суббота, 24 августа 2013 г.

Развитие технических систем — Взрыв и стандартизация (с примером IBM)

Лампочки накаливания появились не сразу, а долгое время изобретались разные варианты решения. В свое время Эдисон перебрал две тысячи лампочек, прежде чем выбрал ту самую, которая победила газовое освещение.

При выходе в новую область наблюдается взрыв разнообразия различных форм. Так было с самолетами в 20-30-х гг., так было в войне Unix'ов, так было с кодировками до ASCII и до UTF-8.

Аналогичный процесс есть в биологических системах, где классическими примерами являются взрывы разнообразия при выходе на сушу и при освоении воздуха, а самым большим выглядит Кеймбрийский взрыв.

После взрыва запускается процесс естественного отбора, когда разнообразие начинает уменьшаться, а видообразование приостанавливается. Отдельные наиболее приспособленные особи выживают и захватывают большие области, другим видам питаться нечем и они отмирают. Так, на сушу в свое время вышли 5-ти, 6-ти и 8-ми пальцевые существа, но выжили только потомки первых, потому мы такие и других больше не наблюдаем.

В технических системах происходит аналогичный процесс, когда остаются в основном 4-хколесные машины шириной в две крупы лошади, мейнстримовые языки программирования, типовые решения для аппаратных устройств (генераторы, трансформаторы), коробочные продукты (one-the-shelf), … Большие выжившие монстры решают большие классы задач, а в маленьких закоулках ютятся отдельные подвиды, зачастую мало кому известные и потенциально отмирающие.

Технические пути отбора

В технических системах с точки зрения отбора можно выделать два механизма.

Первый — насильственный захват и выбивание конкурентов. Например как это делает Windows — разработчики Windows сами себе стандарт, не обращая внимания на других, и способ захвата — выживают те решения, которые выигрывают на рынке, даже если эти решения не являются сильными. Это и сама ОС, и Ctrl-C Ctrl-V (задолго до них был Ctrl+Insert и Shift+Insert), и Win-1251 и др.. С точки зрения разработки — это решения для себя, для полного контроля и для вписывания в внутрикорпоративные стандарты.

Второй — через комитет (comittee). Когда собирается группа экспертов и после обсуждения принимает какое-либо чаще всего консенсусное решение. Решения более сильные, более глобальные, но делаются немногим дольше и не всегда выживают.

Технетика

Естественно, напрямую переносить эволюцию с био- на техно- нельзя, но в них много похожего и подходит для аналогичного объяснения. Био-эволюция по большому счету слепа в своем отборе (по очень малому нет), а для технических систем несколько шагов вперед проверяет человек, сразу отрабатывает несколько вариантов и имеет некоторую цель для реализации.

Таким образом, любые технические системы развиваются, живут и умирают. И, как ни странно, есть целые труды и школы, которые описывают данный процесс. С одной из таких я познакомился где-то на рубеже 2000-х, это была Технетика Б.И.Кудрина — информация в ней зубодробительна и слишком философска для обычных людей, но базовые понятия развития техники удалось почерпнуть именно оттуда. В дальнейшем элементы технетики встречались и замечались в жизни много раз, иногда принося существенную пользу.

Стандартизация вычислений с плавающей точкой

Сейчас ещё один такой случай, который увиделся при чтении Fatal Defect (chapter Wrong Number), где подробно разобрана история становления стандарта по вычислительным арифметическим операциям на компьютерах/калькуляторах с плавающей точкой. Особенность в том, что в 60-х не было единого подхода и решения того, как хранить вещественные числа в компьютере, а также как проводить вычислительные операции. Каждая организация делала свое решение, а зачастую внутри организации разные аппаратные разработки имели разные реализации.

Особенностей разностей несколько. Для примера, первая в том, что для повышения точности можно хранить разное количество дополнительных разрядов (кроме отображаемых на дисплее калькулятора можно хранить 0, 1, 3, … разрядов за краем табло, чтобы потом результат вычисления был более точным; например если не хранить, то 1/3*3 получится 0.99999). Второй является то, что можно использовать разные способы округления, которые также могут отражаться на конечном результате. Третьей являются разные алгоритмы выполнения данных операций, каждый из которых может отличаться точностью, быстродействием и неравномерным распределением ошибок. Четвертой — возможно разные преобразования между отображением и вычислением (например сначала берется то что на дисплее в 10-й системе счисления, переводится в 2 с/c, считается, далее обратно в 10 с/c). Пятой — стоимость системы.

Весь этот зоопарк приводил к тому, что вычисление одной и той же арифметической последовательности операций на разных аппаратных реализациях, имело разный результат. Т.е. считая одно и то же на разных компьютерах или калькуляторах, мы бы получали разные ответы.

Компьютер в любом случае не может обеспечить 100%-й точности для всех математических вычислений (так как числа в памяти есть конечное число единиц и нулей), и, казалось бы, с этим мало чего можно сделать. Однако в 70-х запустился процесс продвижения идеи, согласно которой необходимо было привести зоопарк к общему знаменателю, чтобы мы не всегда получали точный результат, но на разных компьютерах этот неточный результат был бы одинаковым.

В конце 70-х IBM инициировала внутри себя процесс создания подобного стандарта, так как зоопарк был внутри данной организации и руководство уговорили это сделать. После запуска процесса был собран IEEE-комитет из ~70 представителей различных компаний и институтов (не только из IBM). После многочисленных штурмов и споров (потому что каждый эксперт считает свои заблуждения самыми правильными) был выпущен черновой вариант с сомнениями о том, что этому кто-то будет следовать. Однако IBM в 1980-м выпускает первые чипы 8087, которые соответствовали описанным требованиям, и после этого запустился лавинообразный процесс, который охватил всех мировых производителей, хотя официальный чистовой вариант был принят в 1984-м.

По-моему, отличный пример гибридного решения стандартизации после взрыва (гибридное в плане потому, что с одной стороны был комитет экспертов, а с другой силовое решение о реализации стандарта в железе).