Перспективы развития компьютерной техники (новейшие разработки 2005г.). Последние разработки в области компьютерной техники


Перспективы развития компьютерной техники (новейшие разработки 2005г.)

Здесь должен быть титульный лист…

Оглавление

Введение с. 3

Глава I. Оптический компьютер с. 4

Глава II. Квантовый компьютер

Глава III. Нейрокомпьютер

Глава IV. Новейшие достижения

Заключение

Список использованной литературы

Вступление

В последнее время компьютеры стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Ещё пятнадцать лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер — они были очень дорогими, и редкими. Отнюдь не каждая фирма могла позволить себе иметь у себя в офисе ЭВМ. А теперь? Теперь почти в каждом доме есть компьютер, без которого мы уже не мыслим нашего существования.

Современные вычислительные машины представляют одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние, которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются, чему в значительной степени способствует распространение персональных компьютеров, и особенно микроПК. Поэтому мы считаем весьма актуальным исследование перспектив развития компьютерной техники и ставим это целью настоящей работы.

В процессе исследования предполагается решение следующих задач:

1. Определение перспектив развития ЭВМ и объяснение таких понятий, как оптический компьютер, квантовый компьютер, нейрокомпьютер.

2. Анализ новейших достижений к компьютерной технике.

Глава I. Оптический компьютер

Развитие вычислительной техники представляет собой постоянно сменяющие друг друга физические способы реализации логических алгоритмов - от механических устройств (вычислительная машина Бэббиджа) к ламповым (компьютеры 40-50-х годов Марк I и Марк II), затем к транзисторным и, наконец, к интегральным схемам. И уже на рубеже XXI века шли разговоры о скором достижении пределов применения полупроводниковых технологий и появлении вычислительных устройств, работающих на совершенно ином принципе. Все это свидетельствует о том, что прогресс не стоит на месте, и с течением времени ученые открывают новые возможности создания вычислительных систем, принципиально отличающихся от широко применяемых компьютеров. Существует несколько возможных альтернатив замены современных компьютеров, одна из которых - создание так называемых оптических компьютеров, носителем информации в которых будет световой поток.

Проникновение оптических методов в вычислительную технику ведется по трем основным направлениям. Первое основано на использовании аналоговых интерференционных оптических вычислений для решения отдельных специальных задач, связанных с необходимостью быстрого выполнения интегральных преобразований. Второе направление связано с  использованием оптических соединений для передачи сигналов на различных ступенях  иерархии  элементов вычислительной техники, т.е. создание чисто оптических или гибридных (оптоэлектронных) соединений вместо обычных, менее надежных, электрических соединений. При этом в конструкции компьютера  появляются  новые элементы - оптоэлектронные преобразователи  электрических  сигналов в оптические  и  обратно. Но самым перспективным направлением развития оптических вычислительных устройств является создание компьютера, полностью состоящего из оптических устройств обработки информации. Это направление интенсивно развивают с начала 80-х годов  ведущие научные центры (MTI, Sandia Laboratories и др.)  и основные компании-производители компьютерного оборудования (Intel, IBM, AMD).

В основе работы различных компонентов оптического компьютера (трансфазаторы-оптические транзисторы, триггеры, ячейки памяти, носители информации) лежит явление оптической бистабильности. Оптическая бистабильность - это одно из проявлений взаимодействия света с веществом в нелинейных системах с обратной связью, при котором определенной интенсивности и поляризации падающего на вещество излучения соответствуют два (аналог 0 и 1 в полупроводниковых системах) возможных стационарных состояния световой волны, прошедшей через вещество, отличающихся амплитудой и (или) параметрами поляризации. Причем предыдущее состояние вещества однозначно определяет, какое из двух состояний световой волны реализуется на выходе. Для большего понимания явление оптической бистабильности можно сравнить с обычной петлей магнитного гистерезиса (эффект, используемый в магнитных носителях информации). Увеличение интенсивности падающего на вещество светового луча до некоторого значения I1 приводит к резкому возрастанию интенсивности прошедшего луча; на обратном же ходе при уменьшении интенсивности падающего луча до некоторого значения I2<I1 интенсивность прошедшего луча остается постоянной, а затем резко падает. Таким образом, интенсивности  падающего  пучка I, значение которой находится в пределах  петли гистерезиса, соответствуют два значения интенсивности прошедшего пучка, зависящих от предыдущего оптического состояния поглощающего вещества.

Весь набор полностью оптических логических устройств для синтеза более сложных блоков оптических компьютеров реализуется на основе пассивных нелинейных резонаторов-интерферометров. В зависимости от начальных условий (начального положения пика пропускания и начальной интенсивности оптического излучения) в пассивном нелинейном резонаторе, нелинейный процесс завершается установлением одного из двух устойчивых состояний пропускания падающего излучения. А из нескольких нелинейных резонаторов можно собрать любой, более сложный логический элемент (триггер).

Элементы памяти оптического компьютера представляют собой полупроводниковые нелинейные оптические интерферометры, в основном, созданными из арсенида галлия (GaAs). Минимальный размер оптического элемента памяти определяется минимально необходимым числом атомов, для которого устойчиво наблюдается оптическая бистабильность. Это число составляет ~1000 атомов, что соответствует 1-10 нанометрам.

К настоящему времени уже созданы и оптимизированы отдельные составляющие оптических  компьютеров – оптические процессоры, ячейки памяти), однако до полной сборки еще далеко. Основной проблемой, стоящей  перед учеными, является синхронизация работы отдельных элементов оптического компьютера в единой системе, поскольку уже существующие элементы характеризуются различными параметрами рабочей волны светового излучения (интенсивность, длина волны), и уменьшение его размера. Если для конструирования оптического компьютера использовать уже разработанные компоненты, то обычный PC имел бы размеры легкового автомобиля. Однако применение оптического излучения в качестве носителя информации имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с электрическими сигналами, а именно:

  1. световые потоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом;

  2. световые потоки могут быть локализованы в поперечном направлении до нанометровых размеров и передаваться по свободному пространству;

  3. скорость распространения светового сигнала выше скорости электрического;

  4. взаимодействие световых потоков с нелинейными средами распределено по всей среде,  что дает новые степени свободы  (по сравнению с электронными системами) в организации связи и создании параллельных архитектур.

Вообще, создание большего количества параллельных архитектур, по сравнению с полупроводниковыми компьютерами, является основным достоинством оптических компьютеров, оно позволяет преодолеть ограничения по быстродействию и параллельной обработке информации, свойственные современным ЭВМ. Развитие оптических технологий все равно будет продолжаться, поскольку полученные результаты важны не только для создания оптических компьютеров, но также и для оптических коммуникаций и сети Internet.

Глава II. Квантовый компьютер

Создание качественно новых вычислительных систем с более высокой производительностью и некоторыми характеристиками искусственного интеллекта, например с возможностью самообучения,- очень актуальная тема. Последние десять лет такие разработки ведутся во многих направлениях - наиболее успешными и быстро развивающимися из них являются квантовые компьютеры, нейрокомпьютеры и оптические компьютеры, поскольку современная элементная и технологическая база имеет все необходимое для их создания.

Итак, что же такое квантовый компьютер? Основной его строительной единицей является кубит (qubit, Quantum Bit). Классический бит имеет лишь два состояния - 0 и 1, тогда как состояний кубита значительно больше. Для описания состояния квантовой системы было введено понятие волновой функции, ее значение представляется в виде вектора с большим числом значений. Существуют волновые функции, которые называются собственными для какой-либо определенной величины. Квантовая система может находиться в состоянии с волновой функцией, равной линейной комбинации собственных функций, соответствующих каждому из возможных значений (такое состояние называется сложным), т. е. физически - ни в возбужденном, ни в основном состоянии. Это означает, что кубит в одну единицу времени равен и 0, и 1, тогда как классический бит в ту же единицу времени равен либо 0, либо 1. Как для классических, так и для квантовых компьютеров были введены элементарные логические операции: дизъюнкция, конъюнкция и квантовое отрицание, при помощи которых будет организована вся логика квантового компьютера.

Как работает квантовый компьютер? Согласно законам квантовой механики, энергия электрона, связанного в атоме, не произвольна. Она может иметь лишь определенный прерывный (дискретный) ряд значений Е0, Е1,... Еn называемых уровнями энергии. Этот набор называют энергетическим спектром атома. Самый нижний уровень энергии Е0, при котором энергия атома наименьшая, называется основным. Остальные уровни (Е1, Е2,... Еn) соответствуют более высокой энергии атома и называются возбужденными. Излучение и поглощение атомом электромагнитной энергии происходит отдельными порциями - квантами, или фотонами. При поглощении фотона энергия увеличивается - он переходит "вверх" - с нижнего на верхний уровень, при излучении фотона атом совершает обратный переход вниз.

Если атом в данный момент времени находится в одном из возбужденных состояний Е2, то такое состояние атома неустойчиво, даже если на него не влияют другие частицы. Через очень короткое время атом перейдет в одно из состояний с меньшей энергией, например Е1. Такой самопроизвольный (спонтанный) переход с одного уровня на другой и сопровождающее его спонтанное излучение столь же случайны во времени, как радиоактивный распад ядра атома. Предсказать точно момент перехода принципиально невозможно - можно лишь говорить о вероятности того, что переход произойдет через такое-то время. Но атом может перейти с уровня Е2 на Е1 не спонтанно, а под действием электромагнитной волны, если только частота этой волны достаточно близка к частоте перехода атома. Такая резонансная волна как бы "расшатывает" электрон и ускоряет его "падение" на уровень с меньшей энергией. Переходы, происходящие под действием внешнего электромагнитного поля, называются вынужденными (или стимулированными). При создании квантового компьютера основное внимание уделяется вопросам управления кубитами при помощи вынужденного излучения и недопущении спонтанного излучения, которое нарушит работу всей квантовой системы. От рассказа о физике происходящих в квантовом компьютере процессов перейдем к тому, как эти свойства реализуются в экспериментальном образце квантового компьютера.

Для того чтобы практически реализовать квантовый компьютер, существуют несколько важных правил, которые в 1996 г. привел Дивиченцо (D.P. Divincenzo). Без их выполнения не может быть построена ни одна квантовая система.

  1. Точно известное число частиц системы.

  2. Возможность приведения системы в точно известное начальное состояние.

  3. Высокая степень изоляции от внешней среды.

  4. Умение менять состояние системы согласно заданной последовательности элементарных преобразований.

Выполнение этих требований вполне реально с помощью существующих квантовых технологий, однако для того, чтобы воплотить теорию в реальность, нужны гигантские суммы денежных средств, которые пока не могут быть выделены на финансирование исследований.

Глава III. Нейрокомпьютер

Для решения некоторых задач требуется создание эффективной системы искусственного интеллекта, которая могла бы обрабатывать информацию, не затрачивая много вычислительных ресурсов. И разработчиков "осенило": мозг и нервная система живых организмов позволяют решать задачи управления и эффективно обрабатывать сенсорную информацию, а это огромный плюс для создаваемых вычислительных систем. Именно это послужило предпосылкой создания искусственных вычислительных систем на базе нейронных систем живого мира. Специалисты, добившись нужных результатов в этой области, создадут компьютер с большими возможностями.

Создание компьютера на основе нейронных систем живого мира базируется на теории перцептронов, разработчиком которой был Розенблатт. Он предложил понятие перцептрона - искусственной нейронной сети, которая может обучаться распознаванию образов. Предположим, что есть некоторая зенитно-ракетная установка, задача которой - распознать цель и определить наиболее опасную из них. Также есть два самолета вероятного противника: штурмовик и бомбардировщик. Зенитно-ракетная установка, используя оптические средства, фотографирует самолеты и отправляет полученные снимки на вход нейронной сети (при полностью сфотографированном самолете нейронная сеть быстро распознает его). Но если снимок получился плохо, то именно здесь используются основные свойства нейронной сети, одно из которых - возможность к самообучению. Например, на снимке отсутствует одно крыло и хвостовая часть самолета. Через некоторое (приемлемое) время нейронная сеть сама дорисовывает отсутствующие части и определяет тип этого самолета и дальнейшие действия по отношению к нему. Из распознанных штурмовика и бомбардировщика оператор данной зенитно-ракетной установки выберет для уничтожения более опасный самолет.

Перспективность создания компьютеров по теории Розенблатта состоит в том, что структуры, имеющие свойства мозга и нервной системы, имеют ряд особенностей, которые сильно помогают при решении сложных задач:

  1. Параллельность обработки информации.

  2. Способность к обучению.

  3. Способность к автоматической классификации.

  4. Высокая надежность.

  5. Ассоциативность.

Нейрокомпьютеры - это совершенно новый тип вычислительной техники, иногда их называют биокомпьютерами. Нейрокомпьютеры можно строить на базе нейрочипов, которые функционально ориентированы на конкретный алгоритм, на решение конкретной задачи. Для решения задач разного типа требуется нейронная сеть разной топологии (топология - специальное расположение вершин, в данном случае нейрочипов, и пути их соединения). Возможна эмуляция нейрокомпьютеров (моделирование) - как программно на ПЭВМ и суперЭВМ, так и программно-аппаратно на цифровых супербольших интегральных схемах.

Искусственная нейронная сеть построена на нейроноподобных элементах - искусственных нейронах и нейроноподобных связях. Здесь важно заметить, что один искусственный нейрон может использоваться в работе нескольких (приблизительно похожих) алгоритмов обработки информации в сети, и каждый алгоритм осуществляется при помощи некоторого количества искусственных нейронов.

Глава IV. Новейшие достижения

Суперпамять

Недавно американская фирма Nantero из Бостона, разработала технологию, позволяющую серийно производить чипы памяти на нанотрубках до 10Гб данных. Память нового поколения, использующая массив фуллереновых трубок на поверхности чипа кремния (NRAM, Nanoscale Random Access Memory) будет хранить данные даже после отключения питания устройства. Это наводит на мысли, как резко может измениться структура компьютера. Ведь по сути, это качественный скачок в производстве компьютеров. Загрузка компьютеров, оснащенных такой памятью, при включении будет происходить мгновенно. Да и быстродействие компьютеров значительно возрастет, так как не будет обращения к винчестеру. Винчестеры как таковые будут не нужны! Можно будет отказаться от системного блока!

Компьютер недалекого будущего состоит из следующих частей. Жидкокристаллический дисплей 19 дюймов на котором сзади располагается системная плата с процессором и памятью. Сейчас Intel выпустила наборы системной логики 865 и 875, с двухканальным контроллером памяти. Наверное, будет 4-х и 8-ми канальная организация памяти. Емкость памяти компьютера 100-200 Гб. От южного моста можно оставить 6 канальный звук. От CD и DVD приводов можно будет отказаться так, как данные удобней будет переносить на компактной флэш-памяти.

Робот-натуралист

Американский дизайнер Сабрина Рааф представила робота, озабоченного проблемами экологии. Translator II: Grower представляет собой стальную платформу, которая держится стены и перемещается по периметру ком­наты. Робот использует самый тривиаль­ный сенсор углекислого газа для анализа состояния окружающей среды. Каждые несколько секунд машина делает замеры, после чего наносит на стену риску. Через полсантиметра - д ругую. Чем выше кон­центрация углекислого газа, тем длиннее полоска. Такая своеобразная диаграмма информирует о состоянии окружающей среды. Особенно интересно наблюдать за поведением робота при большом скоп­лении людей в п

Рис. 1 Робот-натуралист

омещении.

Наш новый суперкомпьютер

Не так давно в Москве Объединенный институт проблем информатики Наци­ональной академии наук Беларуси, Инсти­тут программных систем Российской Ака­демии Наук, компания «Т-Платформы» и корпорация AMD презентовали супер­компьютер «СКИФ К-1000». Он предназна­чен для решения широкого спектра задач в различных областях науки. Этого монстра собрали наши соотечественники совмест­но с белорусскими коллегами из 576 процессоров AMD Opteron. Компьютер получился самым мощным на всей территории СНГ и Восточ­ной Европы и занимает почетное 98 место в рейтинге самых скоростных машин ТОР500. Главное, что разра­ботчики не остановились на достигнутом, и продолжают разработки. Возможно, скоро именно в России будут трудиться самые быстрые компьютеры.

Протез мозга

Ученые из Южнокалифорнийского университета в Америке разрабо­тали микрочип, имитирующий работу участка головного мозга, отвечающего за запоминание информации. Тестиро­вание проводилось на мозговых тканях обычной крысы. Оно прошло успешно - проанализиро­вав импульсы, полученные с чипа, уче­ные пришли к выводу, что они абсолют­но идентичны тем, которые дает срез ткани головного мозга. В ближай­шее время команда ученых планирует провести опыты уже не на кусках ткани, а на живых животных. Если опыты пройдут удачно и не будет замечено никаких ано­малий, то, разумеется, разработки будут продолжаться дальше. Хотя, как заявляет Теодор Бергер, до создания полноценно­го протеза еще далеко. Например, пока не ясно, каким образом микрочип будет взаимодействовать с те­ми участками мозга, с которыми его не получится соединить напрямую.

Робот-носильщик

К

Рис. 1 Service Robot

омпания Fujitsu представила универ­сального робота-носильщика. Еще в фойе робот приветствует гостей отеля хриплым баритоном. Уточнив номер ком­наты, Service Robot берет тяжелые чемо­даны в обе «руки» и начинает движение в сторону лифта. А если вещей много, вы­катывает специальную тележку. Элект­ронная карта отеля, восемь камер и ульт­развуковые сенсоры позволяют роботу преодолевать любые препятствия. Пра­вое и левое колеса вращаются независи­мо, поэтому движение по наклонным и неровным поверхностям дается легко. Используя систему обработки трехмер­ных изображений, робот может хватать предметы и протягивать их гостям. За реалистичное движение «рук» отвечает модель нервной системы позвоночных. В продолжение своей миссии Service Robot нажимает кнопку вызова лифта, подни­мается на этаж и провожает гостей в но­мер. Робот чутко воспринимает голосо­вые инструкции. Три микрофона позволя­ют ему определить источник команд, что­бы обернуться на голос. Справки об оте­ле можно получить на цветном сенсор­ном экране. Робот подключен к интерне­ту по интерфейсу Wi-Fi 802.11b. Дроид самостоятельно контролирует заряд ба­тареи и время от времени отправляется на базу для индукционной подзарядки без прямого контакта с зарядным устрой­ством. Ночью робот патрулирует коридоры отеля. Размеры Service Robot -65x57x130 см. Вес робота - 63 кг. Ско­рость движения - до 3 км/ч. Service Robot поступит в продажу в июне 2005 года по цене 18 тысяч долларов.

Заключение

В данной работе рассматривались три вида компьютеров: квантовые компьютеры, которые построены на основе явлений, возникающих в квантовой физике и дающих мощный вычислительный агрегат при решении задач сложных вычислений; нейрокомпьютеры и оптические компьютеры, которые построены на различной теоретической базе, но схожи в том, что и те и другие занимаются обработкой информации. С достоверностью известно, что уже сейчас существуют системы обработки информации, построенные на объединении оптических и нейронных компьютеров, - это так называемые нейроно-оптические компьютеры. Для того чтобы создать мощную систему обработки информации, пришлось разработать гибридную систему, т. е. имеющую свойства как оптических, так и нейронных компьютеров. И с целью проиллюстрировать практическое воплощение компьютерного прогресса, в данной работе были приведены примеры новейших изобретений в сфере высоких технологий.

Список использованной литературы

  1. Глазер В. “Световодная техника” М. Энегроатомиздат 1995г.

  2. Оокоси Е. Оптоэлектроника и оптическая связь. М.: Мир, 1998г.

  3. Журнал PC Magazine ( Russian Edition ) N2 1991г.

  4. М. ГУК “Аппаратные средства IBM PC” Питер Санкт-Петербург 1997г.

5. Журнал «Хакер» октябрь 2004 г. – январь 2005 г.

nreferat.ru

Перспективы развития компьютерной техники (новейшие разработки 2005г.)

Здесь должен быть титульный лист… Оглавление

Введение с. 3

Глава I. Оптический компьютер с. 4

Глава II. Квантовый компьютер

Глава III. Нейрокомпьютер

Глава IV. Новейшие достижения

Заключение

Список использованной литературы

Вступление

В последнее время компьютеры стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Ещё пятнадцать лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер — они были очень дорогими, и редкими. Отнюдь не каждая фирма могла позволить себе иметь у себя в офисе ЭВМ. А теперь? Теперь почти в каждом доме есть компьютер, без которого мы уже не мыслим нашего существования.

Современные вычислительные машины представляют одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние, которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются, чему в значительной степени способствует распространение персональных компьютеров, и особенно микроПК. Поэтому мы считаем весьма актуальным исследование перспектив развития компьютерной техники и ставим это целью настоящей работы.

В процессе исследования предполагается решение следующих задач:

1. Определение перспектив развития ЭВМ и объяснение таких понятий, как оптический компьютер, квантовый компьютер, нейрокомпьютер.

2. Анализ новейших достижений к компьютерной технике.

Глава I. Оптический компьютер

Развитие вычислительной техники представляет собой постоянно сменяющие друг друга физические способы реализации логических алгоритмов - от механических устройств (вычислительная машина Бэббиджа) к ламповым (компьютеры 40-50-х годов Марк I и Марк II), затем к транзисторным и, наконец, к интегральным схемам. И уже на рубеже XXI века шли разговоры о скором достижении пределов применения полупроводниковых технологий и появлении вычислительных устройств, работающих на совершенно ином принципе. Все это свидетельствует о том, что прогресс не стоит на месте, и с течением времени ученые открывают новые возможности создания вычислительных систем, принципиально отличающихся от широко применяемых компьютеров. Существует несколько возможных альтернатив замены современных компьютеров, одна из которых - создание так называемых оптических компьютеров, носителем информации в которых будет световой поток.

Проникновение оптических методов в вычислительную технику ведется по трем основным направлениям. Первое основано на использовании аналоговых интерференционных оптических вычислений для решения отдельных специальных задач, связанных с необходимостью быстрого выполнения интегральных преобразований. Второе направление связано с использованием оптических соединений для передачи сигналов на различных ступенях иерархии элементов вычислительной техники, т.е. создание чисто оптических или гибридных (оптоэлектронных) соединений вместо обычных, менее надежных, электрических соединений. При этом в конструкции компьютера появляются новые элементы - оптоэлектронные преобразователи электрических сигналов в оптические и обратно. Но самым перспективным направлением развития оптических вычислительных устройств является создание компьютера, полностью состоящего из оптических устройств обработки информации. Это направление интенсивно развивают с начала 80-х годов ведущие научные центры (MTI, Sandia Laboratories и др.) и основные компании-производители компьютерного оборудования (Intel, IBM, AMD).

В основе работы различных компонентов оптического компьютера (трансфазаторы-оптические транзисторы, триггеры, ячейки памяти, носители информации) лежит явление оптической бистабильности. Оптическая бистабильность - это одно из проявлений взаимодействия света с веществом в нелинейных системах с обратной связью, при котором определенной интенсивности и поляризации падающего на вещество излучения соответствуют два (аналог 0 и 1 в полупроводниковых системах) возможных стационарных состояния световой волны, прошедшей через вещество, отличающихся амплитудой и (или) параметрами поляризации. Причем предыдущее состояние вещества однозначно определяет, какое из двух состояний световой волны реализуется на выходе. Для большего понимания явление оптической бистабильности можно сравнить с обычной петлей магнитного гистерезиса (эффект, используемый в магнитных носителях информации). Увеличение интенсивности падающего на вещество светового луча до некоторого значения I1 приводит к резкому возрастанию интенсивности прошедшего луча; на обратном же ходе при уменьшении интенсивности падающего луча до некоторого значения I2<I1 интенсивность прошедшего луча остается постоянной, а затем резко падает. Таким образом, интенсивности падающего пучка I, значение которой находится в пределах петли гистерезиса, соответствуют два значения интенсивности прошедшего пучка, зависящих от предыдущего оптического состояния поглощающего вещества.

Весь набор полностью оптических логических устройств для синтеза более сложных блоков оптических компьютеров реализуется на основе пассивных нелинейных резонаторов-интерферометров. В зависимости от начальных условий (начального положения пика пропускания и начальной интенсивности оптического излучения) в пассивном нелинейном резонаторе, нелинейный процесс завершается установлением одного из двух устойчивых состояний пропускания падающего излучения. А из нескольких нелинейных резонаторов можно собрать любой, более сложный логический элемент (триггер).

Элементы памяти оптического компьютера представляют собой полупроводниковые нелинейные оптические интерферометры, в основном, созданными из арсенида галлия (GaAs). Минимальный размер оптического элемента памяти определяется минимально необходимым числом атомов, для которого устойчиво наблюдается оптическая бистабильность. Это число составляет ~1000 атомов, что соответствует 1-10 нанометрам.

К настоящему времени уже созданы и оптимизированы отдельные составляющие оптических компьютеров – оптические процессоры, ячейки памяти), однако до полной сборки еще далеко. Основной проблемой, стоящей перед учеными, является синхронизация работы отдельных элементов оптического компьютера в единой системе, поскольку уже существующие элементы характеризуются различными параметрами рабочей волны светового излучения (интенсивность, длина волны), и уменьшение его размера. Если для конструирования оптического компьютера использовать уже разработанные компоненты, то обычный PC имел бы размеры легкового автомобиля. Однако применение оптического излучения в качестве носителя информации имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с электрическими сигналами, а именно:

1. световые потоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом;

2. световые потоки могут быть локализованы в поперечном направлении до нанометровых размеров и передаваться по свободному пространству;

3. скорость распространения светового сигнала выше скорости электрического;

4. взаимодействие световых потоков с нелинейными средами распределено по всей среде, что дает новые степени свободы (по сравнению с электронными системами) в организации связи и создании параллельных архитектур.

Вообще, создание большего количества параллельных архитектур, по сравнению с полупроводниковыми компьютерами, является основным достоинством оптических компьютеров, оно позволяет преодолеть ограничения по быстродействию и параллельной обработке информации, свойственные современным ЭВМ. Развитие оптических технологий все равно будет продолжаться, поскольку полученные результаты важны не только для создания оптических компьютеров, но также и для оптических коммуникаций и сети Internet.

Глава II. Квантовый компьютер

Создание качественно новых вычислительных систем с более высокой производительностью и некоторыми характеристиками искусственного интеллекта, например с возможностью самообучения,- очень актуальная тема. Последние десять лет такие разработки ведутся во многих направлениях - наиболее успешными и быстро развивающимися из них являются квантовые компьютеры, нейрокомпьютеры и оптические компьютеры, поскольку современная элементная и технологическая база имеет все необходимое для их создания.

Итак, что же такое квантовый компьютер? Основной его строительной единицей является кубит (qubit, Quantum Bit). Классический бит имеет лишь два состояния - 0 и 1, тогда как состояний кубита значительно больше. Для описания состояния квантовой системы было введено понятие волновой функции, ее значение представляется в виде вектора с большим числом значений. Существуют волновые функции, которые называются собственными для какой-либо определенной величины. Квантовая система может находиться в состоянии с волновой функцией, равной линейной комбинации собственных функций, соответствующих каждому из возможных значений (такое состояние называется сложным), т. е. физически - ни в возбужденном, ни в основном состоянии. Это означает, что кубит в одну единицу времени равен и 0, и 1, тогда как классический бит в ту же единицу времени равен либо 0, либо 1. Как для классических, так и для квантовых компьютеров были введены элементарные логические операции: дизъюнкция, конъюнкция и квантовое отрицание, при помощи которых будет организована вся логика квантового компьютера.

Как работает квантовый компьютер? Согласно законам квантовой механики, энергия электрона, связанного в атоме, не произвольна. Она может иметь лишь определенный прерывный (дискретный) ряд значений Е0, Е1,... Еn называемых уровнями энергии. Этот набор называют энергетическим спектром атома. Самый нижний уровень энергии Е0, при котором энергия атома наименьшая, называется основным. Остальные уровни (Е1, Е2,... Еn) соответствуют более высокой энергии атома и называются возбужденными. Излучение и поглощение атомом электромагнитной энергии происходит отдельными порциями - квантами, или фотонами. При поглощении фотона энергия увеличивается - он переходит "вверх" - с нижнего на верхний уровень, при излучении фотона атом совершает обратный переход вниз.

Если атом в данный момент времени находится в одном из возбужденных состояний Е2, то такое состояние атома неустойчиво, даже если на него не влияют другие частицы. Через очень короткое время атом перейдет в одно из состояний с меньшей энергией, например Е1. Такой самопроизвольный (спонтанный) переход с одного уровня на другой и сопровождающее его спонтанное излучение столь же случайны во времени, как радиоактивный распад ядра атома. Предсказать точно момент перехода принципиально невозможно - можно лишь говорить о вероятности того, что переход произойдет через такое-то время. Но атом может перейти с уровня Е2 на Е1 не спонтанно, а под действием электромагнитной волны, если только частота этой волны достаточно близка к частоте перехода атома. Такая резонансная волна как бы "расшатывает" электрон и ускоряет его "падение" на уровень с меньшей энергией. Переходы, происходящие под действием внешнего электромагнитного поля, называются вынужденными (или стимулированными). При создании квантового компьютера основное внимание уделяется вопросам управления кубитами при помощи вынужденного излучения и недопущении спонтанного излучения, которое нарушит работу всей квантовой системы. От рассказа о физике происходящих в квантовом компьютере процессов перейдем к тому, как эти свойства реализуются в экспериментальном образце квантового компьютера.

Для того чтобы практически реализовать квантовый компьютер, существуют несколько важных правил, которые в 1996 г. привел Дивиченцо (D.P. Divincenzo). Без их выполнения не может быть построена ни одна квантовая система.

1. Точно известное число частиц системы.

2. Возможность приведения системы в точно известное начальное состояние.

3. Высокая степень изоляции от внешней среды.

4. Умение менять состояние системы согласно заданной последовательности элементарных преобразований.

Выполнение этих требований вполне реально с помощью существующих квантовых технологий, однако для того, чтобы воплотить теорию в реальность, нужны гигантские суммы денежных средств, которые пока не могут быть выделены на финансирование исследований.

Глава III. Нейрокомпьютер

Для решения некоторых задач требуется создание эффективной системы искусственного интеллекта, которая могла бы обрабатывать информацию, не затрачивая много вычислительных ресурсов. И разработчиков "осенило": мозг и нервная система живых организмов позволяют решать задачи управления и эффективно обрабатывать сенсорную информацию, а это огромный плюс для создаваемых вычислительных систем. Именно это послужило предпосылкой создания искусственных вычислительных систем на базе нейронных систем живого мира. Специалисты, добившись нужных результатов в этой области, создадут компьютер с большими возможностями.

Создание компьютера на основе нейронных систем живого мира базируется на теории перцептронов, разработчиком которой был Розенблатт. Он предложил понятие перцептрона - искусственной нейронной сети, которая может обучаться распознаванию образов. Предположим, что есть некоторая зенитно-ракетная установка, задача которой - распознать цель и определить наиболее опасную из них. Также есть два самолета вероятного противника: штурмовик и бомбардировщик. Зенитно-ракетная установка, используя оптические средства, фотографирует самолеты и отправляет полученные снимки на вход нейронной сети (при полностью сфотографированном самолете нейронная сеть быстро распознает его). Но если снимок получился плохо, то именно здесь используются основные свойства нейронной сети, одно из которых - возможность к самообучению. Например, на снимке отсутствует одно крыло и хвостовая часть самолета. Через некоторое (приемлемое) время нейронная сеть сама дорисовывает отсутствующие части и определяет тип этого самолета и дальнейшие действия по отношению к нему. Из распознанных штурмовика и бомбардировщика оператор данной зенитно-ракетной установки выберет для уничтожения более опасный самолет.

Перспективность создания компьютеров по теории Розенблатта состоит в том, что структуры, имеющие свойства мозга и нервной системы, имеют ряд особенностей, которые сильно помогают при решении сложных задач:

1. Параллельность обработки информации.

2. Способность к обучению.

3. Способность к автоматической классификации.

4. Высокая надежность.

5. Ассоциативность.

Нейрокомпьютеры - это совершенно новый тип вычислительной техники, иногда их называют биокомпьютерами. Нейрокомпьютеры можно строить на базе нейрочипов, которые функционально ориентированы на конкретный алгоритм, на решение конкретной задачи. Для решения задач разного типа требуется нейронная сеть разной топологии (топология - специальное расположение вершин, в данном случае нейрочипов, и пути их соединения). Возможна эмуляция нейрокомпьютеров (моделирование) - как программно на ПЭВМ и суперЭВМ, так и программно-аппаратно на цифровых супербольших интегральных схемах.

Искусственная нейронная сеть построена на нейроноподобных элементах - искусственных нейронах и нейроноподобных связях. Здесь важно заметить, что один искусственный нейрон может использоваться в работе нескольких (приблизительно похожих) алгоритмов обработки информации в сети, и каждый алгоритм осуществляется при помощи некоторого количества искусственных нейронов.

Глава IV. Новейшие достижения

Суперпамять

Недавно американская фирма Nantero из Бостона, разработала технологию, позволяющую серийно производить чипы памяти на нанотрубках до 10Гб данных. Память нового поколения, использующая массив фуллереновых трубок на поверхности чипа кремния (NRAM, Nanoscale Random Access Memory) будет хранить данные даже после отключения питания устройства. Это наводит на мысли, как резко может измениться структура компьютера. Ведь по сути, это качественный скачок в производстве компьютеров. Загрузка компьютеров, оснащенных такой памятью, при включении будет происходить мгновенно. Да и быстродействие компьютеров значительно возрастет, так как не будет обращения к винчестеру. Винчестеры как таковые будут не нужны! Можно будет отказаться от системного блока!

Компьютер недалекого будущего состоит из следующих частей. Жидкокристаллический дисплей 19 дюймов на котором сзади располагается системная плата с процессором и памятью. Сейчас Intel выпустила наборы системной логики 865 и 875, с двухканальным контроллером памяти. Наверное, будет 4-х и 8-ми канальная организация памяти. Емкость памяти компьютера 100-200 Гб. От южного моста можно оставить 6 канальный звук. От CD и DVD приводов можно будет отказаться так, как данные удобней будет переносить на компактной флэш-памяти.

Робот-натуралист

Американский дизайнер Сабрина Рааф представила робота, озабоченного проблемами экологии. Translator II: Grower представляет собой стальную платформу, которая держится стены и перемещается по периметру ком­наты. Робот использует самый тривиаль­ный сенсор углекислого газа для анализа состояния окружающей среды. Каждые несколько секунд машина делает замеры, после чего наносит на стену риску. Через полсантиметра - другую. Чем выше кон­центрация углекислого газа, тем длиннее полоска. Такая своеобразная диаграмма информирует о состоянии окружающей среды. Особенно интересно наблюдать за поведением робота при большом скоп­лении людей в помещении.

Наш новый суперкомпьютер

Не так давно в Москве Объединенный институт проблем информатики Наци­ональной академии наук Беларуси, Инсти­тут программных систем Российской Ака­демии Наук, компания «Т-Платформы» и корпорация AMD презентовали супер­компьютер «СКИФ К-1000». Он предназна­чен для решения широкого спектра задач в различных областях науки. Этого монстра собрали наши соотечественники совмест­но с белорусскими коллегами из 576 процессоров AMD Opteron. Компьютер получился самым мощным на всей территории СНГ и Восточ­ной Европы и занимает почетное 98 место в рейтинге самых скоростных машин ТОР500. Главное, что разра­ботчики не остановились на достигнутом, и продолжают разработки. Возможно, скоро именно в России будут трудиться самые быстрые компьютеры.

Протез мозга

Ученые из Южнокалифорнийского университета в Америке разрабо­тали микрочип, имитирующий работу участка головного мозга, отвечающего за запоминание информации. Тестиро­вание проводилось на мозговых тканях обычной крысы. Оно прошло успешно - проанализиро­вав импульсы, полученные с чипа, уче­ные пришли к выводу, что они абсолют­но идентичны тем, которые дает срез ткани головного мозга. В ближай­шее время команда ученых планирует провести опыты уже не на кусках ткани, а на живых животных. Если опыты пройдут удачно и не будет замечено никаких ано­малий, то, разумеется, разработки будут продолжаться дальше. Хотя, как заявляет Теодор Бергер, до создания полноценно­го протеза еще далеко. Например, пока не ясно, каким образом микрочип будет взаимодействовать с те­ми участками мозга, с которыми его не получится соединить напрямую.

Робот-носильщик

Компания Fujitsu представила универ­сального робота-носильщика. Еще в фойе робот приветствует гостей отеля хриплым баритоном. Уточнив номер ком­наты, Service Robot берет тяжелые чемо­даны в обе «руки» и начинает движение в сторону лифта. А если вещей много, вы­катывает специальную тележку. Элект­ронная карта отеля, восемь камер и ульт­развуковые сенсоры позволяют роботу преодолевать любые препятствия. Пра­вое и левое колеса вращаются независи­мо, поэтому движение по наклонным и неровным поверхностям дается легко. Используя систему обработки трехмер­ных изображений, робот может хватать предметы и протягивать их гостям. За реалистичное движение «рук» отвечает модель нервной системы позвоночных. В продолжение своей миссии Service Robot нажимает кнопку вызова лифта, подни­мается на этаж и провожает гостей в но­мер. Робот чутко воспринимает голосо­вые инструкции. Три микрофона позволя­ют ему определить источник команд, что­бы обернуться на голос. Справки об оте­ле можно получить на цветном сенсор­ном экране. Робот подключен к интерне­ту по интерфейсу Wi-Fi 802.11b. Дроид самостоятельно контролирует заряд ба­тареи и время от времени отправляется на базу для индукционной подзарядки без прямого контакта с зарядным устрой­ством. Ночью робот патрулирует коридоры отеля. Размеры Service Robot -65x57x130 см. Вес робота - 63 кг. Ско­рость движения - до 3 км/ч. Service Robot поступит в продажу в июне 2005 года по цене 18 тысяч долларов.

Заключение

В данной работе рассматривались три вида компьютеров: квантовые компьютеры, которые построены на основе явлений, возникающих в квантовой физике и дающих мощный вычислительный агрегат при решении задач сложных вычислений; нейрокомпьютеры и оптические компьютеры, которые построены на различной теоретической базе, но схожи в том, что и те и другие занимаются обработкой информации. С достоверностью известно, что уже сейчас существуют системы обработки информации, построенные на объединении оптических и нейронных компьютеров, - это так называемые нейроно-оптические компьютеры. Для того чтобы создать мощную систему обработки информации, пришлось разработать гибридную систему, т. е. имеющую свойства как оптических, так и нейронных компьютеров. И с целью проиллюстрировать практическое воплощение компьютерного прогресса, в данной работе были приведены примеры новейших изобретений в сфере высоких технологий.

Список использованной литературы

1. Глазер В. “Световодная техника” М. Энегроатомиздат 1995г.

2. Оокоси Е. Оптоэлектроника и оптическая связь. М.: Мир, 1998г.

3. Журнал PC Magazine ( Russian Edition ) N2 1991г.

4. М. ГУК “Аппаратные средства IBM PC” Питер Санкт-Петербург 1997г.

5. Журнал «Хакер» октябрь 2004 г. – январь 2005 г.

yamiki.ru

Перспективы развития компьютерной техники (новейшие разработки 2005г.)

Здесь должен быть титульный лист…

Оглавление

Введение с. 3

Глава I. Оптический компьютер с. 4

Глава II. Квантовый компьютер

Глава III. Нейрокомпьютер

Глава IV. Новейшие достижения

Заключение

Список использованной литературы

Вступление

В последнее время компьютеры стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Ещё пятнадцать лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер — они были очень дорогими, и редкими. Отнюдь не каждая фирма могла позволить себе иметь у себя в офисе ЭВМ. А теперь? Теперь почти в каждом доме есть компьютер, без которого мы уже не мыслим нашего существования.

Современные вычислительные машины представляют одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние, которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются, чему в значительной степени способствует распространение персональных компьютеров, и особенно микроПК. Поэтому мы считаем весьма актуальным исследование перспектив развития компьютерной техники и ставим это целью настоящей работы.

В процессе исследования предполагается решение следующих задач:

1. Определение перспектив развития ЭВМ и объяснение таких понятий, как оптический компьютер, квантовый компьютер, нейрокомпьютер.

2. Анализ новейших достижений к компьютерной технике.

Глава I. Оптический компьютер

Развитие вычислительной техники представляет собой постоянно сменяющие друг друга физические способы реализации логических алгоритмов - от механических устройств (вычислительная машина Бэббиджа) к ламповым (компьютеры 40-50-х годов Марк I и Марк II), затем к транзисторным и, наконец, к интегральным схемам. И уже на рубеже XXI века шли разговоры о скором достижении пределов применения полупроводниковых технологий и появлении вычислительных устройств, работающих на совершенно ином принципе. Все это свидетельствует о том, что прогресс не стоит на месте, и с течением времени ученые открывают новые возможности создания вычислительных систем, принципиально отличающихся от широко применяемых компьютеров. Существует несколько возможных альтернатив замены современных компьютеров, одна из которых - создание так называемых оптических компьютеров, носителем информации в которых будет световой поток.

Проникновение оптических методов в вычислительную технику ведется по трем основным направлениям. Первое основано на использовании аналоговых интерференционных оптических вычислений для решения отдельных специальных задач, связанных с необходимостью быстрого выполнения интегральных преобразований. Второе направление связано с  использованием оптических соединений для передачи сигналов на различных ступенях  иерархии  элементов вычислительной техники, т.е. создание чисто оптических или гибридных (оптоэлектронных) соединений вместо обычных, менее надежных, электрических соединений. При этом в конструкции компьютера  появляются  новые элементы - оптоэлектронные преобразователи  электрических  сигналов в оптические  и  обратно. Но самым перспективным направлением развития оптических вычислительных устройств является создание компьютера, полностью состоящего из оптических устройств обработки информации. Это направление интенсивно развивают с начала 80-х годов  ведущие научные центры (MTI, Sandia Laboratories и др.)  и основные компании-производители компьютерного оборудования (Intel, IBM, AMD).

В основе работы различных компонентов оптического компьютера (трансфазаторы-оптические транзисторы, триггеры, ячейки памяти, носители информации) лежит явление оптической бистабильности. Оптическая бистабильность - это одно из проявлений взаимодействия света с веществом в нелинейных системах с обратной связью, при котором определенной интенсивности и поляризации падающего на вещество излучения соответствуют два (аналог 0 и 1 в полупроводниковых системах) возможных стационарных состояния световой волны, прошедшей через вещество, отличающихся амплитудой и (или) параметрами поляризации. Причем предыдущее состояние вещества однозначно определяет, какое из двух состояний световой волны реализуется на выходе. Для большего понимания явление оптической бистабильности можно сравнить с обычной петлей магнитного гистерезиса (эффект, используемый в магнитных носителях информации). Увеличение интенсивности падающего на вещество светового луча до некоторого значения I1 приводит к резкому возрастанию интенсивности прошедшего луча; на обратном же ходе при уменьшении интенсивности падающего луча до некоторого значения I2<I1 интенсивность прошедшего луча остается постоянной, а затем резко падает. Таким образом, интенсивности  падающего  пучка I, значение которой находится в пределах  петли гистерезиса, соответствуют два значения интенсивности прошедшего пучка, зависящих от предыдущего оптического состояния поглощающего вещества.

Весь набор полностью оптических логических устройств для синтеза более сложных блоков оптических компьютеров реализуется на основе пассивных нелинейных резонаторов-интерферометров. В зависимости от начальных условий (начального положения пика пропускания и начальной интенсивности оптического излучения) в пассивном нелинейном резонаторе, нелинейный процесс завершается установлением одного из двух устойчивых состояний пропускания падающего излучения. А из нескольких нелинейных резонаторов можно собрать любой, более сложный логический элемент (триггер).

Элементы памяти оптического компьютера представляют собой полупроводниковые нелинейные оптические интерферометры, в основном, созданными из арсенида галлия (GaAs). Минимальный размер оптического элемента памяти определяется минимально необходимым числом атомов, для которого устойчиво наблюдается оптическая бистабильность. Это число составляет ~1000 атомов, что соответствует 1-10 нанометрам.

К настоящему времени уже созданы и оптимизированы отдельные составляющие оптических  компьютеров – оптические процессоры, ячейки памяти), однако до полной сборки еще далеко. Основной проблемой, стоящей  перед учеными, является синхронизация работы отдельных элементов оптического компьютера в единой системе, поскольку уже существующие элементы характеризуются различными параметрами рабочей волны светового излучения (интенсивность, длина волны), и уменьшение его размера. Если для конструирования оптического компьютера использовать уже разработанные компоненты, то обычный PC имел бы размеры легкового автомобиля. Однако применение оптического излучения в качестве носителя информации имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с электрическими сигналами, а именно:

  1. световые потоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом;

  2. световые потоки могут быть локализованы в поперечном направлении до нанометровых размеров и передаваться по свободному пространству;

  3. скорость распространения светового сигнала выше скорости электрического;

  4. взаимодействие световых потоков с нелинейными средами распределено по всей среде,  что дает новые степени свободы  (по сравнению с электронными системами) в организации связи и создании параллельных архитектур.

Вообще, создание большего количества параллельных архитектур, по сравнению с полупроводниковыми компьютерами, является основным достоинством оптических компьютеров, оно позволяет преодолеть ограничения по быстродействию и параллельной обработке информации, свойственные современным ЭВМ. Развитие оптических технологий все равно будет продолжаться, поскольку полученные результаты важны не только для создания оптических компьютеров, но также и для оптических коммуникаций и сети Internet.

Глава II. Квантовый компьютер

Создание качественно новых вычислительных систем с более высокой производительностью и некоторыми характеристиками искусственного интеллекта, например с возможностью самообучения,- очень актуальная тема. Последние десять лет такие разработки ведутся во многих направлениях - наиболее успешными и быстро развивающимися из них являются квантовые компьютеры, нейрокомпьютеры и оптические компьютеры, поскольку современная элементная и технологическая база имеет все необходимое для их создания.

Итак, что же такое квантовый компьютер? Основной его строительной единицей является кубит (qubit, Quantum Bit). Классический бит имеет лишь два состояния - 0 и 1, тогда как состояний кубита значительно больше. Для описания состояния квантовой системы было введено понятие волновой функции, ее значение представляется в виде вектора с большим числом значений. Существуют волновые функции, которые называются собственными для какой-либо определенной величины. Квантовая система может находиться в состоянии с волновой функцией, равной линейной комбинации собственных функций, соответствующих каждому из возможных значений (такое состояние называется сложным), т. е. физически - ни в возбужденном, ни в основном состоянии. Это означает, что кубит в одну единицу времени равен и 0, и 1, тогда как классический бит в ту же единицу времени равен либо 0, либо 1. Как для классических, так и для квантовых компьютеров были введены элементарные логические операции: дизъюнкция, конъюнкция и квантовое отрицание, при помощи которых будет организована вся логика квантового компьютера.

Как работает квантовый компьютер? Согласно законам квантовой механики, энергия электрона, связанного в атоме, не произвольна. Она может иметь лишь определенный прерывный (дискретный) ряд значений Е0, Е1,... Еn называемых уровнями энергии. Этот набор называют энергетическим спектром атома. Самый нижний уровень энергии Е0, при котором энергия атома наименьшая, называется основным. Остальные уровни (Е1, Е2,... Еn) соответствуют более высокой энергии атома и называются возбужденными. Излучение и поглощение атомом электромагнитной энергии происходит отдельными порциями - квантами, или фотонами. При поглощении фотона энергия увеличивается - он переходит "вверх" - с нижнего на верхний уровень, при излучении фотона атом совершает обратный переход вниз.

Если атом в данный момент времени находится в одном из возбужденных состояний Е2, то такое состояние атома неустойчиво, даже если на него не влияют другие частицы. Через очень короткое время атом перейдет в одно из состояний с меньшей энергией, например Е1. Такой самопроизвольный (спонтанный) переход с одного уровня на другой и сопровождающее его спонтанное излучение столь же случайны во времени, как радиоактивный распад ядра атома. Предсказать точно момент перехода принципиально невозможно - можно лишь говорить о вероятности того, что переход произойдет через такое-то время. Но атом может перейти с уровня Е2 на Е1 не спонтанно, а под действием электромагнитной волны, если только частота этой волны достаточно близка к частоте перехода атома. Такая резонансная волна как бы "расшатывает" электрон и ускоряет его "падение" на уровень с меньшей энергией. Переходы, происходящие под действием внешнего электромагнитного поля, называются вынужденными (или стимулированными). При создании квантового компьютера основное внимание уделяется вопросам управления кубитами при помощи вынужденного излучения и недопущении спонтанного излучения, которое нарушит работу всей квантовой системы. От рассказа о физике происходящих в квантовом компьютере процессов перейдем к тому, как эти свойства реализуются в экспериментальном образце квантового компьютера.

Для того чтобы практически реализовать квантовый компьютер, существуют несколько важных правил, которые в 1996 г. привел Дивиченцо (D.P. Divincenzo). Без их выполнения не может быть построена ни одна квантовая система.

  1. Точно известное число частиц системы.

  2. Возможность приведения системы в точно известное начальное состояние.

  3. Высокая степень изоляции от внешней среды.

  4. Умение менять состояние системы согласно заданной последовательности элементарных преобразований.

Выполнение этих требований вполне реально с помощью существующих квантовых технологий, однако для того, чтобы воплотить теорию в реальность, нужны гигантские суммы денежных средств, которые пока не могут быть выделены на финансирование исследований.

Глава III. Нейрокомпьютер

Для решения некоторых задач требуется создание эффективной системы искусственного интеллекта, которая могла бы обрабатывать информацию, не затрачивая много вычислительных ресурсов. И разработчиков "осенило": мозг и нервная система живых организмов позволяют решать задачи управления и эффективно обрабатывать сенсорную информацию, а это огромный плюс для создаваемых вычислительных систем. Именно это послужило предпосылкой создания искусственных вычислительных систем на базе нейронных систем живого мира. Специалисты, добившись нужных результатов в этой области, создадут компьютер с большими возможностями.

Создание компьютера на основе нейронных систем живого мира базируется на теории перцептронов, разработчиком которой был Розенблатт. Он предложил понятие перцептрона - искусственной нейронной сети, которая может обучаться распознаванию образов. Предположим, что есть некоторая зенитно-ракетная установка, задача которой - распознать цель и определить наиболее опасную из них. Также есть два самолета вероятного противника: штурмовик и бомбардировщик. Зенитно-ракетная установка, используя оптические средства, фотографирует самолеты и отправляет полученные снимки на вход нейронной сети (при полностью сфотографированном самолете нейронная сеть быстро распознает его). Но если снимок получился плохо, то именно здесь используются основные свойства нейронной сети, одно из которых - возможность к самообучению. Например, на снимке отсутствует одно крыло и хвостовая часть самолета. Через некоторое (приемлемое) время нейронная сеть сама дорисовывает отсутствующие части и определяет тип этого самолета и дальнейшие действия по отношению к нему. Из распознанных штурмовика и бомбардировщика оператор данной зенитно-ракетной установки выберет для уничтожения более опасный самолет.

Перспективность создания компьютеров по теории Розенблатта состоит в том, что структуры, имеющие свойства мозга и нервной системы, имеют ряд особенностей, которые сильно помогают при решении сложных задач:

  1. Параллельность обработки информации.

  2. Способность к обучению.

  3. Способность к автоматической классификации.

  4. Высокая надежность.

  5. Ассоциативность.

Нейрокомпьютеры - это совершенно новый тип вычислительной техники, иногда их называют биокомпьютерами. Нейрокомпьютеры можно строить на базе нейрочипов, которые функционально ориентированы на конкретный алгоритм, на решение конкретной задачи. Для решения задач разного типа требуется нейронная сеть разной топологии (топология - специальное расположение вершин, в данном случае нейрочипов, и пути их соединения). Возможна эмуляция нейрокомпьютеров (моделирование) - как программно на ПЭВМ и суперЭВМ, так и программно-аппаратно на цифровых супербольших интегральных схемах.

Искусственная нейронная сеть построена на нейроноподобных элементах - искусственных нейронах и нейроноподобных связях. Здесь важно заметить, что один искусственный нейрон может использоваться в работе нескольких (приблизительно похожих) алгоритмов обработки информации в сети, и каждый алгоритм осуществляется при помощи некоторого количества искусственных нейронов.

Глава IV. Новейшие достижения

Суперпамять

Недавно американская фирма Nantero из Бостона, разработала технологию, позволяющую серийно производить чипы памяти на нанотрубках до 10Гб данных. Память нового поколения, использующая массив фуллереновых трубок на поверхности чипа кремния (NRAM, Nanoscale Random Access Memory) будет хранить данные даже после отключения питания устройства. Это наводит на мысли, как резко может измениться структура компьютера. Ведь по сути, это качественный скачок в производстве компьютеров. Загрузка компьютеров, оснащенных такой памятью, при включении будет происходить мгновенно. Да и быстродействие компьютеров значительно возрастет, так как не будет обращения к винчестеру. Винчестеры как таковые будут не нужны! Можно будет отказаться от системного блока!

Компьютер недалекого будущего состоит из следующих частей. Жидкокристаллический дисплей 19 дюймов на котором сзади располагается системная плата с процессором и памятью. Сейчас Intel выпустила наборы системной логики 865 и 875, с двухканальным контроллером памяти. Наверное, будет 4-х и 8-ми канальная организация памяти. Емкость памяти компьютера 100-200 Гб. От южного моста можно оставить 6 канальный звук. От CD и DVD приводов можно будет отказаться так, как данные удобней будет переносить на компактной флэш-памяти.

Робот-натуралист

Американский дизайнер Сабрина Рааф представила робота, озабоченного проблемами экологии. Translator II: Grower представляет собой стальную платформу, которая держится стены и перемещается по периметру ком­наты. Робот использует самый тривиаль­ный сенсор углекислого газа для анализа состояния окружающей среды. Каждые несколько секунд машина делает замеры, после чего наносит на стену риску. Через полсантиметра - другую. Чем выше кон­центрация углекислого газа, тем длиннее полоска. Такая своеобразная диаграмма информирует о состоянии окружающей среды. Особенно интересно наблюдать за поведением робота при большом скоп­лении людей в п

Рис. 1 Робот-натуралист

омещении.

Наш новый суперкомпьютер

Не так давно в Москве Объединенный институт проблем информатики Наци­ональной академии наук Беларуси, Инсти­тут программных систем Российской Ака­демии Наук, компания «Т-Платформы» и корпорация AMD презентовали супер­компьютер «СКИФ К-1000». Он предназна­чен для решения широкого спектра задач в различных областях науки. Этого монстра собрали наши соотечественники совмест­но с белорусскими коллегами из 576 процессоров AMD Opteron. Компьютер получился самым мощным на всей территории СНГ и Восточ­ной Европы и занимает почетное 98 место в рейтинге самых скоростных машин ТОР500. Главное, что разра­ботчики не остановились на достигнутом, и продолжают разработки. Возможно, скоро именно в России будут трудиться самые быстрые компьютеры.

Протез мозга

Ученые из Южнокалифорнийского университета в Америке разрабо­тали микрочип, имитирующий работу участка головного мозга, отвечающего за запоминание информации. Тестиро­вание проводилось на мозговых тканях обычной крысы. Оно прошло успешно - проанализиро­вав импульсы, полученные с чипа, уче­ные пришли к выводу, что они абсолют­но идентичны тем, которые дает срез ткани головного мозга. В ближай­шее время команда ученых планирует провести опыты уже не на кусках ткани, а на живых животных. Если опыты пройдут удачно и не будет замечено никаких ано­малий, то, разумеется, разработки будут продолжаться дальше. Хотя, как заявляет Теодор Бергер, до создания полноценно­го протеза еще далеко. Например, пока не ясно, каким образом микрочип будет взаимодействовать с те­ми участками мозга, с которыми его не получится соединить напрямую.

Робот-носильщик

К

Рис. 1 Service Robot

омпания Fujitsu представила универ­сального робота-носильщика. Еще в фойе робот приветствует гостей отеля хриплым баритоном. Уточнив номер ком­наты, Service Robot берет тяжелые чемо­даны в обе «руки» и начинает движение в сторону лифта. А если вещей много, вы­катывает специальную тележку. Элект­ронная карта отеля, восемь камер и ульт­развуковые сенсоры позволяют роботу преодолевать любые препятствия. Пра­вое и левое колеса вращаются независи­мо, поэтому движение по наклонным и неровным поверхностям дается легко. Используя систему обработки трехмер­ных изображений, робот может хватать предметы и протягивать их гостям. За реалистичное движение «рук» отвечает модель нервной системы позвоночных. В продолжение своей миссии Service Robot нажимает кнопку вызова лифта, подни­мается на этаж и провожает гостей в но­мер. Робот чутко воспринимает голосо­вые инструкции. Три микрофона позволя­ют ему определить источник команд, что­бы обернуться на голос. Справки об оте­ле можно получить на цветном сенсор­ном экране. Робот подключен к интерне­ту по интерфейсу Wi-Fi 802.11b. Дроид самостоятельно контролирует заряд ба­тареи и время от времени отправляется на базу для индукционной подзарядки без прямого контакта с зарядным устрой­ством. Ночью робот патрулирует коридоры отеля. Размеры Service Robot -65x57x130 см. Вес робота - 63 кг. Ско­рость движения - до 3 км/ч. Service Robot поступит в продажу в июне 2005 года по цене 18 тысяч долларов.

Заключение

В данной работе рассматривались три вида компьютеров: квантовые компьютеры, которые построены на основе явлений, возникающих в квантовой физике и дающих мощный вычислительный агрегат при решении задач сложных вычислений; нейрокомпьютеры и оптические компьютеры, которые построены на различной теоретической базе, но схожи в том, что и те и другие занимаются обработкой информации. С достоверностью известно, что уже сейчас существуют системы обработки информации, построенные на объединении оптических и нейронных компьютеров, - это так называемые нейроно-оптические компьютеры. Для того чтобы создать мощную систему обработки информации, пришлось разработать гибридную систему, т. е. имеющую свойства как оптических, так и нейронных компьютеров. И с целью проиллюстрировать практическое воплощение компьютерного прогресса, в данной работе были приведены примеры новейших изобретений в сфере высоких технологий.

Список использованной литературы

  1. Глазер В. “Световодная техника” М. Энегроатомиздат 1995г.

  2. Оокоси Е. Оптоэлектроника и оптическая связь. М.: Мир, 1998г.

  3. Журнал PC Magazine ( Russian Edition ) N2 1991г.

  4. М. ГУК “Аппаратные средства IBM PC” Питер Санкт-Петербург 1997г.

5. Журнал «Хакер» октябрь 2004 г. – январь 2005 г.

topref.ru

Топ-10 Самые новые лучшие технологии 2017 года Видео

Технология - то, что отвечает за продвижение и изменение этого мира. Новейшие технологические открытия и изобретения несут определенный риск, но и гарантируют изменения к лучшему, так как направлены на решение современных проблем, связанных с изменением окружающей среды.

Это результат человеческого потенциала и бескомпромиссности. Новые технологии – не пустое слово для каждого из нас, ведь благодаря ей мы можем улучшить стандарты жизни. Вашему вниманию список горячей десятки самых лучших новых технологий на 2017 год, которые безусловно подарят нам возможность иначе посмотреть на мир.

10. Разумная энергия ветра и солнца

Энергия солнца и ветра – за ней будущее современной энергетической отрасли. Однако перед учеными до сих пор стоит вопрос о непрерывном получении этого вида «топлива». Предполагается, что в быстро меняющемся мире появится некий искусственный интеллект (машина), который будет предоставлять максимально точные прогнозы, притом объединяя в сети множество источников энергии. Эти прогнозы поспособствуют в борьбе за стабильные энергоносители, накапливающие чередующиеся энергии ветра и солнца. Это очень важная технология для индустрии, так как новые системы, позволят производить электричество при более низких нормах, чем на атомных станциях.

9. Смартфоны Ultraprivate

Развитие технологии позволило учеными создать очередной удивительный гаджет для пользователей, относящихся с подозрением и опаской к приложениям, загружающимся на смартфоны или планшеты, да и вообще, для тех, кто предпочитает оставлять свою личную жизнь за семью печатями. Сие чудо техники – смартфоны нового поколения - ultraprivate.

Blackphone данной серии имеет высокий уровень безопасности: надежные соединения с Wi-Fi, предохранительный центр, стирание и безопасность данных в случае потери гаджета. С помощью этих смартфонов ни правительство, ни рекламодатели не смогут извлечь конфиденциальную информацию с вашего мобильного. Новые модели такого рода телефонов будут запущены в ближайшее время, и их функции поразят ваше воображение.

8. Нанобатарейки или нанопроводные литий-ионные аккумуляторы

Батарейки имеют чрезвычайно важное значение в различных аспектах современной жизни. Их тоже усовершенствовали! Литий-ионные аккумуляторы и без того имеют хорошую плотность энергии, но за счет присоединения к их большой поверхности наночастиц и нановолокон мощность значительно повышается, что позволяет батареям быстро заряжаться и передавать электроэнергию. Наноаккумуляторы настолько мощны, что способны заряжать многочисленные электронные устройства без проблем. Они не нуждаются в перезарядке и работают в течение нескольких лет.

7. Oculus Rift

Новая гарнитура и новая технология для видеоигр грозится изменить все понимание об играх в целом. Будущее технологическое событие – выпуск Oculus Rift – мини-шлема или виртуальных очков, позволяющих в прямом смысле заглянуть в виртуальную реальность. Широта поля зрения впечатляет, высоко разрешение картинки, а вес очков практически ничего не значит. Гаджет предоставляет уникальную возможность шагнуть внутрь любимой игры, проанализировать ее мир. Новая технология разработана специально для максимального комфорта геймеров, их безграничного удовольствия, так как планируется выпуск серии данной гарнитуры по ценам не слишком бьющим по кошельку потребителей.

6. Microscale 3D печать

Создать точный по цветовой гамме и окраске предмет – вот работа 3-D принтера, упрощающего производство многих предметов, необходимых в быту. Но технологии шагнули дальше. Появились такие 3-D принтеры, что способные на чудеса, к примеру они, при использовании определенных материалов, могут участвовать в разработке объектов, вроде биологической ткани с кровеносными сосудами. О да! 3D печать нынче выделяется. Она незаменима (пока) в проектировании сложных и подробных 3D структур из пластика или металла. В прошлом такие исследователи, как доктор Льюис и ее команда, изобрели широкий спектр инновационных чернил с полезными механическими и электрическими свойствами. Эти чернила позволяют 3-D принтеру продвинуться дальше, расширив свои функции. И кто знает, что он «напечатает» в следующий раз… Шестая строчка среди лучших технологий.

5. Сельскохозяйственные дроны

По мнению многих экспертов, появление сельскохозяйственных дронов может привести к революционным изменениям и это точно одна из лучших технологий. Эти беспилотники малы, доступны в плане ценовой политики и просты в использовании, так что сельское хозяйство может стать платформой для подобных коммерческих приложений. Сравнительно недорогие дроны, благодаря современным датчикам, достаточно эффективны в обработке изображений, обеспечивают детальное представление об урожае, без надобности обходить поля, дают фермерам новые способы повышения урожайности, сводя к минимуму ущербы. Они станут также незаменимы, как многие другие устройства фермеров. Дроны – хорошее решение проблемы орошения и обеспечения эффективного роста растений. Согласно программе, беспилотник может хоть каждую неделю или каждый день проверять урожай, донося информацию о нем до хозяина.

4. Адаптер для тела

Продвинутые гаджеты, подходящие нам, а лучше сказать «совместимые» с нашим телом, позволят лучше понимать и даже интерпретировать физическое состояние. А придуманы они в основном для фитнеса. Все эти штучки от FitBit браслета до Google Glass провоцировали повышенное внимание потребителей весь прошлый год. Так что же это за чудеса? Новые приспособления, носимые на теле. Они регистрируют показатели организма в спящем режиме, частоту сердечных сокращений, и сопоставляют с изменениями при физических нагрузках, что позволяет делать определенные выводы, увеличивая или уменьшая интенсивность занятий фитнесом. Почему «носимые»? А потому что адаптеры встраиваются в одежду. Такое тесное взаимодействие с устройствами предоставляет массу положительных моментов – в первую очередь информацию о здоровье в режиме реального времени. Маленькие устройства с широким спектром датчиков и системой обратной связи маскируются под одеждой, не привлекают лишнего внимания, потому приятны и полезны. И, кстати, предполагается, что будут дешевле распространенных ныне датчиков.

Примером удивительной технологии от Lechal Haptic являются обувные подошвы, помогающие носителю отыскивать путь на небольших дистанциях. Фантастика? Нет! Просто подошва создает предупреждающие колебания, подсказывая, куда нужно двигаться.

3. Роботы Agile

Очередной шедевр компьютерных гениев - машины, обладающие ловкостью и способные удерживать баланс при движении и работе на пересеченной местности, неровной поверхности полей. Такие роботы весьма полезны в условиях не слишком приятных для деятельности человека. Зато двуногие машины вполне могут заменить нас на полях, ведь уже имитируют движения человека. Ко всему прочему, специалисты по производству роботов гордятся тем фактом, что их детища обладают просто необыкновенным, исключительным чувством равновесия, легко и самостоятельно стабилизируя себя, а уж в силе им равных нет. Agile сгодятся для аварийно-спасательных работ, различных рутинных забот, и в качестве помощников для пожилых людей с ограниченными возможностями.

2. Топографическое картирование

Наш мозг состоит из миллиардов нейронов. Каждый человек способен мыслить, и осуществлять задуманное. Тут у ученых и возник закономерный вопрос, касающийся памяти: что и как интерпретируют крошечные ячейки в мыслях? Ответ на то дает картографирование мозговой деятельности. Так что результатом огромных усилий и напряженной работы стала новая карта, более четко и подробно, чем прежде, показывающая мозговые структуры. С помощью этой технологии, исследователи выявили, что пациенты могут перемещать курсор компьютера силой мысли, заставляя механическую руку подчиняться приказам мозга, так как воображали, что эта рука их собственная. Получаемое отображение мозга обеспечило нейрологам создание некоего путеводителя по огромной и сложной системе вместилища разума, импульсов и мыслей, показывая взаимосвязь между функциями тела и приказами мозга. Ученые и раньше проводили исследования в этой области, пытаясь получить знания о физических процессах, регулирующих ощущения, концентрацию внимания сознания. И опыты на достигнутом не прекращаются.

Как видим, результаты их работы используются в лечении психических и психологических расстройств.

Нет сомнений, что теперь врачи стоят на пороге замечательного прогресса и революционных открытий.

1. Редактирование генома

Самая лучшая новая технология 2017 это редактирование генома - своего рода генная инженерия, в которой вводится ДНК, заменяется или отделяется от генома с помощью молекулярных ножниц или искусственно спроектированных нуклеаз. Это часто осуществляется в генетическом анализе. Редактирование - быстро растущая технология. Она является новым ободряющим подходом к решению многих генетических заболеваний. Информация генов, их развитие и наследственность, помогла человеку в разработке многих лекарств, а также предотвратить или вовсе избавиться от наследственных болезней. Даже вопрос о поле будущего ребенка теперь имеет конкретный ответ для родителей, благодаря новой технологии. К тому же, она стала ключом к изучению сложных, генетических нарушений головного мозга.

top10r.ru

Реферат - Перспективы развития компьютерной техники (новейшие разработки 2005г.)

Здесьдолжен быть титульный лист… Оглавление

Введение                                                                                                  с.3

Глава I. Оптическийкомпьютер                                                           с. 4

Глава II. Квантовыйкомпьютер

Глава III. Нейрокомпьютер

Глава IV. Новейшиедостижения

Заключение

Список использованной литературы

Вступление

В последнее времякомпьютеры стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Ещё пятнадцатьлет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер — они былиочень дорогими, и редкими. Отнюдь не каждая фирма могла позволить себе иметь усебя в офисе ЭВМ. А теперь? Теперь почти в каждом доме есть компьютер, безкоторого мы уже не мыслим нашего существования.

Современныевычислительные машины представляют одно из самых значительных достиженийчеловеческой мысли, влияние, которого на развитие научно-технического прогрессатрудно переоценить. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются, чему взначительной степени способствует распространение персональных компьютеров, иособенно микроПК. Поэтому мы считаем весьма актуальным исследование перспективразвития компьютерной техники и ставим это целью настоящей работы.  

В процессе исследованияпредполагается решение следующих задач:

1. Определение перспективразвития ЭВМ и объяснение таких понятий, как оптический компьютер, квантовыйкомпьютер, нейрокомпьютер.

2. Анализ новейшихдостижений к компьютерной технике.

ГлаваI. Оптический компьютер

Развитиевычислительной техники представляет собой постоянно сменяющие друг другафизические способы реализации логических алгоритмов — от механических устройств(вычислительная машина Бэббиджа) к ламповым (компьютеры 40-50-х годов Марк I иМарк II), затем к транзисторным и, наконец, к интегральным схемам. И уже нарубеже XXI века шли разговоры о скором достижении пределов примененияполупроводниковых технологий и появлении вычислительных устройств, работающихна совершенно ином принципе. Все это свидетельствует о том, что/> прогресс не стоит на месте, и с />течениемвремени ученые открывают новые возможности создания вычислительных систем,принципиально отличающихся от широко применяемых компьютеров. Существуетнесколько возможных альтернатив замены современных компьютеров, одна из которых- создание так называемых оптических компьютеров, носителем информации вкоторых будет световой поток.

Проникновениеоптических методов в вычислительную технику ведется по трем основнымнаправлениям. Первое основано на использовании аналоговых интерференционныхоптических вычислений для решения отдельных специальных задач, связанных снеобходимостью быстрого выполнения интегральных преобразований. Второенаправление связано с /> использованием оптическихсоединений для передачи сигналов на различных ступенях /> иерархии элементов вычислительной техники, т.е. создание чисто оптических или гибридных(оптоэлектронных) соединений вместо обычных, менее надежных, электрическихсоединений. При этом в конструкции компьютера /> появляются новые элементы — оптоэлектронные преобразователи /> электрических сигналов в оптические /> и  обратно. Но самымперспективным направлением развития оптических вычислительных устройствявляется создание компьютера, полностью состоящего из оптических устройствобработки информации. Это направление интенсивно развивают с />начала80-х годов  ведущие научные центры (MTI, Sandia Laboratories и др.) /> и основные компании-производители компьютерногооборудования (Intel, IBM, AMD).

В основеработы различных компонентов оптического компьютера (трансфазаторы-оптическиетранзисторы, триггеры, ячейки памяти, носители информации) лежит явление оптическойбистабильности. Оптическая бистабильность — это одно из проявленийвзаимодействия света с веществом в нелинейных системах с обратной связью, прикотором определенной интенсивности и поляризации падающего на веществоизлучения соответствуют два (аналог 0 и 1 в полупроводниковых системах)возможных стационарных состояния световой волны, прошедшей через вещество,отличающихся амплитудой и (или) параметрами поляризации. Причем предыдущеесостояние вещества однозначно определяет, какое из двух состояний световойволны реализуется на выходе. Для большего понимания явление оптическойбистабильности можно сравнить с обычной петлей магнитного гистерезиса (эффект,используемый в магнитных носителях информации). Увеличение интенсивностипадающего на вещество светового луча до некоторого значения I1приводит к резкому возрастанию интенсивности прошедшего луча; на обратном жеходе при уменьшении интенсивности падающего луча до некоторого значения I2<I1интенсивность прошедшего луча остается постоянной, а затем резко падает. Такимобразом, интенсивности /> падающего  пучка I,значение которой находится в пределах /> петлигистерезиса, соответствуют два значения интенсивности прошедшего пучка,зависящих от предыдущего оптического состояния поглощающего вещества.

Весь наборполностью оптических логических устройств для синтеза более сложных блоковоптических компьютеров реализуется на основе пассивных нелинейныхрезонаторов-интерферометров. В зависимости от начальных условий (начальногоположения пика пропускания и начальной интенсивности оптического излучения) впассивном нелинейном резонаторе, нелинейный процесс завершается установлениемодного из двух устойчивых состояний пропускания падающего излучения. А изнескольких нелинейных резонаторов можно собрать любой, более сложный логическийэлемент (триггер).

Элементыпамяти оптического компьютера представляют собой полупроводниковые нелинейныеоптические интерферометры, в основном, созданными из арсенида галлия (GaAs).Минимальный размер оптического элемента памяти определяется минимальнонеобходимым числом атомов, для которого устойчиво наблюдается оптическаябистабильность. Это число составляет ~1000 атомов, что соответствует 1-10нанометрам.

К настоящемувремени уже созданы и оптимизированы отдельные составляющие оптических /> компьютеров – оптические процессоры, ячейки памяти),однако до полной сборки еще далеко. Основной проблемой, стоящей /> перед учеными, является синхронизация работыотдельных элементов оптического компьютера в единой системе, поскольку ужесуществующие элементы характеризуются различными параметрами рабочей волнысветового излучения (интенсивность, длина волны), и уменьшение его размера.Если для конструирования оптического компьютера использовать уже разработанныекомпоненты, то обычный PC имел бы размеры легкового автомобиля. Однакоприменение оптического излучения в качестве носителя информации имеет рядпотенциальных преимуществ по сравнению с электрическими сигналами, а именно:

1.  световыепотоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом;

2.  световыепотоки могут быть локализованы в поперечном направлении до нанометровыхразмеров и передаваться по свободному пространству;

3.  скоростьраспространения светового сигнала выше скорости электрического;

4.  взаимодействиесветовых потоков с нелинейными средами распределено по всей среде, /> что дает новые степени />свободы (/>по сравнению с электронными системами) в организациисвязи и создании параллельных архитектур.

Вообще,создание большего количества параллельных архитектур, по сравнению сполупроводниковыми компьютерами, является основным достоинством оптическихкомпьютеров, оно позволяет преодолеть ограничения по быстродействию ипараллельной обработке информации, свойственные современным ЭВМ. Развитиеоптических технологий все равно будет продолжаться, поскольку полученные результатыважны не только для создания оптических компьютеров, но также и для оптическихкоммуникаций и сети Internet.

ГлаваII. Квантовый компьютер

Созданиекачественно новых вычислительных систем с более высокой производительностью инекоторыми характеристиками искусственного интеллекта, например с возможностьюсамообучения,- очень актуальная тема. Последние десять лет такие разработкиведутся во многих направлениях — наиболее успешными и быстро развивающимися изних являются квантовые компьютеры, нейрокомпьютеры и оптические компьютеры,поскольку современная элементная и технологическая база имеет все необходимоедля их создания.

Итак,что же такое квантовый компьютер? Основной его строительной единицей являетсякубит (qubit, Quantum Bit). Классический бит имеет лишь два состояния — 0 и 1,тогда как состояний кубита значительно больше. Для описания состояния квантовойсистемы было введено понятие волновой функции, ее значениепредставляется в виде вектора с большим числом значений. Существуют волновые функции,которые называются собственными для какой-либо определенной величины. Квантоваясистема может находиться в состоянии с волновой функцией, равной линейнойкомбинации собственных функций, соответствующих каждому из возможных значений(такое состояние называется сложным), т. е. физически — ни в возбужденном, ни восновном состоянии. Это означает, что кубит в одну единицу времени равен и 0, и1, тогда как классический бит в ту же единицу времени равен либо 0, либо 1. Какдля классических, так и для квантовых компьютеров были введены элементарныелогические операции: дизъюнкция, конъюнкция и квантовое отрицание, при помощикоторых будет организована вся логика квантового компьютера.

Какработает квантовый компьютер? Согласно законам квантовой механики, энергияэлектрона, связанного в атоме, не произвольна. Она может иметь лишьопределенный прерывный (дискретный) ряд значений Е0, Е1,…Еn называемых уровнями энергии. Этот набор называют энергетическимспектром атома. Самый нижний уровень энергии Е0, при котором энергия атоманаименьшая, называется основным. Остальные уровни (Е1, Е2,…Еn) соответствуют более высокой энергии атома и называютсявозбужденными. Излучение и поглощение атомом электромагнитной энергиипроисходит отдельными порциями — квантами, или фотонами. При поглощении фотонаэнергия увеличивается — он переходит «вверх» — с нижнего на верхнийуровень, при излучении фотона атом совершает обратный переход вниз.

Еслиатом в данный момент времени находится в одном из возбужденных состояний Е2,то такое состояние атома неустойчиво, даже если на него не влияют другиечастицы. Через очень короткое время атом перейдет в одно из состояний с меньшейэнергией, например Е1. Такой самопроизвольный (спонтанный) переход содного уровня на другой и сопровождающее его спонтанное излучение столь жеслучайны во времени, как радиоактивный распад ядра атома. Предсказать точномомент перехода принципиально невозможно — можно лишь говорить о вероятноститого, что переход произойдет через такое-то время. Но атом может перейти суровня Е2 на Е1 не спонтанно, а под действиемэлектромагнитной волны, если только частота этой волны достаточно близка кчастоте перехода атома. Такая резонансная волна как бы «расшатывает»электрон и ускоряет его «падение» на уровень с меньшей энергией.Переходы, происходящие под действием внешнего электромагнитного поля,называются вынужденными (или стимулированными). При создании квантовогокомпьютера основное внимание уделяется вопросам управления кубитами при помощивынужденного излучения и недопущении спонтанного излучения, которое нарушитработу всей квантовой системы. От рассказа о физике происходящих в квантовомкомпьютере процессов перейдем к тому, как эти свойства реализуются вэкспериментальном образце квантового компьютера.

Длятого чтобы практически реализовать квантовый компьютер, существуют нескольковажных правил, которые в 1996 г. привел Дивиченцо (D.P. Divincenzo). Без ихвыполнения не может быть построена ни одна квантовая система.

1.   Точно известное число частиц системы.

2.   Возможность приведения системы вточно известное начальное состояние.

3.   Высокая степень изоляции от внешнейсреды.

4.   Умение менять состояние системысогласно заданной последовательности элементарных преобразований.

Выполнение этихтребований вполне реально с помощью существующих квантовых технологий, однакодля того, чтобы воплотить теорию в реальность, нужны гигантские суммы денежныхсредств, которые пока не могут быть выделены на финансирование исследований.

ГлаваIII. Нейрокомпьютер

Длярешения некоторых задач требуется создание эффективной системы искусственногоинтеллекта, которая могла бы обрабатывать информацию, не затрачивая многовычислительных ресурсов. И разработчиков «осенило»: мозг и нервнаясистема живых организмов позволяют решать задачи управления и эффективнообрабатывать сенсорную информацию, а это огромный плюс для создаваемыхвычислительных систем. Именно это послужило предпосылкой создания искусственныхвычислительных систем на базе нейронных систем живого мира. Специалисты,добившись нужных результатов в этой области, создадут компьютер с большимивозможностями.

Создание компьютера наоснове нейронных систем живого мира базируется на теории перцептронов,разработчиком которой был Розенблатт. Он предложил понятие перцептрона — искусственной нейронной сети, которая может обучаться распознаванию образов.Предположим, что есть некоторая зенитно-ракетная установка, задача которой — распознать цель и определить наиболее опасную из них. Также есть два самолетавероятного противника: штурмовик и бомбардировщик. Зенитно-ракетная установка,используя оптические средства, фотографирует самолеты и отправляет полученныеснимки на вход нейронной сети (при полностью сфотографированном самолете нейроннаясеть быстро распознает его). Но если снимок получился плохо, то именно здесьиспользуются основные свойства нейронной сети, одно из которых — возможность ксамообучению. Например, на снимке отсутствует одно крыло и хвостовая частьсамолета. Через некоторое (приемлемое) время нейронная сеть сама дорисовываетотсутствующие части и определяет тип этого самолета и дальнейшие действия поотношению к нему. Из распознанных штурмовика и бомбардировщика оператор даннойзенитно-ракетной установки выберет для уничтожения более опасный самолет.

Перспективность созданиякомпьютеров по теории Розенблатта состоит в том, что структуры, имеющиесвойства мозга и нервной системы, имеют ряд особенностей, которые сильнопомогают при решении сложных задач:

1.        Параллельность обработкиинформации.

2.        Способность кобучению.

3.        Способность кавтоматической классификации.

4.        Высокаянадежность.

5.        Ассоциативность.

Нейрокомпьютеры — это совершенно новый типвычислительной техники, иногда их называют биокомпьютерами.Нейрокомпьютеры можно строить на базе нейрочипов, которые функциональноориентированы на конкретный алгоритм, на решение конкретной задачи. Для решениязадач разного типа требуется нейронная сеть разной топологии (топология — специальное расположение вершин, в данном случае нейрочипов, и пути ихсоединения). Возможна эмуляция нейрокомпьютеров (моделирование) — какпрограммно на ПЭВМ и суперЭВМ, так и программно-аппаратно на цифровыхсупербольших интегральных схемах.

Искусственная нейроннаясеть построена на нейроноподобных элементах — искусственных нейронах инейроноподобных связях. Здесь важно заметить, что один искусственный нейронможет использоваться в работе нескольких (приблизительно похожих) алгоритмовобработки информации в сети, и каждый алгоритм осуществляется при помощинекоторого количества искусственных нейронов.

ГлаваIV. Новейшие достижения

Суперпамять

Недавно американскаяфирма Nantero из Бостона, разработала технологию, позволяющую серийнопроизводить чипы памяти на нанотрубках до 10Гб данных. Память нового поколения,использующая массив фуллереновых трубок на поверхности чипа кремния (NRAM,Nanoscale Random Access Memory) будет хранить данные даже после отключенияпитания устройства. Это наводит на мысли, как резко может измениться структуракомпьютера. Ведь по сути, это качественный скачок в производстве компьютеров.Загрузка компьютеров, оснащенных такой памятью, при включении будет происходитьмгновенно. Да и быстродействие компьютеров значительно возрастет, так как небудет обращения к винчестеру. Винчестеры как таковые будут не нужны! Можнобудет отказаться от системного блока!

Компьютер недалекогобудущего состоит из следующих частей. Жидкокристаллический дисплей 19 дюймов на котором сзади располагается системная плата с процессором и памятью. Сейчас Intel выпустиланаборы системной логики 865 и 875, с двухканальным контроллером памяти.Наверное, будет 4-х и 8-ми канальная организация памяти. Емкость памятикомпьютера 100-200 Гб. От южного моста можно оставить 6 канальный звук. От CD иDVD приводов можно будет отказаться так, как данные удобней будет переносить накомпактной флэш-памяти.

Робот-натуралист

Американский дизайнер Сабрина Рааф представиларобота, озабоченного проблемами экологии. Translator II: Grower представляет собойстальную платформу, которая держится стены и перемещается по периметру ком­наты.Робот использует самый тривиаль­ный сенсор углекислого газа для анализасостояния окружающей среды. Каждые несколько секунд машина делает замеры, послечего наносит на стену риску. Через полсантиметра — />другую. Чем выше кон­центрацияуглекислого газа, тем длиннее полоска. Такая своеобразная диаграмма информируето состоянии окружающей среды. Особенно интересно наблюдать за поведением роботапри большом скоп­лении людей в />помещении.

Наш новый суперкомпьютер

Не так давнов Москве Объединенный институт проблем информатики Наци­ональной академии наукБеларуси, Инсти­тут программных систем Российской Ака­демии Наук, компания«Т-Платформы» и корпорация AMD презентовали супер­компьютер «СКИФ К-1000». Онпредназна­чен для решения широкого спектра задач в различных областях науки.Этого монстра собрали наши соотечественники совмест­но с белорусскими коллегамииз 576  процессоров AMD Opteron. Компьютер получился самым мощным на всейтерритории СНГ и Восточ­ной Европы и занимает почетное 98 место в рейтингесамых скоростных машин ТОР500. Главное, что разра­ботчики не остановились надостигнутом, и продолжают разработки. Возможно, скоро именно в России будуттрудиться самые быстрые компьютеры.

Протез мозга

Ученые из Южнокалифорнийскогоуниверситета в Америке разрабо­тали микрочип, имитирующий работу участкаголовного мозга, отвечающего за запоминание информации. Тестиро­ваниепроводилось на мозговых тканях обычной крысы. Оно прошло успешно — проанализиро­вавимпульсы, полученные с чипа, уче­ные пришли к выводу, что они абсолют­ноидентичны тем, которые дает срез ткани головного мозга. В ближай­шее времякоманда ученых планирует провести опыты уже не на кусках ткани, а на живыхживотных. Если опыты пройдут удачно и не будет замечено никаких ано­малий, то,разумеется, разработки будут продолжаться дальше. Хотя, как заявляет ТеодорБергер, до создания полноценно­го протеза еще далеко. Например, пока не ясно,каким образом микрочип будет взаимодействовать с те­ми участками мозга, скоторыми его не получится соединить напрямую.

Робот-носильщик

/>/>Компания Fujitsu представила универ­сальногоробота-носильщика. Еще в фойе робот приветствует гостей отеля хриплымбаритоном. Уточнив номер ком­наты, Service Robot берет тяжелые чемо­даныв обе «руки» и начинает движение в сторону лифта. А если вещей много, вы­катываетспециальную тележку. Элект­ронная карта отеля, восемь камер и ульт­развуковыесенсоры позволяют роботу преодолевать любые препятствия. Пра­вое и левое колесавращаются независи­мо, поэтому движение по наклонным и неровным поверхностямдается легко. Используя систему обработки трехмер­ных изображений, робот можетхватать предметы и протягивать их гостям. За реалистичное движение «рук»отвечает модель нервной системы позвоночных. В продолжение своей миссии Service Robot нажимает кнопку вызовалифта, подни­мается на этаж и провожает гостей в но­мер. Робот чутковоспринимает голосо­вые инструкции. Три микрофона позволя­ют ему определитьисточник команд, что­бы обернуться на голос. Справки об оте­ле можно получитьна цветном сенсор­ном экране. Робот подключен к интерне­ту по интерфейсу Wi-Fi 802.11b. Дроид самостоятельноконтролирует заряд ба­тареи и время от времени отправляется на базу дляиндукционной подзарядки без прямого контакта с зарядным устрой­ством. Ночьюробот патрулирует коридоры отеля. Размеры Service Robot -65x57x130 см. Весробота — 63 кг. Ско­рость движения — до 3 км/ч. Service Robot поступит в продажу виюне 2005 года по цене 18 тысяч долларов.

Заключение

В данной работерассматривались три вида компьютеров: квантовые компьютеры, которые построенына основе явлений, возникающих в квантовой физике и дающих мощныйвычислительный агрегат при решении задач сложных вычислений; нейрокомпьютеры иоптические компьютеры, которые построены на различной теоретической базе, носхожи в том, что и те и другие занимаются обработкой информации. Сдостоверностью известно, что уже сейчас существуют системы обработкиинформации, построенные на объединении оптических и нейронных компьютеров, — это так называемые нейроно-оптические компьютеры. Для того чтобы создатьмощную систему обработки информации, пришлось разработать гибридную систему, т.е. имеющую свойства как оптических, так и нейронных компьютеров. И с цельюпроиллюстрировать практическое воплощение компьютерного  прогресса, в даннойработе были приведены примеры новейших изобретений в сфере высоких технологий.

Списокиспользованной литературы

1.   Глазер В. “Световодная техника” М. Энегроатомиздат 1995г.

2.   Оокоси Е. Оптоэлектроника и оптическая связь. М.: Мир,1998г.

3.  Журнал PC Magazine ( Russian Edition ) N2 1991г.

4.  М. ГУК “Аппаратные средства IBM PC” Питер Санкт-Петербург 1997г.

5. Журнал «Хакер» октябрь 2004 г. – январь 2005 г.

www.ronl.ru


Читайте также
  • Гиперскоростная звезда – более 1.000.000 миль в час
    Гиперскоростная звезда – более 1.000.000 миль в час
  • Астрономы обнаружили самую большую спиральную галактику
    Астрономы обнаружили самую большую спиральную галактику
  • Млечный путь содержит десятки миллиардов планет, схожих с Землей
    Млечный путь содержит десятки миллиардов планет, схожих с Землей
  • Млечный путь разорвал своего спутника на четыре отдельных хвоста
    Млечный путь разорвал своего спутника на четыре отдельных хвоста
  • Найден источник водородных газов для нашей Галактики
    Найден источник водородных газов для нашей Галактики