Компьютеры будущего отличительные особенности и характер функционирования

Работы специалистов в данной области направлены на создание компонентов молекулярных машин. Так, последние практические результаты заключены в возможности молекулы вещества ротаксан переходить из одного состояния в другое. По прогнозам специалистов, размеры молекулярных компьютеров будут составлять 1-2 мм, что позволит использовать компьютерную технику практически в любых условиях, без существенных ограничений. Выделим перспективные направления применения молекулярных компьютеров:активное применение технологии самостоятельного перемещения компьютеров и, как следствие, осуществление самостоятельных действий (сборка деталей, созданий микросхем и т.д.);разработка трехмерного компьютера.Сравнительный анализ современных и молекулярных компьютеров представлен в таблице 2.Таблица 2 – Сравнение современных и молекулярных компьютеровХарактеристикаСовременные компьютерыМолекулярные компьютерыРазмер транзистораlо 100nm1-10 nmЧисло транзисторов на 1 см21071013Время отклика<10-9cдо 10-15cЭффективность11011Биокомпьютеры.В настоящее время, когда каждый новый шаг в совершенствовании полупроводниковых технологий дается со все большим трудом, ученые ищут альтернативные возможности развития вычислительных систем [4]. Естественный интерес ряда исследовательских групп (среди них Оксфордский и Техасский университеты, Массачусетский технологический институт, лаборатории Беркли, Сандия и Рокфеллера) вызвали природные способы хранения и обработки информации в биологических системах. Итогом их изысканий явился (или, точнее, еще только должен явиться) гибрид информационных и молекулярных технологий и биохимии – биокомпьютер.Основная область применения, для которой ведутся работы, - это биомониторинг, изучение внутриклеточных процессов живых существ, расшифровка генной информации. Квантовая компьютерная техника.Суть данной технологии заключается в замене атомов на элементарные частицы. Так, 32 квантовых бита, при установлении прочной взаимосвязи между собой, способны образовывать до 4 млрд уникальных комбинаций [8]. На квантовые компьютеры возлагаются особые надежды – специалисты утверждают, что такая техника способна обрабатывать информацию с исключительной степенью точности, где не будет места даже незначительным погрешностям или ошибкам. 3.2 Обзор компьютеров будущего3.2.1БиокомпьютерыБиокомпьютеры используют системы биологически полученных молекул - таких как ДНК и белки - для выполнения вычислительных расчетов с использованием хранения, извлечения и обработки данных.В настоящее время биокомпьютеры существуют с различными функциональными возможностями, которые включают в себя операции «двоичной» логики и математических расчетов. [5] Том Найт из Лаборатории искусственного интеллекта MIT сначала предложил схему биохимических вычислений, в которой концентрации белка используются в качестве двоичных сигналов, которые в конечном счете служат для выполнения логических операций. [4] С определенной концентрацией конкретного биохимического продукта в биохимическом пути биокомпьютера или над ним определен сигнал, который является либо 1, либо 0. Концентрация ниже этого уровня указывает на другой, оставшийся сигнал. Используя этот метод в качестве вычислительного анализа, биохимические компьютеры могут выполнять логические операции, в которых соответствующий двоичный выход будет происходить только при определенных логических ограничениях на начальные условия. Другими словами, соответствующий двоичный вывод является логически выведенным из набора начальных условий, которые служат в качестве предпосылок, из которых можно сделать логический вывод. Кроме этих типов логических операций, биокомпьютеры также продемонстрировали другие функциональные возможности, такие как математические вычисления. Один такой пример был предоставлен WL Ditto,[4] Это лишь некоторые из примечательных применений, которые биокомпьютеры уже созданы для выполнения, а возможности биокомпьютеров становятся все более изощренными. Из-за наличия и потенциальной экономической эффективности, связанной с производством биомолекул и биокомпьютеров, как отмечалось выше, продвижение технологии биокомпьютеров является популярным, быстро растущим объектом исследований, который, вероятно, достигнет значительного прогресса в будущем.В марте 2013 года группа биоинженеров из Стэнфордского университета во главе с Дрю Энди объявила, что они создали биологический эквивалент транзистора, который они назвали «транскриптором» [28]. Изобретение было окончательным из трех компонентов, необходимых для создания полностью функционального компьютера: хранения данных, передачи информации и базовой системы логики.Было разработано множество примеров простых биокомпьютеров, но возможности этих биокомпьютеров очень ограничены по сравнению с коммерчески доступными небио-компьютерами. Таки образом, считается, что биокомпьютеры обладают большим потенциалом, но это еще предстоит продемонстрировать.3.2.2Квантовые компьютерыКвантовые вычисления - это область исследования, направленная на разработку компьютерной технологии, основанной на принципах квантовой теории, которая объясняет природу и поведение энергии и материи на квантовом (атомном и субатомном) уровне.Вместо того, чтобы хранить информацию, используя биты, представленные 0 или 1, как это делают обычные цифровые компьютеры, квантовые компьютеры используют квантовые биты или кубиты для кодирования информации как 0s, 1s или оба одновременно. Эта суперпозиция состояний - наряду с другими квантовыми механическими явлениями запутывания и туннелирования - позволяет квантовым компьютерам одновременно манипулировать огромными комбинациями состояний.По состоянию на 2018 год развитие реальных квантовых компьютеров все еще находится в зачаточном состоянии, но были проведены эксперименты, в которых квантовые вычислительные операции выполнялись на очень небольшом числе квантовых бит. [6] Практические и теоретические исследования продолжаются, и многие национальные правительства и военные агентства финансируют исследования в области квантовых вычислений в дополнительных усилиях по разработке квантовых компьютеров для гражданских, деловых, торговых, экологических и национальных целей безопасности, таких как криптоанализ. [7] Существует небольшой 20-кубитный квантовый компьютер и доступен для экспериментов через проект IBM QuantumExperience. D-WaveSystemsразрабатывает собственную версию квантового компьютера, который использует отжиг.3.2.3НейрокомпьютерыНейрокомпьютер — устройство переработки информации на основе принципов работы естественных нейронных системВ отличие от цифровых систем, представляющих собой комбинации процессорных и запоминающих блоков, нейропроцессоры содержат память, распределённую в связях между очень простыми процессорами, которые часто могут быть описаны как формальные нейроны или блоки из однотипных формальных нейронов. Тем самым основная нагрузка на выполнение конкретных функций процессорами ложится на архитектуру системы, детали которой в свою очередь определяются межнейронными связями.Многолетние усилия многих исследовательских групп привели к тому, что к настоящему моменту накоплено большое число различных «правил обучения» и архитектур нейронных сетей, их аппаратных реализаций и приёмов использования нейронных сетей для решения прикладных задач.Примерами нейрокомпьютеров являются нейрокомпьютер Synapse (Siemens, Германия), процессор NeuroMatrix.В нейрокомпьютинге постепенно созревает новое направление, основанное на соединении биологических нейронов с электронными элементами. По аналогии с Software (программное обеспечение) и Hardware (электронное аппаратное обеспечение), эти разработки получили наименование Wetware.Компьютер wetware представляет собой органический компьютер (который также может быть известен как искусственный органический мозг или нейрокомпьютер), состоящий из органического материала, такого как живые нейроны.Компьютер wetware, состоящий из нейронов, является идеальной концепцией, поскольку, в отличие от обычных материалов, которые работают в двоичном (вкл/выкл), нейрон может перемещаться между тысячами состояний, постоянно изменяя свою химическую конформацию и перенаправляя электрические импульсы через более 200 000 каналов.Создание и работа таких компьютеров все-таки остается более гипотетической и находится на предварительном этапе своего развития и становления.3.2.4 Оптические компьютерыОптический компьютер (также называемый фотонным компьютером) - это устройство, которое использует фотоны в лучах видимого света или инфракрасных (ИК) пучков вместо электрического тока для выполнения цифровых вычислений. Электрический ток течет всего лишь на 10 процентов от скорости света. Это ограничивает скорость обмена данными на большие расстояния и является одним из факторов, которые привели к эволюции оптического волокна. Используя некоторые из преимуществ ИК-сетей может быть когда-нибудь будет разработан компьютер, который может выполнять операции в 10 или более раз быстрее, чем обычный электронный компьютер[15].Оптический компьютер разделен на электрические и фотонные секции, с машинным кодом, переведенным на лазерные импульсы. Затем фотоны переходят в фотонный процессор, где взаимодействуют лазерные импульсы, что позволяет выполнять логические операции, подобные тем, которые выполняются на традиционных компьютерах. После этого лазерные лучи покидают процессор и возвращаются к электрической части компьютера, где оптическая информация преобразуется обратно в электрическую информацию, становясь доступной пользователю.Считается, что уникальный оптический компьютер обладает огромными преимуществами по сравнению с традиционными компьютерами, открывая новые двери в отношении использования вычислительной мощности и энергии.Можно отметить, что компьютерные ученые во всем мире уже много лет работают над концепцией фотонных компьютеров, но не смогли принести ощутимые результаты по целому ряду причин, в том числе нелинейный процесс, в котором должны взаимодействовать несколько сигналов, слабость света волны по сравнению с электромагнитными и другие технические проблемы.3.2.5 Нестандартные компьютерные решения1. Компьютер без клавиатуры и дисплея. Такой компьютер будет состоять только из миниатюрного системного блока, оснащенного камерами и малогабаритным проектором[1]. Таким образом, изображение будет проецироваться на любой удобной поверхности (рис.3)Рисунок 3 – Компьютер без клавиатуры и дисплея2. Складной ноутбук (рис. 4). Ноутбук может сворачиваться как рулон бумаги, что очень удобно при переноске. При желании девайс может превратиться в 13-дюймовый планшетный компьютер. Помимо сенсорной в гаджет встроена полноценная кнопочная клавиатура, что очень пригодится для работы с набором текстов [2].Рисунок 4 – Складной ноутбук3. Лэптоп B-membrane (рис.5). Вон-Сеок Ли (разработчик) предусмотрел появление мембранной клавиатуры только в тот момент, когда она необходима, а также наличие проектора для работы на любой поверхности.Рисунок 5 – Лэптоп B-membraneГибкий раздвижной дисплей Horizon (рис. 6). Данная новинка представляет собой стационарный компьютер с гибким экраном [1]. То есть дисплей этого концепта можно будет растянуть до необходимой величины.Рисунок 6 – Гибкий раздвижной дисплей HorizonНаручный компьютер SonyNextep (рис. 7). Данное устройство носится на запястье руки как браслет. В его состав входят гибкий сенсорный экран, голографический проектор, выдвижная клавиатура [4].Рисунок 7 – Наручный компьютер SonyNextepТаким образом, можно заметить, что, если компьютерная техника будет развиваться сегодняшними темпами, через несколько десятков лет человечество станет свидетелем появления компьютера, разум которого не будет уступать разуму человека по скорости обработки информации - более 20000000 миллиардов операций в одну секунду. ЗаключениеСтремительное становление области компьютерных технологий и в частности самого персонального компьютера обусловлено его всеобщим проникновением во все общественные области жизни, следовательно, неудивительно, что уже через лет 20персональный компьютербудетабсолютно другим - научится вычислять в несколько сотен раз быстрее теперешних современников, потреблять малое количество электроэнергии, и, наконец, может уместиться на человеческой ладони.Входе выполнения работы были рассмотреныактуальные на сегодня тенденции развития персональных компьютеров,технологий, каковые могут стать реальностью уже совсем скоро. Также былаизучена краткая история появления компьютера, возникновение персонального компьютера, его использование в современном мире и место в общественной сфере.За несколько десятилетий персональные компьютеры от электронных «счетных машинок» перешли в разряд повседневно используемого оборудования.В ближайшем будущем первые пять производителей будут регулировать приблизительно 69% мирового рынка персональных компьютеров, что может свидетельствовать о высокой концентрации рынка. Если рассматривать известные в целом мире компьютерные бренды, то предпочтение можно отдать, например, компании Apple. По всей видимости, на сегодня не существует такого человека, кто не имел бы представление об организации Apple. Бренд, который вплотную связана со Стивом Джобсом и особенно высоким качеством товаров. Среди производителей процессоров для персональных компьютеров отдельно можно выделить Intel, AMD. Конкуренция между этими масштабными гигантами продолжиться и в будущем.Среди компьютерных технологий по созданию нового типа персонального компьютера можно выделить: нейрокомпьютеринг, квантовые технологии, оптические технологии или фотонные, биокомпьютеринг.В процессе исследования было выяснено, что перспективными направлениями разработки компьютеров будущего становятся проекты молекулярных компьютеров и биокомпьютеров, которые позволят сократить размер машин и расширить круг их использования.Таким образом, цель, поставленная в работе, была достигнута, а именно были рассмотрены будущие перспективы развития персональных компьютеров.Список литературы3dnews.ru – [Электронный ресурс] – URL: http://www.3dnews.ru/Ferra.ru– [Электронный ресурс] – URL: http://www.ferra.ru/Бройдо В., Ильина О. Архитектура ЭВМ и систем: Учебник для ВУЗов. - СПб.: Питер, 2010.- 520с.Вести.Hi-tech – [Электронный ресурс] – URL: http://hitech.vesti.ru/Гавриченков И. Обзор процессоров – [Электронный ресурс] – Режим доступа:https://3dnews.ru/954174Додд, А.З. Мир телекоммуникаций. Обзор технологий и отрасли [Текст] / А.З. Додд. - М.:Олимп-Бизнес, 2005. - 400 с.Долгоруков А. Российско-американская торговля обретает надежную основу. // Российские вести. –2007. Ковтанюк Ю.С. Библия пользователя ПК. — М.: «Диалектика», 2007.Кожемяко А. Процессоры Intel – [Электронный ресурс] – Режим доступа:https://www.ixbt.com/cpu/intel-2011-2066-1709.shtmlКоролев Л.Н. Структуры ЭВМ и их математическое обеспечение. М.: Издательский центр «Академия», 2012. – 311с. Кузнецов Е. Ю., Осман В. М. Персональные компьютеры и программируемые микрокалькуляторы: Учеб. пособие для ВТУЗов - М.: Высш. шк. -1991.Пасько В. Самоучитель работы на персональном компьютере, шестое издание. - М., 2004. - с. 218.Персональный компьютер фирмы IBM и операционная система MS DOS: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1991.Плесовских Г.А. Развитие процессоров и их роль в жизни пк сегодня // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XXXV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 6(35)Поначугин А.В. Создание и перспективы открытых аппаратно-программных систем сетевого управления технологическими процессами / Информационные технологии в организации единого образовательного пространства (сборник статей по материалам Международной научно-практической конференции преподавателей, студентов, аспирантов, соискателей и специалистов). Кафедра Прикладной информатики и информационных технологий в образовании. Н.Новгород: Мининский университет, 2015. – С.75–79.Процессоры AMD – [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.amd.comПроцессоры Intel – [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.paygid.ruПятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник.- М.: Финансы и статистика, 2011.-512 с.Рыбакова А.С., Поначугин А.В. Информационные технологии: проблемы их внедрения, достоинства, недостатки // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. – 2014. – № 11-2. – С.24–27.Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК = UpgradingandRepairingPCs. — 17-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — 1504 с.Степаненко О.С. Персональный компьютер, учебный курс, 2-е издание. - СПб.: Компьютерное изд-во "Диалектика", 2000. - с. 195.Степурин А.В. Самоучитель работы на персональном компьютере (ПК). Краткое руководство. – Гатчина: Издательский дом "Вильямс", 2006.Суханова Н.Т. Теоретические основы информатики. Учеб. Пособие для студентов высш. пед. учеб. заведений: М-во образования Рос. Федерации, Мурманский гос. Пед. Университет, Мурманск, 2004, 128 с.Филатов К. Иностранные инвестиции в экономику России // Статистическое обозрение 2008. - № 2.Ходаковский К. Новости Hardware – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://dilios.ru/processor/novinki-processorov.htmlХомоненко А.Д. Основы современных компьютерных технологий: Учебник / Под ред. проф., - СПб.: КОРОНА принт, 2005. - 223 с.Шафрин Ю.А. IBM PC.Учебник. – М., 2002.Энциклопедия Британника – [Электронный ресурс] – Режим доступа:https://www.britannica.com/technology/computer/History-of-computing#ref724505Яшин, В.Н. Информатика. Аппаратные средства персонального компьютера / [Текст]. - М: Инфра-М, 2010. - 256 с.