По словампедагогов, в каждом школьномвыпуске есть ребята, мечтающиеприобрести профессию, связанную скомпьютерами. Они поступают винституты и университеты нафакультеты, которые называютсяпо-разному: вычислительнойматематики, кибернетики,прикладной математики,информатики. Чем конкретно онибудут заниматься, окончив вуз?Ответ на этот вопрос часто не знаютне только родители и учителя, но исами ребята, у которых желание"быть с компьютером" неотягощено четким представлением оспециальности. Публикуемая нижестатья - попыткаэтот пробел восполнить, рассказатьо специальностях, связанных сматематическим и программнымобеспечением вычислительных машини систем.

В этомномере раздел "Человек икомпьютер"
ведет член-корреспондент РАН, В.Иванников
директор Института системногопрограммирования.

КОМПОЗИТОРЫКОМПЬЮТЕРНОГО МИРА

Можно рискнуть исравнить компьютер с каким-нибудьмузыкальным инструментом, пианино,например. Прежде чем выприкоснетесь к клавишам, вашинструмент должны были построитьмастера, а композиторы написатьмузыку на понятном для всех языке -нотными знаками. То же самое и скомпьютерами: есть люди, которыесоздают аппаратуру, и те, кто пишетмузыку - компьютерные программы.Аппаратуру принято называть"хард" (от английского hard -твердый, жесткий или еще проще -"железо"), а программноеобеспечение - "софт" (отанглийского soft - мягкий). Создатели"софта" как раз и есть"композиторы" компьютерногомира. И так же, как в музыке, здесьесть несколько специализаций, окоторых нам предстоит поговоритьниже. А поканемного истории.

Как это былораньше

Электронныевычислительные машины появились всередине 40-х годов нашего века.Первой в мире считается ЭНИАК,созданная в 1946 году в США. ВСоветском Союзе первая машинаначала работу в 1951 году, называласьона МЭСМ (Малая Счетная ЭлектроннаяМашина). Честь ее созданияпринадлежит группе С. А. Лебедева,впоследствии знаменитогоакадемика, которого называют отцомотечественной вычислительнойтехники.

Первые ЭВМ былиуникальными установками, и кругспециалистов, умевших заставить ихрешать сложные вычислительныезадачи, оставался оченьограниченным. Программированиевыполнялось на уровне машинныхкоманд, то есть машине нужен былподробный и детальный списокопераций, которые должны быливыполнять все ее узлы. Командыкодировались числами,представленными в восьмеричной,шестнадцатиричной или двоичнойсистеме. От программистатребовалось не только знаниемножества деталей, связанных сустройством машины, но и большаяинтуиция, изворотливость ума, чтобывтиснуться в прокрустово ложевесьма скромных, по современнымпонятиям, возможностей электронноймашины.

Процесс кодировкипрограмм шел очень медленно,появлялось большое количествоошибок, и класс программистаопределялся его умением быстронаходить собственные промахи. В товремя возникли два родаспециалистов - алгоритмисты ипрограммисты -кодировщики. В задачуалгоритмиста входило точноеописание выбранного методавычислений, в задачу программиста -кодирование алгоритма на цифровомязыке, понятном машине. Скоро,однако, стало ясно, что последняяоперация представляет собойтехническую работу, если, конечно,алгоритм расписан детально и точно.Возникла идея заставитьэлектронную машину самой выполнятьэту работу.

Трансляторщики- специалисты по системампрограммирования

Сегоднянаписанием программ длякомпьютеров занимаютсяпредставители самых разнообразныхпрофессий, студенты и дажешкольники. Это стало возможнымблагодаря появлению специальныхязыков, на которых мы даем командыкомпьютеру. Создают машинные языкипредставители новой профессии -специалисты по системампрограммирования, или, как их ещеназывают, трансляторщики.

Упрощенно говоря,существует два типа компьютерныхязыков: машинно-зависимые имашинно-независимые. Первые(ассемблеры, или языки автокодов)служат для общения с машиной на ееже языке. Ассемблерами и донастоящего времени пользуютсявысококва лифицированныеспециалисты.

Родоначальникоммашинно-независимых языковпрограммирования считаетсяФортран. Это название - абревиатурадвух английских слов FORmula TRANslation(транслятор формул). Он приближен кобщепринятой математическойзаписи.

Затем появилисьдругие языки (Бэйсик, Пролог,семейство Си). Именно освоив этимашинно-независимые языки, филологили бухгалтер может написатьконкретную прикладную программу.Но чтобы машина могла с нейработать, нужен транслятор -программа, которая переводитнаписанное на язык компьютера.Создание компьютерного языка итрансляторов требует высокойквалификации специалистов. Крометого, в этой сфере возникает многопроблем, требующих теоретическогоразрешения.

Возникли новоенаправление исследований и новаяспециальность - теоретическоепрограммирование. Оно опирается натакие разделы математики, кактеория алгоритмов, математическаялогика, алгебра, теоретическиеосновы приближенных методоввычислений, теоретические основыметодов поиска, теории графов,теории формальных языков играмматик. Именно поэтому даннымдисциплинам на факультетахвычислительной математикипридается большое значение.

В середине 80-хгодов начался массовый выпускперсональных компьютеров. Сначалавыпускалось несколько сотен тысячв год, затем несколько миллионов, ав настоящее время - около тридцатимиллионов компьютеров ежегодно.

Проблема простойи доступной для каждого человекаформы общения с компьютером -дружественного интерфейса, какговорят, приобрела иное социальноезвучание. Поэтому задачи системныхпрограммистов расширились икачественно изменились. В самомделе, для того чтобыориентироваться во множествеколонок с английскимиабревиатурами, требуется известнаяподготовка, а "щелкнуть" мышьюпо иконке или по понятной надписиможет и младший школьник.

Дружественныйинтерфейс основан на идеедиалогового взаимодействиячеловека с машиной. Компьютеру втаком диалоге отводится рольпроводника по дорогам своихуникальных возможностей иненавязчивого руководителядействиями пользователя. Отпользователя же требуетсяправильно формулировать своизапросы и выбирать дальнейшее шагииз вариантов, предлагаемыхкомпьютером.

В целом можносказать, что профессиональныйбагаж системного программиставключает языки программирования,трансляторы, методы сборкипрограмм из готовых кусков,программы отладки в терминахязыков высокого уровня, библиотекиготовых заготовок.

Операционщики -разработчики операционных систем

Операционныесистемы - сердце всего программногообеспечения компьютера. Ониуправляют вводом в машинуинформации, поступающей отклавиатуры или с дисков,размещением входных и выходныхданных в запоминающих устройствахи манипуляцией с ними. Этипрограммы включают в работутрансляторы, загрузчики,отыскивают нужные библиотечныепрограммы, отвечают за работумонитора, высвечивая необходимуюинформацию, и многое другое.

Сложностьоперационных систем с каждым годомвозрастает, ведь растут итребования массового пользователя,и потребности науки и техники.Поэтому от специальностисистемного программирования как быотпочковалась новая специальность- разработчики операционных систем,операционщики, как их называют.

С появлениеммультипрограммирования(одновременного решения накомпьютере нескольких задач,находящихся на разных стадияхисполнения) функции операционныхсистем особенно резко усложнилисьи возникло несколько сложныхпроблем.

Первая проблемасвязана со стратегиейраспределения ресурсов машинымежду конкурирующими между собой вдинамике счета программами. Еслистратегия распределения выбрананеудачно, то эффективность машиныощутимо снизится и пользователюпридется долго ждать результатов,теряя драгоценное время, а иногда иденьги. При хорошей стратегиипользователи могут сэкономить и тои другое. Вторая проблема состоит висключении влияния одних задач нарешение других, одновременнонаходящихся в работе. Третьяпроблема - в распределенииоперативной памяти междунезависимыми задачами. От рядовогопользователя все эти проблемы,естественно, скрыты, и он не долженучитывать, что одновременно с егозадачей в машине находятся многиедругие.

Операционщикаммассу новых головоломок доставилрежим дистанционного многотерминального доступа. Такой режимвозникает, когда с центральной ЭВМсоединены терминалы, позволяющиеодновременно работать на машиненескольким независимым пользователям. Терминалы представляют собойклавиатуру для набора данных имонитор, находящиеся от компьютерана большом расстоянии, в другомпомещении или даже городе. Режимтерминального доступа - своего родапредтеча сетевого взаимодействия.

Сетевики -разработчики программ сетевоговзаимодействия

Объединениевычислительных машин, созданиелокальных и глобальных сетейпотребова ло от операционныхсистем выполнения новых функций.Сравнительно недавно возниклановая специальностьпрограммистов-сетевиков.

Вся компьютернаясеть, с точки зрения управления ею,подразделяется на взаимосвязан ныеуровни. Программы, реализующиеалгоритмы управления на этихуровнях, называются сетевыми.Правила работы здесь строгостандартизированы специальнымипротоколами соответствующихуровней. Поэтому специалисты,разрабатывающие сетевые программы,должны хорошо знать системупротоколов, принятых в данной сети,правила формирования адресов точексети, способы транспортировкиинформации и т. д.

В настоящее времяглобальные компьютерные сети,самая известная из которыхИнтернет, способны передаватьсвоим абонентам не толькотекстовую информацию, но иаудиовизуальную. Их собственностьполучила название"мультимедиа". Разработкапрограмм, управляющих ею,достаточно сложна. Дело в том, чтопередача кодов изображений извуков требует высокой скорости и,вообще говоря, ведет к большойзагрузке линий связи. Поэтомунеобходимы программы, умеющие"сжимать" текстовую иаудиовизуальную информацию навходе и расшифровывать ее навыходе. Кроме того, на всех уровняхработы сети предусмотрены способыконтроля правильности передачи,способы защиты информации отслучайных и преднамеренныхискажений. Так появиласьнеобходимость в специалистах позащите информации отнесанкционированного доступа. Вэтой области, тесно связанной стеорией кодирования ишифровального дела, существуютсвои подходы, своя методика и своитехнические приемы.

Базовики -специалисты по базам данных

Основной смыслразвития глобальных сетей состоитв создании единого информационного пространства, не имеющегогосударственных границ и пределоврасстояний. Это означает, чтокаждому абоненту сети следуетпредоставить возможность доступа кзнаниям, накопленных человечествоми размещенных в многочисленныхинститутах разных стран иконтинентов. Хранится этаинформация в специальных базахданных.

Прежде вкомпьютерных базах данныхсодержалось в основномбуквенно-цифровая информация. Внастоящее время в закодированномвиде присутствует аудиовизуальнаяи иная по своему содержаниюинформация, например формулыхимических соединений, таблицыинтегралов, сведения о физическихпроцессах, программные продукты ит. д.

Абонента сети неинтересует, как устроена та илииная база данных, ему необходимополучить ответ на свой запрос ксети. К примеру, его интересует, вкаких библиотеках можно найтиредкую книгу. Система поиска,отвечающая на такого рода запросы,должна обратиться ко всемдоступным для сети базам данныхбиблиотек, сформулиро вать длякаждой из них запрос,соответствующий требованиямконкретной модели. Именно базовики,специалисты по базам данных,создают эти системы. Это достаточносложно, ведь система поиска должнаопределять, как устроена та илииная база данных и как к нейобратиться.

Машинныеграфики - специалисты повиртуальной реальности

Естественноежелание придать тем вещам, которыемы видим на дисплее компьютера,привычный вид привело кнеобходимости изучения оптическихэффектов в полупрозрач ных телах идругих тонкостей, связанных среалистичным видением сцен,высвечива емых на дисплее.Результаты этих исследованийвоплощаются в алгоритмы ипрограммы машинной графики.

Здесь следуетупомянуть компьютерные игры, вкоторых действия игрока и объектовигры имеют первостепенноезначение. Увлечение компьютернымииграми многие осуждают, но чтокасается машинной графики, то ееразвитие в значительной степенибыло стимулировано именнопопулярностью компьютерных игр.

Различаютдвумерную графику, создающуюизображения плоских фигур, итрехмерную графику, проектирующуюна экран пространственныеизображения. Ведутся работы посозданию с помощью компьютераголографических картин, создающихэффект пространственнойреальности.

Начиная с 70-хгодов широкое развитие получилитренажеры, управляемыекомпьютерами. Перед взоромчеловека находится большой экран,на котором средствами машиннойграфики отображается внешняяситуация. Она изменяется взависимости от действий человекаили по воле компьютера, создающегонеобходимые для тренировкиситуации. Например, тренажер,обучающий правилам взлета ипосадки, имитируетто, что должен видеть летчик изсвоей кабины в ходе полета.

По воле фантазииразработчиков в недрах компьютерасоздается свой мир, населенныйпредметами и существами,способными действовать и общаться.Компьютер дает возможностьчеловеку взаимодействовать своображаемым миром. Этонаучно-техничес кое направлениеполучило название виртуальнаяреальность.

Замечу, что многиеученые считают, что погружениечеловека в подобный искусственныймир может оказать очень вредноевлияние на психику.

Но у виртуальнойреальности есть важное и полезноеназначение. Ее средства позволяютисследовать и изучать явленияреального мира, физические ибиологические процессы. Можно"посмотреть", что происходитвнутри организма, внутри клетки,увидеть "изнутри", какработает реактивный двигатель,"походить" по Луне или поМарсу.

Системывиртуальной реальности требуютколоссальных вычислительныхмощностей, специального сложногооборудования типастереоскопических экранов,различного рода имитаторовсенсорных воздействий. Для решениязадач, связанных с виртуальнойреальностью, быстродействияотдельно взятой машины не хватает.Такие задачи приходитсяраспараллеливать и использоватьмногопроцессорные супер-ЭВМ.

Новыеспециальности возникнут завтра

Компьютерныеспециальности можно сравнить смножественными побегами, которыедал единый корень. Мы с вамиговорили только о профессиях,требующих серьезнойматематической подготовки, иувидели, как одна за другойотпочковывались новыеспециализации от системногопрограммирования.

То же самоепроисходит и в других областях,связанных с компьютерами.Прикладные программы сегоднясоздают физики и филологи, химики ибиологи, экономисты и обществоведы.

Появилисьспециалисты сферы обслуживания,которые могут поставить накомпьютере нужные программы,задать режимы его использования,сетевые администраторы,специалисты по защите компьютеровот вирусов и т. д.

Поэтому можнолишь в общих чертах сказать оспециальностях, востребованныхсегодня, но нет сомнений, что завтрапотребуются все новые и новыекомпьютерные профессии.

Член-корреспондентРАН,
доктор физико-математических наук
Л. КОРОЛЕВ.

ПРОФЕССИЯ- ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ