Ongelma(t): Mihin perustuu tietokoneiden suorituskyky ja sen jatkuva kasvu? Mitkä tekijät rajoittavat suorituskyvyn parantamista ja mitkä niistä ovat

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Ongelma(t): Mihin perustuu tietokoneiden suorituskyky ja sen jatkuva kasvu? Mitkä tekijät rajoittavat suorituskyvyn parantamista ja mitkä niistä ovat"

Jere Mäkelä
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

2 Ongelma(t): Mihin perustuu tietokoneiden suorituskyky ja sen jatkuva kasvu? Mitkä tekijät rajoittavat suorituskyvyn parantamista ja mitkä niistä ovat ehdottomia? Lasse Lensu 2

3 Nykyiset tietokoneet perustuvat lähes yksinomaan integroituihin piireihin, joissa puolijohdetransistorit ohjailevat sähkövarauksia ohjelman tai mikrokoodin logiikan määräämällä tavalla. Integroitujen piirien yksityiskohtien pienentäminen on ollut yksi tärkeimmistä tekijöistä tietokoneen suorituskyvyn parantamisessa. Yksityiskohtien pienentäminen ei ole enää tulevaisuudessa mahdollista nykyisellä tekniikalla Lasse Lensu 3

Integroitujen piirien yksityiskohtien pienentäminen on ollut yksi tärkeimmistä tekijöistä tietokoneen

4 Tietojenkäsittelyn perusteet II Tietokonetekniikan rajoitukset 4

5 Tietokonetekniikan rajoitukset 5

6 Tietokonetekniikan rajoitukset Alaoutinen S Ikonen L Laskeminen käytännössä Mooren laki 6

7 Laskeminen käytännössä Wilhelm Schickard: ensimmäinen laskin. Gottfried Wilhelm Leibniz: Leibnizin pyörä. Charles Babbage: differentiaalikone, analyyttinen kone. Alan Turing: Church Turingin teesit. John von Neumann: (muistiin) talletettu ohjelma, sarjamuotoinen käsittely. (Laskemisen teoreettiset mallit: Turingin kone, hajasaantikone, osoitinkone.) 7

Charles Babbage: differentiaalikone, analyyttinen kone.

8 Wilhelm Schickard: ensimmäinen automaattinen laskin Laskentakello 1623 Napierin sauvat kertolaskuun Välitetyt rattaat yhteen ja vähennyslaskuun An Encyclopedia of the People and Machines that Made Computer History 8

Välitetyt rattaat yhteen ja vähennyslaskuun An

9 Gottfried Wilhelm Leibniz: Leibnizin pyörä Gottfried Wilhelm Leibniz ( ) Suunnitelma 1673 ja toteutus 1694 Kaikki aritmetiikan perusfunktiot Neliöjuuri yhteenlaskuilla Hammasrattaita ja sylinteri Muistinumero ongelma 9

1694 Kaikki aritmetiikan perusfunktiot Neliöjuuri

10 Charles Babbage: differentiaali /analyyttinen kone Differentiaalikone logaritmien ja trigonometristen funktioiden taulukointiin 1837 analyyttinen kone Ohjelmointi reikäkorteilla +,, *, /, vertailu, neliöjuuri Toistorakenteet, ehdolliset hyppykäskyt 10

taulukointiin 1837 analyyttinen kone Ohjelmointi

11 Käännekohta: Sähköisen tietokoneen komponentit Transistori (1947) ja integroitu piiri (1958): History of the transistor. Bell System Memorial, First integrated circuit. Texas Instruments,

12 Käännekohta: Integroitu piiri tasossa G. E. Moore. No exponential is forever...but we can delay 'forever'. Intel,

13 Käännekohta: Komponenttien pienentäminen Transistorin skaalaus kertoimella K : A. Bar-Lev. Semiconductor and electronic devices. Prentice-Hall, London, 3rd edition,

Nykytekniikkaa: Neumannin arkkitehtuuri John von Neumann (1903 1957) Tietokoneen arkkitehtuuri

14 Nykytekniikkaa: Neumannin arkkitehtuuri John von Neumann ( ) Tietokoneen arkkitehtuuri pullonkauloineen: Muisti Ohjausyksikkö Aritmeettislooginen yksikkö Akku Wikimedia Commons Syöttö Tulostus 14

15 Mooren laki The complexity for minimum component costs has increased at a rate of roughly a factor of two per year.... Certainly over the short term this rate can be expected to continue, if not to increase. (Gordon E. Moore) Kohtuullisin kustannuksin samalle piirilevylle mahdutettavien transistorien määrä on kaksinkertaistunut noin kahdessa vuodessa. Moore ennusti trendin vuonna

... Certainly over the short term this rate can be expected to continue, if not to increase.

16 Mooren laki G.E. Moore. Cramming more components onto integrated circuits. Electronics, 38(8),

17 Tallennustilan kasvu 17

18 Tulevaisuus: Komponenttien pienentämisen esteet 18

19 Tulevaisuus: Komponenttien pienentäminen jatkuu Muistin lähitulevaisuus: Mark Bohr, Silicon Technology for 32 nm and Beyond System-on-Chip Products, IDF

20 Tulevaisuus: Enemmän rinnakkaisuutta 48 suoritinydintä sisältävä koepiiri: 20

21 Uusi käännekohta: Tulevaisuuden tietokone Tulevaisuuden tietokoneen toteutusvaihtoehdot: Mekaniikka Nanoelektroniikka Kemia Kvanttimekaniikka Optiikka Technology roadmap for nanoelectronics. European Communities, Luxembourg, 2nd edition,

22 Yhteenveto Tietokonetekniikan kehitys on alkanut mekaanisten ja sähköisten laskukoneiden kehityksestä. Nykyiset tietokoneet perustuvat lähes yksinomaan integroituihin piireihin, joissa puolijohdetransistorit ohjailevat sähkövarauksia. Integroitujen piirien yksityiskohtien pienentäminen on yksi tärkeimmistä tekijöistä tietokoneen suorituskyvyn kehittymisessä. Yksityiskohtien pienentämiselle on olemassa esteitä, joista osa on nykytekniikalle ehdottomia. 22

Samankaltaiset tiedostot

Ongelma(t): Mihin perustuu tietokoneiden suorituskyky ja sen jatkuva kasvu? Mitkä tekijät rajoittavat suorituskyvyn parantamista ja mitkä niistä ovat

Ongelma(t): Mihin perustuu tietokoneiden suorituskyky ja sen jatkuva kasvu? Mitkä tekijät rajoittavat suorituskyvyn parantamista ja mitkä niistä ovat ehdottomia? 2013-2014 Lasse Lensu 2 Nykyiset tietokoneet