Файл: Перспективы развития технологий ПК».pdf

• Consumer PC (массовый ПК);
• Office PC (деловой ПК);
• Mobile PC (портативный ПК);
• Workstation PC (рабочая станция);
• Entertainmemt PC (развлекательный ПК) [7].

Категории включали в себя требования к аппаратным частям ПК – устройствам хранения данных, средствам мультимедиа и др.

Стандартизация в данной области была призвана определить направление развития ПК, но развитие технологий размыло границы между категориями и ведение этих категорий было прекращено.

Развитие ЭВМ и информационных технологий было направлено не только на развитие технологических частей ПК, а также на упрощение интерфейсов, упрощение взаимодействия ПК и пользователя.

1.3 Виды и структура ПК

Современная информатика подразделяет компьютеры на типы согласно системе их назначения и других параметров.

Разделяют следующие виды:

1. Универсальные – предназначены для решения большинства задач.
2. Проблемно ориентированные – предназначены для решения специализированных задач. Обладают ограниченным набором аппаратных и программных средств.

3) Специализированные – адаптеры, контроллеры.

По размерам различают:

- суперЭВМ

- большие

-малые

-микроЭВМ.

СуперЭВМ это мощнейшие компьютеры с параллельной обработкой множества задач. Часто применяются в науке и криптографии.

Большие ЭВМ – многопользовтаельские ЭВМ для решения технических задач и управления сетями.

Малые ЭВМ – применяются в системах автоматизации и т.п.

По конструктивным особенностям подразделяют:

- настольные

-переносные

Персональные компьютеры – это вид компьютеров, который относится к классу универсальных однопользовательских микроЭВМ и является наиболее распространенным на данный момент.

В первой главе курсовой работы рассмотрены актуальные на сегодняшний день виды персональных компьютеров, структура их устройства, особенности применяемых технологий, основные отличия между собой, история развития, область применения и перспективы развития.

Приведены изображения ноутбука, планшета, смартфона. Перспективы развития данных видов техники для обычного потребителя лежат в области замены ноутбуков планшетами и смартфонами, для ряда повседневных задач – работы с почтой, изучение сети Интернет, социальные сети.

2. Перспективы и тенденции развития ПК

2.1 Перспективы развития ПК

В обозримом будущем прогресс развития ПК будет базово направлен на повышение мощности и увеличение качества экрана.

Перспективы развития также могут лежать в области систем распознавания речи которые возможно станут естественным интерфейсом для ПК.

Также системы распознавания образов смогут распознавать настроение и прослеживать взгляд. Компания IBM в настоящее время ведет такие проекты в области повышенного взаимодействия пользователя и интерфейса.

Посредством слежения за зрачками человека может быть реализована интеллектуальная система управления интерфейсом – переход по гиперссылкам взглядом и др.

Такие системы способны дополнительно расширить возможности систем контроля доступа, или формирования персонализированных интерфейсов.

Внешний вид персональных компьютеров практически не изменился. Однако некоторые ведущие компании рассматривают интересные виды скрытой интеграции ПК в окружение человека. Высокотехнологичные пуфики от компании intel. На базе процессора i7, собственным экраном, клавиатурой.

Жидкокристаллические экраны повсеместно интегрируются в окружающую жизнь и могут быть вписаны в окружающий интерьер – зеркала с интерактивной подсказкой погоды, ассистенты и т.д.

Среди последних разработок стоит отметить особые виды пластика, которые могут светиться при пропускании тока через них. Квантовая эффективность пластика смогла быть поднята до 5%. Такие элементы способны самостоятельно излучать свет и таким образом, снижать энергопотребление.

Технология электронных чернил также продолжает развиваться и включает в себя расширение сферы использования. Распространение получают вывески на основе электронных чернил и разработки сфере гибких экранов.

Помимо электронных чернил, развитие могут получить проекционные системы. Таким образом на стене или любой другой плоскости могут быть сформированы изображения любого масштаба.

Повсеместное распространение точек доступа Wi-fi позволяет массово иметь доступ к сети интернет.

Беспроводной может быть не только дальняя связь. Также стандарт под названием Bluetooth предназначен для обмена данными с помощью радиоволн между мобильными устройствами, находящимися на расстоянии не более 12 м друг от друга. Можно, например, во время конференции делать заметки на карманном компьютере, а вернувшись в отель, беспроводным путем перенести их в блокнотный ПК.

2.2 Тенденции развития персональных компьютеров

Базово тенденция лежит в сфере изучения развития квантовых компьютеров. Необходимо создать заново элементы логики и обеспечить их взаимодействие. На данный момент квантовые компьютеры, несмотря на прошлые прогнозы, не стали массовым явлением.

Основная тенденция  развития многоядерных  процессоров  лежит  в области повышения производительности  и снижения  энергопотребления. Практически  вся  окружающая  нас информация  постепенно  переходит в цифровую  форму,  это повышает  спрос  на количество и мощность различных  процессоров.

Дополнительной важной задачей является  расширение  коммуникативных  возможностей  ПК. Внедрение цифровой  телефонии,  и аналогичные  задачи  требуют  обработки большого  количества  пакетов  данных [4].

Развитие  многоядерных процессоров  также  положительно  сказывается  на безопасности. Расширения  возможностей систем шифрования,  усложнение  работы антивирусных  программ  не было  бы возможно без развития  многоядерных процессоров.

Игровая  индустрия  посредством  расширения  степеней свободы  для разработчиков расширилась  благодаря  новым  много процессорным системам.

Каждое новое  поколение  процессоров  характеризуется  все меньшим  энергопотреблением  и все большими вычислительными  мощностями. Уменьшение  размеров транзисторов, сопровождаемое снижением  напряжения  питания  с 5В до 2,5-3В  и ниже,  увеличивает  быстродействие и уменьшает  выделяемую тепловую  энергию. Все производители микропроцессоров перешли с проектных  норм 0,35-0,25мкм  на 0,18мкм  и 0,12мкм  и стремятся  использовать  уникальную 0,07мкм технологию (см. Таблица 1).

Таблица 1 – Тенденции изменений характеристик памяти

Существует ограничение, согласно которому при снижении структуры интегральных схем до 0,1-0,2мкм достигается оптимальное значение, после которого работа транзистора становится нестабильной. Это приводит к потери сигнала между участками интегральной микросхемы.

Снижение расстояния между логическими элементами микросхем позволяет увеличить скорость работы, так как на проход сигнала требуется меньшее количество времени.

Уменьшение длины на практике стало возможным благодаря технологии увеличения слоев металлизации. Таким образом плата становится многослойной и увеличивает свою мощность. Снижаются характеристики теплоотдачи, перегрев кристаллов снижается.

Дальнейшее развитие получила технология использования медных проводников для соединений внутри кристалла. Данная технология была разработана IBM и применяется также и другими производителями. Таким образом средий показатель по частоте процессора, среди всех производителей находится в отметке около 4Ггц.

2.3 Увеличение объема и пропускной способности подсистемы памяти

Важным аспектов выступает увеличение скорости работы памяти. Это становится возможным при ведении дополнительных уровней работы памяти и увеличение скорости взаимодействия памяти и процессора.

Развитие интерфейсов увеличивает пропускную способность шин данных с помощью введения дополнительных потоков для разделения конфликтов между процессором, памятью.

Частота работы шины в таком режиме должна соответствовать частоте работы процессора. В качестве примера удобно использовать частоты работы шины и процессоров малых мощностей: частоты работы шины, например, равны 66, 66, 166 МГц для микропроцессоров Pentium Pro-200, Power PC 604E-225, Alpha 21164-500, работающих на тактовых частотах 300, 225, 500 МГц, соответственно. При ширине шин 64, 64, 128 разрядов это обеспечивает пропускную способность интерфейса с основной памятью 512, 512, 2560 Мбайт/с, соответственно [9].

Для современных производителей характерны различные способы увеличения кэш-памяти:

- внешние кэш-памяти данных и команд с двухтактовым временем доступа объемом от 256 Кбайт до 2 Мбайт со временем доступа 2 такта в HP PA-8000;

- отдельный кристалл кэш-памяти второго уровня, размещенный в одном корпусе в Pentium Pro;

- размещение отдельных кэш-памяти команд и кэш-памяти данных первого уровня объемом по 8 Кбайт и общей для команд и данных кэш-памяти второго уровня объемом 96 Кбайт.

Общая схема работы кэш-памяти приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Общая схема работы кэш-памяти

Также применяется технология размещения всех подсистем памяти на одном кристалле. Системы, выполненные на одном кристалле получили название SOC (System On Chip). Сфера применения SOC – от игровых приставок до телекоммуникаций. Такие кристаллы требуют применения новейших технологий.

Корпорация IBM является основным деятелем в развитии данных технологий и смогла организовать процесс объединения подсистем процессора и оперативной памяти на одном кристалле. Основное новшество подхода состоит в размещении конденсаторов в специальные области кремниевого кристалла, что проводит к возможности размещения большего количества элементов. Сами кристаллы производятся фирмами Toshiba, Siemens AG и Mitsubishi, подход, предложенный IBM, выгодно отличается по стоимости.

Новые технологии являются перспективными для создания мощных и компактных процессоров и позволит увеличить скорость работы сопутствующих электронных устройств – маршрутизаторов, игровых приставок и др.

Для создания технологии SOC используются различные новые технологические подходы, один из которых использование межсоединений с помощью меди, а не алюминия. Медь обладает меньшим сопротивлением и позволяет увеличить скорость работы кристалла на 15-20%.

Данная технология также используется совместно с технологией кремния на изоляторе. Это позволяет исключить дополнительные емкости, возникающие между элементами и позволяют увеличить скорость работы на 20-30%.

Благодаря использованию современных технологий становится возможным в совокупности увеличить скорость работы до 50%.

2.4 Компьютеры будущего

На текущий момент развитие технологий в области совершенствования микропроцессоров и различных составляющих ПК преобладает в сфере повышения мощности и снижения энергопотребления [13]. Отчасти, данный подход может стать тупиковым.

В качестве основного аргумента этой теории можно использовать закон Мура, согласно которому к 2020 году должны уменьшиться до атомных размеров. Этого не происходит, однако предпосылки именно в такой тенденции развития существуют. Согласно этому закону плотность транзисторов должна быть удвоена раз в 18 месяцев. На протяжении последних 20 лет закон выполнялся с некоторыми поправками. В случае прекращения выполнения этого закона, развитие вычислительной техники зайдет в тупик и возникнет стагнация развития ЭВМ.