Основные области применения компьютеров

Компьютер как составляющая часть нашей жизни

В современном мире люди уже не мыслях себя и свою жизнь без компьютера. С его помощью узнают необходимую информацию, он влияет на развитие человека, развлекает нас играми, дает возможность просматривать фильмы и слушать музыкальные произведения в режиме онлайн.

Компьютерами оснащены все фирмы и организации, они есть в каждом доме. С каждым годом совершенствуются программы для пользователей, и создаются компьютеры для дома и офиса нового поколения с автономными линиями.

Прогресс развивается семимильными шагами, и в этом неоценимую помощь оказывают компьютеры, содержащие в себе невероятные объемы информации, как деловой направленности, так и развивающихся направлений.

Основные области применения компьютеров

Применение методов и средств информатики возможно во всех тех областях человеческой деятельности, в которых существует принципиальная возможность (и необходимость) регистрации и обработки информации. По этому поводу существует справедливое высказывание: «Применение вычислительных машин ограничено только рамками нашей фантазии». Сейчас трудно назвать такую сферу деятельности человека, в которой не применяют или не пытаются применить современные информационные технологии.

Среди наиболее значительных областей применения средств обработки данных следует выделить:

• Военное дело, например, системы противоракетной обороны, космические системы.
• Моделирование физических явлений и исследование построенных моделей с помощью компьютеров.
• Обработка конкретных экспериментальных данных при проведении математических, физических, химических, биологических, социологических, исторических, археологических и т. п. исследований.
• Решение задач метеопрогноза.
• Автоматизированные рабочие места (АРМ) специалиста, например, АРМ бухгалтера, руководителя, врача и т. д.
• Системы автоматического проектирования, обеспечивающие поддержку работы инженера-конструктора, существенно повышающие производительность его труда и сокращающие сроки разработок.
• Управление работой отдельных станков (станки с числовым программным управлением), роботы, робототехнические линии, цеха и заводы-автоматы.
• Автоматизированные системы планирования и управления производством, начиная с отдельных предприятий и кончая управлением целыми отраслями (железнодорожный транспорт, авиация и т. д.).
• Получение изображений внутренних частей непрозрачных тел, в том числе в медицине — компьютерная томография, и на производстве — контроль качества, не разрушающий изделий.
• Системы массового обслуживания и информационно-справочные системы. Например, системы резервирования и продажи железнодорожных и авиабилетов.
• Обслуживание крупных спортивных мероприятий — мировых и европейских чемпионатов, Олимпийских игр.
• Базы данных правовой информации (быстрый доступ к нормативным актам, указам и постановлениям правительства, статьям Уголовного и других кодексов), криминалистические базы данных, хранящие сведения о преступниках и т. д.
• Банковские и биржевые компьютерные системы.
• Библиографические компьютерные системы.
• Подготовка различных документов, отчетов и других печатных материалов, рекламное дело.
• Компьютерная верстка и подготовка к изданию газет, журналов, книг.
• Аранжировка музыкальных произведений, цветомузыка.
• Скульптура и архитектура.
• Компьютерный дизайн разрабатываемых устройств, помещений.
• Компьютерная мультипликация и анимация («оживление» изображений – воспроизведение последовательности изображений, создающее впечатление движения).
• Машинный перевод с различных естественных языков.
• Лингвистика, расшифровка неизвестных языков.
• Криптография – шифрование и расшифровка документов, доступ к которым должен быть ограничен.
• Компьютерная геодезия и картография.
• Обучающие, тестирующие и контролирующие программы.
• Цифровая аудио- и видеозапись.
• Новые средства связи, базирующиеся на локальных и глобальных сетях.

Также необходимо упомянуть еще одну, очень специфическую область «применения» информационных технологий. Почти одновременно с появлением персональных компьютеров и растущей популярностью компьютерных сетей появились программы, которые назывались компьютерными вирусами. Основной целью таких программ можно считать нанесение вреда оборудованию, программам или данным конкурентов. Важной отличительной чертой вирусов является их способность распространяться, что позволяет вирусам «заразить» большое количество компьютеров за короткий промежуток времени и нанести максимальный ущерб.

Чем вреден компьютер

Человечество научилось решать проблемы вреда воздействия электротока или электромагнитного излучения. Однако работа с компьютерной техникой бросает новые вызовы безопасности людей, которые связаны не только с физическим, но и с психическим здоровьем.

Вред злоупотребления временем за монитором компьютера вне зависимости от того, подготовка ли это отчета по работе или отдых с помощью увлекательной игры, отрицательно влияет на качество жизни.

Проблемы экологичности стоят на первом месте при обсуждении вопроса вреда работы за компьютером.

Основные факторы рисков:

1. Перенапряжение : кроме влияния мерцания мониторов на мышцы хрусталика, провоцирующего их чрезмерное напряжение и вред «сухих глаз», катаракты, воздействие излучений компьютера также сказывается на организме в целом и может проявляться в головных болях, бессоннице, перевозбуждении мозга.
2. Проблемы с позвоночником . Длительное сидение в одной позе с неравномерным распределением нагрузок на мышцы и диски позвоночника несет вред заболевания сколиоза и остеохондроза, невралгий, а также нарушений работы органов всего организма.
3. Тоннельный синдром . Однообразие работы мышц руки и кисти за клавиатурой или мышью компьютера приводит к возникновению болевых ощущений, онемения, отечности и покалывания кисти и пальцев.
4. Гиподинамия . Отсутствие полезной двигательной активности провоцирует вялость, рассеянность, бессонницу, несет вред ослабления иммунитета.
5. Зависимость . Замещение реальной жизни виртуальной из-за чрезмерного использования интернета для развлечения и общения грозит смещением ценностей и психологическими проблемами утраты смысла.
6. Вред воздействия на детскую психику . Свободный доступ к материалам порнографического, агрессивного содержания, ненормативной лексики и прочее может серьезно сказаться на нормальном психическом развитии ребенка.

Типы компьютеров

Компьютеры различаются по размерам и способностями. На одном конце шкалы – суперкомпьютеры, очень большие компьютеры с тысячами соединенных микропроцессоров, которые могут выполнять сверхсложные вычисления.

На другой стороне – маленькие компьютеры, встроенные в авто, телевизоры, стереосистемы, калькуляторы и домашние приборы. Эти компьютеры предназначены для выполнения ограниченного числа задач.

Персональный компьютер или ПК, – это компьютер, предназначенный для использования одним человеком одновременно. В этом разделе описаны различные виды персональных компьютеров: настольные, портативные, карманные и планшетные ПК .

Настольные компьютеры

Настольные компьютеры предназначены для работы за столом. Обычно они больше и мощнее других типов персональных компьютеров. Настольные компьютеры состоят из отдельных компонентов. Основной компонент называется системный блок – обычно это прямоугольный корпус, который находится на или под столом. Другие компоненты, такие как монитор, мышь и клавиатура, подключаются к системному блоку.

Портативные компьютеры и нетбуки

Нетбуки (часто называются мини-ноутбуками) – это небольшие и доступные по цене портативные электронной почты.

Смартфоны

Смартфоны – это мобильные телефоны, которые имеют схожие с компьютером возможности.

С помощью смартфона можно осуществлять телефонные звонки, доступ в Интернет, хранить контактную информацию, отправлять сообщения электронной почты и текстовые сообщения, играть в игры и создавать фотографии. Смартфоны обычно имеют клавиатуру и широкий экран.

Карманные компьютеры

Карманные компьютеры, или КПК, достаточно малы, чтобы носить их почти повсеместно. Хотя карманные компьютеры и не такие мощные, как настольные или портативные компьютерные игры.

Некоторые КПК имеют расширенные возможности, например, осуществление телефонных звонков или Интернет. Вместо клавиатуры карманные ПК оснащен сенсорным экраном, который распознает прикосновение пальца или стилуса.

Планшетные компьютеры

Развитие цифровых технологий

Ближайшие пять лет — переломный период цифровой трансформации, когда digital-технологии охватывают даже те сферы, где всегда господствовали аналоговые. Государственные, финансовые, медицинские услуги переходят в онлайн-формат, появляются первые прототипы электронных паспортов и цифровые платежные системы без привязки к физическим валютам и банкам.

Синергия цифровых технологий поможет объединить офлайн и онлайн, делая все устройства и сервисы взаимосвязанными между собой. Искусственный интеллект и большие данные помогают принимать более обоснованные решения, а VR и AR — проводить сложные операции, путешествовать и учиться в любой точке.

Такое будущее выглядит очень комфортным, но не для всех. Например, футуролог Герд Леонгард призывает обратить внимание на тотальную цифровизацию и ее возможные последствия. Например, полная замена реального общения цифровым или утрата человечности при принятии глобальных решений, которые мы все больше доверяем ИИ.

Аппаратное обеспечение: компактное, дешевое и универсальное

В мейнфрейм-эпоху только крупные организации могли позволить себе компьютер. Мини-компьютеры были доступны для организаций поменьше, а компьютеры – для домов и офисов.

Размер компьютеров уменьшается с постоянной скоростью

Сейчас мы на пороге новой эпохи, в которой процессоры и сенсоры становятся настолько дешевыми и компактными, что компьютеров скоро будет больше, чем людей.

Этому способствуют два фактора. Во-первых, неуклонный прогресс в производстве полупроводников за последние 50 лет (Закон Мура). Во-вторых, то, что Крис Андерсон называет «мирными дивидендами от войны смартфонов»: головокружительный успех смартфонов способствовал большим инвестициям в разработку процессоров и сенсоров. Загляните внутрь современного квадрокоптера, очков виртуальной реальности или любого устройства интернета вещей – что вы увидите? Правильно – главным образом компоненты смартфона.

Но в современную эпоху полупроводников всё внимание перешло от отдельных процессоров к целым узлам специальных микросхем, известным как однокристальные системы.

Цены на компьютеры стабильно снижаются

Обыкновенная однокристальная система сочетает в себе энергоэффективный ARM-процессор и специальный графический процессор, а также устройства обмена информацией, управления питанием, обработки видеосигнала и так далее.

Raspberry Pi Zero: 5-долларовый Компьютер на Linux с процессором 1 GHz

Эта инновационная архитектура позволила сбросить минимальную стоимость базовых вычислительных систем со 100 до 10 долларов за единицу. Отличным примером послужит Raspberry Pi Zero – первый 5-долларовый компьютер на Linux с частотой 1 GHz. За те же деньги можно приобрести микроконтроллер Wi-Fi, поддерживающий одну из версий Python. Совсем скоро эти микропроцессоры будут стоить меньше доллара, и мы без труда сможем встраивать их практически всюду.

Но более серьезные достижения происходят сегодня в мире высококачественных микропроцессоров. Отдельного внимания заслуживают графические процессоры, лучшие из которых производит компания NVIDIA. Графические процессоры полезны не только для обработки графики, но и при работе с алгоритмами машинного обучения, а также с устройствами виртуальной и дополненной реальности. Однако представители компании NVIDIA обещают более существенные улучшения производительности графических процессоров в ближайшем будущем.

Козырем всей сферы информационных технологий по-прежнему остаются квантовые компьютеры, которые пока существуют преимущественно в лабораториях. Но стоит сделать их коммерчески привлекательными, и это приведет к грандиозному росту производительности, прежде всего, в сфере биологии и искусственного интеллекта.

Программное обеспечение: золотой век искусственного интеллекта

Сегодня в мире программного обеспечения происходит много любопытных вещей. Хороший пример – распределенные системы. Их появление обусловлено многократным увеличением количества устройств за последние годы, что вызвало необходимость распараллеливать задания на нескольких машинах, налаживать обмен данными между устройствами и координировать их работу. Отдельного внимания заслуживают такие технологии распределенных систем, как Hadoop или Spark, предназначенные для работы с большими массивами данных. Стоит также упомянуть технологию блокчейн, обеспечивающую безопасность данных и ресурсов и впервые реализованную в криптовалюте Bitcoin.

Но, пожалуй, самые захватывающие открытия совершаются сегодня в области искусственного интеллекта (ИИ), имеющего длинную историю взлетов и падений. Еще сам Алан Тьюринг предсказывал, что к 2000 году машины будут способны имитировать людей. И хотя это предсказание пока не осуществилось, есть веские причины полагать, что ИИ наконец вступает в золотой век своего развития.

«Машинное обучение – это ключевой, революционный способ переосмысления всего, что мы делаем», – генеральный директор компании Google Сундар Пичаи.

Наибольший ажиотаж в области ИИ сосредоточен вокруг так называемого глубинного обучения – метода, который был широко освещен в рамках одного известного проекта компании Google, запущенного в 2012 году. В этом проекте была задействована высокопроизводительная сеть компьютеров, целью которой было научиться распознавать котиков на видеороликах с YouTube. Метод глубинного обучения основывается на искусственных нейронных сетях – технологии, зародившейся еще в 40-х годах прошлого века. Недавно эта технология снова стала актуальной из-за многих факторов: появления новых алгоритмов, снижения стоимости параллельных вычислений и широкого распространения больших наборов данных.

Процент ошибок в конкурсе ImageNet (красная линия соответствует показателям человека)

Остается надеяться, что глубинное обучение не станет просто очередным модным термином Силиконовой долины. Впрочем, интерес к этому методу обучения подкрепляется впечатляющими теоретическими и практическими результатами. К примеру, до введения глубинного обучения допустимый процент ошибок победителей ImageNet, известного конкурса по машинному видению, составлял 20–30 %. Но после его применения правильность алгоритмов неуклонно росла, и уже в 2015 году показатели машин превзошли показатели человека.

Многие документы, пакеты данных и инструменты программного обеспечения, связанные с глубинным обучением, находятся в открытом доступе, что позволило отдельным лицам и небольшим организациям создавать собственные высокоэффективные приложения. Компании WhatsApp Inc. потребовалось всего 50 разработчиков, чтобы создать популярный мессенджер для 900 миллионов пользователей. Для сравнения, создание мессенджеров предыдущих поколений требовало привлечения свыше тысячи (а иногда и нескольких тысяч) разработчиков. Нечто подобное теперь происходит и в области ИИ: программные средства вроде Theano и TensorFlow в сочетании с облачными дата-центрами для обучения и недорогими видеокартами для вычислений позволяют небольшим командам разработчиков создавать новаторские системы ИИ.

К примеру, ниже представлен небольшой проект одного программиста с использованием TensorFlow для преобразования черно-белых фото в цветные:

Слева направо: черно-белое фото, преобразованное фото, цветной оригинал фото. (Источник)

А вот небольшое стартап-приложение для классификации предметов в реальном времени:

Приложение Teradeep идентифицирует предметы в реальном времени

Хм, а ведь где-то я уже это видел:

Фрагмент из фильма Терминатор 2: Судный день (1991 г.)

Одним из первых приложений с методом глубинного обучения, выпущенных крупной компанией, было удивительно умное приложение для поиска изображений Google Photos:

Поиск по фотографиям (без метаданных) с ключевой фразой «big ben»

В скором времени нас ожидает значительное повышение производительности ИИ во всех сферах программного и аппаратного обеспечения: голосовые помощники, поисковые механизмы, чат-боты, 3D сканеры, языковые переводчики, автомобили, дроны, системы диагностической визуализации и многое-многое другое.

«Легко предугадать идеи следующих 10000 стартапов: взять Х и прибавить искусственный интеллект», – Кевин Келли.

Стартапы, создающие продукцию с упором на ИИ, должны оставаться предельно сфокусированными на определенных приложениях, чтобы поддерживать конкуренцию с крупными компаниями, для которых ИИ является высшим приоритетом. Системы ИИ становятся эффективнее по мере того, как увеличивается объем собранных для них данных. Получается нечто вроде маховика, постоянно вращающегося за счет так называемого эффекта сети данных (больше пользователей → больше данных → лучше продукция → больше пользователей). К примеру, команда картографического сервиса Wase использовала эффект сети данных, чтобы сделать качество предоставляемых карт лучше, чем у их более маститых конкурентов. Всем, кто намерен использовать ИИ для своего стартапа, стоит придерживаться аналогичной стратегии.

Программное + аппаратное обеспечение: новые компьютеры

Сейчас на стадии формирования находится целый ряд перспективных платформ, которые скоро вполне могут перейти на стадию развития, так как они сочетают в себе самые последние разработки из сфер программного и аппаратного обеспечения. И хотя эти платформы могут выглядеть по-разному либо иметь разную комплектацию, у них есть одна общая черта: использование последних расширенных возможностей умной виртуализации. Рассмотрим некоторые из этих платформ:

Автомобили. Крупные информационно-технологические компании вроде Google, Apple, Uber и Tesla немало инвестируют в разработку автономных или беспилотных автомобилей. На рынке уже представлены полуавтономные автомобили Tesla Model S и вскоре ожидается выход обновленных и более совершенных моделей. Создание полностью автономного автомобиля потребует некоторого времени, однако есть основания полагать, что ждать осталось не более пяти лет. На самом деле, уже существуют разработки полностью автономных автомобилей, которые ездят не хуже, чем под управлением человека. Тем не менее, в силу многих аспектов культурного и регулятивного характера такие автомобили должны ездить намного лучше, чем управляемые человеком, чтобы быть допущенными к широкой эксплуатации.

Беспилотный автомобиль составляет схему своего окружения

Несомненно, объем инвестиций в беспилотные автомобили будет только расти. В дополнение к информационно-технологическим компаниям, крупные производители автомобилей тоже начали задумываться над автономностью. Нас ждет еще много интересных стартап-продуктов. Программные средства глубинного обучения стали настолько эффективными, что сегодня одному-единственному разработчику под силу сделать полуавтономный автомобиль.

Самодельный беспилотный автомобиль

Дроны. Современные дроны укомплектованы по последнему слову техники (в основном компонентами смартфонов и механическими деталями), но имеют относительно простое ПО. В скором времени появятся усовершенствованные модели, оснащенные компьютерным зрением и другими видами ИИ, что сделает их более безопасными, удобными в управлении и полезными. Фото- и видеосъемка с дронов будет популярной не только среди аматоров, но, что важнее, найдет и коммерческое применение. К тому же, существует немало опасных видов работ, в том числе высотных, для выполнения которых было бы гораздо безопаснее использовать дроны.

Полностью автономный полет дрона

Интернет вещей. Самые основные преимущества устройств интернета вещей – это их энергоэффективность, безопасность и удобство. Хорошими примерами первых двух характеристик могут послужить продукты Nest и Dropcam. Что касается удобства, стоит обратить внимание на устройство Echo от Amazon.

Большинство людей полагают, что Echo – это очередная маркетинговая уловка, но, воспользовавшись хотя бы раз, они удивляются, насколько удобным оказывается это устройство. Оно блестяще демонстрирует эффективность голосового управления как основы пользовательского интерфейса. Конечно, мы еще не скоро увидим роботов с универсальным интеллектом, способных поддерживать полноценный разговор. Но, как показывает Echo, компьютеры уже способны справляться с более-менее сложными голосовыми командами. По мере того как метод глубинного обучения будет совершенствоваться, компьютеры научатся лучше понимать язык.

3 основных преимущества: энергоэффективность, безопасность, удобство

Устройства интернета вещей также найдут применение в бизнес-сегменте. К примеру, устройства с сенсорами и возможностью сетевого подключения широко используются для оперативного контроля промышленного оборудования.

Носимая техника. Сегодня функциональность носимых компьютеров варьируется в зависимости от ряда факторов: емкости батареи, средств коммуникации и обработки данных. Наиболее успешные устройства обычно имеют весьма узкую сферу применения: к примеру, фитнес-трекинг. По мере улучшения компонентов аппаратного обеспечения носимые устройства будут, как и смартфоны, расширять свою функциональность, открывая тем самым возможности для новых приложений. Как и в случае с интернетом вещей, предполагается, что голос станет основным пользовательским интерфейсом управления носимыми устройствами.

Миниатюрный наушник с искусственным интеллектом, фрагмент из фильма «Она»

Виртуальная реальность. 2016 год будет очень интересным для развития средств VR: релиз очков виртуальной реальности Oculus Rift и HTC Vive (и, возможно, PlayStation VR) означает, что удобные и иммерсивные системы VR наконец станут общедоступными. Разработчикам устройств VR придется хорошенько постараться, чтобы не допустить возникновения у пользователей так называемого эффекта «зловещей долины», при котором чрезмерная правдоподобность робота или другого искусственного объекта вызывает неприязнь у людей-наблюдателей.

Для создания качественных систем VR требуются качественные экраны (с высоким разрешением, высокой частотой обновления и низкой инерционностью), мощные видеокарты и возможность отслеживать точное положение пользователя (предыдущие поколения систем VR могли только отслеживать поворот головы пользователя). В этом году благодаря новым устройствам пользователи впервые смогут испытать на себе полноценный эффект присутствия: все чувства настолько качественно «обманываются», что пользователь ощущает полное погружение в виртуальный мир.

Демонстрация Oculus Rift Toybox

Несомненно, очки VR продолжат развиваться и со временем будут становиться всё доступнее. Разработчикам еще предстоит немало поработать над такими аспектами, как новые инструменты представления генерируемого и/или отснятого контента VR, усовершенствование машинного зрения для отслеживания положения пользователя и получения данных о нем прямо с телефона или очков виртуальной реальности, а также распределенные серверные системы для размещения масштабных виртуальных окружений.

Создание виртуального мира в 3D формате с помощью очков VR

Дополненная реальность. Скорее всего, AR получит развитие только после VR, потому что для полноценного использования дополненной реальности потребуются все возможности виртуальной вместе с дополнительными новыми технологиями. К примеру, для полноценного объединения в одной интерактивной сцене реальных и виртуальных объектов средствам AR потребуются продвинутые технологии машинного зрения с малой задержкой.

Устройство дополненной реальности, фрагмент из фильма «Kingsman: Секретная служба»

Но, скорее всего, эпоха дополненной реальности наступит быстрее, чем вам кажется. Этот деморолик был отснят непосредственно через устройство AR Magic Leap:

Демонстрация Magic Leap: виртуальный персонаж в реальной среде

Этот деморолик был снят непосредственно через устройство Magic Leap 14 октября 2015 года. При его создании не применялись ни спецэффекты, ни композитинг.