Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Перспективы развития ПК

Содержание:

Введение

На сегодняшний день, в настоящем веке, новые технологии являются основой практически в каждой области современной жизни в дополнение к уже существующим силам мирового рынка. Всего несколько основных компонентов, таких как микропроцессоры, локальные сети, робототехника, датчики, программируемые контроллеры, воплотили в реальность концепцию автоматизированного предприятия.

Для свободного ориентирования в информационных потоках современный специалист в каждой сфере должен обладать умением приобретать, обрабатывать и применять эту информацию при помощи компьютеров, телекоммуникаций и остальных средств связи. На сегодня всё больше говорят об информации как о стратегическом общественном ресурсе, как о ресурсе, каковой определяет уровень развития экономики, внутреннего устройства, политики, социальной жизни государства. Уже начала использоваться такая практика: при устройстве на рабочее место претендентам предъявляются требования по владению персональным компьютером и главными прикладными программными средствами. Машинально возникает вывод о том, что в нынешних условиях информационные технологии становятся всё более эффективным рычагом модернизации управления предприятием. Компьютеры являются неотделимым компонентом нынешней жизни каждого современного человека.

Актуальность данной темы состоит в том, что персональный компьютер находит все более широкое использование во всех областях человеческой деятельности; техническая база персональных компьютеров непрерывно модернизируется, программное обеспечение становится все более мощным. Следовательно, особенно важным представляется определение критериев, в соответствии с каковыми производится выбор модели персонального компьютера, а также перспектив дальнейшего совершенствования персональных компьютеров.

Объектом исследования данной работы являются персональные компьютеры.

Предметом исследования является анализ развития персональных компьютеров.

Целью выполнения данной работы является рассмотрение перспектив развития персональных компьютеров.

Для достижения поставленных целей требуется выполнить следующие задачи:

кратко изучить историю развития персональных компьютеров;
проанализировать состояние рынка;
изучить состояние и тенденции будущего в области аппаратных средств персональных компьютеров;
рассмотреть компьютеры будущего.

Краткая история развития персональных компьютеров

Персональный компьютер, цифровой компьютер, предназначенный для использования только одним человеком за раз. Типичная сборка персональных компьютеров состоит из центрального процессора, который содержит арифметическую, логическую и управляющую схемы компьютера на интегральной схеме; два типа компьютерной памяти, основная память, например, цифровая оперативная память (ОЗУ) и вспомогательная память, такие как магнитные жесткие диски и специальные оптические компакт-диски или диски с постоянной памятью (ROM) CD-ROM и DVD-ROM); и различные устройства ввода / вывода , включая экран дисплея, клавиатуру и мышь, модем и принтер [1, 5, 8].

Потребовалось некоторое время для разработки компьютеров, которые отвечают современным определениям «персональных компьютеров», которые предназначены для одного человека, просты в использовании и достаточно дешевы для приобретения человеком. [10]

Используя узкое определение «управляемый одним человеком», первым персональным компьютером был ENIAC, который начал функционировать в 1946 году. [11] Он не соответствовал дальнейшим определениям доступных или простых в использовании. Bendix G15 1956 был предназначен для использования без обслуживающего персонала, и несколько сотен были сделаны. Однако он был слишком дорогостоящим, чтобы продаваться для личного владельца.

Примером раннего однопользовательского компьютера был LGP-30, созданный в 1956 году Стэном Франкелем и используемый для науки и техники, а также для базовой обработки данных. [12] Он пришел с розничной ценой в 46 тысяч долларов, эквивалентной примерно 423 000 долларов сегодня.

Итальянская программа 101 была программируемым калькулятором, выпущенным Оливетти в 1964 году [3].

Представленная на Нью-Йоркской всемирной ярмарке 1965 года программа Programma 101 была печатающим программируемым калькулятором, описанным в рекламе как «настольный компьютер».

Он был изготовлен итальянской компанией Olivetti и изобрел итальянский инженер Pier Giorgio Perotto, изобретатель магнитной карточной системы для хранения программ [18, 20].

Советская серия компьютеров МИР была разработана с 1965 по 1969 год в группе под руководством Виктора Глушкова [9]. Он был разработан как сравнительно небольшой компьютер для использования в инженерных и научных приложениях и содержал аппаратную реализацию высокоуровневого языка программирования. Еще одной новаторской особенностью того времени был пользовательский интерфейс, сочетающий клавиатуру с монитором и световой ручкой для исправления текстов и рисования на экране.

MicralN был самым ранним коммерческим, некомплектным микрокомпьютером на базе микропроцессора Intel 8008. Он был построен с 1972 года, и было продано несколько сотен единиц [13].

Компьютеры, небольшие и недорогие, которые покупают люди для использования в своих домах, впервые стали возможными в 1970-х годах, когда крупномасштабная интеграция позволила построить достаточно мощный микропроцессор на одном полупроводниковом чипе.

В 1973 году Научный центр IBM Los Gatos разработал портативный компьютерный прототип SCAMP (Special Computer APL Machine Portable) на базе процессора IBM PALM с компактным магнитным диском Philips , небольшой CRT и полнофункциональной клавиатурой. SCAMP эмулировал миникомпьютер IBM 1130 для запуска APL / 1130. [23] В 1973 году APL, как правило, была доступна только на компьютерах мэйнфреймов, и большинство микрокомпьютеров настольного размера, таких как Wang 2200 или HP 9800, предлагали только BASIC, поскольку SCAMP был первым, кто эмулировал производительность APL / 1130 на портативном однопользовательском компьютере, журнал PC Magazine в 1983 году обозначил SCAMP как «революционную концепцию» и «первый в мире персональный компьютер».

Кроме того, в 1973 году Hewlett Packard представила полностью программируемые микрокомпьютеры BASIC, которые полностью помещаются на столе, включая клавиатуру, небольшой однострочный дисплей и принтер. Ван 2200 микрокомпьютер 1973 имел полноразмерную электронно - лучевой трубки (ЭЛТ) и хранение кассеты на магнитной ленте. [24] Это, как правило, дорогие специализированные компьютеры, продаваемые для бизнеса или научных целей. Внедрение микропроцессора, одного чипа со всеми схемами, которые раньше занимали большие шкафы, привело к распространению персональных компьютеров после 1975 года [4].

Небольшая фирма под названием MITS сделала первый персональный компьютер, Альтаир. На рисунке 1 представлен компьютер Альтаир, который использовал Микропроцессор Intel 8080 был разработан в 1974 году [2, 19]. Хотя Altair был популярен среди компьютерных любителей, его коммерческая привлекательность была ограничена.

Рисунок 1 – Компьютер Альтаир

В 1977 году индустрия персональных компьютеров началась с введения трех предварительно собранных массовых персональных компьютеров: Apple Computer, Inc. (теперь Apple Inc.) Apple II , TandyRadio Shack TRS-80 и Commodore Business Machines Персональный электронный трансактор (PET) [6, 7]. Эти машины использовали восьмибитные микропроцессоры (которые обрабатывают информацию по группам из восьми бит или двоичных цифр за раз) и обладают довольно ограниченной емкостью памяти, то есть способностью адресовать определенное количество данных, хранящихся в памяти. Но поскольку персональные компьютеры были намного дешевле, чем компьютеры мэйнфреймов (более крупные компьютеры, обычно развернутые крупным бизнесом, промышленностью и правительственными организациями), их можно было приобрести частными лицами, малым и средним бизнесом, а также начальными и средними школами. На рисунке 2 представлена плата компьютера Apple I, год 1976.

Возняк, Стив; Работа, Стив

Рисунок 2 – Стив Возняк (слева) и Стив Джобс, держащий плату Apple I

TRS-80 микрокомпьютер пришел с четырьмя килобайтами памяти, микропроцессор Z80, на BASIC язык программирования, а также кассеты для хранения данных. Чтобы сократить расходы, машина была построена без возможности ввода строчных букв. Благодаря сети магазинов Tandy в магазинах Radio Shack и прорывной цене (399 долл. США, полностью собранной и проверенной), машина была достаточно успешной, чтобы убедить компанию представить более мощный компьютер два года спустя, модель TRS-80 Model II, которая могла бы разумно продается как компьютер для малого бизнеса [21].

Apple II получила большой рост популярности, когда она стала главной машиной для VisiCalc, первой электронной таблицы (компьютеризированная бухгалтерская программа) [22].

К 1980 г. на рынке микрокомпьютеров доминировали две базовые модели персональных компьютеров: компьютеры Apple II и компьютеры, построенные на основе комплекта Altair. Их конкурентом стал компьютер компании IBM. В конце 1980 г. группа сотрудников IBM разработала первый настоящий IBM PC (Personal Computer) [18]. В нем были внедрены разработки и компоненты других производителей, что позволило создателям обеспечить реализацию практически всех возможностей популярных тогда систем. Параметры компьютера фактически определялись потребителями. Открытая архитектура, слоты расширения, сборная конструкция, поддержка аппаратного и программного обеспечения различных компаний стали главным фактором будущего успеха персональных компьютеров IBM. В 1981 г. появился стандарт [14].

Первый персональный компьютер, использовавший компьютерную мышь, появился в 1983 году. Это была разработка также компании Apple – машина именовалась Apple Lisa. Хотя модель не стала очень популярной, а некоторые аналитики считают, что она стала абсолютно провальной из-за слишком высокой цены, Lisa заложила основы программного и аппаратного обеспечения следующего поколения персональных компьютеров. В этом же году компания Microsoft объявляет о создании графического пользовательского интерфейса Microsoft Windows.

В 1984 году Apple выпускает свой самый успешный персональный компьютер – Macintosh, слава которого не угасла и по сей день [15]. Макинтош, по сути, стал прообразом и родоначальником всех персональных компьютеров, которые выпускаются и сегодня.

Таким образом, за несколько десятилетий персональные компьютеры от электронных «счетных машинок» перешли в разряд повседневно используемого оборудования. Компьютеры усовершенствуются во всем: уменьшается расход энергии, уменьшаются габариты, зато колоссально возрастает вычислительная мощь, увеличивается объем оперативной памяти, объемы жестких дисков исчисляются в терабайтах.

2. Анализ состояния рынка персональных компьютеров

2.1. Структура и особенности рынка

Компьютерным рынком называют в первую очередь технологию и процесс, каковые можно назвать продуктом, компании, напрямую создающие эти технологии и, естественно, потребителя, другими словами самого простого обывателя либо фирму, домохозяйство, которые обращаются с услугами данных компаний. [1]

Любой компьютерный рынок можно разделить на такие области как:

Персональные компьютеры (аппаратное обеспечение). Такой рынок может включать в состав: субрынок процессоров, устройства хранения памяти, мониторы, модемы, их можно объединить в подрынок - комплектующих, а кроме того рынок разной оргтехники, другими словами принтера, сканеры, факс и т.п.
Программные продукты (программное обеспечение - ПО). Здесь можно встретить разные продукты: операционную систему, графический, текстовый редактор, компьютерную игру и т.д.
Аппаратное обеспечение для корпораций. Здесь главным образом функционируют законы рыночной экономики. В текущем веке программное и аппаратное обеспечение могут распространяться множество разных компаний и организаций, таким образом организуя конкуренцию, между тем выстраивая дилерские сети, центр обучения и поддержки. В сущности, данный рынок можно отнести к рынку персональных компьютеров, только этот рынок нацелен в сторону корпоративных клиентов. Другими словами, организации, которые находятся в этой области бизнеса, могут предлагать сервер, рабочую станцию и остальные продукты.
Программное обеспечение для корпораций. Другими словами, это сервера баз данных, средства для создания корпоративной информационной системы - то же самое программное обеспечение только для корпоративного пользователя.
Телекоммуникации. Подразумевают под собой интернет-сеть, услуги, которые связаны с установлением доступа в интернет, а кроме того нужное для этого программное обеспечение. На сегодняшний день международными регулирующими компаниями рынки доступа могут относиться в особый отделённый сектор маркетинга телекоммуникаций. Единые правила организации доступа в телекоммуникациях выстраиваются на термине Сети доступа, а основные субъекты развития рынков доступа в области телекоммуникаций – это оператор доступа, каковой гарантирует проводной либо беспроводной доступ к сети, и провайдер доступа, каковой напрямую несет ответственность за возможность пользования услугами доступа со стороны пользователя. Доступ в телекоммуникациях предусматривает предоставление услуг другому оператору на конкретных условиях на базе лимитированного либо не лимитированного доступа с намерением предоставления телекоммуникационных услуг. [3]

Рынок персональных компьютеров увеличивается на некоторое количество процентов каждый год. На этом рынке особо плотная конкуренция. Главной стратегией, выбранной главным образом всеми организациями является стратегия диверсификации. Другими словами, предусматривается, что организации стремятся создавать различные и отличные от остальных продуктов для существенного увеличения целевой аудитории. Лидерам таких организаций требуется знать, по какому направлению движется промышленность, чтобы видение организации отвечало постоянно меняющемуся рынку.

Подготовка и обучение персонала является ключом к занятию доминирующего положения на рынке персональных компьютеров. На сегодняшний день рынок персональных компьютеров перенасытился сполна.
Особо сильная конкуренция вынуждает уменьшать стоимость, и организациям случается работать старательнее для приобретения той же величины доходов. Например, в 1999 году средний персональный компьютер могу стоить около 1700 долларов. На сегодняшний же день примерная стоимость на персональный компьютер будет равняться около тысячи долларов, но возможности компьютера стали еще более многообразнее, больше и шире.

По крайним оценкам аналитиков, в ближайшем будущем первые пять производителей будут регулировать приблизительно 69% мирового рынка персональных компьютеров, что может свидетельствовать о высокой концентрации рынка [16].

Таким образом, потребительская группа персональных компьютеров достаточно многообразна: это люди с абсолютно различным уровнем дохода. Множество разных продуктов на этом рынке настолько велико, что практически любой человек в состоянии найти то, что ему подойдет, за нужную ему стоимость.

2.2. Основные компании-производители

На сегодняшний день на рынке представлено достаточно большое число брендов и производителей, которые создают богатый спектр персональных компьютеров, рабочих станций, ноутбуков, планшетов и остальной компьютерной техники. Однако, между тем, главная затруднительность при выборе производителя — это только значимость, имидж, статус и популярность марки, а также актуальность и востребованность их предложений.

Если рассматривать известные в целом мире компьютерные бренды, то предпочтение можно отдать, например, компании Apple. По всей видимости, на сегодня не существует такого человека, кто не имел бы представление об организации Apple. Бренд, который вплотную связана со Стивом Джобсом и особенно высоким качеством товаров.

Компьютеры Apple популярны не только собственным высоким качеством сборки, технологичными исследованиями и разработками, однако и верным соблюдением технологии производства. Apple с успехов выпускают достаточно богатый спектр компьютеров, ноутбуков, мониторов, Tablet PC, телефонов и т.д. Ноутбуки Apple, за счет своего широкого ассортимента, являются одними из лучших, стильных, красивых во всем мире. Естественно, это популярные серии ноутбуков, к примеру, MacBook, iMac или Mac Mini. Вместе с качеством, производительностью и бесшумностью, Apple отдает предпочтение дизайну собственного ассортимента. Для персонального применения данная марка – наилучший среди изготовителей ноутбуков и персональных компьютеров. Mac Pro является самой производительной моделью из линейки персональных компьютеров Apple. Прекрасная постоянность и надежность – вот что вынуждает всё большее и большее количество пользователей приобщиться к данному бренду.

Dell является одной из самых динамичных организаций на компьютерном рынке. Скорость увеличения дохода и продаж этих товаров уже много лет существенно превышают показатели всей отрасли. Dell создает огромное число моделей песрональных компьютеров, ноутбуков, КПК, сетевого оборудования, устройств хранения данных, серверов, и остального аппаратного обеспечения. Майкл Делл смог воплотить собственную мечту в реальность. Главный девиз Dell — это высказывание «поставить компьютер в каждый дом» [17].

Dell создает персональные компьютеры и ноутбуки для студентов, домашнего пользователя, предпринимателя, и кроме того корпораций. Это дает возможность оснастить компьютерами любой дом, школу, офис и каждое общественное место. Компания Dell акцентирует внимание на 3 аспектах: производство компьютеров конкретно той конфигурации, каковую хочет заказчик, в установленные сроки, а главное – это непрерывное сервисное обслуживание. Кроме того, важная специфика становления организации – это непрерывная гонка за наименьшими ценами и вовлечение потребителей разными бонусами, акциями и подарками.

IBM (International Business Machines) является гигантом, производящим в свое время фактически каждый персональный компьютер для потребителей. IBM производит компактные, особенно мощные, быстрые, без шумных персональных компьютеров [3]. Перечень товаров данной организации настолько велик, что каждый может отыскать себе персональный компьютер в абсолютно любом диапазоне частоты процессора. Основной идеей компании является поставка компьютера каждому пользователю. Пользователь спокойно может отыскать бесчисленное множество организаций, которые эксплуатируют технику IBM. Кроме того, конкуренция с IBM и желание стать лучше неё послужили для большинства лишь начинающих развиваться компаний огромным толчком для собственного становления.

Hewlett-Packard (НР) HP зачастую ассоциируется как поставщик персональных компьютеров и ноутбуков непосредственно для корпоративных клиентов. Кроме этого, организация помнит о небольших офисах, домашних пользователях, тем самым создавая огромный ассортимент домашних компьютеров, принтеров, сканеров, мониторов. HP создает и выпускает многочисленные серии персональных компьютеров, ноутбуков, каковые могут удовлетворить даже самые изысканные требования и потребности потребителей. Определенные продукты HP являются по-настоящему инновационными, к примеру, TouchSmart – это компьютер с сенсорным экраном, и, естественно, популярный HP Brio.

2.3. Тенденции рынка в будущем

Рынок персональных компьютеров – это одна из особо динамично формирующихся на сегодня областей как российской, так и мировой экономики в целом. Известно, что персональные компьютеры, компьютерные и информационные технологии являются мощнейшим источником увеличения эффективности труда, возможно, в области любого рода деятельности человека.

Интерес к рынку персональных компьютеров как со стороны западных инвесторов, так и предприятий развитых стран дает возможность этой сфере достаточно стремительно развиваться. Но на сегодняшний день рынок персональных компьютеров развивается не в лучшую сторону и можно наблюдать спады спроса в сфере этого рынка. Американские аналитики могут объяснить эту никем неожиданную тенденцию перенасыщением местного рынка, в каковом произошел фундаментальный сдвиг в структуре спроса на технологические продукты. Персональные компьютеры перестали сбываться прежними темпами не потому, что цены на них достаточно большие, а потому, что потребителю они просто больше не так нужны.

Страна с максимальным числом персональных компьютеров на душу населения в мире достигла максимальной точки развития компьютерного рынка. В России компьютерный рынок (в первую очередь аппаратные средства) находится еще достаточно далеко от перенасыщения, и на сегодняшний день можно оценить его потребности удовлетворенными приблизительно на 15%.

Следовательно, рынок персональных компьютеров в нашей стране в дальнейшем будет формироваться по пути, который проложен западными государствами, с тем различием, что производство в этой области будет реализовываться не российскими организациями, а западными и восточными партнерами, у каковых есть в наличии технологичные линии производства микросхем и остальных трудоемких элементов современных персональных средств обработки данных. Укрепление позиций российских компьютерных фирм возможно в отношении последующей сборки компьютеров, а также интеграции компьютерной техники в общую систему взаимосвязей на предприятиях. Также существует вероятность наращивания позиций российского производителя программного обеспечения, который уже на сегодня может завоевать авторитет среди пользователей. [4, 5]

3. Состояние и тенденции будущего в области аппаратных средств персональных компьютеров

3.1. Материнские платы

Материнская плата является одной из важнейших частей компьютерной системы. Она объединяет многие важные компоненты компьютера, включая центральный процессор (CPU), память и разъемы для устройств ввода и вывода [10].

Важным компонентом материнской платы является чипсет микропроцессора, который обеспечивает поддерживающие интерфейсы между процессором, различными шинами и внешними компонентами.

Уже на протяжении больше чем тридцати лет, с момента производства первого в мире микропроцессора 4004 фирмой Intel, компьютеры служат человечеству. Они основательно вошли в жизнь каждого. Но за эти тридцать лет архитектура материнской платы для компьютера не претерпела основательных трансформаций, а именно ее состав (микропроцессор; шины адреса, данных и управления; разъемы для плат расширения, внешней памяти, внешнего кэша; контролеров ввода/вывода и некоторых других вспомогательных с микросхем). На сегодня в материнскую плату могут встраивать контролер HDD, а также COM и LPT: порты. Архитектура же материнской платы усовершенствовалась наравне с микропроцессорами. Возникали новые шины, повышалась разрядность, быстродействие шин, их пропускная способность [13].

Говорить о материнской плате в отдельности от всех остальных частей компьютера невозможно — это комплекс, функционирующий как один организм. Микропроцессоры сделали огромный прыжок вперед. Тенденции развития материнских плат главным образом продиктованы развитием микропроцессоров.

3.2. Процессоры

Процессор на персональном компьютере или встроенный в небольшие устройства часто называют микропроцессором. Этот термин означает, что элементы процессора содержатся на одной интегральной схеме - микросхеме.

Основная операция большинства процессоров, независимо от физической формы, которую они принимают, заключается в выполнении последовательности сохраненных инструкций, которая называется программой. Инструкции, которые необходимо выполнить, хранятся в некоей компьютерной памяти. Почти все процессоры следуют этапам выборки, декодирования и выполнения в своей работе, которые в совокупности называются циклом команд [7].

После выполнения команды весь процесс повторяется, причем следующий цикл команды обычно извлекает команду next-in-sequence из-за увеличенного значения в счетчике программы. Если была выполнена инструкция перехода, счетчик программ будет изменен, чтобы содержать адрес команды, в которую было вложено, и выполнение программы продолжается нормально. В более сложных ЦП могут одновременно извлекаться, декодироваться и выполняться несколько команд.

Двумя основными конкурентами на рынке процессоров являются Intel и AMD.

Компания Intel в прошлом году представила десктопные процессоры 7-го поколения на архитектуре Kaby Lake. Практически они стали всего лишь немного (совсем немного) доработанными чипами шестого поколения на архитектуре SkyLake. Компания Intel создала осенью 2017 восьмое поколение ЦП на архитектуре Coffee Lake, которое является сегодня самой актуальной [17].

Модельный ряд процессоров Intel Coffee Lake сегодня представлен шестью чипами Core i3, i5 и i7. Их важной характеристикой стало повышения числа ядер, что продиктовано потребностью превзойти AMD. Таким образом, Core i3-8100 и i3-8350K приобрели по четыре ядра, вместо двух ранее [9]. Старший из чипов поддерживает разгон, на что указывает буква K в наименовании.

В среднем классе самыми последними процессорами Intel сегодня являются модели Core i5-8400 и i5-8600K. Они получили по шесть ядер вместо четырех и тоже отличаются, кроме частот, способностью разгона старшего чипа. А в старшем массовом сегменте сейчас представлены Intel Core i7-8700 и 8700K содержащие по 6 ядер, работающих в 12 потоков по технологии HyperThreading.

Кроме того, Intel представила процессоры серии Core i9, построенные на архитектуре Skylake-X и совместимые с платами на сокете 2066. Они обладают большим количеством ядер, которое достигает от 10 до 18, и способны обрабатывать по 2 потока на ядре. Модельный ряд представлен процессорами Core i9-7900X (10 ядер), 7920X (12), 7940X (14), 7960X (16) и 7980XE (18 ядер) [21].

Компания AMD в 2017 представила архитектуру Zen и процессоры Ryzen на ее основе. Все чипы, которые вышли или выйдут в скором времени, построены на техпроцессе 14 нм. Первопроходцами стали топовые ЦП Ryzen 7 1800X, 1700X и 1700. Они оснащены 8 ядрами, работающими в 16 потоков (технология SMT), и отличаются рабочими частотами.

Десктопные ЦП AMD среднего класса представлены моделями Ryzen 5. В линейку входят 4 чипа, отличающиеся частотами и количеством ядер. Модели Ryzen 5 1600X и 1600 оснащены 6 ядрами, работающими в 12 потоков. Младшие чипы Ryzen 5 1500X и 1400 имеют на 2 ядра меньше, но тоже поддерживают SMT.

Для бюджетных игровых компьютеров предназначена серия Ryzen 3, состоящая из моделей 1300X и 1200. Оба ЦП располагают 4 ядрами без поддержки SMT. Все чипы Ryzen рассчитаны на установку в материнские платы с сокетом AM4, базирующиеся на чипсетах серии AMD 300.

Компания не обошла своим вниманием и тех, кому нужна максимальная производительность. Для этой категории пользователей в августе 2017 вышли чипы Threadripper, располагающие максимальным числом ядер и устанавливаемые в платы с сокетом TR4. В модельный ряд на данный момент входит 3 модели таких процессоров.

Характерными особенностями современных микропроцессоров можно назвать [13]:

широкий спектр используемых процессорных технологий: высокоскоростная обработка операндов с фиксированной и плавающей точками, пакетная обработка данных и др.;
сложные схемотехнические решения с использованием десятков миллионов транзисторов (около 2 • 106 штук только для логики процессора);
высокоточная и совершенная технология изготовления микросхем (с нормами менее 0,1 мкм, с большим числом слоев металлизации).

Один из возможных путей повышения производительности процессоров при равных технологических возможностях производителей состоит в использовании оригинальных архитектур. Следует выделить два основных направления развития архитектуры современных процессоров:

направление, которое базируется на использовании высокой тактовой частоты (при сравнительно простых схемных решениях и структуре процессора) и получившее название Speed Daemon (быстрый "демон");
направление (Brainiac), базирующееся на усложнении логики планирования обработки данных и внутренней структуры процессора (при сравнительно низкой частоте тактирования).

В рамках каждого из указанных направлений используются различные архитектурные приемы, направленные на повышение производительности процессоров.

Таким образом, усилия разработчиков универсальных микропроцессоров направлены на улучшение их показателей (производительность, функциональные возможности, стоимость и др.). Из-за противоречивости требований невозможно получить оптимальные значения всех показателей для любого процессора, поэтому при создании каждого конкретного типа микропроцессоров принимаются компромиссные решения.

3.3. Память

Память компьютера - специальное устройство для записи и хранения различного рода данных. Выделяют два типа памяти в компьютерном устройстве: оперативная и постоянная (внутренняя и внешняя).

Оперативная память - быстрый тип памяти, позволяющий с высокой скоростью записывать и считывать данные, но при этом информация хранится в ней только во включенном состоянии компьютерного устройства, то есть когда на нее подается электричество. Предназначение оперативной памяти - это запись-чтение информации с высокой скоростью установленными программами и операционной системой. Каждый последующий тип памяти представляет собой улучшение предыдущего и позволяет новой памяти работать с большей скоростью.

Постоянная память - тип памяти, позволяющий хранить информацию и при выключенном компьютере [5]. Наиболее распространенный вариант постоянной памяти - жесткие диски HDD. Они представляют собой один или несколько магнитных дисков, вращающихся с огромной скоростью (от 5 до 12 тысяч оборотов в минуту), и головок, предназначенных для считывания и записи информации. HDD являются надежными носителями информации, позволяют записывать и считывать информацию огромное количество раз.

Все большее распространение набирают твердотельные накопители SSD. Данный вид постоянной памяти развился из USB-флеш-накопителей.

Несмотря на очевидные достоинства, память имеет серьезные недостатки, препятствующие дальнейшему расширению области ее применения. Поэтому разработчики пытаются найти альтернативные решения в рассматриваемой области. Конечно, их взоры в первую очередь обращены на так называемые наследуемые технологии, то есть на усовершенствование существующих разработок, что не потребует значительных изменений в технологическом процессе производства готовой продукции. Так что можно не сомневаться в том, что фирмы, выпускающие флэш-память, будут стараться использовать весь потенциал этого типа носителей перед переходом на накопители другого типа и продолжат совершенствовать традиционную флэш-технологию.

Однако сегодня на пороге промышленной реализации стоит уже целый ряд альтернативных технологий хранения данных, многие из которых готовы к внедрению и ожидают только благоприятной рыночной ситуации.

Развитие оперативной памяти, пожалуй, бесконечный процесс, целью которого является увеличение частоты работы, ширины шины, а также уменьшение времени доступа, а, в некоторых случаях, и увеличение устойчивости к воздействиям извне, например, радиации. В настоящий момент требования к памяти не изменились, но к перечисленным добавились новые, удовлетворить которые намного сложнее, чем это было возможно ранее. Среди них одним из важнейших является энергонезависимость и возможность встраивать память огромного объема в процессоры. Движение в этом направлении начато уже достаточно давно, и его результатом стало появление таких перспективных технологий, как флэш-память, FeRAM. Оперативная флэш-память позволяет практически бесконечно хранить записанную информацию без необходимости проведения циклов регенерации, которые необходимы для DRAM. Это может принести пользователям многочисленные преимущества, вплоть до моментальной загрузки операционной системы после включения питания компьютера.

3.4. Жесткие диски

В ближайшие год-два продолжится рост емкости 3,5-дюймовых жестких дисков с применением традиционной технологии перпендикулярной магнитной записи (PMR) [8]. Это может происходить за счет увеличения плотности данных при сохранении существующего «стандарта» на количество пластин. Тогда Seagate и WD выпустят nearline-накопители объемом 14 Тбайт, основанные на восьми пластинах полезной емкостью 1,8 Тбайт. Альтернативой является плотная упаковка существующих пластин емкостью 1,55 Тбайт по 9 штук в герметичные корпуса, заполненные гелием, как это уже сделала Toshiba. Возможно и сочетание обоих подходов, которое позволит создать жесткие диски объемом 16 Тбайт.

Дальнейшее увеличение плотности записи сталкивается с пределом технологии PRM в ее «чистом» виде. Т. н. суперпарамагнитный предел диктует минимальный размер отдельно взятого зерна из нескольких сотен зерен, составляющих магнитный домен на поверхности пластины. Для зерна, соответствующего суперпарамагнитному пределу, разница в энергии состояний «нуля» и «единицы» уже сравнима с энергией температурных колебаний, что влечет повышенный риск перемены заряда. В рамках технологии HAMR в магнитных пластинах вместо сплавов кобальта (как сейчас) будут применяться другие материалы (к примеру, сплав железа и платины или сплавы на основе золота), обладающие повышенной способностью сохранять заряд (и, как следствие, сопротивляться его изменению). А для того, чтобы временно сделать материал более восприимчивым к записи, его предлагается нагревать лазером или источником микроволнового излучения (MAMR) в момент прохождения записывающей головки. Теоретический предел плотности записи при использовании HAMR оценивается в 50 Тбит/дюйм², что дает объем 80 Тбайт на пластину жесткого диска форм-фактора 3,5 дюйма.

Seagate обещала начать опытные поставки устройств на основе HAMR в 2017 г., но в результате планы сдвинулись на 2018-й, а в 2019 году настанет время коммерческих партий жестких дисков объемом вплоть до 20 Тбайт. Затем Seagate готова ежегодно увеличивать плотность записи на 30% — с 2 до 6 Тбит/дюйм². Для сравнения, в современных HDD с пластинами полезной емкости 1,5 Тбайт плотность записи составляет 923 Гбит/дюйм².

Western Digital, с другой стороны, сделала ставку на альтернативный вариант технологии — MAMR — и не столь оптимистична в отношении сроков ее внедрения: старт производства дисков WD с применением MAMR запланирован на 2019 г. Достижимой плотностью записи WD считает 4 Тбит/дюйм² — меньше, чем у Seagate, но у MAMR есть ряд преимуществ по сравнению с HAMR: ее дешевле внедрить в производство, а при работе HDD отсутствует нагрев магнитной пластины, который снижает общую надежность устройства и влечет потребность в механизмах выравнивания износа на уровне хост-контроллера.

Другая технология, над которой активно работают производители жестких дисков, TDMR (Two-Dimensional Magnetic Recording), направлена не столько на повышение плотности записи как таковой (хотя позволит это сделать на 5–10% при использовании стандартной PMR), сколько на то, чтобы сделать более надежным чтение с пластин, обладающих высокой плотностью записи. Помимо суперпарамагнитного предела, существует отдельная сложность считывания информации с близко расположенных дорожек. Инженеры предлагают повысить соотношение «сигнал — шум», используя массив головок, обрабатывающих одновременно одну или несколько дорожек [24].

В отношении быстродействия все вышеперечисленные решения оказывают влияние лишь на скорость линейного чтения/записи данных. Время отклика HDD по-прежнему определяется скоростью вращения шпинделя и подвижностью актуаторного рычага. Увеличение первого параметра свыше 7200 об/мин для 3,5-дюймовых жестких дисков и 15 тыс. об/мин для SFF давно признано нецелесообразным, а вот актуатор Seagate предложила усовершенствовать, и, на первый взгляд, самым простым способом — путем размещения двух таких компонентов в корпусе единственного HDD. Эта идея сама по себе не нова для разработчиков жестких дисков, но до последнего времени коммерческое внедрение накопителей с двумя и более актуаторами считалось лишенным смысла ввиду высокой сложности производства и неочевидной пользы, ведь задачу параллелизма в серверных хранилищах решают массивы. Но теперь, когда жесткие диски достигают столь высокой емкости, как 12 или 14 Тбайт, слишком много запросов, обращенных к массиву, попадает на отдельный HDD, и Seagate решила, что время двойного актуатора наконец пришло. Внедрение такой конструкции в коммерческих моделях, согласно заявлению компании, запланировано на «ближайшее будущее», и похоже, что двойной актуатор рассматривается в первую очередь как спутник технологий, увеличивающих плотность записи на пластинах, — таких как HAMR.

4. Компьютеры будущего

4.1. Биокомпьютеры

Биокомпьютеры используют системы биологически полученных молекул - таких как ДНК и белки - для выполнения вычислительных расчетов с использованием хранения, извлечения и обработки данных.

В настоящее время биокомпьютеры существуют с различными функциональными возможностями, которые включают в себя операции «двоичной» логики и математических расчетов. [5] Том Найт из Лаборатории искусственного интеллекта MIT сначала предложил схему биохимических вычислений, в которой концентрации белка используются в качестве двоичных сигналов, которые в конечном счете служат для выполнения логических операций. [4]

С определенной концентрацией конкретного биохимического продукта в биохимическом пути биокомпьютера или над ним определен сигнал, который является либо 1, либо 0. Концентрация ниже этого уровня указывает на другой, оставшийся сигнал. Используя этот метод в качестве вычислительного анализа, биохимические компьютеры могут выполнять логические операции, в которых соответствующий двоичный выход будет происходить только при определенных логических ограничениях на начальные условия. Другими словами, соответствующий двоичный вывод является логически выведенным из набора начальных условий, которые служат в качестве предпосылок, из которых можно сделать логический вывод. Кроме этих типов логических операций, биокомпьютеры также продемонстрировали другие функциональные возможности, такие как математические вычисления. Один такой пример был предоставлен WL Ditto,[4]

Это лишь некоторые из примечательных применений, которые биокомпьютеры уже созданы для выполнения, а возможности биокомпьютеров становятся все более изощренными. Из-за наличия и потенциальной экономической эффективности, связанной с производством биомолекул и биокомпьютеров, как отмечалось выше, продвижение технологии биокомпьютеров является популярным, быстро растущим объектом исследований, который, вероятно, достигнет значительного прогресса в будущем.

В марте 2013 года группа биоинженеров из Стэнфордского университета во главе с Дрю Энди объявила, что они создали биологический эквивалент транзистора, который они назвали «транскриптором». Изобретение было окончательным из трех компонентов, необходимых для создания полностью функционального компьютера: хранения данных, передачи информации и базовой системы логики.

Было разработано множество примеров простых биокомпьютеров, но возможности этих биокомпьютеров очень ограничены по сравнению с коммерчески доступными небио-компьютерами. Таки образом, считается, что биокомпьютеры обладают большим потенциалом, но это еще предстоит продемонстрировать.

4.2. Квантовые компьютеры

Квантовые вычисления - это область исследования, направленная на разработку компьютерной технологии, основанной на принципах квантовой теории, которая объясняет природу и поведение энергии и материи на квантовом (атомном и субатомном) уровне.

Вместо того, чтобы хранить информацию, используя биты, представленные 0 или 1, как это делают обычные цифровые компьютеры, квантовые компьютеры используют квантовые биты или кубиты для кодирования информации как 0s, 1s или оба одновременно. Эта суперпозиция состояний - наряду с другими квантовыми механическими явлениями запутывания и туннелирования - позволяет квантовым компьютерам одновременно манипулировать огромными комбинациями состояний.

По состоянию на 2018 год развитие реальных квантовых компьютеров все еще находится в зачаточном состоянии, но были проведены эксперименты, в которых квантовые вычислительные операции выполнялись на очень небольшом числе квантовых бит. [6] Практические и теоретические исследования продолжаются, и многие национальные правительства и военные агентства финансируют исследования в области квантовых вычислений в дополнительных усилиях по разработке квантовых компьютеров для гражданских, деловых, торговых, экологических и национальных целей безопасности, таких как криптоанализ. [7] Существует небольшой 20-кубитный квантовый компьютер и доступен для экспериментов через проект IBM Quantum Experience. D-Wave Systemsразрабатывает собственную версию квантового компьютера, который использует отжиг.

4.3. Нейрокомпьютеры

Нейрокомпьютер — устройство переработки информации на основе принципов работы естественных нейронных систем

В отличие от цифровых систем, представляющих собой комбинации процессорных и запоминающих блоков, нейропроцессоры содержат память, распределённую в связях между очень простыми процессорами, которые часто могут быть описаны как формальные нейроны или блоки из однотипных формальных нейронов. Тем самым основная нагрузка на выполнение конкретных функций процессорами ложится на архитектуру системы, детали которой в свою очередь определяются межнейронными связями.

Многолетние усилия многих исследовательских групп привели к тому, что к настоящему моменту накоплено большое число различных «правил обучения» и архитектур нейронных сетей, их аппаратных реализаций и приёмов использования нейронных сетей для решения прикладных задач.

Примерами нейрокомпьютеров являются нейрокомпьютер Synapse (Siemens, Германия), процессор NeuroMatrix.

В нейрокомпьютинге постепенно созревает новое направление, основанное на соединении биологических нейронов с электронными элементами. По аналогии с Software (программное обеспечение) и Hardware (электронное аппаратное обеспечение), эти разработки получили наименование Wetware.

Компьютер wetware представляет собой органический компьютер (который также может быть известен как искусственный органический мозг или нейрокомпьютер), состоящий из органического материала, такого как живые нейроны.

Компьютер wetware, состоящий из нейронов, является идеальной концепцией, поскольку, в отличие от обычных материалов, которые работают в двоичном (вкл/выкл), нейрон может перемещаться между тысячами состояний, постоянно изменяя свою химическую конформацию и перенаправляя электрические импульсы через более 200 000 каналов.

Создание и работа таких компьютеров все-таки остается более гипотетической и находится на предварительном этапе своего развития и становления.

4.4. Оптические компьютеры

Оптический компьютер (также называемый фотонным компьютером) - это устройство, которое использует фотоны в лучах видимого света или инфракрасных (ИК) пучков вместо электрического тока для выполнения цифровых вычислений. Электрический ток течет всего лишь на 10 процентов от скорости света. Это ограничивает скорость обмена данными на большие расстояния и является одним из факторов, которые привели к эволюции оптического волокна. Используя некоторые из преимуществ ИК-сетей может быть когда-нибудь будет разработан компьютер, который может выполнять операции в 10 или более раз быстрее, чем обычный электронный компьютер [15].

Оптический компьютер разделен на электрические и фотонные секции, с машинным кодом, переведенным на лазерные импульсы. Затем фотоны переходят в фотонный процессор, где взаимодействуют лазерные импульсы, что позволяет выполнять логические операции, подобные тем, которые выполняются на традиционных компьютерах. После этого лазерные лучи покидают процессор и возвращаются к электрической части компьютера, где оптическая информация преобразуется обратно в электрическую информацию, становясь доступной пользователю.

Считается, что уникальный оптический компьютер обладает огромными преимуществами по сравнению с традиционными компьютерами, открывая новые двери в отношении использования вычислительной мощности и энергии.

Можно отметить, что компьютерные ученые во всем мире уже много лет работают над концепцией фотонных компьютеров, но не смогли принести ощутимые результаты по целому ряду причин, в том числе нелинейный процесс, в котором должны взаимодействовать несколько сигналов, слабость света волны по сравнению с электромагнитными и другие технические проблемы.

Заключение

Стремительное становление области компьютерных технологий и в частности самого персонального компьютера обусловлено его всеобщим проникновением во все общественные области жизни, следовательно, неудивительно, что уже через лет 20 персональный компьютер будет абсолютно другим - научится вычислять в несколько сотен раз быстрее теперешних современников, потреблять малое количество электроэнергии, и, наконец, может уместиться на человеческой ладони.

В ходе выполнения работы были рассмотрены актуальные на сегодня тенденции развития персональных компьютеров, технологий, каковые могут стать реальностью уже совсем скоро. Также была изучена краткая история появления компьютера, возникновение персонального компьютера, его использование в современном мире и место в общественной сфере.

За несколько десятилетий персональные компьютеры от электронных «счетных машинок» перешли в разряд повседневно используемого оборудования.

В ближайшем будущем первые пять производителей будут регулировать приблизительно 69% мирового рынка персональных компьютеров, что может свидетельствовать о высокой концентрации рынка.

Среди производителей процессоров для персональных компьютеров отдельно можно выделить Intel, AMD. Конкуренция между этими масштабными гигантами продолжиться и в будущем.

Среди компьютерных технологий по созданию нового типа персонального компьютера можно выделить: нейрокомпьютеринг, квантовые технологии, оптические технологии или фотонные, биокомпьютеринг.

Таким образом, цель, поставленная в работе, была достигнута, а именно были рассмотрены будущие перспективы развития персональных компьютеров.

Список литературы

Апокин И. А., Майстров Л. Е. История вычислительной техники. М.: Наука, 1990.
Гавриченков И. Обзор процессоров – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://3dnews.ru/954174
Додд, А.З. Мир телекоммуникаций. Обзор технологий и отрасли [Текст] / А.З. Додд. - М.:Олимп-Бизнес, 2005. - 400 с.
Долгоруков А. Российско-американская торговля обретает надежную основу. // Российские вести. –2007.
Ковтанюк Ю.С. Библия пользователя ПК. — М.: «Диалектика», 2007.
Кожемяко А. Процессоры Intel – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.ixbt.com/cpu/intel-2011-2066-1709.shtml
Кузнецов Е. Ю., Осман В. М. Персональные компьютеры и программируемые микрокалькуляторы: Учеб. пособие для ВТУЗов - М.: Высш. шк. -1991.
Пасько В. Самоучитель работы на персональном компьютере, шестое издание. - М., 2004. - с. 218.
Персональный компьютер фирмы IBM и операционная система MS DOS: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1991.
Плесовских Г.А. Развитие процессоров и их роль в жизни пк сегодня // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XXXV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 6(35)
Поначугин А.В. Создание и перспективы открытых аппаратно-программных систем сетевого управления технологическими процессами / Информационные технологии в организации единого образовательного пространства (сборник статей по материалам Международной научно-практической конференции преподавателей, студентов, аспирантов, соискателей и специалистов). Кафедра Прикладной информатики и информационных технологий в образовании. Н.Новгород: Мининский университет, 2015. – С.75–79.
Процессоры AMD – [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.amd.com
Процессоры Intel – [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.paygid.ru
Рыбакова А.С., Поначугин А.В. Информационные технологии: проблемы их внедрения, достоинства, недостатки // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. – 2014. – № 11-2. – С.24–27.
Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — 1504 с.
Степаненко О.С. Персональный компьютер, учебный курс, 2-е издание. - СПб.: Компьютерное изд-во "Диалектика", 2000. - с. 195.
Степурин А.В. Самоучитель работы на персональном компьютере (ПК). Краткое руководство. – Гатчина: Издательский дом "Вильямс", 2006.
Суханова Н.Т. Теоретические основы информатики. Учеб. Пособие для студентов высш. пед. учеб. заведений: М-во образования Рос. Федерации, Мурманский гос. Пед. Университет, Мурманск, 2004, 128 с.
Филатов К. Иностранные инвестиции в экономику России // Статистическое обозрение 2008. - № 2.
Ходаковский К. Новости Hardware – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://dilios.ru/processor/novinki-processorov.html
Хомоненко А.Д. Основы современных компьютерных технологий: Учебник / Под ред. проф., - СПб.: КОРОНА принт, 2005. - 223 с.
Шафрин Ю.А. IBM PC.Учебник. – М., 2002.
Энциклопедия Британника – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.britannica.com/technology/computer/History-of-computing#ref724505

Яшин, В.Н. Информатика. Аппаратные средства персонального компьютера / [Текст]. - М: Инфра-М, 2