close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Актуальные проблемы информатики

код для вставкиСкачать
ИНФОРМАТИКА:
СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ
академик Соколов И.А.
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАТИКИ КАК КОМПЛЕКСНОЙ
ДИСЦИПЛИНЫ
Информатика
•
естественная наука (фундаментальные и прикладные исследования); изучает
общие свойства информации (данных и знаний), методы и системы для ее создания,
накопления, обработки, хранения, передачи и распределения с помощью средств
вычислительной техники и связи;
•
отрасль промышленности (опытно-конструкторские работы и производство);
занимается проектированием, изготовлением, сбытом и развитием систем
информатизации и их компонентов;
•
инфраструктурная область (профессиональная деятельность и эксплуатация
систем информатизации); занимается сервисом и эксплуатацией систем
информатизации, обучением и др.
Информационные технологии
- совокупность систематических и массовых способов создания, накопления, обработки,
хранения, передачи и распределения информации (данных, знаний) с помощью средств
вычислительной техники и связи.
0.1
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
КЛАССИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПО ИНФОРМАТИКЕ
А. П. Ершов. Статья «Информатика».
Советская энциклопедия, 1988.
– Математический энциклопедический словарь – М.:
А. А. Дородницын. Информатика: предмет и задачи. В сб. «Кибернетика. Становление
информатики». – М.: Наука, 1986.
Е. П. Велихов. Информатика – актуальное направление развития советской науки. В сб.
«Кибернетика. Становление информатики». – М.: Наука, 1986.
М. Брой. Информатика. Основополагающее введение: в 4-х частях. Ч.1 /Пер с нем. – М.:
Диалог-МИФИ, 1996.
P. Dreyfus. L’informatique. Gestion, Paris, Jun 1962, pp. 240–41.
D. L. Parnas. Software Engineering Programmes are not Computer Science Programmes. Annals of
Software Engineering 6: 19–37, 1998.
P.J.Dennign. Is computer science science? – Communications of the ACM, April 2005.
D.E.Knuth. Selected Papers on Computer Science
1996.
–
CSLI Publications, Cambridge Univ. Press,
0.2
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
Вычислительная техника
Сети
Программирование
Данные: технологии хранения и обработки
Извлечение знаний
Информационная безопасность
0.3
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
КОЛИЧЕСТВО ТРАНЗИСТОРОВ В
МИКРОПРОЦЕССОРАХ
Intel Itanium
2 000 000 000
1 000 000 000
(Tukwila)
Intel Core
100 000 000
Intel Pentium III
10 000 000
1 000 000
Intel Pentium
Intel 386
Intel Core i7
Intel Pentium IV
Intel Pentium II
Intel 486
Intel 80286
100 000
Intel 8088
10 000
Intel 4004
1 000
30
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
1.1
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
ОБЪЕМ ПАМЯТИ НА ЖЕСТКОМ МАГНИТНОМ ДИСКЕ
4 ТБ
HDD максимальной емкости
3 ТБ
HDD максимального
быстродействия
2 ТБ
1 ТБ
0,5 ТБ
2002
2004
2006
2008
2010
2012
1.2
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
ХАРАКТЕРИСТИКИ 4-х ПРОЦЕССОРНОГО СЕРВЕРА
Сетевые контроллеры
2 х 1 Гбит/с
Модули расширения
Система охлаждения
RAID контроллер
Блоки питания 1500 Вт с
резервированием
Оперативная память до 256 ГБ
Дисковая подсистема
2ТБ
16 - 32 процессорных ядра,
3 ГГц
Система охлаждения
1.3
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
СРЕДНЯЯ НАГРУЗКА СЕРВЕРОВ
Серверы (RISC / UNIX)
30-40%
Серверы (x86 / Windows)
10-20%
Полезная нагрузка
Нагрузка
100%
Терминальный
сервер
80%
60%
Сервер
приложений
40%
20%
Сервер
контроллера
домена
Сервер
эл. почты
Сервер баз
данных
Файл сервер
1.4
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
НАПРАВЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ IT-РЕСУРСОВ
Виртуализация и
корпоративные ЦОД
GRID
Интернет-вычисления
(Cloud computing)
Основные приложения:
Основные приложения:
Основные приложения:
• энергетика;
• ядерная физика;
• нефтегазовый сектор;
• биоинформатика;
• финансы;
• астрономия;
• оборона и безопасность;
• химия;
• телекоммуникации;
• геофизика;
• автоматизация малого и
среднего бизнеса (офисные
приложения, электронная
почта, документооборот,
планирование,
взаимодействие с
клиентами,…);
• транспорт
• нанотехнологии;
• хостинг Web-сайтов;
• моделирование
климата;
• архивное хранение
информации
• экология
1.5
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
СЕРВИСЫ И ПРОДУКТЫ ДЛЯ Cloud computing
Google
Amazon
Основные сервисы (всего более 40):
• GMail (почта и архив);
• GDocs (совм. работа с документами);
• GCalendar (планирование);
• GApp Engine (создание Web-приложений);
• GBase (структурированное хранилище);
• GCheckout (on-line платежи)
Ресурсы:
• Объемы обрабатываемых данных – более 200 ПБ;
• Количество ЦОД – около 40;
• Количество серверов – более 100 000;
• Число сотрудников – 19 тыс.
Основные сервисы :
• Elastic Computing Cloud (EC2) (виртуальные ЭВМ);
• Simple Storage Service (S3) (архив);
• SimpleDB (база данных).
Характеристики:
• Стоимость хранения данных – 0,18 $за ГБ в месяц;
• Виртуальная ЭВМ – 0,11- 0,88 $ в час.
HP
Основные проекты :
• MagCloud.com (подготовка и печать журналов);
• NetSuite ( ERP on-line система для малого бизнеса).
IBM
Основные проекты :
• «Blue Cloud» (13 ЦОД для Cloud Computing по всему
миру);
• «Bluehouse» (защищенная «социальная» сеть для
бизнеса);
• RESERVOIR – Resources and Services Virtualization
without Barriers (разработка технологий виртуализации
ресурсов и сервисов без ограничений) ;
Microsoft
VMware
Основные проекты :
• Windows Azure (операционная система для Cloud
computing).
Основные проекты :
• Virtual Data Center Operating System (объединение
всех IT ресурсов в единый унифицированный ЦОД).
1.6
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
РАЗВИТИЕ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕДАЧИ
Скорость
передачи
100 T
1T
DWDM
100 G
10 GbE
10 G
GbE
1G
155 ATM
FDDI
100 M
100 Base-T
16M Token
10 Base-T
10 M
4M Token
1M
100 K
StarLAN
DCP
1980
Годы
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2.1
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
РОСТ СКОРОСТИ ПЕРЕДАЧИ
В ШИРОКОПОЛОСНЫХ СЕТЯХ
1 Gig
100 Mb
10 Mb
1
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
100 Kb
10 Kb
1 Kb
Швеция
Франция
Испания
Великобритания
Польша
2.2
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
ДИНАМИКА ЧИСЛА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ УСЛУГАМИ
МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
3200
Количество
абонентов сотовой
связи в мире
превысило 3 млрд
3000
2800
2600
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
2.3
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
ЧЕТВЕРТОЕ ПОКОЛЕНИЕ СОТОВОЙ СВЯЗИ
TDMA
GSM
EDGE
WLAN/
Hiperlan2
GPRS
WCDMA
PDC
Always best
connected
Bluetooth
cdmaOne
Cdma2000
1X
Cdma2000
1XEV
Higher speeds
2010
2G
Evolved 2G
3G
Evolved 3G 4G7
>8U
Коммутация
каналов
10-25 U
15 to 40 U
3G
3G+
3G
> 500 U
evolution
25 U
Коммутация
пакетов и
каналов
WiMAX
50 U
Parent
coverage and
pico cell
coverage
WiMAX
evolution
4G
100 U
Коммутация
каналов
WiFi
SRR
> 500 U
Nano
coverage
WiFi
SRR
> 1000 U
evolution
U = bit / s / Hx / km
New bands
New bands
2
2.4
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
Функциональность / преимущества для пользователя
ТЕНДЕНЦИИ РОСТА ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА
И УРОВНЯ ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫХ УСЛУГ
10 + Мбит
Приблизительные
требования по полосе
пропускания для
функционирования сервиса
2 + Мбит
512 Кбит
128 Кбит
Улучшенный
Web – доступ
· Музыка
· Фото
· Короткие видеоролики
Цифровое ТВ
· Выбор каналов и контента
· Видео по запросу
· Интеграция с VoiP
· Повсеместные сети
Широкополосный контент
· Музыка
· Видео высокого качества
· Онлайновые игры
· Домашние сети
Web – доступ
· Электронная почта
· Поиск ресурсов
· Электронная коммерция
1998
Низкая
2004
Инфраструктура / зрелость рынка
2008
Высокая
2.5
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
МОБИЛЬНЫЙ ТЕЛЕФОН В ПОВСЕМЕТНОЙ СЕТИ
МЕДИА
МР-3 плеер
ТВ приемник
Фотоаппарат,
видеокамера
Пульт для игр
БУМАЖНИК
Платежи
Ключи
Доступ
Пропуска
ОФИС
План работы
Контакты
E-mail
Поиск информации
Факс
УДАЛЕННОЕ
УПРАВЛЕНИЕ
Дом
Гараж
Офис
НАВИГАЦИЯ
Карты
Информация о местонахождении
Навигация в автомобиле
Навигация при ходьбе
ПОРТ
Доступ в Интернет
Голосовой обмен
Обмен сообщениями
2.6
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТРУДА ПРОГРАММИСТОВ
Эффективность труда программиста
(объем исполняемого кода, машинных команд)
10000
1000
100
10
1
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
3.1
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Ключевые
абстракции
2000
Языковые
средства
1990
1980
1960
Выполнение
запросов к базам
данных
Модуль
Объекты
Классы
Процедура
Модули
Типы данных
Сборка «мусора»
1970
Инструментальные
средства
Унифицированный
процесс Rational
Программный
каркас
Объект
Методологии
Процедуры
1950
Объектноориентированное
проектирование и
анализ
Структурное
проектирование и
анализ
Структурное
программирование
Среды визуальной
разработки
Интегрированные
среды разработки
Персональные
компьютеры
Интерактивные
системы отладки
Системы разделения
времени
Блок - схемы
Формулы
3.2
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
СОВРЕМЕННЫЕ ЯЗЫКИ И ИНСТРУМЕНТЫ
Программное
обеспечение для
гетерогенной среды
Web-services, SOA
XML
Java
МОМ (MessageOriented Middleware)
СУБД
Доверенные
вычисления
Языки
программирования
+
средства разработки
Многоязыковое
программное
обеспечение
Методологии
разработки, техники
верификации и
тестирования
программ
Гибридизация языков:
· объединение 3G и 4G (LINQ);
· объединение компилируемых
и динамических языков
3G – 3-е поколение языков программирования (Basic, C, C++, C#, Pascal);
4G – 4-е поколение языков программирования (SQL, языки генераторов отчетов, языки
генераторов пользовательских интерфейсов);
LINQ – пример встраивания языков 4-го поколения в состав языков 3-го
3.3
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
НАКОПЛЕННЫЕ ОБЪЕМЫ ДАННЫХ
(в терабайтах,
1 терабайт = 1012 байт)
27
Человечество в целом (к 2010 г.) - 1 зеттабайт
(1 зеттабайт = 1021 байт)
Цифровая фотография.
20
Общий объем информации - до 100 петабайт
(1 петабайт = 1015 байт)
Поисковые системы. Общий объем информации
• Google - более 5 петабайт
(по др. сведениям - до 200)
• Яндекс - более 100 гигабайт
7
Оцифрованный
объем
Библиотека
конгресса
США
РГБ
БАК
объем информации
порождаемой
ежедневно
Крупнейшие отраслевые массивы информации
(наука)
• метеорологические данные (WDCC)
- 6 петабайт
• физика (NERSC) - 3,5 петабайт
• астрономия (VLBI) - поступает 16 Гб/с
4.1
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
Объем крупнейшей БД
AT&T
232 Tb
France Telecom
30 Tb
Yahoo!
102 Tb
4.2
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
ТРЕБОВАНИЯ К ХРАНЕНИЮ ДАННЫХ
• 24/7/365
Обслуживание 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в году
• Отказоустойчивость
• Катастрофоустойчивость
• Масштабируемость
Масштабирование должно позволять увеличивать общий объем данных
от сотен терабайт до, по крайней мере, сотен петабайт
• Время доступа к данным
Необходимо обеспечить более медленный, чем логарифмический,
рост времени доступа к данным в зависимости от объема хранилища.
Начальное значение должно быть порядка сотен миллисекунд
• Безопасность
• Стоимость хранения
Необходимо снизить существующую стоимость масштабируемых
системы хранения данных (сейчас –$3-4/гигабайт).
4.3
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
КОЛИЧЕСТВО ПУБЛИКАЦИЙ И
ОБЪЕМ РЫНКА СИСТЕМ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗНАНИЙ
5.1
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
ПРИЛОЖЕНИЯ
Государство
Информационноаналитические
системы
CIA DB 35+ Тб
Уличное
видеонаблюдение
25% всей цифровой
информации
Финансовый
мониторинг
Биллинговая
база Sprint
300Тб
Пользовательское ПО
Поиск в
Интернет
Google, 4 Пб
11%
14%
Криминалистический
учет МВД РФ
100 млн. дактокарт
16%
59%
Наука
Астрономия
Europe’s Very Long
Base
Interferometry
16 Гб/сек
Медицина
Физика
БД NERSC
3,5 Пб
Бизнес
Метеорология
БД WDCC
6 Пб
Генетика
GenBank
10 млн. генов
CRM
Yahoo – 2 Пб
Клиентская
база AT&T
280 Тб
Транзакционные
данные eBay
250 Тб
5.2
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
ИЕРАРХИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗНАНИЙ
ПРАКТИКА
СЕМАНТИЧЕСКАЯ ПАУТИНА
(SEMANTIC WEB)
ТЕОРИЯ
Верификация
Логика
Доказательство
Синтез
Семантический запрос
Онтология
Метаданные
Анализ
RDF Модель
XML запрос
Данные
Обработка
Шифрование
Понимание
Логика
ЭЦП
Семантика
Истина
XML схема
XML
Пространство имен
URI
Unicode
5.3
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
ИСТОЧНИКИ ДАННЫХ
0,89% 0,1%
0,01%
Переписка
Аудио
Изображение
Данные
видеонаблюдения
6%
6%
Транзакционная
информация
БД
Видео
12%
Документооборот
Транзакционная
информация
Цифровая тень
50%
Телефонные
разговоры
25%
RFID – медки,
идентификационные
карты
Биометрические
данные
5.4
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
РАЗВИТИЕ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗНАНИЙ
Абстрактные
знания
Абстракция
Искусственный
интеллект
Метаданные
Онтология
Семантический
анализ
2010
Размеченный
документ
Индекс
Полнотекстовый
поиск
Таблица
Реляционная
модель
Язык
запросов
1980
Распределенная
среда
децентрализация
1990
интеграция
2000
Семантическая
паутина
Базы данных
1970
Массив
1960
Структура
Представление
Инструмент
Реализация
5.5
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
НАПРАВЛЕНИЯ БУДУЩЕГО РАЗВИТИЯ
Новые
источники
Технологии
Развитие технологий
визуализации
Изображения
Видео
Децентрализация
хранения и извлечения
знаний
Аудио
речь
Социальные сети
Интеграция информации
Новые методы
Интеграция
источников
Развитие
онтологий
Семантический
анализ
Идентификация
пользователя
Извлечение
знаний
Децентрализация вычислений
Технические
средства
Обеспечение реального
времени
Телекоммуникации
5.6
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
ПОТЕРИ ОТ КИБЕРПРЕСТУПЛЕНИЙ В США
300
Млн. долл.
250
239,09
198,44
200
183,12
150
125,6
100
68,14
54
50
17,8
0
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
6.1
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
УЯЗВИМОСТЬ СЕТЕВЫХ ПРОТОКОЛОВ
Стек TCP/IP в целом — уязвимость к DoS-атакам («Denial of Service» отказ в обслуживании), прослушиванию трафика («sniffing»), перехват
трафика («IP Hijacking»);
DNS (система доменных имён) — уязвимы к атаке «cache poisoning»
(подмена адресов);
BGP (Border Gateway Protocol, протокол динамической маршрутизации в
Интернет) — уязвим к перехвату и подмене трафика;
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol — простой протокол передачи почты) —
допускает «неавторизованного отправителя», уязвим к спаму;
NTLM (сетевая аутентификация Windows NT) – уязвим к атаке «Pass the
Hash»(использование вместо пароля его hash функции) ;
WEP (Wired Equivalent Privacy - шифрование данных в беспроводных сетях)
– нестойкое шифрование в Wi-Fi-сетях.
…
6.2
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
ДОЛЯ СПАМА В ПОЧТОВОМ ТРАФИКЕ
6.3
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ С ОТКРЫТЫМ
ИСХОДНЫМ КОДОМ (OPEN SOURCE)
Linux
— линейка операционных систем;
BSD
— линейка операционных систем;
OpenOffice
— офисный пакет;
Apache
— Web-сервер;
Mozilla Firefox/Thunderbird — Web-броузер/почтовый клиент;
MySQL — СУБД ;
LaTeX
— научный редактор;
BitTorrent
— файловый обеменник
6.4
академик И.А.Соколов «Информатика: состояние, проблемы, перспективы»
Представляя собой самостоятельную научную
дисциплину, информатика обеспечивает все
другие направления современной науки. Наиболее
важные и перспективные научные открытия XXI
века будут совершены благодаря информатике и
информационным технологиям в целом.
Документ
Категория
Презентации по информатике
Просмотров
222
Размер файла
2 138 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа