Перспективы развития персональных компьютеров

Перспективы развития персональных компьютеров

 

 

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ПОЯВЛЕНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ 6

ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ 6

1.1 Понятие, виды  и структура персональных компьютеров 9

1.2 Этапы развития  персонального компьютера 15

2 ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫФ  РАЗВИТИЯ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ 19

2.1 Роль ПК в современной  жизни 19

2.2 Ограниченные возможности  современных компьютеров 31

2.3 Тенденции развития  персональных компьютеров 35

2.4 Компьютеры будущего 39

3 КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ 46

3.1 Необходимость создания  квантового компьютера 46

3.2 Структура квантового  компьютера 51

3.3 Практическое применение  квантовых компьютеров 57

3.4 Физические реализации  квантовых компьютеров 60

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67

Глоссарий 72

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 74

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Актуальность  темы. На этапе информатизации общества вычислительная техника прочно входит в жизнь и профессиональную деятельность современного человека. Ее применение поистине многообразно и всеобъемлюще. Информатика, включающая в себя все, что связано с применением вычислительной техники, служит в наши дни мощным катализатором научно-технического прогресса. Именно развитию средств вычислительной техники мы обязаны успехами, достигнутыми в автоматизации производственных процессов, в разработке новых технологий, в повышении эффективности труда и управления, в совершенствовании системы образования и в ускорении подготовки кадров.

 Несмотря на ослабление влияния персональных компьютеров на развитие информационных технологий, им уготована достойная и важная роль. Персональные компьютеры становятся меньше, легче и мощнее. Упрощение доступа к Сети открывает все новые и новые возможности для широкого круга пользователей. В ближайшие годы персональные компьютеры «заговорят» на разных языках благодаря мощному прорыву в разработке технологий распознавания устной речи. В этих условиях для фирм-изготовителей, стремящихся удержать свои «командные высоты», недостаточно просто «идти за лидером», внося попутно изменения в стабильно существующие и общепризнанные продуктовые линейки. Чтобы выиграть в конкурентной борьбе, необходимо внедрение новых технологий, создание новых продуктов, услуг и решений. Таким продуктом является квантовый компьютер, о создании которого пойдет речь в данной работе. Таким образом, персональные компьютеры развиваются, и будут продолжать развиваться форсированными темпами. Потому актуальность темы работы не вызывает сомнений.

Бурный прогресс полупроводниковой  микроэлектроники, представляющей собой  базу вычислительной техники, свидетельствует  о том, что сегодняшний уровень, как самих компьютеров, так и областей их применения является лишь слабым подобием того, что наступит в будущем.

Объектом исследования данной выпускной квалификационной работы являются персональные компьютеры.

Предметом исследования является анализ тенденций развития персональных компьютеров.

Целью выполнения данной выпускной квалификационной работы является анализ перспектив развития персональных компьютеров.

Для достижения поставленных целей необходимо выполнение следующих задач:

– раскрытие понятия, видов, структуры и принципов функционирования персонального компьютера;

– изучение этапов развития персонального компьютера;

– анализ проблем и перспектив развития персональных компьютеров;

– рассмотрение роли персонального  компьютера в современной жизни;

– анализ тенденций развития персональных компьютеров;

– выявление ограниченных возможностей современных компьютеров;

– анализ необходимости  создания квантового компьютера;

– изучение сущности и структуры квантового компьютера;

– рассмотрение практического применения квантовых компьютеров.

Анализ изученных  источников. Изучением вопросов перспектив развития персональных компьютеров и частности создания квантовых компьютеров занимались многие ученые, такие как, Э. Риффель, В. Полак «Основы квантовых вычислений». В книге А. Китаева, А. Шеня, М. Вялого «Классические и квантовые вычисления» раскрывается математическая сущность квантовых вычислений. Ряд принципиальных аспектов квантовой механики, существенных для проведения квантовых вычислений, разобран в книге В.В. Белокурова, О.Д. Тимофеевской, О.А. Хрусталева «Квантовая телепортация – обыкновенное чудо».

 

 

 

1 ПОЯВЛЕНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

 

В истории вычислительной техники существует своеобразная периодизация ЭВМ по поколениям. В ее основу первоначально  был положен физико-технологический  принцип: машину относят к тому или  иному поколению в зависимости  от используемых в ней физических элементов или технологии их изготовления. Границы поколений во времени  размыты, так как в одно и то же время выпускались машины совершенно разного уровня. Когда приводят даты, относящиеся к поколениям, то, скорее всего, имеют в виду период промышленного производства; проектирование велось существенно раньше, а встретить в эксплуатации весьма экзотические устройства можно и сегодня.

В настоящее время физико-технологический  принцип не является единственным при  определении принадлежности той  или иной ЭВМ к поколению. Следует  считаться и с уровнем программного обеспечения, с быстродействием, другими  факторами.

Следует понимать, что разделение ЭВМ по поколениям весьма относительно. Первые ЭВМ, выпускавшиеся до начала 50-х годов, были «штучными» изделиями, на которых отрабатывались основные принципы; нет особых оснований относить их к какому-либо поколению. Нет единодушия и при определении признаков пятого поколения. В середине 80-х годов считалось, что основной признак этого (будущего) поколения – полновесная реализация принципов искусственного интеллекта. Эта задача оказалась значительно сложнее, чем виделось в то время, и ряд специалистов снижают планку требований к этому этапу (и даже утверждают, что он уже состоялся). В истории науки есть аналоги этого явления: так, после успешного запуска первых атомных электростанций в середине 50-х годов ученые объявили, что запуск многократно более мощных, дающих дешевую энергию, экологически безопасных термоядерных станций, вот-вот произойдет; однако, они недооценили гигантские трудности на этом пути, так как термоядерных электростанций нет и по сей день.

Чем младше поколение, тем  отчетливее классификационные признаки. ЭВМ первого, второго и третьего поколений сегодня, в конце 90-х  годов – в лучшем случае музейные экспонаты. Машина первого поколения – десятки стоек, каждая размером с большой книжный шкаф, наполненных электронными лампами, лентопротяжными устройствами, громоздкие печатающие агрегаты, и все это на площади сотни квадратных метров, со специальными системами охлаждения, источниками питания, постоянно гудящее и вибрирующее (почти как в цехе машиностроительного завода). Обслуживание – ежечасное. Часто выходящие из строя узлы, перегорающие лампы, и вместе с тем невиданные, волшебные возможности для тех, кто, например, занят математическим моделированием. Быстродействие до 1000 операций/с и память на 1000 чисел делало доступным решение задач, к которым раньше нельзя было и подступиться.

Приход полупроводниковой  техники (первый транзистор был создан в 1948 г., а первая ЭВМ с их использованием – в 1956 г.) резко изменил вид машинного зала – более нормальный температурный режим, меньший гул (лишь от внешних устройств) и, самое главное, возросшие возможности для пользователя. Впрочем, непосредственного пользователя к машинам первых трех поколений почти никогда не подпускали – около них колдовали инженеры, системные программисты и операторы, а пользователь чаще всего передавал в узкое окошечко или клал на стеллаж в соседнем помещении рулон перфоленты или колоду перфокарт, на которых была его программа и входные данные задачи. Доминировал для машин первого и второго поколении монопольный режим пользования машиной и/или режим пакетной обработки; в третьем поколении добавился более выгодный экономически и более удобный для пользователей удаленный доступ – работа через выносные терминалы в режиме разделения времени.

Уже начиная со второго  поколения, машины стали делиться на большие, средние и малые по признакам  размеров, стоимости, вычислительных возможностей. Так, небольшие отечественные машины второго поколения («Наири», «Раздан», «Мир» и др.) с производительностью порядка 104 оп/с были в конце 60-х годов вполне доступны каждому ВУЗу, в то время как упомянутая выше БЭСМ-6 имела профессиональные показатели (и стоимость) на 2-3 порядка выше.

В начале 70-х годов, с появлением интегральных технологий в электронике, были созданы микроэлектронные устройства, содержащие несколько десятков транзисторов и резисторов на одной небольшой (площадью порядка 1 см2) кремниевой подложке. Без пайки и других привычных тогда в радиотехнике действий на них «выращивались» электронные схемы, выполняющие функции основных логических узлов ЭВМ (триггеры, сумматоры, дешифраторы, счетчики и т.д.). Это позволило перейти к третьему поколению ЭВМ, техническая база которого – интегральные схемы.

При продвижении от первого  к третьему поколению радикально изменились возможности программирования. Написание программ в машинном коде для машин первого поколения (и  чуть более простое на Ассемблере) для большей части машин второго  поколения является занятием, с которым  подавляющее большинство современных  программистов знакомятся при обучении в ВУЗе, а потом забывают. Появление процедурных языков высокого уровня и трансляторов с них было первым шагом на пути радикального расширения круга программистов. Научные работники и инженеры сами стали писать программы для решения своих задач.

Уже в третьем поколении  появились крупные унифицированные  серии ЭВМ. Для больших и средних  машин в США это прежде всею семейство IBM 360/370. В СССР 70-е и 80-е  годы были временем создания унифицированных  серии: ЕС (единая система) ЭВМ (крупные  и средние машины), СМ (система малых) ЭВМ и «Электроника» (серия микро-ЭВМ). В их основу были положены американские прототипы фирм IBM и DEC (DigitalEquipmentCorporation). Были созданы и выпущены десятки моделей ЭВМ, различающиеся назначением и производительностью. Их выпуск был практически прекращен в начале 90-х годов, но многие из них еще используются в самых разных сферах деятельности, включая образование (например, компьютеры ДВК, БК, а также УКНЦ – аналоги мини-ЭВМ типа PDP-11 фирмы DEC).

1.1 Понятие, виды и структура персональных компьютеров

 

Персональный компьютер  (далее – ПК) – компьютер (вычислительная машина) предназначенный для личного использования, цена, размеры и возможности которого удовлетворяют запросы большого количества людей.⁵

В активное употребление термин был введён в конце 1970-х годов  компанией AppleComputer для своего компьютера Apple II и впоследствии перенесён на компьютеры IBM PC. Некоторое время персональным компьютером называли любую машину, использующую процессоры Intel и работающую под управлением операционных систем DOS, OS/2 и первых версий MicrosoftWindows. С появлением других процессоров, поддерживающих работу перечисленных программ, таких, как AMD, Cyrix (ныне VIA), название стало иметь более широкую трактовку. Курьёзным фактом стало отрицание принадлежности к классу персональных компьютеров вычислительных машин Amiga и Macintosh, долгое время использовавших альтернативную компьютерную архитектуру.

В Советском Союзе вычислительные машины, предназначенные для личного  использования, носили официальное  название персональных электронных  вычислительных машин (ПЭВМ). В терминологии, принятой в российских стандартах это словосочетание и сегодня указывается вместо используемого де-факто названия персональный компьютер¹.

По данным аналитической  компании IDC, в 2005 году мировые поставки персональных компьютеров составили 202,7 млн. штук (рост на 15,8 % по сравнению с 2004 годом).В 2007 году, по данным IDC, продажи персональных компьютеров в мире составили 269 млн. штук (рост по сравнению с предыдущим годом на 14,3 %). Лидером по продажам ПК стала компания Hewlett-Packard (около 18,2 % всех поставок).

Персональные компьютеры – это вид компьютеров, который  относится к классу универсальных  однопользовательских микроЭВМ и является наиболее распространенным на данный момент. В современной информатике типы компьютеров различаются в зависимости от их назначения, архитектуры, размеров и функциональных возможностей. По назначению выделяют следующие виды компьютеров:

а) универсальные – предназначены  для решения различных задач, типы которые не оговариваются. Эти  ЭВМ характеризуются: разнообразием  форм обрабатываемых данных (числовых, символьных и т.д.) при большом  диапазоне их изменения и высокой  точности представления; большой емкостью внутренней памяти; развитой системой организации ввода-вывода информации, обеспечивающей подключение разнообразных  устройств ввода-вывода.

б) проблемно-ориентированные  – служат для решения более  узкого круга задач, связанных, как  правило, с управлением технологическими объектами, регистрацией, накоплением  и обработкой небольших объемов  данных, выполнением расчетов по несложным  правилам. Они обладают ограниченным набором аппаратных и программных  средств.

в) специализированные –  применяются для решения очень  узкого круга задач. Это позволяет  специализировать их структуру, снизить  стоимость и сложность при  сохранении высокой производительности и надежности. К этому классу ЭВМ относятся компьютеры, управляющие работой устройств ввода-вывода и внешней памятью в современных компьютерах. Такие устройства называются адаптерами, или контроллерами.

По размерам и функциональным возможностям различают четыре вида компьютеров: суперЭВМ, большие, малые и микроЭВМ.

СуперЭВМ являются мощными многопроцессорными компьютерами с огромным быстродействием. Многопроцессорность позволяет распараллеливать решение задач и увеличивает объемы памяти, что значительно убыстряет процесс решения. Они часто используются для решения экспериментальных задач, например, для проведения шахматных турниров с человеком.