Архитектура процессора. Реферат на тему Роль инженера в развитии цивилилазции. Введение в Инженерную деятельность

• Название: Введение в Инженерную деятельность
• Анкор: Архитектура процессора
• Дата: 26.12.2021
• Размер: 234.27 Kb.
• Имя файла: Реферат на тему Роль инженера в развитии цивилилазции.docx
• Тип: Реферат; #318740

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИШИТР

Отделение информационных технологий

09.03.02 Информационные системы и технологии

Реферат на тему
«Роль инженера в развитии цивилизации»

по дисциплине

«Введение в Инженерную деятельность»

Выполнил:
студент гр. 8И11 ______________ Колесов И. А.

(Подпись) (Ф.И.О.)
Проверил:

Канд. техн. наук, доцент ОИТ ______________ Цапко И. В.

(Подпись) (Ф.И.О.)
Томск 2021

Содержание

Введение 3

Основная часть 4

1 История и принцип работы архитектур процессоров 4

1.1 Общая характеристика процессоров 4

1.2 CISC архитектура 5

1.2.1 История СISC 5

1.2.2 Принцип работы и устройство CISC 6

1.3 RISC архитектура 7

1.3.1 История RISC 7

1.3.2 Принцип работа и устройство RISC 8

1.4 Архитектура квантового процессора 10

1.4.1 История квантового процессора 10

1.4.2 Принцип работы квантового процессора 10

2. Современные процессоры и область их применения 12

2.1 CISC-подход 12

2.1.1 Основные характеристики CISC-подхода 12

2.1.2 Общие тенденции CISC-подхода 14

2.1.3 Устройства на CISC 15

2.2 RISC-подход 15

2.2.1 Основные характеристики RISC-подхода 15

2.2.2 Общие тенденции RISC-подхода 18

2.2.3 Устройства на RISC 18

2.3 Квантовые компьютеры 20

2.3.1 Основные характеристики квантового процессора 20

2.2.2 Общие тенденции квантовых компьютеров 20

2.2.3 Квантовые компьютеры 21

Заключение 22

Список использованных источников и литературы 23

Введение

Целью работы является изучение

Основная часть

1 История и принцип работы архитектур процессоров

1.1 Общая характеристика процессоров

Более распространёнными архитектурами процессоров являются CISC, RISC. В том числе существуют и квантовые компьютеры, но из-за своей дороговизны они пока не заимели большой популярности среди обычных пользователей. Так же, они имеют схожую с другими процессорами архитектуры, но у неё пока нет определённого названия.

Классические процессоры создаются из кремния, который является полупроводниковым материалом. Данный материал стал популярным из-за цены добычи и его химическим свойствам.

Основными отличительными характеристиками различных архитектур являются:

• 
  характеристики регистров¹ процессора – размер и функции;
  
• 
  обращение к памяти, ее способы - чтения и записи;
  
• 
  число операций, выполняемых одной командой;
  
• 
  длинна команд;
  
• 
  число типовых данных.
  

Сами процессоры по логики распределения ролей компонентов очень схожи и используют в основном фон-неймановскую концепцию, которая является хоть и немного размытой для представления работы процессора, но почти незаменимой при его проектировании. По большей части, все архитектуры различаются лишь размером команд, количеством типовых данных и количеством обращений к памяти, а сама схема остаётся практически без изменений.



Рисунок 1. Концепция Фон Неймана

1.2 CISC архитектура

1.2.1 История СISC

Сама архитектура CISC разработана в 70-х компанией Intel. С течением времени она претерпела множество изменений, в том числе были введены различные наборы команд. Политика Intel была направлена на то, чтобы сохранять совместимость с созданными под архитектуру софтом для прошлых моделей процессоров, вне того, как и насколько их архитектура будет меняться.

CISC (англ. Complex Instruction Set Computing) — архитектура создания процессоров, которая обладает данными свойствами:

• 
  большие и различные по длине командами, которые выполняются за несколько тактов процессора;
  
• 
  введением большого числа различных режимов адресации, главной из которых является двухадресная адресация²;
  
• 
  сложная система кодировки инструкции;
  
• 
  небольшое количество регистров общего назначения;
  
• 
  устройство управления с программируемой логикой.
  

1.2.2 Принцип работы и устройство CISC

Некоторые команды поделили на блоки, так как стало невозможно выполнять их через обычные модули процессора. Из-за высокой сложности команд и большого количества устройств управления приходилось пользоваться «медленной» управляющей памятью, что привело к ограничению по наращиванию тактовой частоты процессора.



Рисунок 2. Примерная схема распределения логических блоков в CISC-архитектуре

Все эти факторы привели к пересмотру достоинств такой архитектуры, а внимание было обращено к RISC, но из-за достоинств CISC, которая сохраняет свою актуальность, ведущие компании (Intel, AMD, IBM и другие) по-прежнему не отказываются от этой архитектуры.

Сложные инструкции неодинаковой длины – основная проблема CISC архитектуры. Обработка нескольких инструкций сложнее при параллельных вычислениях, хоть и выполнение одной инструкции может происходить быстрее.

Более простая отладка программ на Assembler³ несёт за собой создание огромного количества узлов на кристалле процессора. Для повышения производительности приходится увеличивать тактовую частоту и упрощению взаимодействия блоков в процессор, что приводит к необходимости совершенствования технологии, а это означает и повышение стоимости производства.

Процессоры CISC архитектуры имеют множество недостатков, в первую очередь связанных с тем, что имеют в своём наборе большое количество инструкций, оставшихся со времён первых процессоров данного типа. Для таких инструкций требуется место, так же место требуется и для их дешифровки. Это влияет на сложность производства кристаллов, что влечёт за собой более высокую стоимость таких процессоров.

Между тем, с такими процессорами легче работать разработчикам, так как с ними проще взаимодействовать, особенно через язык программирования Assembler, но и высокоуровневое программирование так же осуществляется легче. В том числе и из-за компактности инструкций уменьшается размер программ и количество обращений к памяти.

Однако, стоит заметить, что CISC-архитектура является интеллектуальной собственностью компании Intel, что мешало другим компаниям создавать процессоры под себя. Это привело к рассмотрению других вариантов архитектуры.

1.3 RISC архитектура

1.3.1 История RISC

RISC архитектура была разработана в 1983 году после обнаруженных проблем у CISC архитектуры. Однако, эта архитектура получилась более удачной. По сути, принцип её работы остался неизменным до сегодняшних дней. Конечно, совершались разнообразные модификации, но это было не так масштабно, как у компании Intel – претерпеть множество изменений и оставить совместимость с предыдущей версией. Основной её задачей являлась выбор оптимального набора операций, который требуется для основных задач.

RISC (Reduced Instruction Set Computing). Процессор с меньшим по размеру набором команд. Команды стали имеет более упрощенный вид. Все с простой кодировкой и общего формата. Обращение к памяти происходит при помощи команд загрузки и записи, остальные команды типа регистр-регистр. Команда, поступающая в CPU, не требует дополнительной дешифрации, а это преимущество к размеру кристалла. В 80-х же были сформулированы четыре основных принципа RISC-архитектуры:

• за один цикл должна выполняться только одна команда, независимо от её типа, и длительность каждого цикла должна быть минимальна;

• команды имеют одинаковую длину для упрощения логики управления процессора;

• обращение к памяти происходит только при выполнении операций записи и чтения, вся вычислительная работа происходит исключительно в процессоре;

• команды должны поддерживать язык высокого уровня, чтобы работа была наиболее эффективной для большей части языков.

1.3.2 Принцип работа и устройство RISC

Кристалл стал меньше и теперь есть место для дополнительных компонентов. Процессор имеет менее сложную архитектуру, что позволяет ему работать на более низких частотах, нежели у своего конкурента. Команда занимает меньше места в оперативной памяти, сам процессор становится дешевле. Но архитектуры CISC и RISC не совместимы. Отладка программ на RISC усложнена. Однако, данная архитектура может быть программно-совместимой с технологией CISC, что позволяет увеличить потенциал CISC процессоров.


Рисунок 3. Примерная схема распределения логических блоков в RISC-архитектуре

Так как инструкции просты, для их выполнения нужно меньше количество элементов логики, что в разы снижает стоимость производства процессора. Однако, огромное количество софта написана и отлажена под особенности CISC архитектуры. Чтобы использовать большую часть софта на RISC процессорах необходимо полностью переписывать программы или перекомпилировать их именно под эту архитектуру.

Стоит заметить и то, что в данной архитектуре каждое действие выполняется всего в один такт, что иногда не очень эффективно, чем это реализовано в CISC архитектуре.

Но у RISC процессоров имеется огромное преимущество – эта технология не является чьей-то интеллектуальной собственностью, и любая компания может спроектировать по этой архитектуре свой процессор и под свои нужды, что невозможно в случае CISC, так как её архитектура принадлежит компании Intel и является её интеллектуальной собственностью. Таким образом, компания Intel избавляется от конкурентов, но теряет ряд возможностей.

1.4 Архитектура квантового процессора

1.4.1 История квантового процессора

Квантовый процессор – это устройство, которое использует для вычисления явления из квантовой механики. Первая модель работы такого процессора была предложена Ричардом Фейнманом в 1981 году. Он считал, что такие процессоры во многом будут быстрее в некоторых математических задачах, в чём был прав. В основу легла квантовая неопределённость. Команды в таком процессоре представляют из себя алгоритмы, которые тесно связаны с квантовой механикой. Особенности квантового процессора:

• 
  вместо битов используются кубиты, которые могут принимать не только 1 и 0 в качестве значений, но и оба одновременно;
  
• 
  использование специальных алгоритмов обработки данных, предусмотренных квантовой механикой;
  
• 
  параллельные вычисления происходят более эффективно из-за особенностей кубитов.
  

1.4.2 Принцип работы квантового процессора

Сам процессор состоит из кубитов, которые и выполняют вычисления. Для кубитов пока нет определённого материала, который являлся бы эталонным и повсеместно использующимся. Таким образом каждая компания по-своему подходит к этому вопросу.

С помощью квантовых законов, которые предусматривают принцип суперпозиции, такой процессор способен выполнять огромные вычисления определённого типа с очень быстрой скоростью, так как параллельность вычислений намного эффективнее классических процессоров на архитектурах CISC, RISC и других кремневых собратьев. Однако, для поддержания квантовых эффектов необходима низкая температура, около -273 градусов по Цельсию, которую обеспечивает жидкий гелий.



Рисунок 4. Схема квантового процессора

При всех преимуществах такого процессора, обычные пользовательские задачи на нём осуществлять невозможно. Для такого процессора необходимо создавать определённые алгоритмы, а определённого языка программирования на данный момент не существует, что осложняет создание программ для таких процессоров.

В том числе и его содержание очень дорогостоящее, так как нужно поддерживать достаточно низкие температуры и вакуум. Так же, размеры такого компьютера оставляют желать лучшего, потому что охладительная установка может достигать огромных размеров в сравнении с персональным компьютером. Квантовые компьютеры пока просто недоступны обычному пользователю, да и он не сможет выполнять многие другие задачи обычных процессоров, но уже есть определённые шаги по коммерциализации таких проектов.

2. Современные процессоры и область их применения

2.1 CISC-подход

2.1.1 Основные характеристики CISC-подхода

На данный момент существует две IT компании, которые управляют рынком CISC процессоров – AMD и Intel. Архитектура CISC всем известна как x86. Процессор данной архитектуры стоит практически во всех компьютерах мира, на что повлияли компании Intel и IBM. В том числе, данные процессоры используются и на огромных серверах, на которых держится весь интернет и многие организации, работающие с большими данными и на игровых консолях. Компании специально создают отдельные линейки или создают совместные проекты для таких задач.

Некоторые считают, что многоядерность ппроцессоров – это и есть RISC подход к проектированию архитектур, в чём ошибаются, так как RISC – это по большей части ядра с упрощёнными и одинаковыми по длине командами, что нельзя сказать о ядрах CISC архитектуры.

Многие CISC процессоры имеют в своём арсенале и RISC ядра для осуществления некоторых задач, тем самым применяя суперскалярный подход. Многое изменилось с первых процессоров Intel и IBM и компаниям пришлось прибегать к модернизации. Существуют и гибридные архитектуры, которые идут вместе с GPU ядрами.

Сейчас такие процессоры стоят только в ноутбуках, компьютерах и серверах, так как для их работы необходимо динамическое охлаждение. Они не очень компактные, чтобы их можно было расположить в мобильных устройствах, но зато очень производительные, что позволяет работать с софтом, требующим сложных вычислений, в основном графических или связанных с данными.

Во многом при подходе к созданию процессоров ведущие компании схожи, но по сути своей имеют разный упор на разные задачи. В том числе есть большая разница в ценах. Сама цена в основном состоит из работы инженеров, которые проектируют и создают процессоры.

Обычно процессоры данной архитектуры сравниваются по производительности либо в играх, либо в рабочем софте, причём ещё и в разных сегментах – ноутбуки, компьютеры, сервера и консоли.

Процессоры такой архитектуры обычно выбирают по таким характеристикам:

• 
  производитель – в основном выбор стоит между AMD и Intel, но для серверов может использоваться и процессоры компании IBM;
  
• 
  сокет – важен при выборе материнской платы, так как почти у каждого нового поколения и у каждой компании свой сокет под определённый процессор, так как каждая компания имеет свой подход к производству, а новые поколения могут меняться в размерах;
  
• 
  тактовая частота – одна из важных характеристик, которая от части определяет производительность процессора, обычно выделяют внешнюю (скорость обращения к ОЗУ) и внутреннюю (темп обработки внутренних команд);
  
• 
  размерность технологического процесса – чем меньше, тем лучше, так как эта характеристика показывает размер транзисторов, а чем меньше транзистор, тем меньше тепла и выше производительность;
  
• 
  множитель и системная шина – данный параметр важен в основном для тех, кто хочет увеличить производительность процессора для каких-либо задач, обычно для игр;
  
• 
  разрядность – обычно 32 или 64, но чаще всего встречается уже 64 бита, разрядность определяет максимальный разряд двоичного числа, с которым может работать процессор, что тоже влияет на быстродействие;
  
• 
  кэш-память – ОЗУ, находящаяся ближе всего к блокам процессора, разделяется обычно на 3 уровня, чем меньше уровень, тем ближе к процессору и быстрее, что означает более высокую производительность;
  
• 
  рабочая температура – температура, при которой процессор может нормально функционировать и процесс его деградации будет минимальным;
  
• 
  количество ядер – многоядерность одна из важных характеристик процессора, но более 4-6 ядер может быть необходимо только для сложных задач и требующих параллельных вычислений именно на CPU, таких, как моделирование, стриминг и рендеринг видеофайлов;
  
• 
  количество потоков – обычно зависит от количества ядер – сколько ядер, столько и потоков, но иногда, чем больше потоков, тем меньше частота, поэтому на некоторых моделях с количеством ядер от 8 приложения заточенные под 4 ядра будут работать менее эффективно.
  
• 
  энергопотребление и тепловыделение – важный параметр при выборе охлаждения и блока питания, так как перегрев чреват выходом из строя процессора или его деградации;
  

Таким образом, можно сказать, что при выборе процессора нужно учитывать много параметров, влияющих на его работу, производительность и охлаждение. При разработке софта для таких устройств тоже стоит обращать внимание на эти характеристики и то как программы с взаимодействуют с ядрами, потоками и набором команд производителей.

2.1.2 Общие тенденции CISC-подхода

Общие тенденции таковы, что есть рынок потребителей, за который борется CISC – это ноутбуки и консоли. В данном сегменте из-за своих характеристик стали разрабатываться RISC процессоры, которые эффективнее из-за низкого тепловыделения. CISC не совсем были готовы на такую конкуренцию и не ожидали в ближайшем будущем RISC решений в этом сегменте. CISC-подход и так пытается интегрировать RISC ядра в свои устройства, но таких успехов по тепловыделению при сохранении эффективности пока достичь не могут.

2.1.3 Устройства на CISC

Пока CISC всё-таки уверенно держится в сегменте «больших» устройств, потому что там намного сложнее обычным RISC процессорам, в связи с поддержкой более старых версий софта. Да и самим разработчикам гораздо удобнее работать именно с CISC, так как он может поддерживать абсолютно все языки высокого программирования. Сейчас на CISC ядрах остаются:

• 
  игровые и профессиональные ноутбуки на windows;
  
• 
  сервера и data центры;
  
• 
  игровые консоли;
  
• 
  некоторые планшеты.
  

Модели и линейки мощнейших процессоров на 2021 год для разного сегмента устройств:

• 
  AMD RYZEN 9 5900X – процессор для компьютера;
  
• 
  AMD Ryzen Threadripper PRO 3995WX – процессор для ноутбука;
  
• 
  модифицированный AMD Ryzen 3-го поколения на базе 7-нм микроархитектуры Zen 2 (8-ядер/16-потоков) – для консоли PS5
  
• 
  AMD EPYC 7763 – процессор для серверов.
  
• 
  Intel Core i7-1160G7 – процессор для планшетов (только Windows)
  

2.2 RISC-подход

2.2.1 Основные характеристики RISC-подхода

На рынке RISC огромное количество производителей, так как RISC не является интеллектуальной собственностью. RISC известна более широкому кругу как ARM-архитектура и чаще всего её используют в сегменте смартфонов и других мобильных устройств.

ARM-архитектура очень часто используется в достаточно мелких устройствах, и даже в обычном компьютере есть процессоры ARM, чего некоторые пользователи не замечают, потому что чаще всего не обращают внимание на то, из чего состоят некоторые комплектующие и устройства, которые их окружают.

Но у ARM процессоров есть свой лидер по производству – Qualcomm. Эта компания разрабатывает самые мощные и надёжные процессоры для игровых и обычных смартфонов, но и устройства с таким процессором дороже аналогов. Так же, ведущие производители смартфонов ведут проекты по созданию своих процессоров, но не всегда удаётся оптимизировать их настолько, чтобы добиться результатов компании Qualcomm.

Сам RISC-подход сильно не изменился со времён первых процессоров на данной архитектуре, но наше время можно назвать рассветом для таких процессоров, ибо рынок уже чаще обращает внимание именно на такой подход.

Производство RISC намного дешевле CISC-архитектуры, что даёт огромное преимущество и создаёт конкуренцию. Конкуренция в свою очередь толкает прогресс и ARM процессоры развиваются намного быстрее и становятся всё более эффективными и удобными.

Так как такие процессоры чаще всего стоят в мобильных устройствах, в них чаще интегрируют блоки GPU, которые помогали бы при графической обработке. Но их производительности чаще всего хватает на какие-то простые задачи, так как они заточены под устройства без динамического охлаждения. Но и для пользователя большие мощности чаще всего не нужны, так как производительности хватает на просмотр видео, чтение статей или простые игры. Но существует сегмент игровых смартфонов, в которых стоят известные всем процессоры компании Qualcomm.

Так же не стоит забывать и о компании Apple, которая тоже славится своей производительностью в сфере процессоров. Так как эта компания поддерживала проекты ARM процессоров и первый созданный ими смартфон уже имел RISC архитектуру производства Samsung. Её процессоры хоть и сложно сравнивать с процессорами под Android, но они считаются наиболее производительнее любого решения, создаваемого для Android смартфонов.

Основные характеристики, на который обращают внимание при выборе смартфона с тем или иным процессором:

• 
  операционная система – важнейший аспект при выборе, так как разные системы заточены под разные задачи и варьируются по стоимости (Android, IOS, Windows и другие);
  
• 
  производитель – не менее важная характеристика, так как некоторые компании выпускают свои процессоры, а некоторые пользуются продукцией других компаний, что может сказаться на производительности (Samsung, Apple, Qualcomm, Huawei, Intel, MediaTek и другие);
  
• 
  технологический процесс – как говорилось ранее, чем меньше, тем лучше, так как для телефонов очень важна низкое энергопотребление и тепловыделение, а размер транзисторов влияет на эти показатели, в том числе и на производительность.
  
• 
  тактовая частота – как и в CISC процессорах, эта характеристика очень важна и влияет на количество вычислений в единицу времени, что сказывается на производительности;
  
• 
  тип и компоновка GPU ядер – влияет на работу несложных задач, таких как звонки, СМС и социальные сети и некоторые производители пользуются отдельными кластерами, другие же нет, что может влиять на энергопотребление.
  
• 
  Графический ускоритель GPU – тоже не менее важная характеристика, так как тип и мощность GPU будет напрямую влиять на производительность в графических задачах.
  
• 
  оперативная и пользовательская память – характеристика напрямую не имеет отношение к процессору, но важно обращать внимание на то, с какими стандартами работает процессор, от этого и будет зависеть скорость работы оперативной и пользовательской памяти и работа с ними.
  
• 
  рейтинг в Бенчмарках – данная характеристика хорошо показывает то, как процессор работает с теми или иными задачами, обычно графического характера, что очень важно при выборе смартфона.
  

Исходя из этих характеристик стоит выбирать смартфон. В том числе и при разработке приложений под устройства той или иной конфигурации стоит обращать внимание на производителя, возможности устройства и его организацию, чтобы приложение могло наиболее эффективно работать в той или среде.

2.2.2 Общие тенденции RISC-подхода

Практически весь рынок смартфонов и мобильных устройств использует RISC-подход для своих устройств. Это решение наиболее подходящее и, по многим прогнозам, эта архитектура останется в данном сегменте, возможно даже вытиснув CISC окончательно.

Так же, многие эксперты утверждают, что сегмент «немобильных» устройств, таких как компьютеры, ноутбуки и сервера в скором времени могу перейти на RISC архитектуру, так как она всё лучше, хоть и не так хорошо, справляется с задачами CISC процессоров.

Чего стоит компания Apple, которая уже постепенно встраивает в свои новые компьютеры вместо x86 ARM процессоры собственного производства. Да, пока для такого подхода нужен отдельный чип, который будет дешифровать CISC команды для процессора, но это огромный шаг для RISC-подхода и разработки процессоров для обычных ПК, которые работают на операционных системах Windows и Linux.

Разработчикам софта тоже стоит обратить на это внимание, так как работа с RISC в некоторых аспектах отличается от работы на CISC и если RISC станут использовать в ноутбуках, то понадобится большое количество специалистов, способных придумать решения для таких систем.

2.2.3 Устройства на RISC

Хоть и RISC находится в основном на рынке мобильных устройств, есть множество конфигураций, которые подходят под различные задачи. В том числе, RISC ядра находят своё применение и в CISC-подходах, что позволяет им развиваться не только в какой-то узкой области, а стать по-настоящему универсальной архитектурой, которая может потеснить CISC-архитектуру.

Однако, под крылом RISC по большей части находятся только мелкие устройства, их список можно продолжать до бесконечности, но основными являются:

• 
  смартфоны;
  
• 
  планшеты;
  
• 
  ноутбуки;
  
• 
  умные часы;
  
• 
  жесткие диски;
  
• 
  плееры;
  
• 
  калькуляторы;
  
• 
  портативные игровые консоли.
  

Несмотря на это, некоторые ноутбуки и компьютеры, как говорилось ранее, имеют RISC процессор как основной.

Список основных и мощнейших на 2021 год процессоров RISC для Android и Windows устройств:

• 
  Qualcomm Snapdragon 888 – для смартфонов;
  
• 
  Qualcomm Snapdragon 865 Plus – для планшетов;
  
• 
  Qualcomm Snapdragon 8cx Gen 2 – для ноутбуков;
  

Список для Apple устройств:

• 
  Apple A15 Bionic – для iPhone;
  
• 
  Apple M1 – для iPad;
  
• 
  Apple M1 Max – для Mac;
  

2.3 Квантовые компьютеры

2.3.1 Основные характеристики квантового процессора

Квантовые процессоры пока являются новинкой в сфере вычислительных технологий. Они используются в специфических задачах и алгоритмы для них тоже специфические, и понять их можно только человеку, знающему хоть немного о квантовой теории и мат анализе.

Однако, такие компьютеры очень важны в изучении искусственного интеллекта, квантовых процессов и итеративных задачах в теории математики. Пока установки для их работы доступны только большим корпорациям и лучшим учебным заведениям мира.

Стоит ещё заметить, что процессоры такого сегмента вряд ли смогут быть полезны обычному пользователю. Однако, квантовые компьютеры очень полезны в криптографии, что может сделать прорыв в сфере защиты данных и созданию новых криптовалют.

Квантовые компьютеры в основном отличаются лишь количеством кубитов, которые являются основной частью процессора, а для поддержания их в квантовом состоянии нужны очень низкие температуры и вакуум. Пока точность таких систем неидеальна, ибо сложно создать условия, необходимые для их работы, но они уже есть огромные шаги в этом направлении.

2.2.2 Общие тенденции квантовых компьютеров

Всем известна история про огромные компьютеры двадцатого века, которые занимали целые комнаты. Исходя из этого многие эксперты практически уверены, что квантовые процессорами в будущем могут стать если не основными аппаратными устройствами, то хотя бы быть дополнительным блоком для обработки некоторых данных.

На таком компьютере компания Google уже смогла на практике доказать физическую модель темпорального кристалла, чего не удавалась при отсутствии подобных установок. Учёные уже изучают полученные данные и почти уверены, что это открытие в области фундаментальной физики.

В продаже таких компьютеров уже преуспела компания IBM, у которой уже можно заказать установку, если у вас есть достаточно денег на её покупку и содержание. Многие считают это прорывом в сфере квантовых компьютеров и ждут, когда такие компьютеры смогут позволить обычные пользователи.

Пока неизвестно, скоро ли появятся программисты для таких компьютеров и насколько хорошо им нужно будет знать квантовую физику, чтобы создавать программы для таких систем.

2.2.3 Квантовые компьютеры

Сейчас существует лишь несколько моделей таких компьютеров, все крупные компании по производству процессоров ведут свои исследования и пытаются создать собственный квантовый компьютер. Конкуренция не помешает в таком подходе, ибо сейчас уже в проекте находятся 100 кубитные компьютеры, способные эффективно перебирать числа до 2¹⁰⁰ с такой скорость, которую никогда не смогут обычные компьютеры.

Список два самых мощных компьютеров на сегодняшний день:

• 
  IBM Quantum System One – 54 кубита;
  
• 
  Google Sycamore – 54 кубита;
  

Пока никто не знает насколько такая технология приживётся у обычного пользователя и будет ли она ему необходима в дальнейшем, но уже понято, что прогресс есть и, как минимум, такие компьютеры понадобятся учёным и корпорациям. Именно им будут необходимы большие вычисления, так как они работают с огромным потоком данных.

Заключение

В данной работе были выведены основные принципы работы разных архитектур, современные подходы к их интеграции в новые устройства и были приведены данные о том, как именно меняется мир современных технологий в разработке процессоров. Можно смело сказать, что мир стремительно меняется и будущему программисту будет нелегко. В будущем ожидается борьба за сегменты рынка между RISC и CISC, квантовые компьютеры и непостоянство в IT сфере, которая будет стремительно меняться. Новый специалистом стоит обратить внимание на тенденции и часто подстраиваться под новые условия, потому что только так можно будет найти себе работу.

Разобранные тонкости процессоров могут помочь в дальнейшем тем, кто ещё не совсем определился с направлением или тем, кто боится, что его профессия в скором может быть частично неактуальна для рынка. Так как RISC-архитектура и квантовые компьютеры развиваются очень стремительно, специалисты по разработке на CISC процессорах могу находится под угрозой безработицы. Однако, пока ничего неизвестно и CISC специалисты вполне могут стать помощниками в переходе от CISC архитектуры к RISC, если таковой когда-нибудь будет.

Что касается квантовых процессоров, в этой области всё ещё более туманнее, так как это новое направление в вычислительной технике. Может в далёком будущем и появятся программисты, способные изучить логику программирования и квантовую физику одновременно, чтобы работать с такими системами. Но кто знает, когда это вообще произойдёт.

В общем и целом, можно сказать, что мир технологий стремительно и непредсказуемо движется, когда в конце 20-го века казалось сложно осуществимым создание квантовых компьютеров, сейчас же это наша реальность. Никто не знает, что принесёт нам завтра и для каких архитектур нужно будет затачивать будущих специалистов, чтобы те не остались без работы.

Список использованных источников и литературы

1. 
   Цапко, Ирина Валериевна. Архитектура вычислительных систем : учебное пособие [Электронный ресурс] / И. В. Цапко, С. Г. Цапко; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Институт кибернетики (ИК), Кафедра автоматики и компьютерных систем (АИКС). — Томск : Изд-во ТПУ, 2012. — 168 с. — Режим доступа: из корпоративной сети ТПУ. — Системные требования: Adobe Reader. — Текст : электронный
   
2. 
   Орлов, Сергей Александрович. Организация ЭВМ и систем : учебник для вузов / С. А. Орлов, Б. Я. Цилькер // 2-е изд. — СПб. : Питер, 2011. — 688 с.: ил. — (Учебник для вузов). — Библиогр.: с. 665-672. — Алф. указ.: с. 673-686. — ISBN 978-5-49807-862-5. — Текст : непосредственный
   
3. 
   Архитектура процессоров (CISC, RISC, MISC) [Электронный ресурс] : Материал из Викиверситета : Версия 144603, сохранённая в 12:37 UTC 23 апреля 2021 / Авторы Викиверситет // Викиверситет, . — Электрон. дан. — Сан-Франциско: Фонд Викимедиа, 2021. — Режим доступа: https://ru.wikiversity.org/w/index.php?title=%D0%90%D1%80%D1%85%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2_(CISC,_RISC,_MISC)&oldid=144603 — Текст : электронный
   
4. 
   Таненбаум, Эндрю. Архитектура компьютера : пер. с англ. / Э. Таненбаум // 6-е изд. — СПб. : Питер, 2018. — 816 с.: ил. — (Классика Computer Science). — Алфавитный указатель: с. 685-698. — ISBN 978-5-4461-1103-9. — Текст : непосредственный
   
5. 
   Першиков, Владимир Иванович. Толковый словарь по информатике : свыше 10000 терминов / В. И. Першиков, В. М. Савинков // 2-е изд., доп. — Москва : Финансы и статистика, 1995. — 544 с. — ISBN 5-279-01252-1. — Текст : непосредственный
   
6. 
   Немнюгин, Сергей А. Параллельное программирование для многопроцессорных вычислительных систем : [Практическое руководство] / С. А. Немнюгин, О. Л. Стесик. — СПб. : БХВ-Петербург, 2002. — 400 с.: ил. — (Мастер программ). — Библиогр.: с. 385. — Предм. указ.: 387-396. — ISBN 5-94157-188-7. — Текст : непосредственный
   
7. 
   Семенов, Юрий Алексеевич. Квантовые компьютеры : официальный сайт. — Москва. — Обновляется в течении суток — URL: http://book.itep.ru/4/7/qwant_comp.htm (дата обращения: 02.12.2021). — Текст : электронный
   

1

^ Регистр - поле заданной длины во внутрипроцессорной сверхбыстрой оперативной памяти.

2

^ Адресация - осуществление ссылки (обращение) к устройству или элементу данных по его адресу.

3

^ Assembler - машинно-ориентированный язык программирования низкого уровня.