Перспективы развития технических средств КИТ

Говоря об информационных технологиях, мы в настоящее время подразумеваем именно компьютерные информационные технологии, функционирующие в рамках автоматизированных информационных систем. На плечи компьютерной техники возлагается выполнение как простейших рутинных операций повседневной жизни, так и решение сложнейших интеллектуальных задач управления. Поэтому компьютерную технику сегодня нельзя рассматривать как обособленную систему, ограниченную в своих возможностях ресурсами одного компьютера. Поэтому сегодня наблюдается тенденция перехода от отдельных машин к вычислительным комплексам и сетевому использованию компьютера. Данное направление позволяет в значительной степени увеличить ресурсные возможности имеющейся компьютерной техники и расширить круг решаемых пользователем задач. В этом случае к перечню внутренних возможностей персонального компьютера (пишущая машинка, вычислительный центр, фотоальбом, записная книжка, органайзер, телефонный справочник, аудио-проигрыватель, видеоплеер, созидатель, систематизатор, переводчик…) могут добавиться как возможности большой ЭВМ, так и преимущества сетевой работы (организация автоматизированного рабочего места, совместная работа над проектами, безбумажный документооборот…).

Одним из интенсивно развивающихся в настоящее время направлений в производстве вычислительной техники является создание супер-ЭВМ – многопроцессорных вычислительных машин, которые являются хранилищем около 80 % мировой информации. Только таким машинам оказалось посильным решение таких энергоемких задач как: прогнозирование метеообстановки; управление оборонными комплексами; моделирование (аварий, ядерных взрывов…); сложные высокоскоростные вычисления; анализ и диагностика (климата, экономики, в финансовой сфере…); космос…

Достойное место среди разработчиков супер-ЭВМ заняла и Беларусь. Результатом совместной белорусско-российской программы стала серия супер-ЭВМ под названием СКИФ. Среди нескольких моделей самой мощной можно назвать СКИФ К-1000, разработанную в 2004 году в Минске. Эта машина заняла 98 место в 24-й редакции рейтинга «Top 500» от 9 ноября 2004 года и оказалась самым мощным компьютером на территориях СНГ и Восточной Европы. Причем, в первую сотню рейтинга вошли суперкомпьютерные установки 16 стран. А установки собственных разработчиковпредставлены только 4-мя государствами: США, Японией, Китаем и Союзным государством.

Диаметрально противоположным направлением развития компьютерной техники можно назвать разработку ЭВМ как можно меньшего размера, создание сверхминиатюрных ЭВМ. Данная тенденция вызвана более глубоким внедрением компьютерной техники в повседневную жизнь. Появилась необходимость повсеместного ее использования. Поэтому доля переносных компьютеров сейчас составляет более 80 % общего парка создаваемых машин.

Вне зависимости от функциональных возможностей для всех типов создаваемых компьютеров рост темпов жизни человека, усложнение задач, возлагаемых человеком на ЭВМ, требуют использования высокоскоростной техники. специалистов поиска путей повышения производительности ЭВМ. В результате общим стремлением всех разработчиков является тенденция увеличения производительности компьютеров. Потому большинство разработок в области компьютерной техники в той или иной степени связаны с возможностью увеличения скорости обработки данных. Причем, этой проблеме посвящены как разработки отдельных устройств, или использование новых материалов, так и создание принципиально новых компьютеров. В результате ожидается появления компьютеров будущего, таких как квантовые компьютеры, оптические компьютеры, биокомпьютеры.

Так, одна из новинок компьютерной техники – устройство Orion, получившее название «квантовый компьютер», о котором стало известно миру в 2007 году (хотя его появление компьютера с использованием такого устройства ожидалось примерно 30 годами позже) способен выполнять 64 000 операций параллельно. Основная идея квантового вычисления состоит в том, чтобы хранить данные в ядрах атомов, изменяя их ориентацию в пространстве. Если известный нам бит может принимать значение 0 или 1, то квантовый бит (кубит) может принимать состояние 0 и 1 одновременно. Это увеличивает скорость обработки с L операций одновременно до 2^L. В отличие от вычислительного регистра прототипа IBM, который имел всего 7 ядерных спинов, Oroin имеет их уже 16. Поэтому возможности 16-кубитного процессора позволяют выйти на такие информационные технологии, на фоне которых создание интегральной схемы или Internet покажется лишь эпизодом.

Еще одним компьютером будущего называют оптический компьютер с оптоэлектронным процессором. Частично можно сказать, что такие компьютеры уже существуют, но в виде отдельных экземпляров. Их массовое производство ожидается в 20-х годах нашего столетия. По самым скромным прогнозам оптический компьютер будет иметь невиданную производительность: за 1 такт длительностью менее 1 наносекунды (что соответствует тактовой частоте 1000 МГц) возможна обработка массива данных порядка 1 Мбайт и более.

Несколько исследовательских центров в СШАведут работы надсозданиембиокомпьютеров, основанных на биосистемах обработки информации. Такие системы работают по схожими с нервной системой человека принципами. Главным свойством биокомпьютеров является то, что каждая их клетка – миниатюрная химическая лаборатория. Если биоорганизм запрограммирован, то он просто производит нужные вещества. Достаточно вырастить одну клетку, обладающую заданными качествами, и в руках – целый мир волшебных химических превращений. К тому же биокомпьютеры могут оказаться гораздо более надежными по сравнению с кремниевыми. На этот вид компьютеров возлагается функция наблюдения за активностью и свойствами человеческих клеток. В результате, получаемая такими “молекулярными докторами” информация, основанная на ДНК, РНК и белках, сможет управлять терапией больных клеток и тканей. По прогнозам Г.П. Абрамкина в 2015 году начнется массовое производство молекулярного компьютера.

Львиная доля изобретений в области компьютерной техники посвящается совершенствованию микропроцессоров (МП), так как они в самой значительной степени определяют скоростные возможности компьютера. Если традиционная производительность микропроцессора от 1 до 100 МIPS (млн. команд в сек.), то ученые стремятся достигнуть производительности до 1000 МIPS, которая пока реализована только на многопроцессорных супер-ЭВМ.

Рассматривается множество путей увеличения производительности МП: от увеличения разрядности, объема кэш-памяти или совершенствования других составляющих МП до изменения технологии обработки данных микропроцессором. Так, в настоящее время для создания высокоскоростных (более 1 млрд. операций в секунду) мультимедийных компьютеров используется VLIW-технология обработки данных (Very Long Instruction Word) со сверхбольшим командным словом. Она позволяет ускорить обработку данных за счет того, что: все вычислительные устройства имеют доступ к данным в едином многопортовом регистровом файле; отсутствуют сложные аппаратные механизмы; реализуется параллелизм на уровне команд; задача эффективного распараллеливания работы возлагается на компилятор и выполняется статически.

Возможны и варианты увеличения производительности процессора не за счет наращивания тактовой частоты, а путем конструирования многоядерных процессоров, чему уделяется большое внимание со стороны обеих фирм-производителей мирового масштаба Intel и AMD. IDC называет выход многоядерных процессоров одним из наиболее важных событий IT-индустрии за прошедшие 40 лет.

Если создание нового вида компьютера или процессора является сложной и далеко не каждому производителю посильной задачей, то усовершенствование отдельных устройств зачастую является основной точкой приложения сил научного и производственного персонала.

Примером может служить разработка корпорацией IBM устройства, способного замедлять поток света в кремниевой микросхеме. Это изобретение позволит в будущем использовать в компьютерах оптических коммуникационных компонентов для достижения более высокой производительности. Главной идеей такого устройства является, во-первых, ускорение потока информации внутри компьютере заменой электрического сигнала на оптический, и, во-вторых, возможность временного удержания данных в микросхеме (буферизация световых сигналов).

Каналы передачи данных между компьютерами имеют тенденцию использования взамен электрических кабелей более высокоскоростных сред, например, с радио-частотным сигналом, волоконно-оптические или инфракрасные линии связи.

Дисплей является такой составляющей компьютерной системы, выбор которой особенно важен. В компьютере со временем можно заменять какие-либо комплектующие на более совершенные, чего нельзя сказать о мониторах. Поэтому пользователю нужно очень тщательно относиться к его выбору, учитывать тенденции их разработки, полагая, что выбранная модель будет служить довольно длительный период времени. Конечно, все современные мониторы являются жидкокристаллическими, поэтому отличаются отсутствием вредных излучений, высоким качеством изображения и низким потреблением энергии. Толщина таких мониторов стремится к 3-5 мм, а разрешение экрана на широкоформатных матрицах может доходить до 1920*1200 и даже до 2560*1600 пикселей.

Ввиду ускоренного роста объема хранимой пользователем информации различного типа, особую актуальность приобретает вопросповышения емкости носителей информации. На наших глазах произошло практически полное вытеснение дискет (гибких магнитных носителей) оптическими дисками и, так называемой, flash-памятью. Но поиск более емких носителей продолжается. Например, Blu-ray-диски могут вмещать уже 500 Гб информации, жесткие диски имеют емкость, исчисляемую Терабайтами.

Дальнейшее развитие приобретают твердотельные носители SSD с повышенной плотностью хранения информации. Эти накопители отличаются от обычных жестких дисков отсутствием шума и вибраций, большей стойкостью к механическим воздействиям, меньшим (примерно на 50%) энергопотреблением. Этот накопитель обеспечивает и большую скоростью работы. Их емкость также, как и емкость жестких дисков, уже перешагнула Терабайтовый рубеж.

Еще одной тенденцией развития компьютерной техники можно назвать интеллектуализацию ЭВМ. Примеров разработок в этом направлении можно назвать множество:

· создание компьютеров баз знаний;

· способность ЭВМ к интеллектуальному диалогу и к обучению, то есть к интерактивному взаимодействию между пользователем и машиной;

· решение задач управления посредством использования систем искусственного интеллекта, например экспертных систем;

· компьютерная оцифровка головного мозга, которая даст возможность перевести сознание человека в цифровую форму, чтобы сохранить разум после телесной кончины;

· гуманоидообразные роботы, которые будут наделены эмоциональными способностями и смогут заменять людей в домашнем хозяйстве или исполнять роль домашних питомцев…

Следующим направлением развития можноназвать концепцию естественных пользовательских интерфейсов, которым доверена идея вывода на новый уровень взаимодействия человека и техники. Согласно этой концепции изменится система ввода информации в компьютер. Такие привычные устройства, как клавиатура и мышь, отойдут на второй план. Им на смену придут более удобные решения, понимающие рукописный ввод и речь. Также на первый план выйдут системы распознавания изображения.

Компьютер будущего превратится из большой настольной машины в маленький терминал, расположенный внутри стола. Он сможет понимать не только команды, отданные пользователем, но и распознавать предметы, лежащие на поверхности стола.

Таким образом, глобальная информатизация общества является одной из доминирующих тенденций развитии цивилизации XXI в.

[1] Петафлопс (Пфлопс) – квинталион (10¹⁵) операций с плавающей точкой в секунду.