В каких компьютерах вместо электрических сигналов обработке подвергаются потоки света
Обновлено: 06.07.2024
Процессор (или центральный процессор, ЦП) — это транзисторная микросхема, которая является главным вычислительным и управляющим элементом компьютера.
Английское название процессора - CPU (Central Processing Unit).
Содержание
Введение
1. 8086: первый процессор для ПК
2. Одноядерные процессоры
3. Переход к двуядерным процессорам
4. Виртуализация
5. Кратко о некоторых других технологиях
6. Будущие технологии
Использованные информационные источники
Работа содержит 1 файл
современные процессоры.docx
г) Гостевая система становится не привязана к архитектуре хостовой платформы и к реализации платформы виртуализации. Технология аппаратной виртуализации делает возможным запуск 64-битных гостевых систем на 32-битных хостовых системах (с 32-битными средами виртуализации на хостах).
IBM System 370, VM/370 — 60-е года. На виртуальных системах IBM VM были отработаны идеи и технологии, во многом определившие архитектуры современных решений по виртуализации.
5. Кратко о некоторых других технологиях
а) Intel Turbo Boost – при необходимости позволяет работающим ядрам повышать тактовую частоту (с шагом 133 МГц) до максимально возможной по тепловой защите. Неиспользуемые ядра могут программно переводиться в режим нулевого энергопотребления.
б) Технология Intel Smart Cache обеспечивает высокую производительность и эффективность кэш-памяти, оптимизирована для самых современных многопоточных игр.
в) Технология Intel QuickPath Interconnect разработана для повышения пропускной способности и снижения задержек в процессе обмена. С процессорами Extreme Edition она позволяет достигнуть суммарных скоростей передачи данных до 25,6 ГБ/с.
г) Технология Intel HD Boost значительно повышает производительность в мультимедийных задачах. Команды из наборов дополнительных инструкций выполняются за один тактовый цикл, позволяя достичь нового уровня эффективности с приложениями, оптимизированными для набора команд SSE4.
Оптические компьютеры,также известные как фотонные компьютеры,используют фотоны для передачи сигналов.Фотоны являются основными частицами,из которых состоит свет.Лазеры в компьютере производят потоки света,чтобы использовать его вместо электронов.Существуют преимущества от использования света, которые включают в себя более высокие скорости,меньшие компьютеры и меньшее выделение тепла.
Компьютеры,как правило,используют электрический ток для питания компьютера и его процессов. Идея оптических компьютеров,чтобы использовать свет.Хотя небольшие кусочки технологии могут использовать свет для работы,но оптических компьютеров, пока ещё не существует.Исследователи чувствуют, что с течением времени технология будет двигаться в сторону использования оптических компьютеров и технологии продвинутся достаточно,чтобы сделать их повседневной реальностью.
Преимущества оптических компьютеров при использовании фотонов,вместо электронов,многочисленны.Во-первых,свет практически не нагревается, когда он идёт,в то время как электрический ток,который в настоящее время используется в компьютерах отдаёт много тепла.Компьютер не сможет работать также быстро,когда он перегревается.Оптические компьютеры будут использовать свет и поэтому компьютер может работать быстрее, не беспокоясь о перегреве.
Второе ключевое преимущество использования света-это его способность проходить через другие лучи света. Два лазера могут пересекаться друг с другом,не влияя на пути друг другу. Электрический ток не может это сделать и компьютер должен быть разработан таким образом,что бы они никогда не пересекались. Поскольку лучи света могут пересекаться друг с другом, требуется меньше места.В результате будут небольшие компьютеры,потому что будут иметь более мелкие части,используемые как в компьютерах и других видах техники.
В настоящее время, оптическая технология используется в лазерных принтерах,сканерах,и даже в компьютерных компакт-дисках.Лазеры используют свет для выполнения всех этих процессов.Целью является,чтобы в конечном итоге оптические технологии получили распространение не только на компьютеры, но и на связь между электронными устройствами.Оптическая технология может создать большую скорость подключения к Интернету, чем те, что были доступны ранее.Благодаря комбинации оптических компьютеров,это возможный новый тип Интернет-соединения,потому что оптические компьютеры могут выполнять задачи практически мгновенно.
[share-locker locker_id=»57b856248db3ac730″ theme=»blue» message=»Если Вам понравилась эта статья,нажмите на одну из кнопок ниже.СПАСИБО!» facebook=»true» likeurl=»CURRENT» vk=»true» vkurl=»CURRENT» google=»true» googleurl=»CURRENT» tweet=»true» tweettext=»» tweeturl=»CURRENT» follow=»true» linkedin=»true» linkedinurl=»CURRENT» ][/share-locker]
История развития производства процессоров полностью соответствует истории развития технологии производства прочих электронных компонентов и схем.
Первым этапом, затронувшим период с 1940-х по конец 1950-х годов, было создание процессоров с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников (устройств памяти) и вакуумных ламп. Они устанавливались в специальные разъёмы на модулях, собранных в стойки. Большое количество таких стоек, соединённых проводниками, в сумме представляли процессор. Отличительной особенностью была низкая надёжность, низкое быстродействие и большое тепловыделение.
Вторым этапом, с середины 1950-х до середины 1960-х, стало внедрение транзисторов. Транзисторы монтировались уже на близкие к современным по виду платам, устанавливаемым в стойки. Как и ранее, в среднем процессор состоял из нескольких таких стоек. Возросло быстродействие, повысилась надёжность, уменьшилось энергопотребление.
Третьим этапом, наступившим в середине 1960-х годов, стало использование микросхем. Первоначально использовались микросхемы низкой степени интеграции, содержащие простые транзисторные и резисторные сборки, затем, по мере развития технологии, стали использоваться микросхемы, реализующие отдельные элементы цифровой схемотехники (сначала элементарные ключи и логические элементы, затем более сложные элементы -- элементарные регистры, счётчики, сумматоры), позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора -- микропрограммное устройство, арифметическо-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд.
Четвёртым этапом, в начале 1970-х годов, стало создание, благодаря прорыву в технологии создания БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем, соответственно), микропроцессора -- микросхемы, на кристалле которой физически были расположены все основные элементы и блоки процессора. Фирма Intel в 1971 году создала первый в мире 4-разрядный микропроцессор 4004, предназначенный для использования в микрокалькуляторах. Постепенно практически все процессоры стали выпускаться в формате микропроцессоров. Исключением долгое время оставались только малосерийные процессоры, аппаратно оптимизированные для решения специальных задач (например, суперкомпьютеры или процессоры для решения ряда военных задач), либо процессоры, к которым предъявлялись особые требования по надёжности, быстродействию или защите от электромагнитных импульсов и ионизирующей радиации. Постепенно, с удешевлением и распространением современных технологий, эти процессоры также начинают изготавливаться в формате микропроцессора.
Сейчас слова микропроцессор и процессор практически стали синонимами, но тогда это было не так, потому что обычные (большие) и микропроцессорные ЭВМ мирно сосуществовали ещё по крайней мере 10-15 лет, и только в начале 1980-х годов микропроцессоры вытеснили своих старших собратьев. Тем не менее, центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы, построенные на основе микросхем большой и сверхбольшой степени интеграции.
Переход к микропроцессорам позволил потом создать персональные компьютеры, которые проникли почти в каждый дом.
Первым общедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004, представленный 15 ноября 1971 года корпорацией Intel. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 92,6 кГц[1] и стоил 300 долл.
Затем проследовала его модификация, 80186.
В процессоре 80286 появился защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 Мб памяти.
Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 Гб оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели.
Параллельно развиваются микропроцессоры, взявшие за основу стековую вычислительную модель.
За годы существования микропроцессоров было разработано множество различных их архитектур. Многие из них (в дополненном и усовершенствованном виде) используются и поныне. Например Intel x86, развившаяся вначале в 32-битную IA-32, а позже в 64-битную x86-64 (которая у Intel называется EM64T). Процессоры архитектуры x86 вначале использовались только в персональных компьютерах компании IBM (IBM PC), но в настоящее время всё более активно используются во всех областях компьютерной индустрии, от суперкомпьютеров до встраиваемых решений. Также можно перечислить такие архитектуры как Alpha, POWER, SPARC, PA-RISC, MIPS (RISC-архитектуры) и IA-64 (EPIC-архитектура).
В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5Ч5Ч0,3 см), вставляющегося в ZIF-сокет (AMD) или на подпружинивающую конструкцию -- LGA (Intel). Особенностью разъёма LGA является то, что выводы перенесены с корпуса процессора на сам разъём -- socket, находящийся на материнской плате. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов.
Перспективы
В перспективе изменится материальная часть процессоров ввиду того, что технологический процесс достигнет физических пределов производства. Имеются различные направления.
Оптические компьютеры -- в которых вместо электрических сигналов обработке подвергаются потоки света (фотоны, а не электроны).
Квантовые компьютеры, работа которых всецело базируется на квантовых эффектах. В настоящее время ведутся работы над созданием рабочих версий квантовых процессоров.
Молекулярные компьютеры -- вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно, органических). Молекулярными компьютерами используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.
Идее использования света вместо электричества в компьютерной обработке данных уже несколько десятилетий. Бостонский стартап Lightmatter Inc. считает, что пришло время для создания такой технологии.
Большая скорость вычисления при меньших энергозатратах –вполне понятные преимущества любой системы. Но подход, известный как фотоника (фотоэлектроника), в основном потерпел неудачу из-за сложности разработки и производства необходимых схем.
В технологии стартапа используются крошечные структуры, называемые «световоды (волноводы)», которые перенаправляют свет. Данные компоненты выполняют большую часть работы, обычно выполняющейся по проводам. Затем другие микросхемы, известные как кремниевая фотоника, превращают свет в электрические сигналы, которые может обрабатывать существующее вычислительное оборудование.
По словам соучредителя Lightmatter Ника Харриса (Nick Harris), система может передавать данные между компонентами в 100 раз быстрее, чем самый быстрый ПК, и потребляет только 10% от затрачиваемой им энергии. Он также добавил, что система поможет забыть о "гигантских спагетти" из кабелей, которые владельцы центров обработки данных используют для подключения тысяч компьютерных серверов, что позволит сэкономить деньги.
Как сказал Харрис, поскольку в ближайшие пять лет на центры обработки данных будет приходиться более 15% мирового потребления электроэнергии, все, что позволяет экономить электроэнергию, будет иметь особую ценность.
Харрис также утверждает, что развитие искусственного интеллекта и облачных вычислений заново создало потребность в фотонике. Для обучения ИИ требуется одновременного применения множества процессоров для обработки огромных пакетов данных. Это означает, что на перемещение информации между процессорами и другими компонентами тратится много времени и энергии. По его словам, система Lightmatter значительно ускоряет этот процесс.
«На такую технологию никто не будет жалеть денег», – добавил Харрис.
Фотонный процессор Lightmatter был создан для работы со стандартными средствами машинного обучения, такими как PyTorch и TensorFlow. Это позволяет создавать самые современные системы искусственного интеллекта.
Процессор построен с применением технологии объемной компоновки. Он включает в себя более миллиарда транзисторов FinFET (транзистор с использованием вертикальных затворов), десятки тысяч фотонных арифметических устройств и сотни преобразователей.
По информации специалистов компании, фотонный процессор снижает энергопотребление и увеличивает скорость работы алгоритмов по сравнению с обычными процессорами.
Фотонные процессоры в качестве носителя информации используют не электроны, а фотоны, то есть свет. Это позволяет значительно повысить энергоэффективность расчетов. При использовании процессоров стандартной архитектуры Министерство энергетики США прогнозирует рост доли мирового потребления электроэнергии компьютерами до 8% уже к 2030 году.
Lightmatter была основана в 2017 году и насчитывает 47 сотрудников. Бурный рост компании был обеспечен венчурным финансированием в размере 33 миллионов долларов. Это один из множества новых стартапов в области разработки и создания микросхем. Ожидается, что аналогичные новые компании за счет принципиально новых подходов и технологий будут конкурировать с такими гигантами, как Intel Corp.
Харрис еще не знает, когда и где его продукт совершит свой дебют, но поделился, что некоторые из крупнейших технологических компаний уже выражают «более чем просто» интерес.
Читайте также: