Перспективы развития ЭВМ

Появление новых поколений ЭВМ обусловлено расширением сферы их применения. Стремление к реализации новых потребительских свойств ЭВМ стимулирует работы по развитию средств ВТ. К вычислительным средствам пятого поколения предъявляются следующие функциональные требования:

- возможность работать с базами знаний в различных предметных областях и организовывать на их основе системы искусственного интеллекта;

- обеспечивать простоту применения ЭВМ путем реализации эффективных систем ввода-вывода информации голосом, диалоговой обработки информации с использованием естественных языков, устройств распознавания речи и изображения;

- упрощать процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ.

Ведутся интенсивные работы в двух направлениях: создание ЭВМ пятого поколения традиционной (неймановской) архитектуры и апробации перспективных архитектур и схемотехнических решений. На формальном и прикладном уровнях исследуются архитектуры на основе параллельных абстрактных вычислителей (матричные и клеточные процессоры, систолические структуры, однородные вычислительные структуры, нейронные сети и др.). При этом ЭВМ должна обладать способностью к обучению, производить ассоциативную обработку информации и вести интеллектуальный диалог при решении конкретных задач.

Наряду с развитием архитектурных и системотехнических решений ведутся работы по совершенствованию технологий производства интегральных схем и по созданию принципиально новых элементных баз, основанных на оптических, молекулярных, квантовых и нейросетевых технологиях.

В плане создания принципиально новых архитектур вычислительных средств большое внимание уделяется проектам нейрокомпьютеров, базирующихся на понятии нейронной сети (структуры на формальных нейронах), моделирующей основные свойства реальных нейронов. В случае применения био- или оптоэлементов могут быть созданы соответственно биологические или оптические нейрокомпьютеры, которые в значительной степени смогут вытеснить современные ЭВМ, используемые для решения трудно формализуемых задач.

Оптические компьютеры

Оптические технологии давно уже используются в компьютеростроении: оптические накопители информации, в системах коммуникации световые импульсы используются для передачи потоков информации. Идея использования света для обработки информации стала осуществимой лишь недавно. Главной преградой для оптических (фотонных) вычислений долгое время была невозможность обрабатывать световую информацию без использования промежуточных электронных компонентов между вводом и выводом. Открытие интерференции, основанной на оптической логике, решило эту проблему.

Главное преимущество оптической логики перед кремниевой в том, что фотоны распространяются гораздо быстрее электронов. Более того, в оптической логике данные поддаются конвейеризации. Оптическим компонентам не нужно формировать выходной сигнал до того, как они воспримут новый выходной сигнал, а значит, они могут обрабатывать целый поток данных.

Оптическая логика пока имеет ряд недостатков, особенно если говорить о последовательном соединении оптических затворов для построения компьютера. При построении сложного компьютера простая оптическая модель переходит в область голографии, и для построения логики требуются разного рода световые шины. Еще более сложная проблема заключается в том, что фазу и интенсивность импульсов необходимо контролировать по всей системе посредством оптических усилителей. Если эти проблемы будут решены, практическая реализация оптических микропроцессоров на подложке из стекла или пластика станет вполне возможной.

Квантовые компьютеры

В основе квантовых вычислений лежит атом. Квантовые вычисления принципиально отличаются от традиционных, так как на атомном уровне в силу вступают законы квантовой физики. Один из них закон суперпозиции: квант может находиться в двух состояниях одновременно. Обычный бит может иметь значение либо 1, либо 0, а квантовый бит (qubit) может быть единицей и нулем одновременно.

Квантовая система из L двухуровневых кубитов имеет 2 ^L линейно независимых состояний. Отличие квантовой системы от обычной заключается в том, что результат работы только с некоторой вероятностью является правильным. Но за счет небольшого увеличения операций в алгоритме можно сколь угодно приблизить вероятность получения правильного результата к единице.

Операция в квантовых вычислениях соответствует повороту вектора состояния регистра в 2 ^L - мерном пространстве. Таким образом, квантовое вычислительное устройство размером L кубит может выполнять параллельно 2 ^L операций. Практически квантовый алгоритм Гровера поиска в базе данных показывает квадратичный прирост мощности против классических алгоритмов.

В ноябре 2009 года физикам из Национального института стандартов и технологий в США впервые удалось собрать программируемый квантовый компьютер, состоящий из двух кубит.

Нейрокомпьютеры

Создание компьютера на основе нейронных систем живого мира базируется на теории персептронов – искусственной нейронной сети, которая может обучаться распознаванием образов.

Нейрокомпьютеры (биокомпьютер) – это совершенно новый тип вычислительной техники. Их 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.

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

- параллельность обработки информации;

- способность к обучению;

- способность к автоматической классификации;

- высокая надежность;

- ассоциативность.

Сегодня возможна эмуляция работы нейрокомпьютеров (моделирование) как программно на ПЭВМ и суперЭВМ, так и программно-аппаратно на цифровых СБИС.

Дата добавления: 2014-01-11