Урок 60
§35. История и перспективы развития компьютеров
Содержание урока
Перспективы развития компьютеров
Перспективы развития компьютеров
Все современные компьютеры построены на основе идей четвёртого поколения. Для движения вперёд нужны новые идеи.
Разработчики процессоров постоянно стремятся повысить скорость их работы (быстродействие). К сожалению, в последние годы быстродействие процессоров практически не растёт. Дело в том, что увеличивать его бесконечно не получится из-за ограничений, связанных с действием законов физики.
Для того чтобы обрабатывать данные, части процессора должны обмениваться сигналами. Скорость передачи электрических сигналов огромна, но не бесконечна — она не может быть больше, чем скорость света в вакууме. Поэтому единственный способ снизить время передачи данных — уменьшить размеры элементов процессора. Но при этом появляются другие проблемы.
• Во-первых, чем мельче детали, тем сложнее их изготовить с нужной точностью.
• Во-вторых, при обмене сигналами электронные схемы сильно нагреваются и при перегреве могут перестать работать. Чем мельче элементы, тем труднее охладить процессор.
• В-третьих, если проводники, проводящие электрический ток, расположить слишком близко, между ними может произойти короткое замыкание, и вся схема выйдет из строя.
Таким образом, законы физики не позволяют безгранично увеличивать быстродействие процессора, и каждый новый шаг в этом направлении даётся всё с большим и большим трудом. Сейчас для увеличения быстродействия применяют многоядерные процессоры — несколько процессоров в одном кристалле кремния. Однако эта идея тоже не решает всех проблем.
• Прежде всего, далеко не все задачи можно разделить на части так, чтобы несколько процессоров могли выполнять эти части одновременно (использовать параллельные вычисления).
• Если несколько процессоров решают одну задачу, они должны обмениваться данными. Обмен между процессорами происходит медленнее, чем внутри одного процессора. Из-за этих потерь времени вся экономия от параллельных вычислений может быть «съедена», так что никакого увеличения скорости работы не получится.
Учёные ищут неэлектронные средства хранения и обработки данных. В первую очередь попытались использовать в качестве носителя информации свет — так появились оптические процессоры. В них можно применять параллельную обработку данных, например одновременно выполнять какую-то операцию со всеми пикселями изображения.
Большие надежды связаны с разработкой квантовых компьютеров, в которых применяются идеи квантовой физики, описывающей законы микромира и поведение элементарных частиц. Особые свойства кубитов — квантовых битов — позволяют организовать параллельную обработку данных так же, как и в многопроцессорных системах. Поэтому многие задачи, для решения которых сейчас не хватает вычислительных ресурсов (например, взлом систем шифрования), будут достаточно быстро решены, как только квантовый компьютер будет построен.
Ведётся разработка биологических компьютеров (биокомпъютеров), которые работают как живой организм. Ячейки памяти биокомпьютеров — это молекулы сложных органических соединений, например молекулы ДНК, в которых хранится наследственная информация. Сам процесс вычислений — это химическая реакция, результат — состав и строение получившейся молекулы.
Проводятся также исследования в области нанотехнологий, с помощью которых планируют построить транзистор размером с молекулу.
Следующая страница 
Выводы
Cкачать материалы урока
