Физические ограничения на значения характеристик компьютеров

Физические ограничения на значения характеристик компьютеров

Быстродействие оптических устройств записи и хранения информации

В настоящее время плотность побитовой записи на оптические диски практически достигла своего теоретического предела, связанного с фундаментальными свойствами дифракции света.

Для формирования матрицы сигналов, предназначенной для голографической записи по методу Фурье голографии, используют пространственные модуляторы света (SLM- модуляторы, см. рис.8А). В настоящее время такие модуляторы построены на основе ЖК (жидкокристаллических) систем либо системы микрозеркал. Разрешение таких модуляторов достигает 1280´1024 пикселей, что соответствует

1,3´10 6 бит информации. Частота смены изображения достигает 1000 раз в секунду. Таким образом, при записи голографическим методом возможно уже в настоящее время достигнуть скорости записи порядка 1 Гбит/с при условии наличия соответствующих регистрирующих материалов и лазеров с достаточной мощностью излучения.

При считывании информации излучение лазера фокусируют в область голограммы и восстановленная объектная волна попадает на устройство детектирования, в качестве которого можно использовать CCD или CMOS матрицы (см. рис.8 Б). Считывание можно осуществлять как импульсным, так и непрерывным лазерным излучением, однако в последнем случае для обеспечения достаточной скорости считывания (

1000 в секунду). Длительность его воздействия должна быть не более 1 миллисекунды, что приводит к необходимости использовать достаточно мощные лазеры (

1 Вт). Как и в случае записи скорость считывания для матрицы размером

1,3´10 6 бит составит около 1 Гбита/с.

Таким образом, голографический метод записи открывает возможность создания оптических дисковых устройств, которые по основным характеристикам (плотность записи, скорость считывания, помехозащищенность и др.) существенно превосходят оптические системы с побитовой записью информации.

По мнению Курцвейла, в 2020 г.г. мощность суперкомпьютера сравняется с мощностью человеческого мозга. Компьютеры перестанут существовать, как отдельные объекты — они примут нетрадиционную форму и будут встроены в одежду и повседневные предметы. Виртуальная реальность будет вовлекать не только зрение и слух, а все органы чувств.

В 2020е годы специальные устройства будут проектировать изображения прямо в человеческие глаза, создавая эффект виртуальной реальности. Мобильные телефоны, встроенные в одежду, станут посылать звук прямо в ухо. «Виртуальные ассистенты» будут помогать людям во многих повседневных делах. В частности, они смогут производить мгновенный перевод иностранной речи. Маленькие компьютеры, связанные с интернетом, будут всё теснее интегрироваться в повседневную жизнь.

К 2020 году персональные компьютеры достигнут вычислительной мощности человеческого мозга. В 2020х годах в медицинских целях начнут использовать наномашины. В частности, наноботы смогут доставлять питание к клеткам человека и удалять их отходы. Они также произведут детальное сканирование мозга человека, позволяющее понять детали его работы. К концу десятилетия в промышленности станут широко использоваться нанотехнологии, что приведёт к значительному удешевлению производства всех продуктов.

К 2029 году компьютер сможет пройти Тест Тьюринга, доказывая наличие у него разума в человеческом понимании слова. Это будет достигнуто путём компьютерной симуляции мозга человека.

В 2030е годы наномашины будут вставляться прямо в мозг и осуществлять произвольный ввод и вывод сигналов из клеток мозга. Это приведёт к виртуальной реальности «полного погружения», которая не потребует какого-либо дополнительного оборудования.

В 2040е годы человеческое тело сможет принимать любую форму, образуемую большим числом нанороботов. Внутренние органы будут заменены кибернетическими устройствами гораздо лучшего качества.

В 2045 году вся Земля начнёт превращаться в один гигантский компьютер.

Компьютеры — физические системы, поэтому законы физики определяют, что они могут и чего не могут делать. В частности, скорость, с которой физическое устройство может обрабатывать информацию, ограничивается его энергией, объемом максимально обрабатываемой информации и числом степеней свободы, которым оно располагает. С. Ллойд описывает физические пределы вычислений, определяя их через скорость света с, постоянную планка ħ, и гравитационную постоянную G. В качестве примера, Ллойд рассматривает пределы вычислительных мощностей «совершенного ноутбука» с массой в один килограмм ограниченного объемом в один литр.

За последние полвека, количество информации, которую способны обрабатывать компьютеры и скорость, с которой они делают это, удваивается каждые 18 месяцев. Это явление известно как закон Мура. Недавно возникшее разнообразие технологий и интегральные схемы обеспечили экспоненциальный рост мощности информационной вычислений. Но нет никаких особых причин, по которым Закон Мура будет уместен и далее: это закон человеческой изобретательности, а не природы. В определенный момент закон Мура перестанет выполняться.

Экстраполяция текущих экспоненциальных улучшений на два последующих десятилетия приведет к компьютерам, обрабатывающих информацию в масштабе отдельных атомов. Хотя компьютер, который может обрабатывать за 1 такт 10 23 бит (масштаб числа Авогадро), может и показаться неправдоподобным, прототипы квантовых компьютеров для хранения и обработки информации от отдельных атомов уже были представлены.

Существующие квантовые компьютеры могут быть небольшими и простыми, и способны выполнять лишь несколько сотен операций на менее чем десяти квантовых битов, или "кубитов". Но тот факт, что они работают, демонстрирует всем, что в законах физики нет ничего, что запрещало бы создание компьютера в масштабах числа Авогадро.

Сосредоточимся на определении ограничений, которые могут быть наложены законами физики на вычислительные мощности компьютера. На первый взгляд это может показаться бесполезной задачей: поскольку мы не знаем технологий, по которым будут создаваться компьютеры через 1000, 100 или даже 10 лет. Как тогда мы можем определить физические пределы этих технологий?

| следующая лекция ==>
Голографические системы записи информации | Абсолютные пределы ограничения скорости вычислений

Дата добавления: 2014-01-06 ; Просмотров: 2879 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Книга: Программируя Вселенную. Квантовый компьютер и будущее науки

Физические ограничения вычислений

Физические ограничения вычислений

Если мы знакомы с квантовой механикой и квантовыми вычислениями, то на удивление легко определить, какой объем вычислений может выполнять любая физическая система. Начнем с того, что все физические системы содержат информацию. Рассмотрим электрон, который может быть найден в одном из двух мест, «здесь» или «там». Электрон, который может быть или «здесь», или «там», хранит один бит информации. (Как сказал Рольф Ландауэр, «информация – величина физическая».) Когда электрон перемещается отсюда туда, его бит инвертируется. Другими словами, всякий раз, когда физическая система изменяет свое состояние, – всякий раз, когда что-то происходит, – информация, которую хранила эта система, преобразуется и обрабатывается. (Обработка информации – тоже физический процесс.)

Тем, где могут находиться электроны и как они перемещаются отсюда туда, управляют законы физики. Законы физики определяют, сколько информации может содержать та или иная физическая система и как быстро эта информация может быть обработана. Физика устанавливает окончательный предел мощности компьютеров. В статье «Абсолютные физические пределы вычислений» (Ultimate Physical Limits to Computation) я показал, что вычислительная мощность любой физической системы может быть подсчитана как функция количества доступной системе энергии, вместе с размером этой системы . В качестве примера я применил эти пределы, чтобы определить максимальную вычислительную мощность килограмма вещества, ограниченного литровым объемом. Я представил себе ноутбук, который весит примерно килограмм и занимает примерно литр пространства. Этот портативный компьютер весом в один килограмм и объемом в один литр я назвал «абсолютным ноутбуком». В следующий раз, когда вы решите купить новый ноутбук, сначала сравните его с абсолютным.

Какова мощность абсолютного ноутбука? Первое фундаментальное ограничение вычислительных характеристик связано с энергией. Энергия ограничивает скорость. Например, рассмотрим наш однобитовый электрон, который перемещается отсюда туда. Чем больше энергии у электрона, тем быстрее он может выполнить перемещение и тем быстрее он может инвертировать свой бит.

«Абсолютный ноутбук» – это компьютер массой один килограмм и объемом один литр, где каждая элементарная частица используется для целей вычисления. Абсолютный ноутбук может выполнить десять миллионов миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов (1052) логических операций в секунду с десятью тысячами миллиардов миллиардов миллиардов (1031) битов.

Максимальную частоту, с которой бит может менять свое состояние, определяет одна полезная теорема – теорема Марголюса – Левитина. Норм Марголюс, как уже было отмечено, – один из пионеров физики вычислений; вместе со своим научным руководителем Томмазо Тоффоли из Массачусетского технологического института он показал, что простые физические системы, вроде сталкивающихся друг с другом атомов, могут выполнять универсальные цифровые вычисления. Лев Левитин из Бостонского университета[33] одним из первых стал использовать законы физики для вычисления пропускной способности каналов связи, например оптоволоконных кабелей, для передачи информации. Эти ученые объединили свои усилия и в 1998 г. опубликовали свою теорему .

Теорема Марголюса – Левитина гласит, что максимальная частота, с которой физическая система (электрон, например) может переходить из одного состояния в другое, пропорциональна энергии системы; чем больше доступной энергии, тем меньше времени нужно электрону, чтобы перейди отсюда туда. Эта теорема очень общая. Для нее несущественно, какая система хранит и обрабатывает информацию; важно только, сколько энергии есть в системе, чтобы обрабатывать эту информацию. Рассмотрим, например, атомы и электроны в моем компьютере. Их температура немного выше комнатной. Каждый атом и электрон раскачиваются, и количество энергии, связанной с типичными колебаниями, остается одним и тем же для атома и для электрона. Энергия на одно колебание просто пропорциональна температуре, независимо от того, говорим мы об атоме или об электроне. Следовательно, частота, с которой электрон в компьютере может перемещаться от одного состояния к другому, отсюда туда, или от 0 к 1, – такая же, что и скорость, с которой атом может переходить из одного состояния в другое. Электроны и атомы инвертируют свои биты с одной и той же частотой.

Теорема Марголюса – Левитина дает метод для вычисления максимальной частоты, с которой бит может менять свое состояние. Возьмем количество энергии, доступной для инвертирования бита, умножим ее на 4 и разделим на постоянную Планка. В результате мы получим число возможных инверсий бита за секунду. Применяя эту формулу к атомам и электронам в моем компьютере, мы выясним, что каждый колеблющийся атом и электрон изменяют свое состояние и свой бит примерно 30 трлн (30 х 1012) раз в секунду.

Скорость, с которой атомы и электроны инвертируют свои биты, обычно намного больше, чем скорость, с которой это делает обычный компьютер. Компьютер, на котором я печатаю текст, вкладывает в зарядку и разрядку конденсаторов, которые хранят его биты, в миллиард раз больше энергии, чем используют атомы и электроны на свои колебания и на инверсию своих битов. Но мой компьютер действует в 10 000 раз медленнее атомов. Медлительность моего компьютера не противоречит теореме Марголюса – Левитина. Эта теорема дает только верхний предел того, как быстро может менять свое состояние бит. Бит может делать это медленнее максимальной скорости, допускаемой теоремой. Квантовый компьютер, однако, всегда инвертирует свои биты с максимальной скоростью.

Теорема Марголюса – Левитина устанавливает предел количества элементарных операций (опов), которые может выполнять бит в секунду. Предположим, что мы оставим неизменным количество энергии, доступное для изменения состояния битов, но теперь разделим эту энергию между двумя битами. Каждый из этих двух битов получит половину энергии нашего первоначального бита и сможет работать вдвое медленнее. Но общее количество переходов в секунду останется тем же.

Если разделить количество доступной энергии между десятью битами, то каждый из них будет менять свое состояние в десять раз медленнее, но общее количество переходов в секунду останется тем же. Так же как она безразлична к размерам системы, эта теорема не «заботится» о том, откуда берется доступная энергия. Максимальное количество операций в секунду – это энергия E, умноженная на 4 и деленная на постоянную Планка.

Теорема Марголюса – Левитина позволяет легко вычислить мощность абсолютного ноутбука. Энергию абсолютного ноутбука, доступную для вычисления, можно вычислить с помощью известной формулы Эйнштейна E = mc?, где E – энергия, m – масса ноутбука, а c – скорость света. Введя в эту формулу массу нашего абсолютного компьютера (один килограмм) и скорость света (300 млн м в секунду), мы обнаружим, что у абсолютного ноутбука есть почти 100 миллионов миллиардов (1017) джоулей доступной энергии для выполнения вычислений. Если привести тот же результат в более знакомой форме энергии, у ноутбука есть около 20 млрд (2 х 1013) килокалорий доступной энергии, что эквивалентно 100 млрд шоколадных батончиков. Это очень много энергии.

Другой знакомый нам эквивалент – это количество энергии, высвобождаемой при ядерном взрыве. У абсолютного ноутбука есть двадцать мегатонн (20 млн т в тротиловом эквиваленте) энергии, доступной для вычисления. Это сопоставимо с количеством энергии, высвобождаемой при взрыве большой водородной бомбы. По существу, когда наш абсолютный ноутбук выполняет вычисления на максимальной скорости, используя для изменения состояния битов каждую доступную калорию, изнутри это выглядит как ядерный взрыв. Элементарные частицы, которые хранят и обрабатывают информацию в абсолютном ноутбуке, движутся при температуре в миллиард градусов. Абсолютный ноутбук похож на маленький кусочек Большого взрыва. (Технологии упаковки должны будут совершить серьезный прорыв, прежде чем кто-то захочет положить абсолютный ноутбук к себе на колени.) В итоге количество операций, которое может выполнить наш маленький, но мощный компьютер, составляет огромную величину: миллион миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов (1051) операций в секунду. Компании Intel есть, к чему стремиться.

Здравствуйте, друзья! Преподавая в Академии заработка через интернет, я заметил одну закономерность. Если человек хорошо понимает и умеет анализировать основные характеристики компьютера, на котором он работает, то он намного успешнее, как в обучении, так и в заработке. Я сделал вывод, что человек, который решил обучаться заработку через интернет, должен обязательно понимать, что такое компьютер и как его грамотно использовать для работы.

Давайте разберёмся, каким образом можно посмотреть основные характеристики компьютера, то есть, какова частота процессора, объём оперативной памяти, какая установлена операционная система, какова её разрядность, и как эти знания применить на практике.

Основные характеристики компьютера на практике

Знание и понимание физических возможностей Вашего компьютера даёт понимание, какие программы можно устанавливать на компьютер, а какие не имеет смысла, для каких целей можно использовать сам компьютер, а для каких нужен более мощный.

Как ни странно, но очень часто, даже достаточно опытные пользователи компьютера не могут ответить на простые вопросы, когда речь заходит о так называемом «железе» или системных программах. Мало кто сразу ответит, где можно посмотреть основные характеристики компьютера, даже если он работает на нём уже не один год.

А ведь если Вы решили обучаться заработку через интернет, Вы должны чётко понимать, какой компьютер Вам нужен для бизнеса, какая должна быть в нём установлена операционная система и почему. Какой объём оперативной памяти нужен Вам для корректной работы и на что влияет частота процессора. Вот на все эти вопросы мы с Вами будем отвечать и применять их к практической деятельности.

Какая операционная система у Вас установлена

Самое первое, что нужно Вам знать, это какая операционная система у Вас установлена и какова её разрядность. Это очень важная составляющая любого компьютера. Очень часто новички не совсем понимают, что такое операционная система. Если говорить простыми словами, операционная система (ОС) – это набор программ, которые организуют и связывают работу всех устройств компьютера. Первое, что загружается при включении компьютера – это операционная система. Без неё Ваш компьютер, к сожалению, работать не будет.

В настоящее время в основном используются операционные системы Windows 7 и Windows 10. Я буду всё показывать на примере операционной системы Windows 10.

Итак, чтобы посмотреть основные характеристики компьютера, в частности узнать какая операционная система у Вас установлена, самый простой и быстрый способ, это вызвать контекстное меню рабочего стола (правой кнопкой мыши) и выбрать в появившемся меню «Параметры экрана»

Откроется окно Параметры, в котором можно посмотреть и настроить основные компоненты Windows 10. Но нас пока интересует пункт «О системе».

Мы видим, что установлена операционная система Windows 10.

Это очень важно знать, так как при скачивании программ часто нужно знать, какая разрядность у Вашей операционной системы. У меня, как видим на скриншоте, установлена 64 – разрядная операционная система Windows 10. Это значит, что все новые программы будут прекрасно устанавливаться и работать. Если бы была 32 – разрядная операционная система, было бы сложнее, так как чем новее программа, тем большая вероятность, что она рассчитана на 64 – разрядную операционную систему. Разрядность – это сколько бит памяти операционная система обрабатывает единовременно.

Поэтому программы, которые рассчитаны на 64 – разрядную операционную систему не будут корректно работать, если у Вас установлена 32 – разрядная операционная система. Зная этот факт, вы правильно будете выбирать варианты программ при скачивании и грамотно сможете выбрать компьютер при покупке.

Если Вы покупаете компьютер, как инструмент для заработка через интернет, то нужно обязательно установить современную операционную систему.

На что влияет частота процессора

Далее обратим внимание, что в этом же окне можно посмотреть такую характеристику, как частота процессора.

Процессор — это мозг вашего компьютера. Собственно, в процессоре и происходят все операции. Печатаете ли Вы текст в текстовом редакторе, или пишите программу на языке программирования, или создаёте сайт – всё это выполняется в процессоре.

На что влияет частота процессора? Частота процессора — это количества операций, выполняемых в секунду. И поэтому, именно от этой характеристики зависит, насколько быстро будут выполняться команды и программы на Вашем компьютере.

Процессор intel (R) pentium (R) cpu p6200 2.13 GHz — что это означает. Этот процессор предназначен для ноутбуков и работает на тактовой частоте 2.13ГГц. То есть, переводя на понятный пользователю язык, частота процессора 2.13 ГГц — это приблизительно два миллиарда 130 миллионов операций в секунду. Цифра это приблизительная, но точно отображающая истинную скорость работы процессора. Поэтому, понятно, чем больше частота процессора, тем быстрее работает Ваш компьютер.

Для того, чтобы понять насколько Ваш компьютер соответствует современным требованиям, скопируйте марку процессора посмотрите в интернете. Обратите внимание, что частота процессора должна быть достаточно высокой.

Какая оперативная память Вам нужна

Очень важным устройством, напрямую влияющим на скорость выполнения программ и команд Вашим компьютером, является ОЗУ – оперативное запоминающее устройство. Его ещё называют оперативная память. В современных компьютерах оперативная память не должна быть меньше 4 гигабайт.

Как видим на скриншоте, оперативная память рассматриваемого образца компьютера 4 ГБ. Чтобы представить, что это за объём, можно сравнить с печатными страницами А4, набранными 12 шрифтом. Объём памяти в 4 ГБ вмещает один миллион 950 тысяч страниц такого формата. Этой памяти будет достаточно, если Вы будете работать с документами и даже с графикой, но маловато, например, для обработки видео файлов. Будет немного «тормозить».

Если Вы планируете зарабатывать через интернет, создавая видео ролики и видео фильмы, Вам не подойдёт такой компьютер, который я рассматриваю в качестве образца. У Вашего компьютера оперативная память должна быть минимум 8 ГБ.

В современных компьютерах, даже в ноутбуках, уже устанавливают оперативную память до 8 ГБ.

Все эти характеристики также можно посмотреть, если войти через главное меню в Панель управления.

Откроется окно — Все элементы панели управления.

Выбираем элемент «Система» и переходим в окно Системы нашего компьютера.

Здесь мы тоже видим основные характеристики компьютера. Используйте тот способ, который Вам больше нравится.

Какая нужна видеокарта

Важным устройством, влияющим на качественное воспроизведение изображения, особенно видео, является видеокарта (видеоадаптер). При покупке компьютера обязательно интересуйтесь, видеокарта встроенная или интегрированная. Это очень важно для увеличения скорости воспроизведения изображений, так как встроенная видеокарта использует для работы оперативную память, а интегрированная видеокарта имеет собственную память, то есть не будет занимать оперативную. Чтобы посмотреть какая используется видеокарта, нужно перейти в Диспетчер устройств. Для этого переходим в главное меню, выбираем Служебные – Widows – Панель управления – Диспетчер устройств.

Откроется окно, где Вы можете увидеть все устройства, которые установлены на Вашем компьютере, в том числе и видеоадаптер.

Более подробно понять основные характеристики компьютера можно с помощью программы DXDIAG. Просто наберите DXDIAG через поиск и Вам откроется окно этой диагностической программы.

Здесь уже более подробно расписаны все характеристики видеокарты, которая используется в данном компьютере. Главное, что мы видим, то, что это полнофункциональный видеоадаптер, который имеет 2 гб памяти.

Обязательно выдаётся сообщение о готовности устройства к работе и наличии или отсутствии неполадок.

На блоге есть статьи, в которых даёт интервью Виктор Князев, который много лет занимается обучением техническим основам работы на компьютере. Рекомендую прочитать эти статьи и послушать данное интервью. Обучение компьютерной грамотности, интервью с Виктором Князевым и Компьютер для начинающих, интервью с Виктором Князевым.

Заключение

Итак, я думаю, что данная статья будет полезна всем пользователям компьютера, особенно тем, кто выбрал в качестве дополнительного или основного дохода заработок через интернет. Ведь выбирая один из способов заработка через интернет, Вы осваиваете конкретную методику. Но что бы Вы не выбрали, в качестве основного инструмента используется компьютер.

И Вы должны иметь ясное представление о том, что такое операционная система и на что влияет частота процессора, зачем нужна оперативная память и какая видеокарта увеличит скорость обработки видео файлов. Где можно посмотреть эти основные характеристики компьютера, чтобы по – максимуму использовать его возможности. А если есть желание более детально познакомиться с техническими характеристиками компьютера и научиться профессионально зарабатывать в интернете, приходите к нам в [urlspan]Академию заработка в интернете[/urlspan], кому за 50!

Ссылка на основную публикацию
Фейковая карта visa с деньгами
Getting a valid Visa credit card number Visa credit card number (Bulk Generate Visa Cards) To check if your credit...
Удаленная игра на ps4
Использование приложения (Дистанционное воспроизведение PS4) для управления системой PlayStation®4 с компьютера. При установке этого приложения на ПК или Mac можно...
Удаленное подключение к virtualbox
Содержание статьи Если хоть раз попробуешь установить Linux под VirtualBox’ом, может сложиться впечатление, что это очень простой инструмент. Интерфейс виртуальной...
Фейсбук страница владимира панаева
с 16 по 26 Декабря Поволжское отделение Российской академии художеств Лаврушинский пер., д. 15Москва 15 декабря в 18.00 в Координационном...