Цифровые системы. В последние десятилетия повсеместное распространение получили цифровые технологии

В последние десятилетия повсеместное распространение получили цифровые технологии. Сказанное в полной мере относится и к системам с открытой архитектурой. Такое положение дел – не простая дань моде, а следствие тех преимуществ, которые предоставляют цифровые технологии. Анализ причин столь значимого успеха цифровых технологий позволяет перенять ценнейший опыт разработок сложных систем, чем не воспользоваться было бы недопустимо.

Пожалуй, наиболее значимую роль в успехе цифровых технологий сыграли: абстрагирование, обобщение, гибкость и автоматизация.

Компьютерная техника позволяет освободить разработчиков программного обеспечения от огромного пласта проблем, связанных с аппаратной реализацией вычислительного процесса. Наверное большинство программистов, в том числе и высококлассных, смутно себе представляют тонкости организации полупроводниковых устройств в кристалле процессора и других микроэлектронных элементов, но это не является существенным недостатком. Скорее наоборот, данное обстоятельство демонстрирует высокий уровень разделения труда по технологиям, который позволяет программистам сосредоточиться на решении своих прикладных задач. Цифровая аппаратура скрывает в себе проблемы микроэлектроники таким образом, что пользоваться ею можно, используя простые технологические приемы, доступные людям, не владеющим специальными знаниями физических процессов, происходящих в аппаратуре. Другими словами, процесс разработки программ абстрагирован от этих проблем.

Не меньшую роль в повсеместном распространении цифровой техники сыграло обобщение технологий практически на любую прикладную задачу. Давно стало очевидным, что подавляющее количество задач может быть сформулировано в виде их цифровых аналогов. В числовом виде может быть представлена практически любая информация, независимо от того, какой прикладной области она принадлежит. Подобным образом и методы обработки информации могут быть представлены в виде соответствующих вычислительных алгоритмов.

Возможность перепрошивки цифровых систем новыми программами придает таким системам особую гибкость. В настоящее время технологии перепрошивки доведены до такого уровня, что провести эту операцию могут не только инженеры, но и бытовые пользователи. В считанные минуты можно модернизировать функциональность системы в той ее части, которая реализована на программном уровне. При этом система может не сниматься с эксплуатации, возможно только временное ее отключение. Учитывая такую возможность, разработчики систем стараются бо́льшую функциональность реализовать на программном, а не аппаратном уровне, обеспечивая тем самым большую гибкость.

Цифровая техника способствовала высочайшему уровню автоматизации труда человека. Автоматы способны выполнять рутинные, многократно повторяющиеся действия. При этом им несвойственны характерные для людей недостатки: невнимательность, усталость, плохое самочувствие или настроение. Можно сказать, что автоматы «абстрагируют» человека от рутинной работы, оставляя за ним более интеллектуальную и творческую деятельность. Также важно отметить, что автоматы воплощают в себе знания своих разработчиков и, т.о. являются одним из способов накопления опыта.

Автоматы существуют очень давно. Возможно первыми автоматами были капканы, придуманные людьми много тысяч лет назад. Однако особую роль автоматы стали играть только в последнее столетие. Причина тому – новые технологии. На смену механическим пришли электрические, затем электронные ламповые, полупроводниковые, микроэлектронные, субмикронные и пр. устройства. Каждая последующая технология отличается от предыдущей размерами используемых элементов, точнее сказать, увеличивается информационная плотность устройств. Т.е. в одних и тех же габаритах можно реализовать больше функций или более сложные функции. Современные цифровые системы даже бытового уровня способны выполнять миллиарды операций в секунду и хранить терабайты информации. О таких возможностях вряд ли мог помышлять инженер всего лишь несколько десятилетий назад. Сказанное подчеркивает современные возможности автоматов.

Указанные свойства придали цифровым системам такую технологическую и экономическую эффективность, которая обеспечила им существенные преимущества на рынке, что неминуемо привлекло инвесторов. Трудно себе представить какие колоссальные ресурсы вложило человечество в развитие цифровых технологий. И весь этот опыт, благодаря высокому уровню абстрагирования от сложных технологий и развитой инфраструктуре рынка, стал доступен широким слоям потребителей: от крупных предприятий до небольших фирм, владеющих простыми и дешевыми технологиями, и даже до бытовых пользователей. Цифровые системы представляют собой ярчайший пример повторного использования опыта, накопленного человечеством.

Стремление охватить, как можно больше ниш рынка, способствовало выпуску цифровых систем в виде полуфабрикатов различной степени готовности: отдельные элементы, модули, компьютеры, компьютерные системы. Степень готовности полуфабриката соответствует уровням абстрагирования во многослойных системах (см. п. 1.8). Каждый слой скрывает от вышележащих слоев определенные технологии. Чем выше слой, тем больше технологий он скрывает, и тем проще технологии требуются для использования полуфабрикатов данного слоя. В то же время, чем выше слой, тем менее он универсален.

Например, для того, чтобы воспользоваться отдельными электронными элементами, необходимо владеть технологиями проектирования печатных плат, их изготовления, пайки, отладки, контроля и пр. Спроектировать таким способом изделия можно практически для любой области применения. Если же покупаются не элементы, а готовые модули, то при их использовании можно ограничиться более простыми технологиями: изготовлением жгутов, посадочных мест, корпусов, сборкой и т.д. Однако область применения таких систем более ограничена, поскольку спектр имеющихся в продаже модулей ограничен только теми, которые наиболее востребованы на рынке.

Особый интерес представляют собой изделия, предназначенные для конечного пользователя, в частности, – обывателя. Как правило, массовость продаж подобных изделий наибольшая, за счет чего достигается значительная прибыль.