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

На египетской картине нашли библейский синий На египетской картине нашли библейский синий

Из чего древние египтяне делали редкую краску — библейский синий

N+1
Недалеко от Рима нашли останки девяти съеденных пещерными гиенами неандертальцев Недалеко от Рима нашли останки девяти съеденных пещерными гиенами неандертальцев

Гиены охотились на древних людей и расправлялись со своей добычей в пещере

N+1
Объект, обнаруженный на краю Солнечной системы, бросает тень на существование Девятой планеты Объект, обнаруженный на краю Солнечной системы, бросает тень на существование Девятой планеты

Чем уникален седноид на краю Солнечной системы, получивший прозвище «Аммонит»

Inc.
Ветер в волосах Ветер в волосах

Как правильно защищать волосы и ухаживать за ними летом?

Худеем правильно
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Главный по теплице. Интервью во время карантина Главный по теплице. Интервью во время карантина

Родриго де ла Калле — человек, который придумал термин «гастроботаника»

Bones
Детка, ты просто Cosmo Детка, ты просто Cosmo

Певица Mary Gu – о том, как прогуливала музыкальную школу и получала отказы

Cosmopolitan
Красота против природы Красота против природы

История картины «Всадница» Карла Брюллова

Вокруг света
Пластырь с микроиглами доставил вакцину от вируса Денге в эпидермис мышей Пластырь с микроиглами доставил вакцину от вируса Денге в эпидермис мышей

Вакцина от вируса Денге оказалась эффективна при однократном введении

N+1
Европейцы погубили половину популяций змей и ящериц Гваделупы Европейцы погубили половину популяций змей и ящериц Гваделупы

Гваделупским рептилиям навредили завезенные хищники и разрушение среды обитания

N+1
«Мёртвый жук» и еще 4 упражнения, которые можно делать в кровати «Мёртвый жук» и еще 4 упражнения, которые можно делать в кровати

Утренняя зарядка для тех, кто не любит быстро вставать с постели

Maxim
Дерзкая Карди Би: горячие фото королевы хип-хопа Дерзкая Карди Би: горячие фото королевы хип-хопа

Подборка откровенных фото популярной рэперши и история ее карьеры.

Playboy
Из знойной «перчинки» в королеву стиля: яркие преображения Виктории Бекхэм Из знойной «перчинки» в королеву стиля: яркие преображения Виктории Бекхэм

Виктория Бекхэм демонстрирует образы, в которых собраны самые свежие тренды

Cosmopolitan
9 способов оставаться активными для тех, кто не любит спорт 9 способов оставаться активными для тех, кто не любит спорт

Если вы не любите ходить на спорт, то спорт может прийти к вам

Psychologies
Галактический котел: что увидели астрономы в центре Млечного Пути Галактический котел: что увидели астрономы в центре Млечного Пути

С помощью рентгеновских лучей ученые заглянули в центр Галактики

Forbes
За два часа российский квантовый симулятор решил задачу, на которую ушла неделя работы мощного вычислительного кластера За два часа российский квантовый симулятор решил задачу, на которую ушла неделя работы мощного вычислительного кластера

Квантовый компьютер создал сложную симуляцию за фантастически короткое время

Популярная механика
Тогда и сейчас: как выглядят Сандра, Си Си Кетч и другие кумиры дискотек 80-х Тогда и сейчас: как выглядят Сандра, Си Си Кетч и другие кумиры дискотек 80-х

Хиты этих исполнительниц звучали на каждой танцплощадке в СССР

Cosmopolitan
Хотят охватить всех игроков в России и открыть игровой магазин: глава «СберИгр» рассказала о планах на геймеров и студии Хотят охватить всех игроков в России и открыть игровой магазин: глава «СберИгр» рассказала о планах на геймеров и студии

Разговор с Алисой Чумаченко о новом бизнес-направлении «Сбера»

VC.RU
«Цилокар»: все о новом летающем автомобиле из России «Цилокар»: все о новом летающем автомобиле из России

В России запустили проект необычного транспортного средства

РБК
Как сейчас выглядят любимые девушки Данилы Багрова из «Брата» и «Брата-2» Как сейчас выглядят любимые девушки Данилы Багрова из «Брата» и «Брата-2»

Актрисы, давшие образы героиням фильмов «Брата» и «Брат-2»

Cosmopolitan
Радушный приём Радушный приём

Компактная квартира с удобным и функциональным интерьером

Идеи Вашего Дома
Дочь Деми Мур и Брюса Уиллиса рассказала о своем психическом расстройстве Дочь Деми Мур и Брюса Уиллиса рассказала о своем психическом расстройстве

Непринятие своего тела — не редкость в современном мире

Psychologies
На сладкое На сладкое

Сахар и его заменители: ищем правильный баланс

Лиза
5 известных книг, которые писались в годы эпидемий 5 известных книг, которые писались в годы эпидемий

Произведения литературы, которые создавались в самых неподходящих условиях

Культура.РФ
Защитить свои границы и ни с кем не поссориться: возможно ли это? Защитить свои границы и ни с кем не поссориться: возможно ли это?

Как избежать пустых конфликтов, защищая свои границы?

Psychologies
NFT-токены: очередной хайп или будущее рынка интеллектуальной собственности? NFT-токены: очередной хайп или будущее рынка интеллектуальной собственности?

Каковы преимущества, риски и перспективы «токенизации» современного искусства?

Forbes
Жители стоянки Вучедоль эпохи ранней бронзы пострадали в детстве от поротического гиперостаза Жители стоянки Вучедоль эпохи ранней бронзы пострадали в детстве от поротического гиперостаза

Археологи исследовали черепа людей из Хорватии древностью более 4 тысяч лет

N+1
«Психотерапевт — это человек вне морали и этики» «Психотерапевт — это человек вне морали и этики»

Психотерапевт Наталья Бехтерева продолжает исследовать душу в 5-м поколении

Собака.ru
Кто больше: женщина установила новый мировой рекорд, родив сразу 9 детей Кто больше: женщина установила новый мировой рекорд, родив сразу 9 детей

Жительница Мали стала национальной героиней еще во время своей беременности

Cosmopolitan
7 авиакатастроф, в которых погибли звезды и известные личности 7 авиакатастроф, в которых погибли звезды и известные личности

Известные люди, которые погибли в небе

Cosmopolitan
Открыть в приложении