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

Почти вся пластиковая упаковка загрязнила пищу микропластиком Почти вся пластиковая упаковка загрязнила пищу микропластиком

Микро- и нанопоастик переходит из пластикосодержащей упаковки в еду и напитки

N+1
Одна вокруг света: крутой спуск и теплый прием в Медном каньоне Одна вокруг света: крутой спуск и теплый прием в Медном каньоне

118-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и ее собаки

Forbes
«Мозг: еда и новизна. Почему нас тянет к новому и вкусному» «Мозг: еда и новизна. Почему нас тянет к новому и вкусному»

Как еда вызывает эмоции

N+1
В уездном городе N-ске. Часть 2 В уездном городе N-ске. Часть 2

Вымышленные города на страницах русской классики. Часть 2

Культура.РФ
Возможно, у вас уже все есть: разбор гардероба в 4 простых правилах Возможно, у вас уже все есть: разбор гардероба в 4 простых правилах

Почему бы не заняться разбором гардероба прямо сейчас?

Правила жизни
Домино за 723 тысячи и другие вещи с неожиданными ценами Домино за 723 тысячи и другие вещи с неожиданными ценами

Модные дома могут обыграть вещи так, что они прибавят в цене пару нолей

РБК
Анна Матвеева: Весна, Света! Анна Матвеева: Весна, Света!

Рассказ «Весна, Света!» из новой книги Анны Матвеевой

СНОБ
Яблочная диета: сбрось 10 кг за неделю! Яблочная диета: сбрось 10 кг за неделю!

Яблочная диета поможет похудеть за неделю на 10 кг

Cosmopolitan
Юлия Высоцкая, Ирина Безрукова и другие звезды 40+ с точеной девичьей фигурой Юлия Высоцкая, Ирина Безрукова и другие звезды 40+ с точеной девичьей фигурой

Звезды с изящными формами

Cosmopolitan
9 способов справиться с ночной тревожностью 9 способов справиться с ночной тревожностью

Как заставить мозг «умолкнуть» и позволить вам поспать

Psychologies
Смешанное расстройство Смешанное расстройство

Что делать, когда обычный здоровый ребенок ведет себя непредсказуемо?

СНОБ
Резервы ФСИН: почему труд заключенных не поможет решить проблему нехватки кадров Резервы ФСИН: почему труд заключенных не поможет решить проблему нехватки кадров

Труд заключенных не слишком нужен бизнесу

Forbes
Удоды охладели к самкам с насыщенно раскрашенными яйцами Удоды охладели к самкам с насыщенно раскрашенными яйцами

Окраска яиц удодов оказалась признаком, связанным с шансами на появление птенцов

N+1
Склонность собак к агрессии связали с породой и опытом владельца Склонность собак к агрессии связали с породой и опытом владельца

Самыми агрессивными оказались пугливые маленькие единственные в семье собаки

N+1
Масочный режим Масочный режим

Молодые художницы исследуют национальную идентичность с помощью масок

Vogue
Консервный нож для немцев: 7 фактов о самой страшной советской самоходке Консервный нож для немцев: 7 фактов о самой страшной советской самоходке

Боевой путь ИСУ-152 — от Берлина до Чернобыля

Maxim
Термогенетика помогла покрутить мышей ультразвуком Термогенетика помогла покрутить мышей ультразвуком

Ученые разработали метод стимуляции глубоких нейронов с ультразвуком

N+1
Сроки годности: от доставки до ритейла Сроки годности: от доставки до ритейла

В ресторанном бизнесе ключевую роль играет срок годности продуктов

Bones
Зеленые сказки Зеленые сказки

Самые популярные легенды об экологии: когда добро становится злом

Лиза
Диким предком арбуза оказался кордофанский арбуз из Судана Диким предком арбуза оказался кордофанский арбуз из Судана

Дикого предка арбуза одомашнили более четырех тысяч лет назад

N+1
Долгие зевки млекопитающих и птиц связали с увеличением объема мозга и числа нейронов Долгие зевки млекопитающих и птиц связали с увеличением объема мозга и числа нейронов

Чем выше продолжительность зевоты, тем больше размер мозга млекопитающего

N+1
Выжить в Америке: как современные кочевники работают в обмен на бесплатное жилье Выжить в Америке: как современные кочевники работают в обмен на бесплатное жилье

Отрывок из книги Джессики Брудер «Земля кочевников»

Forbes
Недостаточно голубая лагуна Недостаточно голубая лагуна

Судостроители и судовладельцы могут помочь остановить загрязнение океана

Forbes Life
О чем рассказали жидкие включения внутри древних алмазов О чем рассказали жидкие включения внутри древних алмазов

Ученые определили три различных периода образования алмазов на территории Африки

Популярная механика
Как устроена система Как устроена система

«Железный купол» может быть подавлен слишком большим количество целей

Популярная механика
Людмила Ковалева Людмила Ковалева

Людмила Ковалева не стала примой Мариинского театра — но воспитала Диану Вишневу

Собака.ru
Фантастические фотографии Юпитера в трех диапазонах световых волн Фантастические фотографии Юпитера в трех диапазонах световых волн

NOIRLab опубликовала потрясающие фотографии планеты-гиганта

Популярная механика
Личные драмы звезд фильма «Ночной дозор»: Жанны Фриске, Хабенского и других Личные драмы звезд фильма «Ночной дозор»: Жанны Фриске, Хабенского и других

Какие события произошли в жизни звезд «Ночного дозора» после премьеры фильма?

Cosmopolitan
На краю стою На краю стою

Волонтуризм — ваш главный тренд этого лета

Vogue
Ради спасения планеты: как биотех-стартап Zymergen провел IPO и зачем ему это нужно Ради спасения планеты: как биотех-стартап Zymergen провел IPO и зачем ему это нужно

Почему инвесторы поверили в Zymergen?

Forbes
Открыть в приложении