Основные тенденции развития компьютерных технологий

• Параллелизм — одновременное выполнение нескольких вычислительных процессов.
• Многопроцессорность — это использование двух или более физических процессоров в одной компьютерной системе для повышения производительности и эффективности вычислений.
• Многоядерные процессоры — процессоры с несколькими ядрами на одном кристалле, позволяющие выполнять несколько потоков инструкций одновременно.

Выделяют четыре поколения компьютеров в зависимости от элементной базы. Современные компьютеры построены на основе идей четвёртого поколения (после 1975) на сверхбольших интегральных микросхемах.

Важное направление в компьютерах четвёртого поколения — параллельная обработка данных. Для реализации этой задачи требуется несколько процессоров, но современный уровень это позволяет. В последние годы построены многоядерные процессоры — несколько процессоров размещаются в одном кристалле кремния. Мощные многопроцессорные компьютеры, в которых выполняются параллельные вычисления, называются суперкомпьютерами. Это уникальные устройства, изготавливаемые штучно. Современные компьютеры вплотную подошли к пределу быстродействия, достижимого для электронных приборов. В последние годы быстродействие процессоров практически не растёт, т.к. это ограничено действием законов физики.

Сейчас для увеличения быстродействия используют параллельные вычисления, реализованные на многоядерных процессорах. Многоядерный процессор распределяет свою вычислительную мощь на каждое из ядер. Они хорошо справляются с задачами, которые можно разбить на меньшие компоненты, но плохо справляются с обработкой крупных вычислительных задач, которые разбить нельзя. К тому же, 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.

Идёт поиск неэлектронных средств хранения и обработки данных. Есть попытки использовать в качестве носителя информации свет, что реализовано в оптических процессорах. В них можно применять параллельную обработку данных, например одновременно выполнять какую-то операцию со всеми пикселями изображения.

При разработке квантовых компьютеров 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.

Фотонные транзисторы могут стать частью квантового компьютера. В отличие от традиционных компьютеров, которые используют двоичный счёт или биты для выполнения операций, квантовые компьютеры используют квантовые биты или кубиты.

Рабочий квантовый компьютер сможет решать крупные задачи, которые могут быть разделены на меньшие, в несколько раз быстрее традиционных компьютеров.

Ведётся разработка биологических компьютеров (биокомпьютеров), 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.

Развитие компьютерных технологий является одним из ключевых факторов, влияющих на современны мир. Важно понимать основные тенденции этого развития и использовать их для улучшения жизни людей, повышения эффективности работы, открытий новых возможностей в науке, технике и бизнесе.