XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Компьютеры будущего

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кузнецов А.Д. 1

---

1МОУ "СОШ №21"

Баркина М.Ю. 1

---

1МОУ "СОШ №21"

Работа в формате PDF

916.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность темы проекта обусловлена тем, что компьютеры занимают значительное место в жизни как общества в целом, так и отдельного индивида. Развитие «цифровизации» и «интернета вещей» способствуют возрастанию влияния компьютеров на все стороны жизни общества. Хозяйственная деятельность, социальное обслуживание, политическая деятельность, образование, военное дело, развлечения и отдых во многом реализуются с помощью компьютеров и информационных технологий.

В связи с этим возникают закономерные вопросы, справляются ли современные компьютеры и технологии с нынешними задачами и каким образом они будут справляться с ними в будущем. Существуют ли какие-либо проблемы у современного поколения компьютеров перед вызовами будущего. Какими путями будут развиваться компьютеры и технологии в будущем. Каким специалисты и рядовые пользователи видят развитие компьютеров в ближайшей и отдаленной перспективе.

Гипотеза: усложнение задач общества приведет к разработке концепций развития компьютеров на новых принципах и новой элементной базе.

Цель исследования: исследование эволюции компьютеров и прогнозирование будущего развития компьютеров.

Для реализации цели поставлены следующие задачи:

1) Исследовать особенности эволюции компьютеров, выявить основные этапы эволюции и их характерные черты;

2) Выявить проблемы современного поколения компьютеров;

3) Изучить взгляды специалистов и научные концепции развития компьютеров в будущем;

4) Выявить взгляды пользователей, на примере обучающихся в классе, на развитие компьютеров в будущем.

Объектом исследования являются компьютеры разных поколений.

Предметом — эволюция компьютеров.

Для достижения цели использовались такие методы, как поисковый, теоретический, сравнительный, анализ.

Новизна работы заключается в том, что выявлены перспективы развития компьютеров не только на основе анализа взглядов специалистов и ученых, но и исследованы взгляды обычных пользователей, на примере обучающихся. Разработана анкета для опроса обучающихся-пользователей и сделана графическая интерпретация результатов. Также разработана мультимедийная презентация «Эволюция компьютеров». Материал данного исследования может быть использован на уроках информатики.

Работа состоит из введения, трех глав, заключения. Исследование содержит 5таблиц, 4 рисунка, приложение.

Что такое компьютер: понятие, виды, использование

Слово «Компьютер» произошло от английского «Computer», что в переводе означает «вычислитель». В русском языке изначально применяли аббревиатуру «ЭВМ» – электронная вычислительная машина. На сегодняшний день «Компьютер» и «ЭВМ» можно считать синонимами. Когда говорят о компьютере, часто подразумевают персональный компьютер: ПК или персональный компьютер (PC, personal computer) – компьютер, предназначенный для индивидуальной работы. Компьютер хранит, передаёт и обрабатывает информацию в виде нолей «0» и единиц «1», то есть используется двоичный код и двоичная система счисления. Например, десятичное число «9» он видит, как двоичное число «1001». В виде нолей и единиц хранятся и все данные, которые необходимо обработать, и все программы, которые руководят процессом обработки. Основная задача компьютера – обрабатывать информацию, то есть выполнять вычисления. Большую часть вычислений выполняет специальное устройство – процессор. Это сложная микросхема, содержащая сотни миллионов элементов (транзисторов). Главную роль в устройстве компьютера играют электроны. Оседая в ячейках памяти и регистрах процессора, они формируют информацию, с которой работает пользователь. Но скорость электронов конечна и не очень велика. И время, которое необходимо электрону для прохождения по системе, становится решающей преградой в дальнейшем повышении производительности. Выход можно найти либо в уменьшении размеров систем, либо в новом подходе к их устройству. И поскольку бесконечно уменьшать размеры нельзя, в ход идут новые алгоритмы работы и попытки заменить электроны другими частицами [3].

В настоящее время, в зависимости от характеристик и реализуемых функций можно выделить несколько видов компьютеров (таблица 1).

Таблица1 – Виды компьютеров

Понятие персонального компьютера в последние годы разрослось: всё время появляются новые устройства и разновидности старых, которым дают похожие названия, рассмотрим некоторые из них (таблица 2).

Таблица 2 – Разновидности персональных компьютеров

Продолжение таблицы 2

Фактически, большинство современных устройств содержат в себе вычислительную систему, т.е. компьютер, в том или ином виде:

– бытовая техника с цифровым управлением (микроволновки, стиральные машины, холодильники и т.д.);

– современные мобильные телефоны (не только смартфоны);

– банкоматы (содержат внутри полноценный компьютер);

– современные кассовые аппараты;

– программируемые станки на заводах.

Эволюция компьютеров

До начала 1980-х годов компьютеры воспринимались обществом и специалистами исключительно как вычислительные машины — громоздкие, дорогие и требовательные. Переломным стал август 1981 года, когда IBM выпустила на рынок серийную модель компьютера PC 5150 (Приложение 1, рис.2). Хотя самая дешёвая версия стоила больше полутора тысяч долларов, до конца года было продано 136 тысяч экземпляров. Персональные компьютеры оказались востребованы не только учёными и инженерами, но и обычными пользователями. Попытки выпустить серийный персональный компьютер предпринимались и до IBM, но модель PC 5150, которая стала первой по-настоящему массовой, обладала преимуществами, предопределившими развитие компьютеров на десятилетия вперёд. Во-первых, она строилась на принципах «открытой архитектуры», позволяющей сторонним разработчикам создавать различные устройства, совместимые с компьютером. Во-вторых, она была достаточно компактна, чтобы помещаться на стол. В-третьих, вместе с компьютерами распространялось программное обеспечение, востребованное офисными работниками: текстовый редактор и электронные таблицы. Вскоре появились программы, работающие с графикой, и первые компьютерные игры, написанные специально для PC. Персональные компьютеры быстро завоевали мир, поскольку оказалось, что они могут использоваться почти в любой сфере.

Через десять лет после появления первой массовой модели PC начали распространятся электронные сети, связывающие компьютеры друг с другом, — родилась Всемирная паутина. Параллельное внедрение средств сотовой связи создало предпосылки для появления смартфонов — мобильных телефонов с начинкой и программным обеспечением как у полноценного компьютера. Первое такое устройство называлось Simon, и на рынок его выпустила всё та же IBM в 1994 году [7].

Развитие поколений компьютеров отражено в таблице 3.

Таблица 3– Характеристики поколений компьютеров

Все современные компьютеры построены на двоичной логике – формальной системе, основанной на двух противоположных утверждениях: истина («логическая 1») и ложь («логический 0»). Однако в любую логику можно ввести и дополнительные утверждения: например, в троичной логике добавляется «неизвестно» (или «не определено»). Кажется, что введение неопределённости усложняет создание алгоритмов, поэтому от неё отказались при проектировании первых универсальных компьютеров. И всё-таки исключения встречаются: в 1959 году сотрудники вычислительного центра Московского государственного университета построили под руководством Николая Брусенцова уникальный троичный компьютер, получивший название «Сетунь» в честь протекающей рядом реки (Приложение 2, рис. 1). После появления серийного образца Казанский завод математических машин выпустил пятьдесят компьютеров, тридцать из которых использовались в советских университетах. Авторы «Сетуни» на основе обычной двоичной ферритодиодной ячейки создали её троичный аналог, работа которого была построена на двухбитном троичном коде: один трит (так в данном случае называется единица измерения) записывался в два двоичных разряда. «Сетунь» имела явные преимуществе перед двоичными аналогами: большая плотность записи информации, значительное быстродействие, повышенная защищённость от накопления ошибки. «Сетунь» так и не получила развития, однако современные учёные признают, что троичная логика более эффективна, поэтому к ней, возможно, ещё вернутся при проектировании компьютеров будущего [7].

Одна из возможных альтернатив элементной базы для компьютеров — применение лазеров для передачи и обработки информации. В связи с этим внимание специалистов всё сильнее привлекает фотоника – аналог электроники, где вместо электронов используются фотоны, излучаемые лазерами. Интересно, что «родилась» фотоника в Ленинградском государственном университете: в 1970 году там была даже учреждена соответствующая кафедра – её основал советский академик Александр Теренин. С этого момента начала развиваться научная школа, которая вывела нашу страну в лидеры фотоники. Наиболее известное устройство, разработанное на её принципах, – оптоволоконные кабели, которые резко повысили пропускную способность информационных каналов. Сегодня основные работы по фотонике ведутся в российских вузах и Фонде перспективных исследований, всего этим занято свыше 850 организаций. Например, запущен проект модернизации радиолокационных средств для военных. Переход с электронной на фотонную базу позволит уменьшить габариты радиолокационных станций и повысить их эффективность (увеличатся разрешающая способность и устойчивость к электромагнитным помехам). Примечательно, что разработчики сразу думают и о гражданском применении этой технологии: компактные радары можно использовать в скоростных поездах и автомобилях для мгновенного обнаружения препятствий. Больше того, технология будет применяться при создании «умной» обшивки самолётов, благодаря чему весь фюзеляж превратится в мощный радиолокатор, позволяющий пилотам видеть всё, что происходит вокруг «борта» в течение полёта. Фотоника развивается по нескольким направлениям. Самые молодые из них, оптоинформатика и радиофотоника, призваны заменить существующие компьютерные и сетевые технологии. Чтобы показать преимущества, которые даёт фотоника в этой области, достаточно упомянуть, что созданный в Московском государственном университете сверхбыстрый фотонный переключатель позволяет поднять скорость передачи информации по оптоволоконному кабелю до нескольких сотен терабит в секунду (предел для современных кабелей – сто терабит в секунду) [8].

Внедрение фотонных коммуникаций позволит, помимо прочего, вдвое снизить энергозатраты и, соответственно, стоимость систем хранения данных. Например, в США дата-центры уже потребляют 2% от всей производимой в стране энергии, поэтому экономия при переходе на новую технологию будет существенной. Перейти с электроники на фотонику планируют компании, располагающие крупнейшими дата-центрами в мире: Amazon, Apple, Google.

Впрочем, главная задача на ближайшее будущее – создание фотонного компьютера, который в теории значительно обойдёт по производительности системы на полупроводниках.

Идею усилить человеческий интеллект за счёт компьютера по аналогии с тем, как электромеханические приспособления усиливают мускульные действия, первым высказал английский психиатр Уильям Эшби в монографии «Введение в кибернетику», изданной в 1956 году. Через шесть лет американский учёный Дуглас Энгельбарт, прославившийся как изобретатель компьютерной мыши, в докладе «Дополнение человеческого интеллекта: концептуальная основа» сформулировал понятие экзокортекса – внешней для человека системы обработки информации. Сегодня под такой системой понимают компьютеры, объединённые через интернет, однако сам Энгельбарт имел в виду технологию, при которой становится возможным прямой обмен информацией по схеме мозг-компьютер. В 1973 году эта технология получила своё современное название – нейрокомпьютерный интерфейс. Развитие нейрокомпьютерных интерфейсов шло двумя путями: управление поведением животных с помощью компьютера и создание электронных протезов для людей с ограниченными возможностями. В 1998 году американский нейролог Филипп Кеннеди, которого называют «отцом киборгов», впервые имплантировал нейрокомпьютерный интерфейс в мозг парализованного ветерана Джонни Рэя. Пациент получил возможность управлять мышиным курсором и таким образом общаться с внешним миром, используя различные программы. В 2004 году Кеннеди вживил интерфейс 16-летнему Эрику Рэмси, утратившему способность говорить, и добился того, чтобы пациент смог произнести несколько слов через специальный декодер. В 2006 году специалисты компании CNS (Cyberkinetics Neurotechnology Systems) продемонстрировали миру Мэттью Нейгла — футбольную звезду из штата Массачусетс, который оказался частично парализован после драки. Ему имплантировали интерфейс, который позволял не только управлять курсором, но и играть в компьютерные игры, переключать каналы телевизора, шевелить электромеханической рукой и так далее. С этого момента различные виды нейрокомпьютерных интерфейсов начали завоёвывать рынок. Ведь гаджеты, придуманные для инвалидов, могут использоваться обычными людьми. Без сомнения, внедрение нейрокомпьютерных интерфейсов изменит наш мир сильнее, чем некогда – появление персональных компьютеров. Искусственные нейронные сети (ИНС) — математические модели, а также их программные или аппаратные реализации, построенные по принципу организации и функционирования биологических нейронных сетей — сетей нервных клеток живого организма. Это понятие возникло при изучении процессов, протекающих в мозге, и при попытке смоделировать эти процессы [8]. Первой такой попыткой были нейронные сети Маккалока и Питтса. Впоследствии, после разработки алгоритмов обучения, получаемые модели стали использовать в практических целях: в задачах прогнозирования, для распознавания образов, в задачах управления и др.

ИНС представляют собой систему соединённых и взаимодействующих между собой простых процессоров (искусственных нейронов). Такие процессоры обычно довольно просты, особенно в сравнении с процессорами, используемыми в персональных компьютерах. Каждый процессор подобной сети имеет дело только с сигналами, которые он периодически получает, и сигналами, которые он периодически посылает другим процессорам. И тем не менее, будучи соединёнными в достаточно большую сеть с управляемым взаимодействием, такие локально простые процессоры вместе способны выполнять довольно сложные задачи.

С точки зрения машинного обучения, нейронная сеть представляет собой частный случай методов распознавания образов, дискриминантного анализа, методов кластеризации и т. п. С математической точки зрения, обучение нейронных сетей — это многопараметрическая задача нелинейной оптимизации. С точки зрения кибернетики, нейронная сеть используется в задачах адаптивного управления и как алгоритмы для робототехники. С точки зрения развития вычислительной техники и программирования, нейронная сеть – способ решения проблемы эффективного параллелизма.

Нейронные сети не программируются в привычном смысле этого слова, они обучаются. Возможность обучения – одно из главных преимуществ нейронных сетей перед традиционными алгоритмами. Технически обучение заключается в нахождении коэффициентов связей между нейронами. В процессе обучения нейронная сеть способна выявлять сложные зависимости между входными данными и выходными, а также выполнять обобщение. Это значит, что в случае успешного обучения сеть сможет вернуть верный результат на основании данных, которые отсутствовали в обучающей выборке, а также неполных и/или «зашумленных», частично искаженных данных.

Основные применения:

Распознавание образов и классификация

В качестве образов могут выступать различные по своей природе объекты: символы текста, изображения, образцы звуков и т. д. При обучении сети предлагаются различные образцы образов с указанием того, к какому классу они относятся. По окончании обучения сети ей можно предъявлять неизвестные ранее образы и получать ответ о принадлежности к определённому классу.

Принятие решений и управление

В качестве входных сигналов используются различные критерии описания состояния управляемой системы. На выходе сети при этом должен появиться признак решения, которое она приняла.

Кластеризация

Под кластеризацией понимается разбиение множества входных сигналов на классы, при том, что ни количество, ни признаки классов заранее не известны. После обучения такая сеть способна определять, к какому классу относится входной сигнал, а также сигнализировать, что входной сигнал не относится ни к одному из выделенных классов. Таким образом, подобная сеть может выявлять новые, неизвестные ранее классы сигналов.

Прогнозирование

Способности нейронной сети к прогнозированию напрямую следуют из ее способности к обобщению и выделению скрытых зависимостей между входными и выходными данными. После обучения сеть способна предсказать будущее значение некой последовательности на основе нескольких предыдущих значений и каких-то существующих в настоящий момент факторов. Новая технология найдёт применение в военном деле и сфере безопасности, в науке и космонавтике, в медицине и образовании, в маркетинге и развлечениях. Согласно прогнозам футурологов, в ближайшем будущем сформируется и начнёт полноценно функционировать мозго-сеть (brainet, брейнет), соединяющая посредством нейроинтерфейсов мозги людей, высших животных и интеллектуальные программы-агенты в мощнейший органический компьютер, где будет происходить обмен знаниями, включая подсознательный опыт [6].

В июне 2012 года группа исследователей из Google запустила нейросеть на кластере 1000 компьютеров (16 тыс. процессорных ядер; 1 млрд связей между нейронами). Эксперимент стал одним из самых масштабных в области искусственного интеллекта, причём систему изначально создавали для решения практических задач.

В компании Google её применили для улучшения точности распознавания речи и для обработки фрагментов фотографий в проекте Google Street View, в дальнейшем она будет использована в других продуктах Google, таких как поиск изображений, очки Google Glass и автомобили Google с беспилотным управлением.

Концепция квантового компьютера появилась примерно в то же самое время, когда учёные начали разбираться в законах, по которым «живёт» квантовый мир. Концепцию выдвинул в 1980 году советский математик Юрий Манин, через несколько месяцев американский физик Ричард Фейнман описал теоретическую модель, а его коллега Пол Бениофф придумал принципы построения необычной вычислительной машины. Информационная ячейка обычного компьютера может в один момент времени находиться только в одном из двух состояний – «0» или «1» (это называется битом). В отличие от неё, ячейка квантового компьютера может находиться одновременно во всех состояниях от «0» до «1», бесконечная совокупность которых называется кубитом (q-битом, квантовым битом). Если квантовый компьютер удастся построить и снабдить соответствующей программой, то теоретически в нём можно будет запустить бесконечное количество параллельных вычислений, получая результат мгновенно. Причём сложность вычислений никак не должна влиять на быстродействие компьютера. Например, установлено, что 30-кубитный квантовый компьютер по мощности будет равен суперкомпьютеру, работающему с производительностью 10 терафлопс (10 триллионов операций в секунду). Для сравнения: мощность современных настольных компьютеров измеряется всего лишь в гигафлопсах (миллиарды операций в секунду).

Вышеописанная концепция легла в основу экспериментальных квантовых процессоров канадской компании D-Wave Systems. Начав работу в 2007 году, компания прошла путь от прототипа, содержащего 16 кубитов (модель Orion), до чипов с 2000 кубитов (модель D-Wave 2000Q) (Приложени2, рис.2). Свои прототипы квантовых процессоров представили IBM, Intel, Google, Гарвардский университет и Объединённый квантовый институт в Мэриленде. У нас аналогичные проекты ведут сотрудники Российского квантового центра, Института физики твёрдого тела и МГТУ имени Баумана. Один из принципов работы квантового мира: способность квантовой частицы одновременно находиться во всех состояниях до тех пор, пока экспериментатор не произведёт наблюдение – фиксацию состояния. Обычный компьютер обрабатывает значения по отдельности, а квантовый в теории может обрабатывать сразу несколько. Иначе говоря, для решения одной и той же задачи обычному компьютеру потребуется значительно больше времени, чем квантовой системе.

Задачи, в которых у квантовых компьютеров может быть значительное преимущество перед классическими системами:

– моделирование сложных ситуаций;

– анализ и структурирование информации;

– сложные вычисления.

Квантовый компьютер целесообразно применять в любой сфере, где есть ресурсоёмкие и сложные задачи.

Управление дорожным трафиком

Еще в 2016 Volkswagen Group представила систему управления дорожным трафиком на основе квантовых вычислений и продемонстрировала оптимизацию маршрутов без пробок для такси в столице Китая Пекине, а 2019 во время технологической конференции Web-Summit в Лиссабоне оборудовала автобусы собственной системой управления движением и оптимизировала перевозку пассажиров в городе. Алгоритм генерировал путь без пробок и «узких мест» на дорогах. Он анализирует данные о движении автомобилистов при помощи обычных компьютеров и обращается к квантовым системам для оптимизации трафика, используя предиктивную аналитику.

Медицина и фармацевтика

Для безопасного использования новых лекарств и вакцин проводят множество клинических испытаний. Без исследований неизвестно, как человеческий организм отреагирует на новый препарат, не говоря уже о том, как сильно могут различаться организмы разных людей. Квантовый компьютер ускорит изучение каждого возможного сценария взаимодействия лекарства и организма. Возможно, COVID-19 и другие вирусы будут уже не так страшны. Благодаря моделям реакций на лечение, которые могут производиться квантовыми системами, врач сможет составлять индивидуальный план лечения для пациентов с учетом определяющих характеристик: возраст, пол, сопутствующие заболевания, генетика и др. Например, квантовые компьютеры смогут рассчитать дозировку в лучевой терапии для онкобольных, минимизировав побочный эффект.

Фармацевтические компании заинтересованы в квантовых технологиях не меньше: в 2021 году крупная европейская компания Boehringer Ingelheim, которая занимается разработкой лекарств, стала первым фармацевтическим партнером Google. Совместно они работают над изучением квантового моделирования в области химии и над практическим применением полученных результатов в фармацевтике.

Криптография

Применение квантового компьютера преобразит криптографию в корне. Обычному компьютеру потребуется миллиард лет, чтобы разложить число из 30–40 знаков на простые множители. Квантовый компьютер сделает это за 18 секунд.

Медиаиндустрия

С помощью квантового компьютера производство компьютерной графики будет занимать считанные дни. Это значительно ускорит и удешевит создание сериалов и фильмов.

Хронология квантовых вычислений начинается еще с 60-х годов XX века, а эпоха первых экспериментальных образцов началась в 2000-х годах. Но у научного сообщества нет единого мнения по поводу нынешних разработок. Нынешние квантовые системы не являются полноценными и часто не работают самостоятельно. Из-за принципиальных отличий в обработке информации для них нужны специальные квантовые приложения. Квантовые компьютеры нашего времени также нельзя назвать полноценно универсальными, потому что они, как правило, используются для решения узкого круга задач. Квантовый компьютер, который представила компания D-Wave в 2017 году, применялся в проекте Volkswagen по оптимизации автомобильного трафика. Реализация квантовых вычислений в настоящее время ограничена: погрешностью измерений в квантовой системе и нестабильностью квантовых состояний вследствие декогерентности.

Любые «наблюдения», «измерения» и другие контакты с внешней средой приводят к тому, что квантовая система становится классической – это явление называется декогеренцией. Поэтому одна из важных задач на пути к построению полноценного универсального квантового компьютера – реализация самостоятельной работы квантовых кодов коррекции ошибок. Их использование позволяет бороться с декогерентностью, восстанавливая квантовые состояния, уменьшая одновременно погрешность измерений. IBM предтавил ещё в 2019 на выставке CES свой Q System One. В подобных системах содержится 20-100 кубитов и они превосходят суперкомпьютеры по вычислительной мощности. IBM открыли возможность для своих клиентов получить доступ к вычислениям на Q System One через облако. Этим для своих исследований уже воспользовались CERN, Exxon Mobil, Fermilab и другие организации. В конце 2021 года компания представила свой новый квантовый процессор, получивший название Eagle («Орел»). У нового чипа 127 кубитов, что в два раза больше, чем у предыдущих процессоров IBM.

В 2020 D-Wave выпустила «новую версию» своего компьютера: у него в 2,5 раза больше соединений и более чем в два раза больше кубитов, чем у системы D-Wave 2000Q. Производительность выросла, а значит на одной платформе можно использовать до 1 млн переменных, в то время как у прежней версии это число ограничивалось 120 тысячами. Для произведения квантовых вычислений на новом компьютере от D-Wave достаточно приобрести подписку на облачный сервис D-Wave Leap.

20 января 2022 года ученые из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии заявили о достижении 99% точности квантовых вычислений. Результаты исследований позволяют продвинуться в разработке квантовых устройств на основе кремния, совместимых с современными технологиями производства полупроводников. Иными словами, ученые из UNSW значительно приблизили создание полноценной квантовой системы [7]. Ученые назвали своей следующей целью создание «универсального квантового компьютера».

Молекулярные компьютеры на основе ДНК. Под молекулярным компьютером понимают такие системы, которые используют отдельные молекулы ДНК в качестве элементов вычислительного тракта. От классических компьютеров отличаются тем, что химические реакции происходят сразу между множеством молекул независимо друг от друга.

Метод ДНК позволяет сразу сгенерировать все возможные варианты решений с помощью известных биохимических реакций. Затем возможно быстро отфильтровать именно ту молекулу-нить, в которой закодирован нужный ответ.

В ходе проведенного исследования были выявлены основные проблемы развития компьютеров четвертого поколения: приближение к физическому пределу быстродействия, сложность программного обеспечения, снижение надежности. Современные исследователи предполагают решение этих проблем на основе замены элементной базы, разработки новых алгоритмов для старой элементной базы, использования принципа распределения нагрузки при обработке больших массивов данных.

Основными перспективными разработками являются (таблица 4)

Таблица 4 – Перспективные разработки компьютеров

Продолжение таблицы 4

К сожалению, с ощутимыми преимуществами перспективных разработок соседствует и множество препятствий, ограничивающих широкое распространение этих разработок в массовом сегменте пользователей. Научному сообществу еще предстоит преодолеть эти препятствия.

Будущее компьютеров глазами обучающихся

В нашем исследовании рассматривалось два аспекта будущего компьютеров. Один на основе научных концепций и теорий, анализа специальной литературы. Но не менее интересным аспектом для нас является выявление взглядов на развитие компьютеров со стороны массового пользователя. Для решения этой задачи нами реализован опрос обучающихся в классе, с последующей обработкой и интерпретацией результатов. Для проведения опроса была изучена методика проведения опроса и разработки анкет. На основе полученной информации была разработана соответствующая анкета-опросник, представленная в таблице 5.

Таблица 5 – Анкета для опроса обучающихся

Результаты опроса были обработаны и представлены в графическом виде (рисунки 1-4).

Рисунок 1– Что в компьютере для вас главное?

Рисунок 2 Как вы хотите взаимодействовать с компьютером?

Рисунок 3– Где вы хотите хранить информацию?

Рисунок 4 – Вы хотите, чтобы у вашего устройства был постоянный высокоскоростной доступ в Интернет, с передачей информации о вас (состояние здоровья, местоположение и др.)?

Обработка результатов опроса показала, что основными требованиями к компьютеру являются: продолжительная работа на одном заряде, небольшой вес и размер, высокоскоростной доступ в интернет, привлекательный дизайн, удобный интерфейс.

Что же касается видения будущего развития компьютеров были получены следующие мнения, ниже представлены ответы нескольких обучающихся.

Обучающийся 1: «Компьютеры станут очень миниатюрными и будут вживляться в человека, сначала в больных людей, а затем и всем, общаться все будут через сигналы мозга».

Обучающийся 2: «В ближайшем будущем, компьютер будет меняться в соответствии с новыми трендами дизайна корпусов, мониторов. Никаких значительных изменений мы не увидим».

Обучающийся 3: «Понятие «компьютер» перестанет существовать и перейдет на бытовые приборы. Достаточно купить любую технику, чтобы получить весь необходимый сервис, с помощью голосового интерфейса».

Обучающийся 4: «Обработка данных уйдет в область облачных сервисов, делая компьютеры тоньше и повышая доступность информации из множества точек подключения».

Обучающийся 5: «Обычные компьютеры (десктопы) прекратят существование, останутся небольшие устройства и док-станции, объединенные облачными системами хранения и обработки данных».

Обучающийся 6: «Компьютеры уменьшаться, подешевеют, их станет много, они дифференцируются. Один в телевизоре, один в стиральной, посудомоечной машине, один в духовке, микроволновке, один в кровати, один в ванной, и т. д. Как минимум один компьютер будет у вас всегда при себе. Устройства станут средством глобального контроля».

Обучающийся 7: «Будет создан единый глобальный суперкомпьютер, с которым будут связаны все пользователи и будут использовать его возможности для своей деятельности».

Обучающийся 8: «Будет меняться дизайн бытовых компьютеров и ноутбуков, а цена будет только расти, потому что это выгодно производителям программ и оборудования».

Анализируя ответы обучающихся можно сделать предположение о том, что будущее развитие компьютеров связано с «цифровизацией» всех процессов деятельности человека (работа, досуг, быт, развлечения) и развитием «интернета вещей».

Заключение

В результате проведенного исследования получены следующие выводы и результаты.

Большинство современных устройств содержат в себе вычислительную систему, т.е. компьютер, в том или ином виде Основная задача компьютера – обрабатывать информацию, выполнять вычисления. Большую часть вычислений выполняет специальное устройство – процессор. Главную роль в устройстве компьютера играют электроны. Но скорость электронов конечна и не очень велика. И время, которое необходимо электрону для прохождения по системе, становится решающей преградой в дальнейшем повышении производительности. Выход можно найти либо в уменьшении размеров систем, либо в новом подходе к их устройству.

Основные проблемы развития компьютеров четвертого поколения: приближение к физическому пределу быстродействия, сложность программного обеспечения, снижение надежности. Современные исследователи предполагают решение этих проблем на основе замены элементной базы, разработки новых алгоритмов для старой элементной базы, использования принципа распределения нагрузки при обработке больших массивов данных.

Основными перспективными разработками являются:

— распределение нагрузки;

— квантовые компьютеры;

— искусственные нейронные сети;

— оптические компьютеры;

— биокомпьютеры (молекулярные).

Обработка результатов опроса обучающихся показала, что основными требованиями к компьютеру являются: продолжительная работа на одном заряде, небольшой вес и размер, высокоскоростной доступ в интернет, привлекательный дизайн, удобный интерфейс.

Анализируя ответы обучающихся можно сделать предположение о том, что будущее развитие компьютеров связано с «цифровизацией» всех процессов деятельности человека (работа, досуг, быт, развлечения) и развитием «интернета вещей».

Гипотеза исследования доказана, цель достигнута. Задачи полностью реализованы. Результаты исследования могут быть использованы на уроках информатики.

Список литературы

Борусяк Л. Как провести социологический опрос [электронный ресурс] // НИИ урбанистики и глобального образования Режим доступа: www. insp.mgpu. ru (дата обращения 01.12.2022)

Иванова Т.Н. Методические основы составления социологической анкеты: учебное пособие [Текст]: [научное издание]. – Тольятти: Изд-во ТГУ, 2011. – 44с.

Компьютер [электронный ресурс] // Энциклопедия Кругосвет. Универсальная научно-популярная энциклопедия. – Режим доступа: www. krugosvet.ru / (дата обращения: 15.01.2023)

Компьютеры пятого поколения [электронный ресурс] // - Режим доступа: www. itslovo.ru / (дата обращения 14.01.2023)

Компьютеры третьего поколения (1965 – 1975) [электронный ресурс] // - Режим доступа: www. itslovo.ru / (дата обращения 14.01.2023)

Краснов В. Компьютеры будущего: основные концепты [электронный ресурс] // - Режим доступа: www. zoom. cnews. ru / (дата обращения 16.01.2023)

Первушин А. Фотоника, кванты, мозговая сеть. Какими будут компьютеры будущего [электронный ресурс] // Мир фантастики. – 2020. – Режим доступа: www. mirf. ru / (дата обращения: 10.01.2023).

Разработка компьютеров будущего [электронный ресурс] // - Режим доступа: www. obrazovanie - gid. ru / (дата обращения: 12.01.2023).

Приложение 1

Рисунок 1 – Универсальная вычислительная машина ENIAC, 1946 год

Рисунок 2 Первый массовый персональный компьютер IBM PC 5150

Приложение 2

Рисунок 1– троичный компьютер «Сетунь», 1959 год

Рисунок 2 – квантовый компьютер D-Wave, 2007 год

Приложение 3

Рисунок1–Лэптоп B-membrane, разработан корейским дизайнером Вон-Сеок Ли Источник: pressa.tv

Рисунок 2 – Концепт компьютера от Hewlett-Packard, с прозрачным сенсорным дисплеем Источник: pressa.tv