Планирование уроков на учебный год



Урок 67
Классификация компьютеров по функциональным возможностям
Перспективы развития компьютерных систем






Классификация компьютеров




Любая классификация позволяет выявить общие для всех подходов признаки и определить тенденции развития. Можно спорить о преимуществах одной классификации перед другой, но общие характерные черты будут одинаковы. Динамика изменения технических параметров компьютеров столь велика, что спустя некоторое время, возможно, приводимую в учебнике классификацию придется корректировать.

Как и при любой классификации, прежде всего должен быть выбран некоторый признак (параметр), по которому производится соответствующая группировка. Компьютеры могут быть классифицированы по разным признакам, например по габаритам, по областям применения, по быстродействию, по выполняемым функциям, по этапам их создания и еще по многим другим параметрам.

В этой теме мы рассмотрим классификацию по обобщенному признаку, где в разной степени учтены несколько характерных особенностей:


Анализируя тенденции развития компьютерной техники, мы предлагаем классификацию современных компьютеров, которая представлена в виде схемы на рисунке ниже.

Что понимается под характеристиками, которые выбраны для классификации? Рассмотрим их.

Представим себе наше общество, в котором всюду, где необходимо получать, хранить, обрабатывать и представлять информацию в требуемом человеку виде, используются компьютеры. В этом случае некоторые компьютеры должны обладать значительными возможностями по всем техническим параметрам и быть ориентированы на одновременное обслуживание нескольких пользователей. Такие компьютеры, как правило, очень дороги, занимают гораздо большую площадь, нежели привычные нам модели, отличаются повышенной надежностью. При работе на них требуются знания системного программиста. Подобные компьютеры составляют класс больших компьютеров.

Для оказания помощи человеку в повседневной работе с текущей информацией нужны другие компьютеры. В них не столь существенны требования по техническим параметрам и ресурсным возможностям, но более важно, как в них организовано взаимодействие с человеком, как подобный компьютер помогает воспринимать и осмысливать разного рода информацию, как он облегчает жизнь человека в быту и на производстве. По сравнению с большими компьютерами они более компактны, значительно дешевле, удобнее в эксплуатации, их программное обеспечение в большей степени ориентировано на пользователя.

Хотя они иногда и менее надежны, зато не требуют специальных знаний компьютерной техники. Подобные компьютеры составляют класс малых компьютеров.

При характеристике каждого класса необходимо сравнивать различные модели по таким основным техническим параметрам, как быстродействие (производительность, тактовая частота) и объем оперативной памяти.

С момента появления первого компьютера для оценки скорости его работы используется параметр "быстродействие" ("производительность"). Напомним, что под быстродействием понимается количество элементарных операций, выполняемых компьютером за одну секунду. Введено условное обозначение единицы измерения быстродействия - оп/с (операций в секунду). Для более крупных единиц измерения быстродействия используются следующие обозначения:


Важным параметром, по которому можно оценить быстродействие компьютера, является тактовая частота процессора. Эта характеристика определяется генератором тактовой частоты компьютера. Чем выше тактовая частота, тем больше быстродействие компьютера. Современные процессоры имеют тактовые частоты от 900 до 4200 МГц. К сожалению, наращивать тактовую частоту до бесконечности невозможно, так как возникает физическое ограничение - перегрев процессора. Чем выше тактовая частота, тем больше энергии потребляет процессор и тем сильнее он нагревается. Кроме того, по мере повышения тактовой частоты усиливаются электромагнитные помехи.

Кроме тактовой частоты на быстродействие компьютера существенно влияет разрядность процессора и количество процессоров (ядер процессора), установленных в компьютере.

Другая важная характеристика любого компьютера - объем (емкость) оперативной памяти, иными словами, максимальное количество хранимой в ней информации. Единицами измерени, как вы знаете, служат Кбайт, Мбайт, Гбайт, Тбайт (терабайт).

Помимо указанных характеристик, возможности компьютера описываются рядом параметров (часть из них приведена в таблице):


Параметры Большие компьютеры Малые компьютеры
2005 2012 2005 2012
Количество ядер процессоров 400-400 000 6000-3 000 000 1-4 2-16
Производительность, ГФЛОПС 1 000-1 000 000 600 000-20 000 000 8-20 40-1 000
Объем оперативной памяти, Гбайт 2 000-10 000 10 000-600 000 0,128-2 0,512-32
Объем постоянной памяти, Гбайт 500-50 000 > 50 000 2-512 100-4 000
Разрядность, бит 64; 128; 256 128; 256 32; 64 32; 64


Класс больших компьютеров


История развития компьютерной техники началась с создания большой ЭВМ. Элементная база больших ЭВМ прошла большой путь от электронно-вакуумных ламп до сверхбольших интегральных схем (СБИС). В этом классе выполнить четкое разделение на подклассы в настоящее время несколько затруднительно. И вот почему.

В связи с развитием и внедрением во все сферы нашей жизни компьютерных сетей происходит смещение акцентов по приоритетам и назначению в классе больших компьютеров в сетях, что в недалеком будущем, скорее всего, несколько изменит представление о сфере использования сверхмощных ЭВМ.

На сегодняшний день в данном классе можно выделить две группы - серверы и суперкомпьютеры.

Серверы


Сервер (server) представляет собой мощный компьютер, используемый в вычислительных сетях, который обеспечивает обслуживание подключенных к нему компьютеров и выход в другие сети. На сервере хранятся большие объемы информации, которыми пользуются подключенные к нему компьютеры. В наши дни это направление компьютерной техники интенсивно развивается.

Группа серверов насчитывает множество моделей разного уровня мощности. некоторые из них можно отнести к классу малых машин, другие настолько мощны, что представляют собой суперкомпьютеры. Сервером может быть любой компьютер, оснащенный необходимыми программами и устройствами. Например, сервер средней производительности можно создать из компонентов персональных компьютеров. При этом его цена окажется вполне приемлимой и места он займет не больше, чем обычный компьютер.

К серверу предъявляются повышенные требования по быстродействию и надежности работы. В нем должна быть предусмотрена возможность резервирования всей хранимой информации. Профилактические и ремонтные работы должны проводиться без его остановки и отключения других компьютеров.

Нередко серверы специализируются на обслуживании рабочих станций в какой-то определенной оболасти. Например, одни из них выделяются для создания и управления базами и архивами данных, другие - для поддержки факсимильной связи и электронной почты, третьи - для управления многопользовательскими принтерами, плоттерами и др.

В зависимости от назначения выделяют такие типы серверов: сервер приложений, файл-сервер, архивационный сервер, факс-сервер, почтовый сервер, сервер печати, сервер телеконференций.

Сервер приложений обрабатывает запросы от всех станций вычислительной сети и предоставляет им доступ к общим системным ресурсам (базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и др.).

Файл-сервер (File Server? Data Server) - для работы с базами данных, для использования хранящейся на нем информации. Он имеет надежные отказоустойчивые дисковые накопители с большими объемами (до терабайта).

Архивационный сервер (Storage Express System) - для резервного копирования информации в крупных многосерверных сетях. Он использует накопители на магнитной ленте (стримеры) со сменными картриджами емкостью до 5 Гбайт. Обычно выполняет ежедневное автоматическое архивирование информации от подключенных серверов и рабочих станций.

Факс-сервер (Net SatisFaxion) - для организации эффективной многоадресной факсимильной связи, с несколькими факсмодемными платами, со специальной защитой информации от несанкционированного доступа в процессе передачи, с системой хранения электронных факсов.

Почтовый сервер (Mail Server) - то же, что и факс-сервер, но для организации электронной почты, с электронными почтовыми ящиками.

Сервер печати (Print Server, Net Port) - для эффективного использования системных принтеров.

Сервер телеконференций - компьютер, имеющий программу обслуживания пользователей телеконференциями и новостями, он также может иметь систему автоматической обработки видеоизображений и др.

Как вы знаете, назначение всякого компьютера определяется программным обеспечением. Поэтому любой компьютер, если установить на нем соответствующее сетевое программное обеспечение, может стать сервером. Кроме того, один компьютер способен одновременно выполнять несколько функций - быть, к примеру, почтовым сервером, сервером новостей, сервером приложений и т. д.

В этой группе компьютеров можно выделить суперсерверы. Они нужны, когда данные требуется хранить централизованно, но в то же время информация должна быть доступна большому числу пользователей. Суперсерверы по своим характеристикам приближаются к суперкомпьютерам.

Суперкомпьютеры


Идея построения суперкомпьютера базировалась на том, что надо уменьшить расстояние между всеми электронными компонентами, а также организовать работу не на одном процессоре, а сразу на нескольких - параллельно. В компьютерах фон-неймановской архитектуры каждая операция, необходимая для решения задачи, находится в ожидании своей очереди занять процессор. Вспомните, что такое последовательный (линейный) алгоритм, и вам станет понятна суть такой организации работы.

В суперкомпьютерах используется иной мультипроцессорный (многопроцессорный) принцип обработки информации.

Основная идея создания мультипроцессорной обработки - разделение решаемой задачи на несколько параллельных подзадач или частей. каждая часть решается на своем процессоре. За счет такого разделения существенно увеличивается производительность. Параллельное вычисление особенно эффективно в тех задачах, где применяется большое количество операций с таблицами. Так, например, при суммировании чисел в таблице скорость расчетов может возрасти более чем в десять раз по сравнению с однопроцессорным компьютером.

В том случае, когда мультипроцессорную систему использкют для решения задач, которые не удается разделить на две части, возможен другой принцип структуры - конвейерный.

В ближайшие годы ожидается появление суперкомпьютера с такими характеристиками:

По прогнозам аналитиков, потребность в суперкомпьютерах со временем будет сокращаться. все меньше и меньше находится желающих тратить миллионы долларов на приобретение таких компьютеров. Более дешевые малые компьютеры из года в год постоянно наращивают свои вычислительные мощности и уже во многом не уступают ранним моделям суперкомпьютеров. Это связано с тем, что идеи мультипроцессорной обработки успешно реализуются и в компьютерах других классов. Следует ожидать, что постепенно суперкомпьютеры станут выполнять роль суперсерверов.

Класс малых компьютеров


Малые компьютеры появились в 70-х годах. Их появление было связано, с одной стороны с тем, что для решения многих задач не требовались мощности больших ЭВМ, а с другой - с необходимостью использования возможностей компьютеров для управления технологическими процессами и проведения исследований при натурных испытаниях. Такая потребность во многом определялась тем, что в этот период повсевместно стали внедряться автоматизированные системы управления, гдже требовалось устройство, оперативно и надежно перерабатывающее информацию.

В настоящее время из семейства малых компьютеров можно выделить три подкласса, отражающие различные направления их развития: персональные, портативные и промышленные. Такая классификация учитывает назначение компьютера и условия взаимодействия с ним пользователя.

Персональные компьютеры


Определение "персональный" не обязательно означает принадлежность компьютера человеку на правах лшичной собственности, хотя сейчас он нередко оказывается и в индивидуальном пользовании. Этот термин возник потому, что человек получил возможность общаться с ЭВМ самостоятельно (персонально) без посредничества профессионала-программиста. При этом не требуются специальные знания, которыми владеет программист. программное обеспечение осуществляет "дружественную" форму диалога человека с компьютером.

В настоящее время персональные компьютеры используются повсевместно. Их основное назначение - выполнение рутинной работы: поиск информации, составление типовых форм документации, фиксация результатов исследования, подготовка разнородных текстов от простейших документов до издательской верстки.

Общедоступность и универсальность персонального компьютера обеспечивается за счет следующих характеристик:

Наибольшей популярностью в настоящее время пользуются модели клона (архитектуры определенного направления) персональных компьютеров фирмы IBM. Второе место по распространенности занимают модели Macintosh фирмы Apple.

В настоящее время персональный компьютер стал "мультимедийным", то есть не только обрабатывает текстовую и числовую информацию, но и эффективно работает со звуком и изображением. Это стало возможным как из-за появления новых моделей микропроцессоров, так и благодаря:


Портативные компьютеры


Класс портативных компьютеров в настоящее время является самым престижным в мире. название этого типа компьютеров происходит от латинского слова "porto" - "ношу" и означает, что их несложно переносить с места на место. Их вес колеблется в пределах от 0,1 до 4 кг. самый распространенный и привычный тип портативных компьютеров - это ноутбук (от англ. notebook - блокнот).

Каковы должны быть его основные характеристики? Если ноутбук предполагается использовать как настольный персональный компьютер, он должен иметь: высокое быстродействие; большой, четкий и яркий экран; энергопотребление не играет большой роли, ведь он может работать не от батареи, а от электросети. Если же портативный компьютер предназначен для работы в дороге и является дополнением к настольному компьютеру, то он должен иметь возможность беспроводного выхода в Интернет (Wi-Fi, BlueTooth и т. п.), более длительное время работы от батареи, значительно меньший вес. Ни в какой другой компьютерной технике не достигается больше компромиссов, чем в ноутбуках!

Современные ноутбуки производят очень хорошее впечатление. Они снабжены жесткими дисками большой емкости, диагональ экрана может достигать 20 дюймов, продолжительность работы от аккумулятора - 8 часов, кроме того, имеется возможность подключения USB-устройств. Однако, как и у любого товара широкого потребления, у этих компьютеров должна быть доступная цена. В настоящий момент она снизилась настолько, что ноутбуки стали доступны широкому кругу потребителей.

Другой тип портативных компьютеров - планшетные компьютеры. В отличие от ноутбуков они не имеют клавиатуры, но снабжены сенсорным экраном размером 7-11 дюймов по диагонали. Планшетные компьютеры предназначены для беспроводного доступа в Интернет, прослушивания музыки, просмотра видеофайлов. Управление планшетным компьютером производится прикосновениями к экрану пальами или стилусом.

Наименьшими (по размеру и весу) из портативных компьютеров являются коммуникаторы и смартфоны. Для чего же их можно использовать? Коммуникатор и смартфон - это не просто "умный" телефон, но и настоящий компьютер (чаще всего с операционной системой Windows Phone, Android, iOS и др.), на котором можно использовать такие программы, как текстовый редактор, электронные таблицы, почта и проигрыватель аудио- и видеофайлов. При этом размеры устройства позволяют носить его в кармане. С его помощью можно читать книги, набирать небольшие тексты, заметки, подключаться к Интернету, играть в игры, смотреть видеофильмы, фотографировать и многое другое.

Промышленные компьютеры


Эти компьютеры предназначены для использования в производственных условиях. Они встраиваются в технологический процесс производства какой-нибудь продукции, осуществляют управление технологическими линиями и станками. С их помощью управляют самолетами и поездами, проводят исследования и испытания новых приборов, механизмов, устройств. Это неотъемлемая часть производственного цикла.

Учитывая их важную роль в производстве, к ним предъявляются повышенные требования по надежности работы, устойчивости к различным колебаниям параметров окружающей среды (температуре, вибрации, пыли и пр.). Поэтому обычные персональные компьютеры не могут использоваться как промышленные.

Пр их изготовлении придерживаются стандарта, называемого евромеханикой, в котором учитываются все необходимые требования. Например, микропроцессор изготавливается по особой технологии в специальном корпусе. Промышленный компьютер, собранный по этому стандарту, так же как и персональный омпьютер, может использовать платы различных производителей.

Перспективы развития компьютерных систем




Зная функциональные возможности компьютеров, можно поразмышлять над перспективами их развития. Это не слишком благодарное занятие, особенно в отношении компьютерной техники, так как ни в какой другой области не происходит таких существенных изменений в столь короткие отрезки времени. Тем не менее суть развития компьютерной техники состоит в следующем: сначала перед людьми открывается некая сравнительно новая область использования компьютеров, но для реализации этих идей нужны некоторые новые, технологически обеспеченные возможности компьютеров. Как только необходимые технологии разработаны и внедрены, сразу становятся очевидными иные перспективные области применения компьютеров и т. д.

image

Например, компания Fujitsu разработала универсального робота-носильщика. В фойе отеля робот приветствует гостей хриплым баритоном. Уточнив номер комнаты, робот берет тяжелые чемоданы в обе «руки» или выкатывает тележку и начинает движение в сторону лифта, затем нажимает кнопку вызова лифта, поднимается на этаж и провожает гостей в номер. Электронная карта отеля, восемь камер и ультразвуковые сенсоры позволяют роботу преодолевать любые препятствия. Правое и левое колеса вращаются независимо, поэтому движение по наклонным и неровным поверхностям дается легко. Используя систему обработки трехмерных изображений, робот может брать предметы и протягивать их гостям. Робот чутко воспринимает голосовые инструкции, подключен к Интернету. Справки об отеле можно получить на его цветном сенсорном экране. Ночью робот патрулирует коридоры отеля.

Так, например, в Массачусетсском технологическом институте (США) демонстрировались модели одежды со встроенными в них компьютерами и электронными устройствами. Сегодня новое поветрие названо «кибер- модой». Кибер-брошь, украшающая платье на этой иллюстрации, не просто аксессуар — это электронное устройство, вспыхивающее в такт сердцебиению его обладателя.

Можно предполагать, что в будущем появятся сотни активных компьютерных устройств, отслеживающих наше состояние и местоположение, легко воспринимающих нашу информацию и управляющих бытовыми приборами. Они не будут находиться в одной общей «оболочке». Они будут повсюду. Перспективы развития в отношении подобных компьютерных устройств: они станут намного более миниатюрными и будут иметь низкую стоимость.

Рассмотрим перспективы и тенденции развития компьютерной техники, обеспечивающей информационное обслуживание и управление. Каждый компьютер не только умеет безошибочно и быстро считать, но и представляет собой вместительное хранилище информации. В настоящее время все шире используется наиболее специфическая функция компьютеров — информационная, и именно это является одной из причин наступающей «всеобщей информатизации». Обычно информацию подготавливают на компьютере, затем печатают и уже в таком виде распространяют.

Однако уже в начале XXI века ожидается смена основной информационной среды — большую часть информации люди станут получать не по традиционным каналам связи — радио, телевидение, печать, а через компьютерные сети.

Изменение цели использования компьютеров наблюдается уже сегодня. Прежде компьютеры служили исключительно для выполнения различных научно-технических и экономических расчетов, и работали на них пользователи с общей компьютерной подготовкой и программисты.

Благодаря появлению телекоммуникаций кардинально изменяется область применения компьютеров пользователями. Потребность в компьютерных теле- коммуникациях постоянно расширяется. Все больше людей обращается к Интернету, чтобы узнать расписание движения поездов или последние новости из Думы, познакомиться с научной статьей коллеги, сделать выбор, где провести свободный вечер, и т. п. Информация подобного рода нужна каждому в любой момент и в любом месте.

В настоящее время разрабатывается новая концепция развития сети Интернет — это создание семантической паутины (англ. Semantic web). Она является надстройкой над существующей Всемирной паутиной и призвана сделать размещенную в сети информацию более понятной для компьютеров. С 1999 года проект семантической паутины развивается под эгидой Консорциума Всемирной паутины.

image

В настоящее время компьютеры принимают довольно ограниченное участие в формировании и обработке информации в Интернете. Функции компьютеров в основном сводятся к хранению, отображению и поиску информации. Это обусловлено тем, что большая часть информации в Интернете находится в текстовой форме, а компьютеры не могут воспринять и осмыслить смысловую информацию. Создание информации, ее оценку, классификацию и актуализацию — все это по-прежнему выполняет человек.

Встает вопрос — как же заставить компьютеры понимать смысл размещенной в сети информации и научить компьютеры пользоваться ею? Если компьютер пока нельзя научить понимать человеческий язык, то нужно создать язык, который был бы понятен компьютеру. В идеальном варианте вся информация в Интернете должна размещаться на двух языках: на языке, понятном человеку, и на языке, понятном компьютеру. Для создания понятного компьютеру описания сетевого ресурса в семантической паутине создан формат RDF (англ. Resource Description Framework). Он предназначен для хранения метаданных (метаданные — это данные о данных) и не предназначен для прочтения и использования человеком. Описания в формате RDF должны прикрепляться к каждому сетевому ресурсу и обрабатываться компьютером автоматически.

Семантическая паутина открывает доступ к четко структурированной информации для любых приложений, независимо от платформы и языков программирования. Программы смогут сами находить нужные ресурсы, обрабатывать информацию, обобщать данные, выявлять логические связи, делать выводы и даже принимать решения на основе этих выводов. При широком распространении и грамотном внедрении семантическая паутина может вызвать революцию в Интернете.

Семантическая паутина — это концепция сети, в которой каждый информационный ресурс на человеческом языке должен быть снабжен описанием, понятным компьютеру.

Компьютер должен быть полностью мобильным и снабжен радиомодемом для входа в компьютерную сеть. В перспективе портативные компьютеры должны стать более миниатюрными при быстродействии, сравнимом с производительностью современных суперЭВМ. Они должны иметь плоский дисплей с хорошей разрешающей способностью. Их внешние запоминающие устройства — магнитные диски — при небольших размерах будут иметь емкость более 100 Гбайт. Чтобы с компьютером можно было общаться на естественном языке, он будет широко оснащен средствами мультимедиа, в первую очередь, аудио- и видеосредствами.

Для обеспечения качественного и повсеместного обмена информацией между компьютерами будут использоваться принципиально новые способы связи:

♦ инфракрасные каналы в пределах прямой видимости;
♦ телевизионные каналы;
♦ беспроводная технология высокоскоростной цифровой связи.

Это позволит строить системы сверхскоростных информационных магистралей, связывающих воедино все существующие системы. 

Сферы применения ЭВМ все расширяются, и каждая из них обусловливает новую тенденцию развития компьютерной техники. В перспективе все вычислительные комплексы и системы от суперЭВМ до персонального компьютера станут составляющими единой компьютерной сети. А при такой сложной распределенной структуре должна быть обеспечена практически неограниченная пропускная способность и скорость передачи информации.

Современные полупроводниковые компьютеры скоро исчерпают свой потенциал, и даже при условии перехода к трехмерной архитектуре микросхем их быстродействие будет ограничено значением 1015 операций в секунду. Поиски новых путей совершенствования компьютеров ведутся во многих направлениях. Существует несколько возможных альтернатив замены современных компьютеров — квантовые компьютеры, нейрокомпьютеры и оптические компьютеры. При разработке «компьютеров будущего» используется широкий спектр научных дисциплин: молекулярная электроника, молекулярная биология, робототехника, квантовая механика, органическая химия и др. Рассмотрим основные особенности этих компьютеров.

Оптический компьютер. В оптических компьютерах носителем информации является световой поток. Применение оптического излучения в качестве носителя информации имеет ряд преимуществ по сравнению с электрическими сигналами:

♦ скорость распространения светового сигнала выше скорости электрического;
♦ световые потоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом;
♦ световые потоки могут передаваться по свободному пространству;
♦ возможность создания параллельных архитектур.

Создание большего количества параллельных архитектур, по сравнению с традиционными электронными компьютерами, является основным достоинством оптических компьютеров, оно позволяет преодолеть ограничения по быстродействию и параллельной обработке информации.  Оптические технологии важны не только для создания оптических компьютеров, но также и для оптических коммуникаций и сети Интернет.

Нейрокомпьютер. Для решения некоторых задач требуется создание эффективной системы искусственного интеллекта, которая могла бы обрабатывать информацию, не затрачивая много вычислительных ресурсов. И прекрасным аналогом для решения такой проблемы может стать мозг и нервная система живых организмов, которые позволяют эффективно обрабатывать сенсорную информацию. Мозг человека состоит из 10 миллиардов нервных клеток — нейронов. Аналогично должен быть построен и нейрокомпьютер, который моделирует функции нейронов.

Появление нейрокомпьютеров, часто называемых биокомпьютерами, во многом связывают с развитием нанотехнологий, которыми активно занимаются ученые многих стран. Нейрокомпьютеры предполагается строить на базе нейрочипов (искусственных нейронах) и нейроноподобных связях, которые функционально ориентированы на конкретный алгоритм, на решение конкретной задачи. Поэтому для решения задач разного типа требуется нейронная сеть разной топологии (разновидностей соединения нейрочипов). Один искусственный нейрон может использоваться в работе нескольких алгоритмов обработки информации в сети, и каждый алгоритм реализуется при помощи некоторого количества искусственных нейронов. Нейронная сеть (перцептрон) может обучаться распознаванию образов.

Перспективность создания нейрокомпьютеров состоит в том, что искусственные структуры, имеющие свойства мозга и нервной системы, имеют ряд важных особенностей: параллельность обработки информации, способность к обучению, способность к автоматической классификации, высокая надежность, ассоциативность.

Квантовый компьютер. В основе работы квантового компьютера лежат законы квантовой механики. Квантовая механика позволяет установить способ описания и законы движения микрочастиц (атомов, молекул, атомных ядер) и их систем. Законы квантовой механики составляют фундамент изучения строения вещества. Они позволили выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, понять строение атомных ядер, изучать свойства элементарных частиц.

Физический принцип действия квантового компьютера основан на изменении энергии атома. Она имеет дискретный ряд значений EQ, EI,... Еп, называемый энергетическим спектром атома. Излучение и поглощение атомом электромагнитной энергии происходит отдельными порциями — квантами, или фотонами. При поглощении фотона энергия атома увеличивается и осуществляется переход с нижнего на верхний уровень, при излучении фотона совершается обратный переход вниз.

Поэтому в качестве основной единицы квантового компьютера введено понятие «кубит» (qubit, Quantum Bit) по аналогии с традиционным компьютером, где используется понятие «бит». Известно, что бит имеет лишь два состояния — 0 и 1, тогда как состояний кубита значительно больше. Поэтому для описания состояния квантовой системы было введено понятие волновой функции в виде вектора с большим числом значений.

Для квантовых компьютеров так же, как и для классических, введены элементарные квантовые логические операции: дизъюнкция, конъюнкция и отрицание, с помощью которых будет организована вся логика квантового компьютера. При создании квантового компьютера основное внимание уделяется вопросам управления кубитами при помощи вынужденного излучения и недопущении спонтанного излучения, которое нарушит работу всей квантовой системы.

Можно предположить, что объединение квантовых, оптических и нейронных компьютеров даст миру мощную гибридную вычислительную систему. Такую систему от обычной будут отличать огромная производительность (ориентировочно 1051), за счет параллелизма выполнения операций, а также возможности эффективной обработки и управления сенсорной информацией. Для производства «компьютеров будущего» будут необходимы значительные экономические затраты, в несколько десятки раз превышающие затраты на производство современных полупроводниковых компьютеров. 

В таблице 28.1 представлены общие тенденции изменения характеристик компьютерной техники с учетом основных областей использования как современных компьютеров, так и перспективных.

Таблица 28.1. Тенденции изменения характеристик компьютеров

image

Контрольные вопросы и задания


1. Какова зависимость между целью использования ЭВМ и развитием компьютерной техники?

2. Приведите примеры перспективного использования компьютеров.

3. На что ориентированы перспективные компьютерные системы?

4. Как вы представляете будущее компьютерной техники?

5. На какие значения технических параметров компьютеров можно ориентироваться в недалеком будущем?

6. Каково назначение семантической паутины?

7. Почему ведутся разработки компьютеров на различных принципах действий?

8. В чем состоит основная идея создания оптического компьютера?

9. В чем состоит основная идея создания нейрокомпьютера?

10. В чем состоит основная идея создания квантового компьютера?






Наверх