Тенденции развития компьютерных технологий

Тенденция 1

Закон Мура и миниатюризация

В 1965 году Гордон Мур заметил: число транзисторов на кристалле микросхемы удваивается примерно каждые два года. Это наблюдение за производством, а не закон природы — и никого ни к чему не обязывает.

Работает оно за счёт миниатюризации: элементы микросхем измеряют нанометрами, и на кристалле прежнего размера их помещается всё больше.

Тенденция 2

Частота остановилась — развитие пошло вширь

До середины 2000-х процессоры ускоряли ростом тактовой частоты. Потом рост прекратился: на высокой частоте процессор выделяет столько тепла, что его нечем отвести.

Выход нашли не в скорости одного вычислителя, а в их количестве: несколько ядер вместо одного быстрого.

Параллельные вычисления

Делим задачу на независимые части

Если работу можно разбить на части, которые не зависят друг от друга, их считают одновременно на разных ядрах — и общее время падает во столько раз, сколько ядер.

Параллельные вычисления · счёт

Предел ускорения задаёт последовательная часть

Считаем так: 20 + 80 / 4 = 40 с. Последовательные 20 секунд не ускоряются никогда.

Многопроцессорные системы

Ядро, процессор, узел

Ядро — самостоятельный вычислитель внутри процессора. Четыре ядра выполняют четыре потока команд одновременно.

Многопроцессорная система — несколько процессоров в одной машине, работающих с общей оперативной памятью.

Кластер — много отдельных машин («узлов»), соединённых быстрой сетью. Общей памяти у них нет, они обмениваются сообщениями.

Суперкомпьютеры

Мощность берут количеством

Суперкомпьютер — это тысячи узлов, занятых одной задачей. Частота ядер у него обычная: выигрыш даёт масштаб, а не скорость одного вычислителя.

Производительность меряют во флопсах — операциях с плавающей точкой в секунду. 1 Тфлопс = 1000 Гфлопс. Самые мощные машины мира сводят в список Top500.

Задачи: прогноз погоды, прочность конструкций, разработка лекарств, климат — то, что иначе считалось бы годами.

Другой край шкалы

Микроконтроллеры

Целый компьютер на одном кристалле: процессор, память и выводы для датчиков и моторов. Программа записана в него заранее, монитор и клавиатура ему не нужны.

Их выпускают миллиардами штук в год — их вокруг гораздо больше, чем «настоящих» компьютеров.

Роботизированные производства

Точность и повторяемость, а не сообразительность

Промышленный робот — обычно манипулятор, «рука» на неподвижном основании. Он выполняет заранее написанную программу: сварка, окраска, перенос тяжестей, сборка.

Его преимущество не в уме, а в том, что он делает одну и ту же операцию тысячи раз одинаково и работает там, где человеку вредно.

Практикум · пять уроков вперёд

Собираем реферат

Вам назовут номер варианта: в файле «Вариант NN.docx» — сырой текст реферата, тема у каждого своя. Пять уроков подряд мы приводим его к виду, который требуют на конференции.

• Сегодня — общий вид документа и титульный лист.
• Урок 3 — заголовки стилями, содержание, номера страниц.
• Урок 4 — рисунки с подписями, папка проекта, PDF.
• Урок 5 — списки, таблицы, приложения.
• Урок 6 — список источников и лицензии.

Главное на сегодня

Положение задаёт Word, а не пробелы

В заготовке титульный лист «выровнен» пробелами, а страница закончена пачкой пустых строк. Выглядит похоже на правду — ровно до первой правки.

Открывайте свой вариант и страницу практикума.

Если осталось время

Тренажёр по теме

Пятнадцать заданий: пять о тенденциях, пять о параллельных вычислениях, суперкомпьютерах, микроконтроллерах и роботах, пять — на счёт. Не успели на уроке — он же домашнее задание.