Александр Сотов - Компьютерная информация под защитой. Правовое и криминалистическое обеспечение безопасности компьютерной информации. Монография

В настоящее время существует несколько критериев для классификации.

Одним из основных критериев классификации является деление по характеру обрабатываемой информации. Она может быть дискретной (то есть, разбитой на маленькие единички) и недискретной (то есть такой, какой существует в окружающем мире). Машины, работающие с дискретной информацией, именуются цифровыми. К этой категории относится подавляющее большинство современных компьютеров, работающих на двоичном коде. Машины, которые могут оперировать недискретной информацией, называются аналоговыми. Они более удобны для пользователя, и первые ЭВМ были именно аналоговыми [11] Именно аналоговые машины практически одновременно появились в СССР и США. В 1930 г. для американского ВМФ инженером Ванневаром Бушем была создана механическая интегрирующая машина для расчёта стрельбы корабельных орудий. В 1942 году был создан ее электромеханический вариант. В СССР в 1935 г. инженер Николай Минорский создал электродинамическую счётно-аналитическую машину САМ (модель Т-1). В 1945-46 гг. под руководством советского ученого Л.И. Гутенмахера было создано семейство аналоговых машин без движущихся частей, на электронной базе. Они сыграли значительную роль в реализации советских ядерных и ракетных программ. . Однако у цифровых компьютеров, построенных на архитектуре Неймана, было преимущество компактности, дешевизны и быстродействия. В то же время, не следует забывать, что мозг живого существа, в том числе человека, также действует по принципу аналоговой ЭВМ.

Другим критерием является классификация ЭВМ по поколениям [12] Терминологический словарь по основам информатики и вычислительной техники / А.П. Ершов, Н.М. Шанский, А.П. Окунева, Н.В. Баско; Под ред. А.П. Ершова, Н.М. Шанского. – М.: Просвещение, 1991. – 159 с. . Различаются ЭВМ:

• первого поколения, построенные на электронно-вакуумных лампах;

• второго поколения, построенные с использованием транзисторных элементов;

• третьего поколения, основанные на использовании интегральных микросхем;

• четвертого поколения, выполненные с использованием больших интегральных микросхем и микропроцессоров.

Другим критерием для классификации является сфера применения ЭВМ. По данному критерию компьютеры делятся на:

• универсальные, то есть способные решить любую задачу, которая может быть выражена в виде программы, в рамках разумных ограничений, накладываемых аппаратными характеристиками;

• специализированные, предназначенные для решения одной задачи или узкого круга задач (например, баллистические вычислители, бортовые компьютеры, игровые приставки).

• Также ЭВМ можно делить по назначению. С точки зрения данного критерия среди ЭВМ выделяются:

• сервер – компьютер, выделенный из группы персональных компьютеров (или рабочих станций) для обеспечения другим устройствам доступа к данным без непосредственного участия человека;

• рабочая станция – комплекс аппаратных и программных средств, предназначенных для решения определённого круга задач. Обычно представляет собой компьютер, конструктивно объединенный со вспомогательными устройствами ввода-вывода информации (например, комплект оборудования для оператора беспилотного летательного аппарата);

• персональный компьютер – компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем.

Одним из основных критериев для классификации компьютеров является их быстродействие – количество операций, которые машина способна исполнять за единицу времени – обычно за секунду. По данной классификации ЭВМ делятся на:

• суперЭВМ, которые обладают быстродействием не менее нескольких сотен миллионов операций в секунду. СуперЭВМ создаются путем синхронизации (параллельной обработки данных) многих мощных компьютеров. По состоянию на июнь 2013 года самым мощным в мире считается компьютер «Млечный путь – 2», созданный в Национальном университете оборонных технологий Китая со скоростью 33 860 триллионов операций в секунду [13] China beats America to the world's fastest supercomputer title. “Daily mail”, June 17, 2013 . В РФ самым мощным суперкомпьютером является машина «Ломоносов», установленная в МГУ им. М.В. Ломоносова. По состоянию на ноябрь 2013 года она занимает 38 место в международном рейтинге суперкомпьютеров [14] http://www.top500.org/list/2011/06/100 с быстродействием 674,11 триллионов операций в секунду и является 9-ой в Европе;

• большие ЭВМ или мэйнфреймы (Mainframe). Это мощные машины, которые, однако, уступают суперкомпьютерам и обладают производительностью в пределах 200 млн. – 1 млрд. операций в секунду. Большие ЭВМ обычно используются в качестве серверов для обеспечения работы крупных организаций (больших бирж, центров управления полетами и пр.);

• микроЭВМ, обладающие производительностью не более 200 млн. операций в секунду. К этому классу относится подавляющее большинство современных персональных компьютеров, включая ноутбуки, палм-топы (наладонники) и пр. К микроЭВМ также можно отнести микроконтроллеры, которые представляют собой комплексные устройства с блоками ввода-вывода информации и блоком обработки информации, но возможности последнего ограничены и пригодны для решения узкого круга задач. К микроконтроллерам можно отнести устройства промышленной автоматики, баллистические вычислители и пр.

В настоящее время перспективы развития компьютерной техники идут в двух направлениях:

• совершенствование элементной базы ЭВМ;

• совершенствование взаимодействия компьютера с пользователем.

Элементная база совершенствуется, прежде всего, за счет уменьшения элементов, несущих единицу информации (бит). Уже в настоящее время созданы материалы, в которых изменять свое состояние может каждая молекула – например, углеродные нанотрубы [15] См., например, П.Н. Дьячков «Углеродные нанотрубки. Материал для компьютеров XXI века» («Природа», 2000, № 11) . То есть, каждая молекула может быть носителем информации – 0 или 1. Благодаря этому размеры вычислительных устройств и элементов памяти можно радикально уменьшить, а значит, в прежний объем вычислительных устройств можно уместить гораздо большее количество «думающих единиц», и, заставив их работать параллельно, значительно повысить производительность.

Большие возможности для совершенствования элементной базы открывает возможность использования квантовых эффектов. Теоретическим пределом работы классических вычислительных систем является использование в качестве носителя информации (бита) одного атома, обладающего определенным зарядом. Далее возможен переход только на субатомарные частицы, однако на этом уровне материя утрачивает привычное деление на «вещество-энергию». Тот же электрон является одновременно и частицей, и волной, следовательно, его положение в пространстве не может быть четко определено, а значит, не может быть использовано для передачи информации. Именно наличие положительного заряда у протона стабилизирует электрон и удерживает его в довольно ограниченной пространственной области – вокруг атомного ядра. Однако такая нестабильность субатомарных частиц позволяет с их помощью выражать одновременно несколько показателей. Если классическая элементная единица компьютера, работающая в двоичном коде, может обладать показателями либо «0», либо «1», то элементная единица, построенная на квантовом принципе (для нее уже придумано название – кубит), может в одно и то же время обладать значениями и «0», и «1», а, возможно, и иных показателей. То есть, в одну единицу времени могут параллельно идти несколько вычислительных процессов. С другой стороны, нестабильность квантовых частиц в пространстве-времени делает затруднительным использование обычного математического аппарата, поэтому для квантовых компьютеров потребовались принципиально иные алгоритмы работы, причем они оказались гораздо более громоздкие, чем классические. В настоящее время существует лишь несколько задач, с которыми модель квантовой ЭВМ могла бы справиться эффективнее классического компьютера.