Перспективы ЭВМ

Лекция №14

Одним из новейших направлений разработки ЭВМ стали квантовые компьютеры. Основу этого направления заложила квантовая механика, а идея создания квантового компьютера принадлежит Фейману. Один из парадоксов квантовой механики состоит в том, что не существует процессов невозмущающих измерений. Любое измерение является возмущающим. Классическая механика же утверждает, что можно создать такой процесс измерения, который будет влиять на измеряемое явление сколь угодно мало. На самом деле любое измерение производится с помощью статистики, то есть некоторого усреднения большого количества однотипных измерений. Для ячейки квантового компьютера важно не просто наличие или отсутствие некоторой частицы или величины (как, например, заряда для обычной памяти), а еще и то, в каком состоянии эта частица находится. Естественно, для определения состояния ячейки нужны дополнительные средства. Предполагается, что квантовый компьютер будет сильно выигрывать в быстродействии, так как ячейка памяти имеет больший объем. К тому же, на квантовые компьютеры возлагаются большие надежды в области кодирования и передачи закодированной информации. Несмотря на разработки в данной области, реального квантового компьютера, который бы полностью удовлетворял требованиям модели, не существует.

Развитие современных компьютеров сейчас направлено на уменьшение всевозможных составляющих ЭВМ и увеличение их мощности. Например, минимальный размер ячейки flash-памяти приближается сейчас к 20 нм. Когда речь идет о таких малых размерах, возникает ряд проблем. Например, при малой толщине наносимого на какую-либо деталь материала, возможна диффузия. Поэтому необходимо использовать специальные материалы. Увеличивающаяся мощность компьютера требует все больших затрат электроэнергии и средств охлаждения.

Как и в случае с памятью, наблюдаются тенденции ухода от двумерных моделей. Уже существуют трехмерные транзисторы и, соответственно, ведутся разработки по созданию трехмерной модели процессора.

Увеличивать мощность процессора и других устройств, входящих в состав ЭВМ, разумно только до некоторого предела, который совместим со средствами передачи информации. В этой области основные надежды возлагаются на оптическую передачу данных. Использование оптических волокон позволяет добиться довольно больших скоростей и надежности, но и здесь существуют свои проблемы. Световая волна имеет слишком маленькую энергию, кроме того, во время передачи возникают естественные потери. Усиление сигнала происходит следующим образом: на пути провода ставятся специальные усилители, внутри которых световой сигнал переводится в электрический, усиливается и вновь преобразуется в световой.

Кратко перечислим некоторые другие новейшие направления развития компьютеров: 2.5-мерные и трехмерные мониторы, перезаписываемые DVD-диски, ДНК-вычислители и многое-многое другое.