Есть ли пределы развития и миниатюризации компьютеров?”

Министерство образования Российской Федерации

Уральский государственный

технический университет - УПИ

Факультет экономики и управления

Кафедра анализа систем и принятия решений

Специальность “Прикладная информатика в экономике”

 РЕФЕРАТ

По курсу концепций современного естествознания

 на тему

 “Есть ли пределы развития и миниатюризации

компьютеров?”

Студент  Озорнин П.Н. (группа И-154)

 Преподаватель

 доцент, кандидат техн. наук Глазырина Л.Н.

 

Екатеринбург

2001

 

Содержание

Введение...........................................................с.3

Глава 1 . История развития и перспективы

молекулярной электроники

1.1 “Прошлое” молекулярной

схемотехники.......................................с.5

1.2 Существующие научные разработки

молекулярных компьютеров..............c.6

1.3    Абстракционное “конструирование”

молекулярного компьютера................с.7

1.4 Есть ли у молекулярных компьютеров

будущее?...............................................с.10

Глава 2 . Квантовые компьютеры – миф

или грядущая реальность ?

2.1 История развития теории квантовых

вычислительных устройств................с.12

2.2      Производство квантовых компьютеров:технологические

трудности и перспективы...................с.14

        a) Предел первый быстродействие........с.15

b) Предел второй : память......................с.16

        c) Перспективы развития квантовых ЭВМ.................................................................с.17

Заключение.....................................................с.19

Библиография.................................................с.21

Введение

 

Научный прогресс движется

преувеличенными ожиданиями

Жюль Верн

Прогноз - дело неблагодарное. Эта набившая оскомину прописная истина со временем не становится менее актуальной. Наоборот - с течением времени она подтверждается многократно. Да, прогноз - дело неблагодарное, но очень любопытное. Всегда интересно хоть краешком глаза заглянуть на несколько лет вперед и посмотреть, какое оно, будущее. Всевозможные предсказатели существовали на всем протяжении человеческой цивилизации. Кто-то предсказывал будущее по снам, кто-то - по картам таро, кто-то - по звездам. Наиболее известный из оракулов - Нострадамус - облекал свои предсказания в стихотворные формы, известные нам как "Центурии".
Прогнозы делаются и сейчас. В основном политические, реже - экономические. И уж совсем редко - технологические.
Информационные технологии за последнее десятилетие в своем развитии сделали такой гигантский скачок вперед, что предсказать, каким будет, например, персональный компьютер лет через пять, мало кто решится.

Стремительный прогресс в развитии компьютерной техники за последние десятилетия невольно заставляет задуматься о будущем компьютеров. Останутся ли они прежними или изменятся до неузнаваемости? Сегодня много говорят о том, что традиционные полупроводниковые ЭВМ скоро себя исчерпают. Ожидается, что уже через 5–10 лет их вытеснят более мощные молекулярные, квантовые, биологические и другие весьма экзотические вычислительные устройства.

До каких пор будут уменьшаться размеры вычислительных устройств и возрастать их быстродействие? Уже более тридцати лет развитие компьютеров подчиняется эмпирическому закону, сформулированному Гордоном Муром в 1965 году, согласно которому плотность транзисторов на микросхеме будет ежегодно удваиваться. Правда со временем практика микроэлектронного устройства внесла в него небольшую поправку : сегодня считается, что удвоение числа транзисторов происходит каждые 18 месяцев. С каждым годом следовать “закону Мура” становится все труднее, поэтому его близкий конец предсказывался уже неоднократно. Однако человеческий гений и изобретательность находят все новые оригинальные выходы из технологических и производственных сложностей, встающих на пути безудержной “компьютерной гонки”.И все же прогресс вычислительной техники не может продолжаться вечно, рано или поздно мы наткнемся на предел, обусловленный как законами природы, так и экономическими законами.

Вот почему сегодня специалисты в разных областях науки и техники ищут альтернативные пути дальнейшего развития микроэлектроники.

Каков же будет самый последний, самый мощный, ”предельный” компьютер? Вряд ли сегодня можно со стопроцентной уверенностью сказать, как именно он будет устроен, поэтому неудивительно то, что вопрос о будущем электронных вычислительных устройств и , в частности, компьютеров до сих пор остается открытым.

Поэтому целью данной работы является выяснение вопроса о дальнейших возможностях и путях развития ЭВМ .

В соответствии с поставленной целью, задачами данной работы являются :

1) Анализ ведущих из существующих на сегодняшний день теорий (концепций) вычислительных устройств (компьютеров в частности) в совокупности с кратким экскурсом в историю их развитию, что, на наш взгляд, необходимо для составления детальных представлений о задачах, проблемах и методах их решений в данной теории и тесно связано с возможными вариантами прогресса компьютерной техники на базе данной теории .

 

2) Прогноз возможных путей развития ЭВМ на основе рассмотренных теорий.

Актуальность вышеобозначенной темы бесспорна : войдя в жизнь человеческого общества, компьютеры взяли на себя огромный круг задач – начиная от простейших алгебраических вычислений и кончая организацией процессов биржевой деятельности, международных телеконференций, моделированием сложных физических, химических, технологических процессов, мультимедийными и виртуальными развлечениями, наконец. Именно благодаря ЭВМ человечество вышло в космос, открыв себе дорогу к освоению огромных космических пространств, сотен планет и миров. Во многом благодаря компьютерной технике стало возможным появление и развитие таких современных наукоемких отраслей как молекулярная биология, генная инженерия, квантовая физика и др., стала возможным обширная интеграция накопленных научных знаний.  И это, бесспорно, не предел. Вопрос лишь в том, какие еще функции сможет взять на себя ЭВМ и как скоро это произойдет. В рамках данной работы мы и попытаемся ответить на данный вопрос, рассмотрев перпективы развития ЭВМ в рамках двух ведущих научных концепций – квантовой механики и молекулярной электроники (молетроники).

Глава 1

История развития и перспективы молекулярной электроники

1.1 “Прошлое” молекулярной схемотехники

Впервые теория использования органической молекулы в качестве элементной базы микроэлектроники возникла в 1974 году, когда ведущие инженеры фирмы IBM А.Авирам и М.Ратнер предложили модель выпрямителя (диода), состоящего из одной органической молекулы. Две половинки этой молекулы обладают противоположными свойствами по отношению к электрону : одна может только отдавать электрон (донор), а другая – только принимать (акцептор). Если поместить такую ассиметричную молекулу между двумя металлическими электродами, то вся система будет проводить ток только в одном направлении .

Предложения Авирама и Ратнера о создании молекулярных систем с направленной электронной проводимостью инициировали экспериментальные работы по синтезу и изучению свойств таких молекул. Выдвигались также идеи создания на их основе аналога полупроводникового транзистора за счет внедрения между донорной и акцепторной частями молекулы дополнительной управляющей молекулярной группировки (затвора), свойства которого могут быть изменены каким-либо воздействием (подачей напряжения, освещением и т.п.). Если соединить два таких транзистора, получится аналог полупроводникового триггера (или вентиля) – устройства, которое может переключаться между двумя устойчивыми состояниями, выполняющими роль логического “0” и “1”.А это, по сути, базовый элемент любого компьютера, работающего по принципу бинарной (двоичной) логики.

Следующим важным шагом в развитии молекулярной схемотехники стал отказ от простого копирования полупроводниковых схем с заменой в них обычных транзисторов на молекулярные. Дело в том, что существует множество как природных, так и синтезированных человеком молекул, которые сами по себе могут служить логическими элементами. Их разделяют на два типа. К первому относятся молекулы, обладающие двумя устойчивыми состояниями, которым можно приписать значения “0” и “1”. Научившись переключать их из одного состояния в другое с помощью внешних воздействий, мы фактически получим уже готовый вентиль. Молекулы второго типа содержат фрагменты, способные выполнять роль упомянутых выше управляющих группировок. Одна такая молекула может работать как логически активный элемент НЕ-И,НЕ-ИЛИ и т.д. На основе уникальных свойств органических молекул уже сегодня разработано множество вариантов схем для гипотетического молекулярного компьютера.