Доклад по теме компьютеры пятого поколения

На пороге пятого поколения вычислительной техники: какие изменения ждут завтрашние ПК

Любой учебник информатики начинается с перечисления поколений вычислительной техники. ЭВМ первого поколения были основаны на электронных лампах. Их сменили вычислительные машины второго поколения, сделанные из транзисторов. Интегральные микросхемы позволили построить компьютеры третьего, а микропроцессоры — четвёртого поколения. На этом компьютерная история неожиданно обрывается, а мы зависаем в странной атемпоральности, где ничего не происходит. Прошло три с лишним десятилетия, но пятое поколение так и не наступило.

Это особенно странно на фоне того, что происходит в последнее время. Положение вещей в компьютерной индустрии меняется быстрее и значительнее, чем когда-либо в прошлом. Привычные способы классификации вычислительных устройств постепенно утрачивают связь с реальностью. Даже незыблемость позиций Microsoft или Intel начала вызывать сомнения.

У меня есть гипотеза, объясняющая, что случилось. Тридцать лет четвёртого поколения усыпили нашу бдительность. В действительности мы стоим на пороге пятого поколения и не замечаем этого — отвыкли.

Самый очевидный признак смены поколений — иная элементная база — подвёл нас. В этот раз элементная база не изменится. Впрочем, она никогда не была единственным признаком, отличающим одно поколение от другого. Есть и другие.

В вычислительных устройствах, появляющихся в последние годы, прослеживаются общие черты, совершенно нехарактерные для компьютеров последних тридцати лет. Другие приоритеты, другой подход к безопасности, другой подход к интерфейсам, другой подход к многозадачности, другой подход к приложениям, другое всё.

Доклад по теме компьютеры пятого поколения

Разработка следующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных повышений интеграции ,использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография). Развитие идет также по пути «интеллектуализации» компьютеров, устранения барьера между человеком и компьютером будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного теста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой.

В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний.

Архитектура компьютеров будущего поколения будет содержать два основных блока. Один из них — это традиционный компьютер, но теперь он лишен связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок, так называемый интеллектуальный интерфейс. Его задача — понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в рабочую программу для компьютера.

Будет также решаться проблема децентрализации вычислений с помощью компьютерных сетей, как больших, находящих на значительном расстоянии друг от друга, так и миниатюрных компьютеров, размещенных на одном кристалле полупроводника.

Подписи к слайдам:

Компьютеры 5-ого поколения.

Компьютеры 5 поколения — поколение компьютеров после четвёртого поколения, построенные на сверхбольших интегральных схемах, считалось , что пятое поколение станет базой для создания устройств, способных к имитации мышления. Широкомасштабная правительственная программа в Японии по развитию компьютерной индустрии и искусственного интеллекта была предпринята в 1980-е годы. Целью программы было создание «эпохального компьютера» с производительностью суперкомпьютера и мощными функциями искусственного интеллекта . Начало разработок — 1982. К онец разработок — 1992. С тоимость разработок — 57 млрд. ¥ (порядка 500 млн. $). Программа закончилась провалом.

Главные направления исследований были следующими: 1)Технологии логических заключений (inference) для обработки знаний. 2)Технологии для работы со сверхбольшими базами данных и базами знаний. 3)Рабочие станции с высокой производительностью. 4)Компьютерные технологии с распределёнными функциями. 5)Суперкомпьютеры для научных вычислений

Компьютер с параллельными процессорами, работающим с данными, хранящимися в обширной базе данных, а не в файловой системе. При этом, доступ к данным должен был осуществляться с помощью языка логического программирования. Ход разработок представлялся так, что компьютерный интеллект, набирая мощность, начинает изменять сам себя.

Д олжны были быть решены следующие задачи: 1) печатная машинка, работающая под диктовку, которая сразу устранила бы проблему ввода иероглифического текста, которая в то время стояла в Японии очень остро 2) автоматический портативный переводчик с языка на язык (разумеется, непосредственно с голоса), который сразу бы устранил языковой барьер японских предпринимателей на международной арене 3) автоматическое реферирование статей, поиск смысла и категоризация 4) другие задачи распознавания образов — поиск характерных признаков, дешифровка, анализ дефектов и т. п.

П рограмму предполагалось реализовать за 11 лет : 3 года для начальных исследований и разработок, 4 года для построения отдельных подсистем, 4 года для завершения всей прототипной системы. В 1982 правительство Японии решило дополнительно поддержать проект и основало Институт компьютерной технологии нового поколения (ICOT), объединив для этого инвестиции различных японских компьютерных фирм.

С ледующие 10 ле т проект «компьютеров 5 поколения» стал испытывать ряд трудностей разного типа. 1 проблема- язык Пролог , выбранный за основу проекта, не поддерживал параллельных вычислений , пришлось разрабатывать собственный язык. Б ыло предложено несколько языков , которые обладали собственными ограничениями. 2 проблема возникла с производительностью процессоров . Т ехнологии 80-х годов быстро перескочили барьеры « очевидные» и непреодолимые. Р абочие станции успешно достигли и даже превзошли требуемые мощности, но появились коммерческие компьютеры, которые были ещё мощнее.

П роект « Компьютеры 5 поколения» был ошибочным с точки зрения технологии производства программного обеспечения . Ещё до начала разработки этого проекта фирма Xerox разработала экспериментальный графический интерфейс (GUI). А позднее появился Интернет , возникла новая концепция распределения и хранения данных. Надежды на развитие логического программирования в проекте «Компьютеры 5 поколения», оказались иллюзорными . Идея саморазвития системы, была непродуктивной — система, переходя через определённую точку, скатывалась в состояние потери надёжности и утраты цельности , резко «глупела» и становилась неадекватной .

Пятое поколение. Перспективы развития ЭВМ

Сейчас ведутся интенсивные разработки ЭВМ V поколения. Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).

Ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработке всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с 1 по 4 поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ 5 поколения является:

1. Создание развитого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов);
2. Развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта;
3. Создание новых технологий в производстве вычислительной техники;
4. Создание новых архитектур компьютеров и вычислительных комплексов.

Новые технические возможности вычислительной техники должны были расширить круг решаемых задач и позволить перейти к задачам создания искусственного интеллекта. В качестве одной из необходимых для создания искусственного интеллекта составляющих являются базы знаний (базы данных) по различным направлениям науки и техники. Для создания и использования баз данных требуется высокое быстродействие вычислительной системы и большой объем памяти. Универсальные компьютеры способны производить высокоскоростные вычисления, но не пригодны для выполнения с высокой скоростью операций сравнения и сортировки больших объемов записей, хранящихся обычно на магнитных дисках. Для создания программ, обеспечивающих заполнение, обновление баз данных и работу с ними, были созданы специальные объектно-ориентированные и логические языки программирования, обеспечивающие наибольшие возможности по сравнению с обычными процедурными языками. Структура этих языков требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта.

Однако мощности будут продолжать расти. Это необходимо для решения глобальных задач, таких как расчет аэродинамики автомобилей и свойств разнообразных наноструктур, ЗD-моделирование. ЭВМ, имеющие максимальную производительность, называются суперкомпьютерами. Сверхмощные компьютеры также относят к 5 поколения компьютеров.

Вот рейтинг компьютеров, начиная с 1993 г. по настоящее время:

· CM-5 (Thinking Machines , июнь 1993 — ноябрь 1993);
· Numerical Wind Tunnel (Fujitsu , ноябрь 1993 — июнь 1994);
· Paragon XP/S140 (Intel , июнь 1994 — ноябрь 1994);
· Numerical Wind Tunnel (Fujitsu , ноябрь 1994 — июнь 1996);
· SR2201 (Hitachi , июнь 1996 — ноябрь 1996);
· CP-PACS (Hitachi , ноябрь 1996 — июнь 1997);
· ASCI Red (Intel , июнь 1997 — ноябрь 2000);
· ASCI White (IBM , ноябрь 2000 — июнь 2002);
· Earth Simulator (NEC , июнь 2002 — ноябрь 2004);
· Blue Gene/L (IBM , ноябрь 2004 — июнь 2008)ж
· Roadrunner (IBM , июнь 2008 — ноябрь 2009);
· Jaguar (Cray, ноябрь 2009 — ноябрь 2010);
· Тяньхэ-1А (Китайский национальный университет оборонных технологий, ноябрь 2010 — июнь 2011);
· K computer (Fujitsu , июнь 2011 — июнь 2012);
· Sequoia — Blue Gene/Q (IBM, июнь 2012 года — ноябрь 2012);
· Titan (Cray, ноябрь 2012);

Titan — массово-параллельный суперкомпьютер, построенный на платформе Cray XK7 с гибридной архитектурой (см. рис. 14 приложение 6). Помимо 16-ядерных процессоров AMD Opteron 6274 в каждый из 18.688 узлов суперкомпьютерной системы установлен графический процессор общего назначения NVIDIA Tesla K20x (архитектура Kepler) (см. рис. 15 приложение 6). Таким образом, общее число ядер компьютера составляет 299008. Его мощность составляет 9 МВт, оперативная память710 ТБ (598 ТБ подключено к ЦПУ и 112 ТБ к Tesla), а запоминающее устройство10 Петабайт. Производительность Titana ~20 петафлопс (Flops — внесистемная единица, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система). Компилятор, специально разработанный для Titanа, автоматически распараллеливает исполнение кода между центральным и графическим процессорам. Сам суперкомпьютер занимает пространство, равное 404 кв. м.

Большие эвм (mainframe)

Данные ЭВМ представляют собой многопользовательские машины с центральной обработкой, с большими возможностями для работы с базами данных, с различными формами удаленного доступа. Казалось, что с появлением быстропрогрессирующих персональных ЭВМ большие ЭВМ обречены на вымирание. Однако, они продолжают развиваться и выпуск их снова стал увеличиваться, хотя их доля в общем парке постоянно снижается. По оценкам IBМ, около половины всего объема данных в информационных системах мира должно храниться именно на больших машинах. Новое их поколение предназначено для использования в сетях в качестве крупных серверов. Большими ЭВМ комплектуются ведомственные, территориальные и региональные вычислительные центры. В России основными потребителями являются государственные организации и крупные компании федерального уровня, такие, как РЖД (система резервирования мест и продажи билетов) или АвтоВАЗ. В свое время мейнфреймы были единственной вычислительной платформой, способной обслуживать предприятия такого масштаба, и эта платформа активно развивалась. За рубежом мейнфрейм считается классическим решением для определенного круга задач, например, в финансовой сфере.

Средние ЭВМ

Средние ЭВМ используются для управления сложными технологическими производственными процессами, ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов, рабочих станций для работы с графикой. Существуют специальные ЭВМ, предназначенные в первую очередь для работы в финансовых структурах. В этих машинах особое внимание уделяется сохранности и безопасности данных.

Персональные ЭВМ

Персональные и профессиональные ЭВМ, позволяют удовлетворять индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ также строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня.

Встраиваемые микропроцессоры

Эти устройства, универсальные по характеру применения, могут встраиваться в отдельные машины, объекты, системы. Они находят все большее применение в бытовой технике (сотовых телефонах, телевизорах, музыкальных центрах, микроволновых печах и т.д.), в городском хозяйстве (энерго-, тепло- , водоснабжении, регулировке движения транспорта и т.д.), на производстве (робототехнике, управлении технологическими процессами)

Введение

Любой учебник информатики начинается с перечисления поколений вычислительной техники. ЭВМ первого поколения были основаны на электронных лампах. Их сменили вычислительные машины второго поколения, сделанные из транзисторов. Интегральные микросхемы позволили построить компьютеры третьего, а микропроцессоры — четвёртого поколения. На этом компьютерная история неожиданно обрывается, а мы зависаем в странной реальности, где ничего не происходит. Прошло три с лишним десятилетия, но пятое поколение так и не наступило, хотя имелись неплохие перспективы.

Переход к компьютерам пятого поколения предполагал переход к новым архитектурам, ориентированным на создание искусственного интеллекта.

ЭВМ 5-го поколения должна была иметь развитую периферийную систему, различать звуковую, зрительную, сенсорную информацию и обрабатывать её по законам деятельности человеческого мозга. Для перехода к таким ЭВМ было определено требование к новой технологической базе и ставились совершенно другие задачи, нежели при разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие цели, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины, развитие «интеллектуализации» компьютеров — устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры должны были способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволило бы общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальными знаниями в этой области. ЭВМ должен был стать помощником человека во всех областях.

Основные требования к компьютерам 5-го поколения:

1) Создание развитого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов);
2) Развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта;
3) Создание новых технологий в производстве вычислительной техники;
4) Создание новых архитектур компьютеров и вычислительных комплексов.

Для этого требовалось высокое быстродействие вычислительной системы и большой объем памяти. Универсальные компьютеры производили высокоскоростные вычисления, но не были пригодны для выполнения данных операций сравнения и сортировки больших объемов записей, хранящихся обычно на магнитных дисках. Были созданы специальные логические языки программирования, обеспечивающие наибольшие возможности по сравнению с обычными процедурными языками.

Первые суперкомпьютеры появились уже среди компьютеров второго поколения (1955 — 1964). Они были предназначены для решения сложных задач, требовавших высокой скорости вычислений. Это LARC фирмы UNIVAC, Stretch фирмы IBM и «CDC-6600» фирмы Control Data Corporation, в них были применены методы параллельной обработки (увеличивающие число операций, выполняемых в единицу времени), конвейеризация команд (когда во время выполнения одной команды вторая считывается из памяти и готовится к выполнению). Компьютеры, выполняющие параллельно несколько программ при помощи нескольких микропроцессоров, получили название мультипроцессорных систем.

Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами — векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и параллельный конвейерный механизм обработки.

ЭВМ пятого поколения — это ЭВМ будущего. Программа разработки, так называемого, пятого поколения ЭВМ была принята в Японии. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки — задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров пятого поколения не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на «почти естественном» языке, что от них требуется.

Компьютеры 5-го поколения стали называть «суперкомпьютерами современности».