Как системный подход помогает управлять городами

N+1Наука

Архитектура для жизни

Как системный подход помогает управлять городами

Богдан Сиротич

Все вокруг построено согласно определенной архитектуре: здания и города, печатные платы устройств и протоколы, по которым они подключаются к интернету — и даже карьера бывает подчинена корпоративной архитектуре. О чем бы мы ни говорили, структурный подход облегчает процесс работы и позволяет добиться лучшего результата. В материале, подготовленном вместе с компанией Huawei, N + 1 рассказывает, что за проблемы решает архитектурный подход в IT (и не только) и какой путь к сегодняшнему дню прошли умные системы управления городами.

Подход ко всему

Когда говорят об «архитектуре», в первую очередь на ум приходят города. Бывает, что решения архитекторов не лишены изъянов, но постройки становятся культовыми. Яркий пример — Пизанская башня. Иногда архитекторы забывают, что строят здания не в Minecraft, и тогда появляется что-то вроде отеля Вдара в Лас Вегасе, чьи изогнутые зеркальные стены превращают окрестные улицы в горящий ад. Порой архитекторов осеняют действительно интересные идеи — например, позволить пешеходам самостоятельно вытоптать тропинки, после чего замостить их, как это произошло в университете штата Огайо.

От архитектурных объектов требуется соответствовать назначению и приносить пользу, выдерживать нагрузки и быть эстетически приятными. В цифровом мире архитектура должна соответствовать тем же требованиям — разве что эстетическая красота заменяется понятностью и удобностью для пользователя.

Безусловно, можно написать программу для себя или небольшой коммерческий проект, вообще не обращая внимания на архитектуру. Однако при создании сложных систем необходимо учитывать тысячи параметров и обеспечивать взаимосвязь между множеством компонентов. Здесь не обойтись без четко прописанного плана, который описывал бы как состав компонентов, так и взаимодействие между ними. Таким планом и является архитектура системы. Это верно для любых сложных объектов и систем, создаваемых человеком — не зря целые книги посвящают архитектуре предприятий, процессоров и информационных систем, а Международная организация по стандартизации (ISO) выпустила отдельный стандарт ISO/IEC/IEEE 42010:2011 «Системная и программная инженерия. Описание архитектуры».

Кстати, согласно ISO, определение архитектуры звучит так: «Архитектура (системы) — фундаментальная организация системы, реализованная в ее компонентах, их взаимосвязях друг с другом и с окружающей средой, и руководящие правила проектирования и развития системы».

В вычислительных машинах архитектурный подход появился раньше, чем некоторые города на карте. Задолго до трудов фон Неймана в переписке его обсуждали Чарльз Бэббидж и Ада Лавлейс, которые вместе работали над несостоявшимся проектом аналитической машины — прообразом современного компьютера. Конрад Цузе описывал архитектурный подход при патентовании первой версии своей вычислительной машины Z1. Впрочем, архитектуры современных интеллектуальных систем имеют мало общего с этим механическим устройством.

Архитектурный подход к созданию ПО был сформирован гораздо позже. В конце 1960-х это сделал голландский математик и исследователь структурного программирования Эдсгер Дейкстра. Возникновение подобной инициативы было связано с ростом сложности задач, которые решались с помощью компьютеров, и необходимого для этого программного обеспечения.

Сегодня в большинстве случаев ПО создается по принципу экономии времени программиста. Тогда же время вычислительных машин стоило дороже времени программиста, не говоря уже о технических ограничениях ЭВМ середины прошлого века. В итоге разработчики не имели иного выхода, кроме жесткой оптимизации кода. Парадигма структурного программирования, предложенная Дейкстрой, имела своей целью не только повысить производительность труда программистов, но и сократить число ошибок при разработке, а также упростить дальнейшую отладку и модификацию больших программных комплексов.

Маленькие части большого целого

Каждый из компонентов объемного проекта в IT выполнен по собственной архитектуре: процессор, макетная плата, сетевое размещение, облачные вычисления и нейросети. Более того, для каждого из них существует не одна, а множество архитектур. От архитектора цифровой системы требуется сделать трудный, но правильный выбор.

Взять, к примеру, RISC и CISC архитектуры процессоров. Едва ли можно сказать, что одна лучше другой. CISC процессоры более производительны, поскольку несколько команд в них можно заменить одной аналогичной. Однако стоят они дороже и потребляют больше энергии, чем RISC процессоры, которые благодаря экономичности и более демократичной стоимости популярны в мобильных устройствах. Инженеру же необходимо понять, какая архитектура лучше подойдет его проекту.

Можно выделить три важнейших комплекса технологий, находящихся в основании современных интеллектуальных систем: программное обеспечение, нейросети и облачные технологии.

Архитектура ПО

Архитектура ПО во многом опирается на логические схемы, в которых рассматриваются элементы программ и связи между ними. При этом выбор архитектуры диктуют множество факторов: это и используемый язык программирования, и устройство, для которого создается приложение, и внешние взаимодействия приложения, например, подключения к базам данных и использование сторонних API. Но некоторые архитектуры вполне универсальны.

Например MVC, или Модель-Вид-Контроллер, в которой данные приложения, пользовательский интерфейс и управляющая логика размещены в разных компонентах, благодаря чему их можно модифицировать независимо. В свою очередь эти компоненты тоже имеют свою архитектуру.

Чем сложнее приложение и выше требования к эффективности работы ПО, тем на более мелкие части эти компоненты могут быть разбиты. Как и архитекторы университета штата Огайо, разработчики программного обеспечения смотрят на цифровые тропинки, протоптанные их пользователями, и в обновлениях учитывают пользовательский опыт, чтобы взаимодействие с программой было максимально быстрым и простым. Архитектура, такая как MVC, серьезно упрощает работу, ведь для изменения интерфейса достаточно изменить одну компоненту — Вид.

Архитектура нейросетей

В мире нейросетей новые архитектуры постоянно появляются в ответ на актуальные задачи. Понятие нейросети было введено в 1943 году Мак-Каллоком и Питтсом и относилось к задаче формализации человеческого мозга.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Генетики прочитали ДНК последних охотников-собирателей Гималаев Генетики прочитали ДНК последних охотников-собирателей Гималаев

Генетики проанализировали ДНК больше ста представителей группы рауте

N+1
Фрагмент книги Ксении Суриковой «Музей. Архитектурная история» про связь архитектуры с культурой и развитием общества Фрагмент книги Ксении Суриковой «Музей. Архитектурная история» про связь архитектуры с культурой и развитием общества

Отрывок из книги Ксении Суриковой о том, как архитектура следовала за культурой

Esquire
Генетики получили полные геномы 6 видов человекообразных обезьян Генетики получили полные геномы 6 видов человекообразных обезьян

Ученые секвенировали полные геномы шести видов человекообразных обезьян

ТехИнсайдер
«Чуть ли не заградительный барьер»: как закон о маркировке навредил бизнесу модных брендов и породил новый рынок «Чуть ли не заградительный барьер»: как закон о маркировке навредил бизнесу модных брендов и породил новый рынок

Как маркировка товаров усложнила жизнь российским брендам одежды и обуви

Forbes
Все фильмы Пон Джун Хо, снявшего «Микки 17» и «Паразиты»: от худшего к лучшему Все фильмы Пон Джун Хо, снявшего «Микки 17» и «Паразиты»: от худшего к лучшему

8 фильмов южнокорейского режиссера, от легких комедий до мощных триллеров

Maxim
От грядок до чаепития: уДачный день, о котором захочется рассказать в соцсетях От грядок до чаепития: уДачный день, о котором захочется рассказать в соцсетях

Как выжать максимум из путешествия на дачу

Cosmopolitan
Давай завтра: все о природе лени и том, как с ней бороться Давай завтра: все о природе лени и том, как с ней бороться

С чем именно связана лень? Почему она нас раздражает в других?

Популярная механика
10 лучших советских мультфильмов про кошек и собак 10 лучших советских мультфильмов про кошек и собак

Главные советские мультфильмы о кошках и собаках: рейтинг

Maxim
Грег Абель — преемник легендарного инвестора Уоррена Баффета. Кто он такой и какая у него зарплата Грег Абель — преемник легендарного инвестора Уоррена Баффета. Кто он такой и какая у него зарплата

Инвестор Уоррен Баффет определился со своим преемником

СНОБ
Как аудиоформаты завоевывают рынок и зачем они нужны Как аудиоформаты завоевывают рынок и зачем они нужны

Что происходит с рынком аудиоформатов в России и за ее пределами?

СНОБ
Спорт высоких напряжений Спорт высоких напряжений

Необычные технологии и гаджеты, уже изменившие соревнования

GQ
Эффект просушки: что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле Эффект просушки: что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле

Откуда взялись нейтроны в давно «остывшем» месте катастрофы в Чернобыле

N+1
Светит, но не греет Светит, но не греет

Как защититься от вредного воздействия солнца?

Добрые советы
5 причин, почему лучше тратить деньги на новый опыт, а не на вещи 5 причин, почему лучше тратить деньги на новый опыт, а не на вещи

Можно ли купить себе счастье?

Playboy
Счастливый грант Счастливый грант

Дарья Крошкина из Старого Оскола строит международный образовательный стартап

Forbes
Как сжигание мусора провоцирует болезни Как сжигание мусора провоцирует болезни

О наиболее токсичных веществах, которые вырабатываются при сжигании мусора

СНОБ
Биткоин – все еще валюта будущего? Биткоин – все еще валюта будущего?

Стоит ли доверять биткоину, и что стоит за этой валютой?

Популярная механика
«Друзья» на миллион: сколько актеры заработали на культовом шоу и новом эпизоде «Друзья» на миллион: сколько актеры заработали на культовом шоу и новом эпизоде

Как сериал «Друзья» стал одним из самых дорогих шоу в мире

Forbes
Играть за экологию: как видеоигры присоединяются к спасению планеты Играть за экологию: как видеоигры присоединяются к спасению планеты

В геймерское сообщество прорываются идеи защиты окружающей среды

Forbes
Катастрофическое землетрясение IV века на Крите разделили на два события Катастрофическое землетрясение IV века на Крите разделили на два события

В 365 году для возникновения цунами было достаточно землетрясения небольшой силы

N+1
На свободную тему На свободную тему

Режиссер Луиза Мутц о темах, которые волнуют современных парижанок

Grazia
30 до 30. Наука и технологии 30 до 30. Наука и технологии

Список Forbes молодых и перспективных россиян. Наука и технологии

Forbes
Плохая, плохая мать: как мы на самом деле относимся к молодым матерям Плохая, плохая мать: как мы на самом деле относимся к молодым матерям

Пугающе точное отражение того, что приходится переживать молодым матерям

Cosmopolitan
6 фильмов с самым раздражающим финалом 6 фильмов с самым раздражающим финалом

Тот самый момент, когда финал портит все впечатление

Maxim
«Это современное житие святого»: Роман Супер — о работе над фильмом про академика Сахарова «Это современное житие святого»: Роман Супер — о работе над фильмом про академика Сахарова

Почему Андрей Сахаров — это символ большой морали. Фильм «Сахаров. Две жизни»

Forbes
Бесшумная революция Инглхарта: как американский политолог помог нам лучше понять, чего мы хотим Бесшумная революция Инглхарта: как американский политолог помог нам лучше понять, чего мы хотим

Политолог Илья Локшин рассказывает главное о наследии Рональда Инглхарта

Forbes
Не выходя за рамки Не выходя за рамки

Интерьер отражает сильную личность хозяйки: чёткость, целеустремлённость

Идеи Вашего Дома
Родила вне брака и пережила травлю: личные драмы Кристины Орбакайте Родила вне брака и пережила травлю: личные драмы Кристины Орбакайте

Непростой путь Кристины Орбакайте к счастью и гармонии

Cosmopolitan
Новый вид мозазавров указал на расцвет этой группы перед вымиранием Новый вид мозазавров указал на расцвет этой группы перед вымиранием

Окаменелости нового вида обнаружены в меловом местонахождении в Марокко

N+1
Можно ли победить тревогу с помощью восточных практик? Можно ли победить тревогу с помощью восточных практик?

Помогают ли восточные практики в борьбе с тревожностью

Psychologies
Открыть в приложении