Тема 5. Современное состояние и перспективы развития компьютеров и вычислительных систем.

Микропроцессоры

Любой из современных компьютеров создан на основе сверхбольших интеграль­ных схем и в качестве исполнителя программы и вычислителя имеет один или не­сколько микропроцессоров. Развитие полупроводниковой технологии полностью под­твердило правоту прогноза Гордона Мура, согласно которому примерно каждый год число транзисторов в микросхеме будет удваиваться. Этот закон одновременно демонстрирует беспрецедентную скорость разви­тия микропроцессорной технологии и дает возможность вычислить срок, когда человечество подойдет к технологическим границам, делающим невозможной дальнейшую миниатюризацию. Дело в том, что увеличение количества транзисто­ров на одном микропроцессоре при сохранении размеров самого чипа должно вести к уменьшению размера транзистора. Но размер транзистора невозможно умень­шать до бесконечности: как дом не может быть размером с кирпич, из которого он построен, так и транзистор рано или поздно достигнет размеров, сравнимых с размерами составляющих его электронов и его дальнейшее уменьшение станет невозможным. Еще в 2000 г. сроком достижения такого барьера называли 2020 г., но сегодняшний прогноз приблизил эту границу, и «технологический тупик» ожи­дается уже в 2017 г. С приближением подобных сроков всегда происходит ожив­ленный поиск в пограничных отраслях знания. Бизнес и правительства разных стран выделяют большие средства на поиск новых путей в микроэлектронике, вот почему так популярны сейчас темы «нетранзисторных» и «некремниевых» ком­пьютеров — устройств, основанных на химических, биологических или световых процессах.

Тем не менее специалисты корпорации Intelуверяют, что у них уже есть на­учные и технические решения, позволяющие следовать закону Мура до 2020 г. В качестве таких решений называют многослойные структуры микропроцессора, применение нанотехнологий, и другие.

Кроме проблем, связанных с геометрическими размерами элементов, все силь­нее проявляются проблемы сопутствующие. Увеличение плотности транзисторов на квадратном миллиметре площади (а в будущем — на кубическом миллиметре объема) означает повышенную теплоотдачу. Каждый транзистор в момент пере­ключения выделяет некоторое количество тепла. Чем больше транзисторов, тем этого тепла больше. Также повышается теплоотдача при увеличении частоты переключения транзисторов. Современные микропроцессоры излучают с каждого миллиметра столько тепла, сколько излучает металл, нагретый до температуры в тысячу с лишним градусов. Если это тепло не отводить, разрушение процессора неминуемо. Вот почему каждое новое поколение процессоров оснащалось все более массивными радиаторами и мощными кулерами (вентиляторами для отвода тепла). Современные микропроцессоры нередко оснащаются не только воздушными, но и водяными или гелиевыми средствами охлаждения, а в состав суперкомпьютера уже привычно включаются криогенные установки. Кроме того, микропроцессоры оснащаются специальным технологическим и программным обеспечением, по­зволяющим отслеживать температурный режим процессора, гибко регулировать его частоту, изменять интенсивность обдува воздухом, отключать процессор при приближении недопустимых температур.

Перспективы развития микропроцессоров разворачиваются в первую очередь в сторону попыток обойти физические и технологические ограничения, сдерживающие рост производитель­ности процессоров:

· Повышение количества ядер. На одном кремниевом кристалле создается не один процессор, а несколько. При этом, в зависимости от выбранной разработчиком архитектуры процессора, эти несколько процессоров могут совместно, зависимо использовать общие, расположенные на одном кристалле ресурсы (таким образом, повторяя в каких-то чертах структуру построения суперкомпьютеров) для повышения производительности, или могут быть настолько независимы друг от друга, чтобы на каждом из них одновременно можно было запустить свою операционную систему. Такая схема используется в процессорах Intel, что делает возможным эффективное применение технологии виртуализации.

· Увеличение разрядности. Постепенно происходит переход от 32-разрядных процессоров к процессорам с 64-разрядной шиной. Для серверных процессоров это уже де-факто стандарт, для процессоров персональных компьютеров это реализованная на уровне процессора возможность. Надо заметить, что повы­шение разрядности вдвое не означает повышения вдвое производительности компьютера в целом. Однако для решения некоторых задач, требующих масси­рованной обработки данных, это именно так.

· Автонастройка. Все больше процессоров оснащаются встроенными механизмами регулирования производительности, контроля температурного режима, энерго­потребления и производительности в зависимости от загруженности процессора.

· Многопоточность ядра. Ядра процессоров получают возможность образовывать внутри себя несколько независимых потоков команд и выбирать тот, который в данный момент будет выполняться.

· System-On-Chip.Целый комплекс задач, который раньше решался сочетанием аппаратных средств и средств операционной системы, теперь решается не­посредственно в мультипроцессорном кристалле. Это на порядок повышает скорость выполнения многих функций за счет сокращения числа обращений к системной шине и облегчает программирование многих приложений (напри­мер, если шифрование данных является встроенным).

· Встроенные механизмы интеграции и масштабирования. Этим отличаются в основном серверные микропроцессоры; в их конструкцию изначально закла­дываются средства работы в «больших микропроцессорных коллективах», из которых собираются мощные серверы и суперкомпьютеры.

Суперкомпьютеры

Микропроцессорные устройства довольно близко подошли к технологическому пределу как своей миниатюризации, так и увеличения тактовой частоты. Самые производительные на сегодняшний день процессоры обеспечивают вычислитель­ную мощность меньше одной четырехтысячной самого производительного супер­компьютера. Каким же образом достигается эта невероятная скорость обработки информации? Механизм, при помощи которого удается создавать суперкомпьюте­ры, этих титанов компьютерного мира, один: параллельные вычисления.

Если между двумя точками пути, Aw В, расстояние 100 км и на это рассто­яние нужно переместить некий пакет с сообщением, то нет никакой разницы, один человек будет его проходить, сотня или тысяча — результат будет одинаков, ускорения не произойдет. Однако если нужно почистить тысячу картофелин, то тысяча человек сработает в тысячу раз быстрее, чем один. То есть существуют такие задачи, которые можно решать параллельно (чистка картошки), и такие, которые решаются только последовательно (преодоление расстояния). К счастью, подавля­ющее большинство задач в компьютерном мире носят параллельный характер — будь то прием информации от метеорологических спутников, анализ состояния от сотен тысяч детекторов частиц адронного коллайдера или обработка запросов пользователей корпоративной информационной системы. Большинство научных расчетных задач и процессов моделирования также может быть разбито на парал­лельно выполняемые потоки. Каждая параллельная задача может обрабатываться одним микропроцессором. Таким образом, создание суперкомпьютера может быть сведено к решению следующей задачи: как соединить между собой множество микропроцессоров, чтобы каждый из них выполнял отдельное задание и в то же время они представляли собой единое целое, один микроэлектронный супермозг.

Существуют несколько способов заставить микропроцессоры выполнять парал­лельные вычисления и множество вариантов классификации этих конфигураций. Наиболее информативной и часто используемой (а также наиболее простой) яв­ляется классификация Флинна.

SISD – один поток команд с одним потоком данных.

К этому классу можно отнести все настольные компьютеры с одним процес­сором. В этом случае мы имеем одну последовательность инструкций, которую выполняет процессор в одном потоке данных.

SIMD – один поток команд с множественным потоком данных.

В этом классе один поток инструкций выполняется сразу над множеством на­боров данных. Такое поведение свойственно векторным процессорам, или вектор­ным машинам. Одна инструкция обрабатывается сразу множеством процессоров,каждым в своей памяти, или одним процессором, но сразу во множестве регистров. Это дает возможность за один такт обработать большой массив данных. Массив однотипных данных составляет вектор, отсюда и название подобного рода про­цессоров (архитектур).

MISD – множество команд с одним потоком данных.

Этот класс является пустым, поскольку есть только теоретические предпо­ложения о том, как могла бы выглядеть подобная архитектура, но практической реализации ни одной нет.

MIMD – множество потоков команд с множеством потоков данных.

В этом классе множество потоков команд выполняется над множеством потоков данных. К данному классу можно отнести практически все современные суперком­пьютеры, оснащенные большим числом микропроцессоров.

Кроме этой классификации есть еще множество других вариантов классификации компьютеров, выполняющих параллельные вычисления и уточняющих диаграмму Флинна. К примеру, очень важным показателем является то, как процессоры, вхо­дящие в состав суперкомпьютера, взаимодействуют с памятью.

SMP – симметричное мультиплексирование.

Все микропроцессоры, входящие в состав суперкомпьютера, подключены к од­ному адресному пространству, к одной памяти при помощи специальной высоко­скоростной шины памяти. При этом все эти процессоры абсолютно равноправны с точки зрения доступа к любому адресу этой памяти. Эта архитектура дает наи­больший выигрыш по производительности, но плохо масштабируется (расширяет­ся) и не может содержать большого количества процессоров, поскольку увеличение количества процессоров приводит к резкому возрастанию вероятности конфликтов при доступе к одним и тем же адресам памяти. Кроме того, сама высокоскоростная шина имеет физические ограничения, не позволяющие наращивать ее объем.

MPP – обработка с массовым параллелизмом.

В этом случае общей памяти нет. Каждый процессор или модуль с несколькими процессорами является владельцем своего банка памяти, а между процессорами (модулями) устанавливаются соединения, образующие топологию вычислитель­ной системы. Соединения могут быть выполнены как при помощи обыкновенных сетевых устройств, так и посредством специальных вспомогательных компьютеров, предназначенных для высокоскоростной передачи данных (транспьютеров).

При такой архитектуре несколько процессоров объединяются между собой в SMP-узел, а SMP-узлы, в свою очередь, образуют МРР-архитектуру.

PVP – параллелизм с векторными процессорами.

Кластеры – это узлы, объединенные при помощи сети таким образом, что для конечного пользователя они предстают одним устройством.

Обычно это одна из перечисленных архитектур (SMP, МРР или NUMA), в ко­торой задействованы не обычные скалярные процессоры, а специальные процес­соры векторно-конвейрного типа. Это дает возможность эффективным образом организовывать параллельные вычисления любого типа. Недостатком такой архи­тектуры является большая стоимость как самих процессоров, так и программного обеспечения для организации вычислений.

В состав кластера могут входить как специализированные компьютеры, то есть изготовленные специально для организации кластера, так и обыкновенные рабочие станции. Физически кластеры могут быть организованы в одной локальной сети (гомогенная организация) или объединяться через разного рода сетевые соеди­нения, включая Интернет (так называемая гетерогенная структура). Кластерная организация суперкомпьютеров на сегодняшний день является суперпопулярной. Достаточно сказать, что из 500 самых мощных суперЭВМ в мире 400 созданы на основе кластерной архитектуры.

И еще несколько важных понятий:

· Суперскалярный процессор — процессор, который способен выполнить несколь­ко операций за один такт. Естественно, для того чтобы это стало возможным, у суперскалярного процессора должны быть «в подчинении» независимые устройства, которым можно разослать этот пакет команд для обработки.

· Конвейерная обработка — при такой обработке повторяющаяся последова­тельность операций делится на ряд подопераций и каждая подоперация вы­полняется отдельным процессором. В результате получается, что за один такт выполняется не одна, а множество команд.

· RISC (ReducedInstructionSetComputer) — компьютер с сокращенным набором команд. В результате сокращения в наборе команд процессора остаются только инструкции, которые можно выполнить за 1-2 такта (в то время как в полном наборе команд могут быть инструкции, требующие 4-6 тактов).

Одним из важнейших показателей, при помощи которых оценивают суперком­пьютеры, является производительность. Производительность измеряется в коли­честве операций с плавающей точкой в секунду (FloatPointOperationPerSecond, FLOPS). Рост этого показателя для суперкомпьютеров сравним с тенденцией роста плотности транзисторов для микропроцессоров. В 2000 г. еще только ставилась за­дача преодоления барьера в 1 TFLOPS(терафлопс, миллиард флопсов), а в 2008 г. уже был преодолен рубеж в 1 PFLOPS(петафлопс, триллион флопсов).

Серверные компьютеры

Сервер –это компьютер или система компьютеров, связанная через сетевые соединения с другими компьютерами и обрабатывающая их запросы.

Назначение современных серверов самое широкое: серверы Интернета, серверы телекоммуникационных систем, серверы информационных систем, серверы баз данных.

Несмотря на то, что в случае малого количества клиентов и простоты выпол­няемых функций, сервер физически может располагаться даже на обыкновенном персональном компьютере, в случае предприятий или учреждений такое решение неприемлемо. Современный серверный компьютер должен отвечать требованиям, которым персональная ЭВМ соответствовать не может. Дело в том, что сегодняш­ний день плотно связал между собой несколько понятий: «информация», «деньги», «безопасность» и «экологичность». Надежность работы сервера и надежность хранения информации должны быть такими, чтобы полностью исключить, с одной стороны, возможность потери, искажения или несанкционированной выдачи даже небольших объемов хранящейся информации, с другой — полностью исключить возможность даже краткой остановки работы информационной системы, в которую входит сервер.

Если сервер обслуживает школьный интернет-портал, то сутки-другие про­стоя могут нанести некоторый ущерб имиджу школы, привести к неприятным, но не трагическим последствиям. Но что будет, если на сутки остановится сервер, обслуживающий информационную систему крупного банка или аэропорта? Это может привести к многомиллионным финансовым потерям или трагическим последствиям. Поэтому современные специализированные серверы изначально конструируются с учетом особенностей их работы.

· Размещение. Серверный компьютер должен быть размещен в специально выде­ленном помещении («серверная»). Это помещение должно иметь ограниченный доступ. Современные серверные компьютеры создаются с учетом размещения в специальных шкафах-стойках, оборудованных вентиляцией, резервной систе­мой питания и разного рода сигнализацией.

· Резервирование. Современные серверы не должны останавливаться даже в слу­чае, когда они выходят из строя на физическом уровне (что-то в компьютере «перегорело»). Поэтому обычно серверный компьютер создается так, чтобы продолжать свое функционирование даже после выхода из строя части комплек­тующих (например, если перестает функционировать часть линеек оперативной памяти). Кроме того, обычно в сети есть резервный компьютер, который может принять на себя выполнение функций сервера в случае его полного выхода из строя (или при остановке его для технического обслуживания). Для создания систем повышенной надежности (с многократным резервированием) активно используется кластерная архитектура. Надо сказать, что многие современные информационные системы используют не двукратное, а пятикратное (в случае атомных станций) или одиннадцатикратное (в случае информационных систем предупреждения ядерного нападения) резервирование.

· Защита от вирусов. Во все большем количестве современных серверов средства антивирусной защиты встраиваются непосредственно в сервер, иногда прямо в серверный процессор (System-On-Chip).

· Резервное копирование и хранение данных. Большинство серверов в информа­ционных системах являются промежуточным звеном между пользователем и хранимыми на сервере данными. Данные, собственно говоря, важнее, чем сер­вер. Поврежденный и вышедший из строя сервер можно заменить, а утерянные данные восстановить невозможно, если нет системы резервного копирования и хранения данных. Современные серверы оснащаются оборудованием для эффективного хранения данных и создания их резервных копий. Причем ре­зервное копирование данных может производится как в моменты отсутствия нагрузки на сервер (в небольших банковских системах это делается после завершения банковского дня), так и прямо во время работы (так происходит в информационных системах непрерывного цикла). Производители серверных систем обязательно предлагают вместе с ними системы хранения, резервного копирования и восстановления данных.

· Удаленное управление. Реализуется отдельный канал связи с сервером (часто вне сети, по которой обеспечивается обслуживание клиентских машин) при встроенной в сервер системе управления и тестирования.

· Масштабирование — сервер должен иметь возможность увеличивать свою мощ­ность путем наращивания вычислительных блоков.

Современные серверы с точки зрения форм-фактора реализуются в трех ис­полнениях:

· Напольное — это исполнение предполагает размещение сервера на полу и пред­назначено для выполнения заданий сравнительно небольшого объема в малых учреждениях или предприятиях.

· Стоечное — сервер размещается в специальной стойке. Такое размещение предполагает выделенное специализированное помещение с поддержанием температурного режима.

· Блейд-серверное(лезвийное) — серверы выполняются в виде сверхтонких бло­ков, предназначенных для установки в специальный блейд-корпус. Такая кон­струкция дает возможность сверхкомпактного размещения. Кроме того, блейд- корпус берет на себя функции контроля за напряжением сети, охлаждением, аварийным энергопитанием установленных в него блоков.

Персональные компьютеры

Если с суперкомпьютерами и серверами сталкиваются напрямую в основном специалисты, то с персональными компьютерами и рабочими станциями сегодня так или иначе работаю практически все.

Персональные компьютеры имеют множество исполнений и вариантов. Вы­пущенное в 1998 г. руководство «РС 99 SystemDesignGuide» подразделяло пер­сональные компьютеры на следующие категории:

· Consumer PC — массовый персональный компьютер домашнего применения. Должен обеспечивать возможность выхода в Интернет, но не возможность работы в локальной сети.

· Office PC — массовый персональный компьютер офисного применения. Должен обеспечивать работу в локальной сети, выполнения большинства офисных опе­раций, а также возможность удаленного управления и обслуживания.

· Mobile PC — переносной персональный компьютер. Компьютер малых размеров, который можно брать с собой в поездки.

· Workstation PC — мощный компьютер с возможностью работы в локальной сети и Интернете. Предназначен для решения специальных задач, например, вычис­лительных или графических.

· Entertainment PC — развлекательный компьютер с повышенным качеством вос­произведения мультимедийного содержимого. Обычно признаком Entertainment PC является мощная система обработки графической информации и дополни­тельные устройства управления.

По габаритам и весу персональные компьютеры можно разделить на классы:

· Стационарный компьютер — компьютер, предназначенный для установки на фиксированном рабочем месте. Обычно состоит из двух отдельных блоков: мо­нитора и системного блока. По типу корпуса стационарные компьютеры бывают трех базовых конфигураций:

ü Tower— вертикальное расположение корпуса для напольной установки;

ü miniTower— вертикальное расположение корпуса для настольной установки;

ü Desktop— горизонтальное расположение корпуса для настольной установки.

В последнее время появились новые конструкции стационарных рабочих станций: устанавливаемые в стойку и в блейд-корпус. В этом случае устанав­ливается единый блок рабочих станций (возможно, в отдельном помещении) и связывается проложенными кабелями с мониторами и устройствами ввода пользователей.

· Переносной компьютер — компьютер, выполненный в виде компактного систем­ного блока или моноблока. В первом случае это системный блок массой 6-8 кг, оснащенный рукоятью для переноски, во втором — очень большой ноутбук, мас­сой до 10 кг. Такого рода компьютеры предназначены для перемещения с одного рабочего места на другое, но не для постоянного ношения с собой.

· Ноутбук — компьютер, выполненный в виде единого блока, раскрывающийся наподобие блокнота. Масса такого компьютера от 2 до 4 кг. Такие компьютеры призваны постоянно сопровождать владельца. Их легко переносить (обычно ноутбуки продают вместе со специальной наплечной сумкой), они быстро под­ключаются к электропитанию и позволяют работать в тех местах, где стацио­нарные или даже переносные компьютеры были бы не совсем уместны (напри­мер, в кафе или на природе). Ноутбуки обычно оснащаются аккумуляторными батареями повышенной емкости, обеспечивающими работу в режиме чтения или ввода текста в течении 2-5 часов. Это позволяет работать с ними там, где подключение к электросети невозможно в принципе (за городом, в обществен­ном транспорте). Если еще в 2000 г. ноутбук считался признаком бизнес-класса, то сегодня, благодаря резкому удешевлению ноутбуков (в особенности с одно­ядерными процессорами) и специальным программам по созданию ноутбуков для студентов и школьников, ноутбук поистине стал студенческим компьюте­ром. Ноутбуки создаются на тех же типах процессоров и той же элементной базе, что и стационарные или переносные компьютеры, но в специальном ис­полнении, предусматривающем уменьшение габаритов и энергопотребления.

· Субноутбук — специально миниатюризированный и облегченный ноутбук. Если размер ноутбука (напрямую зависящий от размера диагонали экрана) может составлять до полуметра (475 мм при диагонали экрана 20,1 дюйма), то субноутбук размерами похож на малоформатную книжку и имеет массу от 600 г до 1,3 кг. Субноутбуки, выпускающиеся специально для работы в Интернете, получили название NetBook.

· Наладонный субноутбук — еще более миниатюризированная версия ноутбука, который в раскрытом виде умещается на ладони при массе 300-400 г. Надо признать, что такого рода модели вряд ли получат широкое распространение, поскольку они неудобны в применении: маленький размер клавиатуры делает на них набор текста крайне утомительной задачей.Все компьютеры, относимые к ноутбукам, обычно работают под управлением тех же операционных систем, что и стационарные компьютеры (Windows, Linux, Macintoshили UNIX).

· Карманные персональные компьютеры (КПК), или «наладонники», — миниа­тюрные устройства с экраном размером 3-4 дюйма. Современные КПК функ­ционально все больше приближаются к своим старшим братьям, ноутбукам. Однако КПК имеют принципиально иное назначение: они призваны выступать в роли персонального информационного менеджера (записная книжка, неболь­шая база данных, ежедневник, устройство для чтения). Поскольку КПК обычно не оснащаются физической клавиатурой, то для ввода текста в них использу­ется экранная клавиатура и специальное устройство — стилус. Экран в КПК сенсорный, то есть, касаясь стилусом той или иной точки экрана, вы можете выполнять те же действия, что и наводя на эту точку указатель мыши и щелкая ее кнопкой. Такая конструкция КПК делает практически невозможным набор на нем больших объемов текста, но идеально подходит для чтения, игр, про­слушивания музыки или подготовки небольших заметок. В настоящее время некоторые конструкции КПК оснащаются сверхминиатюрными жесткими дисками, но основным носителем информации для этого класса компьютеров все же надо признать карты флэш-памяти. Причем тенденции роста скорости передачи данных и объема флэш-памяти таковы, что к 2015 г. прогнозируется вытеснение жестких дисков даже из ноутбуков, а уж КПК точно будут работать только с этим видом памяти.

· Коммуникаторы — КПК, оснащенные дополнительными средствами связи. Можно рассматривать коммуникаторы как объединение КПК, сети и телефон­ной связи. Обычно коммуникаторы не отличаются от КПК размерами и фор­мой, но оснащены дополнительными разъемами для подключения телефонной гарнитуры, а в их конструкцию встроен мобильный телефон и средства мо­бильной сетевой связи Wi-Fi. Такого рода устройства все чаще функционально рассматриваются как мобильные рабочие станции, позволяющие находится на связи независимо от физического местонахождения сотрудника. Коммуника­торы обычно оснащены всем необходимым для чтения файлов большинства офисных приложений. Таким образом, будучи в пути или в другой ситуации, когда использование ноутбука затруднительно, вы можете принимать почту, получать документы, просматривать их и вносить коррективы, а также выхо­дить в Интернет (коммуникаторы обычно оснащаются мобильными версиями интернет-браузеров).КПК и коммуникаторы собираются на специализированных комплектую­щих: микропроцессоры и другие компоненты для них не имеют ничего обще­го с «большими» компьютерами. Эти устройства оснащаются собственными операционными системами (WindowsMobile, Linuxили Symbian), созданными специально для них.

· Планшетные компьютеры представляют собой нечто среднее между КПК и но­утбуком. Оснащенные большим сенсорным экраном, планшетные компьютеры обычно либо не имеют клавиатуры, либо не предусматривают ее использования в рабочем режиме. Их назначение хорошо отражено в названии — записи и за­рисовки в режиме планшета. Обычно планшетные компьютеры работают со специальными версиями операционных систем.

· Электронные книги — специальные электронные устройства с достаточно большим жидкокристаллическим экраном, плоские и легкие, назначение кото­рых — чтение электронных книг. Несмотря на то, что электронные книги обычно оснащены какой-либо операционной системой, они не являются компьютерами в обычном смысле слова, поскольку адаптированы для выполнения только одной функции.

Тенденции развития компьютеров

О том, что ждет компьютерные технологии в недалеком будущем, в этой главе сказано уже немало. По многим направлениям микроэлектроники человечество уже достигает технологических пределов, но одновременно, благодаря вычисли­тельной мощи и технологическому уровню, достигнутому на сегодняшний день, происходит интенсивный поиск новых путей. Направления развития определя­ются, как и ранее, не только техническими и технологическими параметрами, но и социальными. К примеру, вряд ли кто-то из составлявших в 1998 г. руководство «РС 99 System Design Guide» мог себе представить, что такая категория компью­теров, как Consumer PC, просто исчезнет, поскольку сегодня просто невозможно себе представить домашний компьютер, не оснащенный самыми современными средствами мультимедиа. Мультимедиа-компьютер, игровой компьютер и ин­тернет-компьютер в одной упаковке — вот что такое современный домашний компьютер. Во многих случаях домашний компьютер — это еще и узел домашней локальной сети.

Беспроводные технологии, еще недавно вызывавшие оживленные дискуссии, сегодня стали повседневной реальностью, и ноутбук, если в нем нет устройства для беспроводной связи Wi-Fi, выглядит неполноценным. То же самое можно сказать о наладонных компьютерах. Компьютеры все более интегрируются в сети, стано­вясь узлами глобальной, городской и домашней сетей.

Хорошим примером того, как для достижения новых высот в одной области применяются достижения в другой, служит адронный коллайдер, запущенный недавно в Швейцарии. Для обработки результатов от миллионов каналов данных с коллайдера вычислительных мощностей CERN(от франц. ConseilEuropeenpourlaRechercheNucleaire — Европейский совет по ядерным исследованиям) не хвати­ло, поэтому в обработке будут участвовать множество компьютеров, объединенных в единое вычислительное пространство по технологии GRID.

Результаты, полученные от коллайдера, в свою очередь, помогут микротехно­логиям преодолеть нано-барьер и от нанотехнологий перейти к куда более «мини­атюрным» петатехнологиям. А этот переход поможет создавать принципиально новые по принципу действия микропроцессоры.

На самом деле оценка перспектив развития компьютерной техники и инфор­матики сегодня — дело весьма неблагодарное: слишком широким фронтом идет наука, слишком быстры темпы. Тем не менее можно выделить важные направления, в которых это развитие происходит, попытавшись представить, как разовьется компьютерная технология через 10 лет:

· Интеграция в сеть. Все больше компьютеров подключается к Интернету, и, ве­роятно, в ближайшие 10 лет автономных компьютеров просто не останется. В свою очередь, это приведет к тому, что Интернет станет не только основным источником информации (заменив собой книги, радио и телевидение), но и ос­новным каналом связи. Мало того, Интернет станет основным поставщиком программного обеспечения. Уже сейчас корпорация Googleреализовала кон­цепцию виртуального офиса. Вам не надо устанавливать на компьютер тексто­вый редактор или электронную таблицу, достаточно зайти на сайт в Интернете и вызвать на экран нужную программу.

· Обучение и образование также в основном станут компьютерными, чему по­может массовое подключение компьютеров к сети. Уже сейчас дистанционные системы обучения позволяют получить диплом государственного образца. Сегодня многие школы оснащены электронными дневниками и журналами. Дистанционное образование, вероятно, не станет полной заменой классного школьного образования, поскольку самостоятельно, не задавая учителю вопро­сов, может учиться не каждый. Однако ситуация, когда классы будут виртуаль­ными, вполне вероятна. Двусторонняя связь через веб-камеры и трансляция урока в режиме телеконференции, опрос, тестирование — все это технически возможно уже сегодня и частично реализовано в некоторых учебных заведени­ях. Во многих университетах США такие формы обучения, как дистанционные семинары, давно уже стали повседневностью.

· Конструкция. Сами компьютеры будут претерпевать все более радикальные изменения. Ноутбуки и плоские жидкокристаллические экраны вошли в нашу жизнь почти незаметно. Следующий этап развития компьютеров, по-видимому, будет куда более революционным. Сейчас уже есть промышленные образцы проецируемых клавиатур. Не нужно обладать очень уж богатой фантазией, чтобы представить развитие этих принципов до проецируемых мыши и экрана. Таким образом, с учетом миниатюризации элементов памяти и других элемен­тов компьютера, лет через десять персональный компьютер, скорее всего, будет напоминать футляр для очков. После включения из корпуса спроецируются экран (вначале на поверхности, а затем, вероятно, и в пространстве), клавиа­тура и мышь. Встроенный микрофон будет воспринимать голосовые команды, микродинамики — воспроизводить звук. После окончания работы компьютер можно просто уложить в нагрудный карман.

· Интеллектуальность. Сегодня исследования, посвященные машинному само­обучению, составляют немалую долю в общем объеме компьютерной науки, а в промышленном производстве уже появились первые образцы нейропро­цессоров, способные на микроэлектронном уровне реализовывать топологию нейронной сети. Машинное обучение и быстрое развитие теоретических основ нейронных сетей и машин с нечеткой логикой позволят в скором будущем соз­давать компьютеры, которые будут узнавать своего хозяина и даже поддержи­вать беседы на определенные темы. «Умный дом», «умный автомобиль» — эти словосочетания давно на слуху, но мы плохо себе представляем, что произойдет, когда от ступени автоматизации компьютеры шагнут в область активного само­обучения. Ведь, как уже отмечалось, в распоряжении этих компьютеров будет не только информация, вводимая владельцем, но и Интернет. Кажется, самые смелые прогнозы фантастов 70-х гг. могут стать реальностью.

· Выход в пограничные области знаний. О том, что компьютер — это не обязатель­но микроэлектронное устройство, мы уже говорили. Однако реальные шаги к реализации типов компьютеров, отличных от электронных, до недавнего времени были очень малы и несмелы. Только в последние годы новое дыхание обрели исследования, направленные на создание оптических, биологических, квантовых, химических и других неэлектронных типов компьютеров. Пока рано говорить о каких-то устойчивых прогнозах. Только в области квантовых компьютеров есть более или менее завершенные эксперименты и работающие системы. Хотя с точки зрения производительности и размера эти компьютеры даже близко не могут сравниться с микроэлектронными, никто не может пред­сказать, какое ускорение этим технологиям могут придать научные факты, полученные во время экспериментов, скажем, на том же адронном коллайдере.

Таким образом, подводя итог, можно сказать, что компьютеры развиваются именно в том направлении, которое лучше всего разработано писателями-фантастами: они становятся вездесущими, все менее заметными, все более интеллекту­альными, все более включенными как в глобальное информационное пространств (Интернет), так и в наш быт.