Лекция 2 Типы компьютеров План

Рис. 3.1. Закон Мура предсказывает, что количество транзисторов на одной микросхеме увеличивается на 60 % каждый год. Точки на графике — объем памяти в битах
По большому счету, закон Мура — это никакой не закон, а простое эмпирическое наблюдение о том, с какой скоростью физики и инженеры-технологи развивают компьютерные технологии, и предсказание, что с такой скоростью они будут работать и в будущем. Многие специалисты считают, что закон Мура будет действовать еще лет десять, а возможно, и дольше. Другие предсказывают, что довольно скоро разработчики столкнутся с рассеянием энергии, утечками тока и другими проблемами, которые придется каким-то образом решать [Bose, 2004; Kim et al., 2003]. Впрочем, уменьшение транзисторов скоро приведет к тому, что толщина этих устройств уменьшится до нескольких атомов. На этой стадии транзисторы станут слишком малыми для надежной работы или попросту достигнут точки, в которой дальнейшее уменьшение потребует субатомных структурных элементов. Несмотря на все будущие проблемы с законом Мура, на горизонте уже появились перспективные технологии — такие, как квантовые вычисления [Oskin et al., 2002] и углеродные нанотрубки [Heinze et al., 2002].
Возможно, они позволят вывести масштабы электронных компонентов за ограничения, присущие кремнию.
Закон Мура связан с тем, что некоторые экономисты называют эффективным циклом. Достижения в компьютерных технологиях (увеличение количества транзисторов на одной микросхеме) приводят к продукции лучшего качества и более низким ценам. Низкие цены ведут к появлению новых областей применения (никому не приходило в голову разрабатывать компьютерные игры, когда компьютер стоил 10 млн долларов — хотя когда цена снизилась до $120 000, студенты МТИ взялись за дело). Новые области применения приводят к возникновению новых компьютерных рынков и новых компаний. Существование всех этих компаний ведет к конкуренции между ними, которая, в свою очередь, порождает спрос на лучшие технологии. Круг замыкается.
Еще один фактор развития компьютерных технологий — первый закон программного обеспечения, названный в честь Натана Мирвольда (Nathan Myhrvold), одного из руководителей компании Microsoft. Этот закон гласит:
«Программное обеспечение — это газ. Он распространяется и полностью заполняет резервуар, в котором находится». В 80-е годы электронная обработка текстов осуществлялась программами типа troff (именно программа troff использовалась при создании этой книги). Программа troff занимает несколько десятков килобайтов памяти. Современные электронные редакторы занимают десятки мегабайтов. В будущем, несомненно, они будут занимать десятки гигабайтов (в первом приближении приставки «кило», «мега» и «гига» означают «тысячу», «миллион» и «миллиард», соответственно; подробнее об этом см. раздел «Единицы измерения»). Программное обеспечение продолжает развиваться и порождает постоянный спрос на процессоры, работающие с более высокой скоростью, на память большего объема, на устройства ввода-вывода более высокой производительности.
С каждым годом количество транзисторов на одной микросхеме стремительно увеличивается, но темпы развития других компонентов компьютера столь же велики. Например, у машины IBM PC/XT, появившейся в 1982 году, объем жесткого диска составлял всего 10 Мбайт. Двадцать лет спустя в системах-наследниках PC/XT обычно устанавливаются жесткие диски емкостью 1 Тбайт. Разница на пять порядков стала возможной благодаря ежегодному приросту емкости в 50 %.
Правда, подсчитать, насколько быстро происходит совершенствование жесткого диска, гораздо сложнее, поскольку тут есть несколько параметров (скорость передачи данных, время позиционирования, цена и т. д.), но измерение любого из этих параметров покажет, что с 1982 года соотношение «цена/производительность» возрастает по крайней мере на 50 % в год. Незаурядные достижения по части производительности дисков, равно как и то обстоятельство, что объем выручки от продажи дисков, выпущенных в Кремниевой долине, превысил аналогичный показатель по микросхемам процессоров, заставил Эла Хогланда (Al Hoagland) предположить, что это место следовало бы назвать Железооксидной долиной (ведь именно этот материал является носителем информации на дисках). Впрочем, сейчас положение дел медленно изменяется, так как во многих системах флэш-память на базе кремния начинает вытеснять традиционные вращающиеся диски.
Крупные достижения наблюдаются также и в сфере телекоммуникаций и создания сетей. Меньше чем за два десятилетия мы пришли от модемов, передающих информацию со скоростью 300 бит/с, к аналоговым модемам, работающим со скоростью 56 Кбит/с, и оптико-волоконным сетям, где скорость передачи уже больше 1012 бит/с. Оптико-волоконные трансатлантические телефонные кабели (например, TAT-12/13) стоят около 700 млн долларов, действуют в течение 10 лет и могут передавать 300 000 звонков одновременно, поэтому себестоимость 10-минутной межконтинентальной связи составляет менее одного цента. Лабораторные исследования подтвердили, что возможны системы связи, работающие со скоростью 1 Тбит/с (1012 бит/с) на расстоянии более 100 км без усилителей. Едва ли нужно упоминать здесь об экспоненциальном росте Интернета.