японии компания по производству швейных машин Jaguar International начала продавать швейные машинки, соединенные с Internet, для загрузки с Web-сайта компании программ для шитья одежды.

В дальнейшем можно ожидать создание комплексных устройств, совмещающих, например, функции холодильника и микроволновой печи. Подключение такого устройства к Internet позволит получить данные о наличии продуктов в холодильнике и их состоянии (заморожены, охлаждены и т. д.). После этого можно дать указание разморозить и по определенной программе приготовить соответствующие блюда.

Ericsson и Electrolux создали компанию Е2-Ноше, которая будет разрабатывать устройства для интеллектуального дома. Специалисты компании считают, что центром современного жилища становится кухня. Исследования, проведенные Electrolux, показывают, что более 40 % своего времени (за исключением сна) современный человек проводит на кухне. Соответственно, консоль управления домом должна располагаться на кухне, и как считают в Е2-Ноше, на холодильнике. В результате был создан холодильник Screen Fridge с цветным сенсорным дисплеем, вмонтированным в дверь. Возле дисплея расположена схема Bluetooth с антенной. На дисплей выводятся иконки для управления различными бытовыми приборами. Нажатием иконки каждого устройства вызывается именно его пульт управления. Теперь можно выбирать режим работы этого устройства. Над дисплеем видна маленькая линза – это камера, позволяющая записывать видеопослания домочадцам. Каждый член семьи имеет собственную иконку, которая светится, если он оставляет сообщение.

Холодильник можно подключать к Сети. Как считают разработчики, Screen Fridge сможет учесть, что уже съедено, оценить имеющиеся запасы и послать по электронной почте новый заказ в Internet-магазин. Распознавание продуктов пока проводится по штрих-коду (так же, как это делается в магазине на кассовом терминале). Специалисты Е2-Ноше считают, что сканирование штриховых кодов неудобно, и пытаются убедить пищевую промышленность использовать бирки, излучающие радиосигналы. Тогда при загрузке и выгрузке продуктов холодильник улавливал бы сигналы, «подаваемые» продуктами. В Копенгагене и Стокгольме уже начались испытания новой технологии.

Уже сегодня продукты можно заказывать в магазине, послав заявку по Сети. Однако для многих Internet-магазинов главной проблемой является доставка купленного товара – Сеть позволяет сделать покупку на любом удалении от магазина, а вот чтобы доставить ее покупателю необходимо значительное время и затраты труда, что приводит к резкому увеличению стоимости покупки. Как следствие, привлекательность Internet-торговли падает. Поэтому сегодня вопрос автоматизации доставки купленного товара является чрезвычайно важным. С середины XIX века развивалась система пневмопочты, позволяющая доставлять по зданию или городу небольшие посылки с высокой скоростью. Так, в Париже было проложено более 600 км пневмопочты: «пневмотички» доставлялись в ближайшее почтовое отделение, и почтальон приносил письмо домой не более чем через 45 мин после отправки. Но все равно требовался почтальон, да и размер посылки был ограничен[26 - Сегодня эта почта в Париже практически умерла – не выдержала конкуренции с электронной почтой.]. Роботы способны качественно изменить эту ситуацию. Муха-робот[27 - О летающей мухе-роботе рассказано в разд. «Информатика для здоровья» гл. 5.] может явиться базовым элементом системы доставки различных товаров на дом. Достаточно оснастить этот робот системой глобального позиционирования, сообщить точный адрес доставки, и покупка будет доставлена. Доработки – минимальные – надо только подготовить приемный лоток в доме. Применяющиеся во многих армиях мира (в России, США, Израиле и других странах) беспилотные самолеты способны перевозить груз на сотни километров. Таким образом, проблема автоматизации доставки покупки будет решена.

Теперь в полностью автоматизированном режиме можно сделать необходимый заказ в магазине, получить его, загрузить в холодильник и приготовить любимое блюдо.

Телевидение с обратной связью

Для абсолютного большинства современных людей телевидение является основным источником информации. Однако в нынешнем виде телевидение как система работы с информацией уже не может удовлетворять современным требованиям. И основной недостаток – отсутствие обратной связи, возможности индивидуальной работы с конкретным зрителем. Конечно, огромное количество каналов позволяет выбрать необходимую именно тебе программу. Но передача может передаваться в неудобное время. Или последовательность должна быть другой. Или хочется иного финала фильма. Необходимо заказать именно это и именно для тебя, т. е. на твой телевизор.

Фирма Telewest Communications заявила, что еще 15 ведущих компаний согласились участвовать в развитии ее интерактивных услуг Digital interactive. В числе этих компаний – Bloomberg TV, Gameplay.com, Yellow Pages. Услуги будут поставляться по широкополосной сети кабельного телевидения, которая будет работать значительно быстрее, чем существующие спутниковые и телефонные каналы связи.

Корпорации Nokia и Intel объявили о заключении соглашения об объединении усилий по разработке решений, благодаря которым телезрители получат доступ как к находящемуся в стадии внедрения телевещанию по каналам Internet, так и к широкому спектру уже имеющихся Internet-услуг. Таким образом, обеспечивается возможность интерактивного вещания. Устройства создаются на основе технологий Nokia и Intel, открытых стандартов и спецификаций, включая DVB (цифровое телевещание), Internet-протоколы и ATVEF, а также на открытых исходных текстах ПО, в том числе ОС Linux и браузера Mozilla. Спецификация ATVEF разработана корпораций Intel и принята Nokia в качестве стандарта. ATVEF обеспечивает возможность единовременной разработки информационного наполнения для его последующей загрузки на различные платформы через любые коммуникационные каналы. Применяемые в спецификации ATVEF Internet протоколы позволяют совместить трансляцию потокового видео с передачей данных.

* * *

Естественное желание человека жить в более комфортных условиях с меньшими затратами сил и средств является одним из наиболее устойчивых стремлений человечества. Пришедшее в дом цифровое управление с гибкой логикой подняло комфорт на недоступный ранее большинству людей уровень. И в дальнейшем этот уровень будет возрастать.

Микропроцессоры – невидимые труженики

Микропроцессор. Мы так привыкли к этому названию, что уже не вспоминаем, что еще не так давно (лет тридцать тому назад) процессоры были далеко не «микро». Более того, первые процессоры были механическими. Совсем недавно в бухгалтериях использовались механические счетные машинки, в которых арифметические действия выполнялись с помощью набора вращающихся зубчатых колес. Первые компьютеры, выполненные на электронных лампах, имели процессоры, занимающие несколько комнат. Транзисторные компьютеры были значительно меньше – их процессор умещался в нескольких шкафах.

Немного истории

И только в 1971 году компания Intel, объединив в одном кристалле несколько тысяч транзисторов, создала первый микропроцессор – легендарный Intel 4004. Название показывает, что этот прибор мог работать с 4-разрядными словами. Низкая частота работы и ограниченный набор инструкций (команд для выполнения программы) – так можно говорить только сегодня. А тридцать лет назад это был лучший процессор и единственный «микро». 4-разрядная структура процессора Intel 4004 означает, что для обработки 16-разрядного слова необходимо устанавливать четыре микропроцессора, на каждом из которых ведется работа с четырьмя разрядами. На рис. 2.1 показана структура 16-разрядного процессора, выполненного из четырех 4-разрядных микропроцессоров. На одном микропроцессоре можно проводить вычисления 4 раза, т. е. затрачивать на обработку одного слова 4 такта работы компьютера. На рис. 2.2 показана организация работы одного процессора при переработке 16-разрадного слова.

Рис. 2.1. Структура 16-разрядного процессора

Рис. 2.2. Организация работы одного процессора

Для того чтобы не увеличивать габариты компьютера и ускорить его работу, процессоры стали делать многоразрядными: Intel 8086, 80186 и 80286 работали с 16-разрядными числами, а начиная с Intel 80386 процессоры стали 32-разрядными. Теперь подошло время 64-разрядных процессоров.

Немного классификации

Сегодня можно выделить три основных класса компьютеров: мощные серверы и суперкомпьютеры; персональные компьютеры (PC), мобильные компьютеры. Некоторые компьютеры находятся на «границе» между классами. Так, мощные рабочие станции по своим характеристикам ближе к серверам, хотя предназначены для персонального использования, как PC. Соответственно, выпускается три группы микропроцессоров, каждая из которых ориентирована на свой класс компьютеров. В табл. 2.1 приведена классификация основных выпускаемых сегодня процессоров.

Таблица 2.1.Классификация основных типов выпускаемых процессоров

Современные процессоры имеют центральную часть (ядро), окруженную дополнительными узлами. На одном кристалле, кроме процессора, находятся также сопроцессор (обеспечивающий работу с числами с плавающей точкой), схемы работы с группами операндов, кэш-память (объемом до нескольких мегабайт) и другие узлы. Реально собственно процессор (его ядро) занимает на кристалле не более 10 % площади. Одно ядро может использоваться для процессоров, ориентированных на различные сегменты рынка. Сегодня процессоры характеризуются следующими параметрами:

• количество транзисторов в одном кристалле превосходит 40 миллионов;

• частота работы – 2 ГГц;

• разрядность обрабатываемого слова – 32 или 64;

• число инструкций – превысило 200.

И вот в своем поступательном движении процессор достиг определенного предела[28 - Подробнее эти вопросы рассмотрены в разд. «Предел для компьютера» данной главы.]. И, естественно, стал трансформироваться, причем сразу в трех направлениях.

Во-первых, на одном кристалле стали размещать сразу несколько процессоров. Такое построение является идеальным для создания многопроцессорных компьютеров[29 - Этот процесс описан в разд. «Суперкомпьютеры – все мощнее и все дешевле» данной главы.]. Двухпроцессорные кристаллы выпускают IBM и Sun. Intel также сообщил о начале работ над микросхемой, включающей два процессора, каждый из которых имеет свою кэш-память и общий кэш второго уровня.

Во-вторых, процессор стал включать в себя дополнительные устройства, такие как звуковые схемы, устройства для работы с графикой, узлы ввода/вывода информации и другие элементы, позволяющие значительно сократить число электронных компонентов в компьютере. Такое решение очень актуально для мобильных устройств. В процессоре MediaGX (National Semiconductor), сделанном по идеологии PC-on-a-chip (компьютер на кристалле), к ядру добавлены контроллеры памяти и видеоускоритель. Здесь же находится кэш-память объемом 64 Кбайт.

Третье направление связано с дальнейшей интеграцией. К микропроцессору (CPU) были добавлены необходимые для компьютера устройства. В результате на одном кристалле реализован микрокомпьютер, который состоит из:

• микропроцессора, предназначенного для обработки информации;

• постоянной памяти (RAM), в которой записаны операционная система и рабочие программы;

• оперативной памяти (ROM), служащей для хранения промежуточных данных;