Национальный исследовательский ядерный университет
«Московский инженерно-физический институт»
Кафедра «Микро- и наноэлектроники»
Курс «Применение персональных компьютеров»
Новые тренды мощности ПК
Группа: А04-09
Выполнили: Воеводская А.С.
Воеводская А.Д.
Преподователь: доцент Лапшинский В.А.
Москва 2015
(Версия 2.0 от 13 июня 2015 суббота)
Аннотация
В данной работе производиться моделирование и прогнозирование мощности персональных компьютеров. Так же кратко рассмотрим основные характеристики ПК и закон Мура. Эта работа состоит из 10 страниц и в ней приведены 7 рисунков и 2 таблицы.
Ключевые слова: тренд, ПК, flops, корреляция, регрессия.
Глоссарий
ЭВМ – электронно-вычислительная машина.
ПК (англ. personal computer, PC) — настольная микро-ЭВМ, имеющая эксплуатационные характеристики бытового прибора и универсальные функциональные возможности.
Тренд (от англ. trend — тенденция) — основная тенденция изменения временного ряда. Тренды могут быть описаны различными уравнениями — линейными, логарифмическими, степенными и т. д.
FLOPS (также flops, flop/s, флопс или флоп/с) (акроним от англ. FLoating-point Operations Per Second) – внесистемная единица, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система.
Корреляция – статистический метод, позволяющий определить, существует ли зависимость между переменными и на сколько она сильна.
Коэффициент детерминации – это мера вариации зависимой переменной, которая определяется линией регрессии и независимой переменной. Коэффициент обозначается R^2.
Содержание
Аннотация
Глоссарий
Введение
1.История появления ПК
2. Закон Мура
3. Изменение мощности ПК с годами
3.1. Вычислительная мощность
3.2. Интеллектуальная мощность
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Выбранная тема актуальна в настоящее время, так как в наше жизни невозможно представить решение сложных вычислительных задач и выполнение операций, казалось бы, не связанных с числами, без помощи компьютера. Но обратимся немного к истории ПК. Первые компьютеры были созданы почти полвека назад. Хотя они и занимали тогда целые комнаты, их быстродействие было сравнимо с быстродействием современных ПК. На тот момент они полностью удовлетворяли потребностям крупных корпораций. Но такие компьютеры были доступны только крупным организациям, исследовательским центрам, государственным учреждениям из-за своих размеров и цены. С развитием технологий, производители стремятся увеличить скорость обработки данных/выполнения команд, ну и в целом повысить производительность, при этом уменьшая размеры самих обрабатывающих устройств. В данной работе мы произведем моделирование и составление прогноза мощности персональных компьютеров.
1. История появления ПК
В 1968 году советский инженер Арсений Анатольевич Горохов запатентовал программирующий прибор, прообраз современного персонального компьютера. Устройство предназначалось прежде всего для построения сложных инженерных чертежей. Прибор Горохова включал в себя монитор, отдельный системный блок с жестким диском, материнской платой, памятью, видеокартой и прочей начинкой. Отсутствовала только «мышка».
В 1973 году фирма Xerox представила революционную рабочую станцию Xerox Alto, имеющую графический интерфейс и предвосхитивший программное и аппаратное устройство всех современных ПЭВМ.
В 1974 году на основе микропроцессора intel-8008 были выпущены первые миниатюрные ПЭВМ Mark-8 и Scelbi-8N. В качестве монитора к компьютерам подключался осциллограф, а клавиатурой и принтером служил телетайп.
В августе 1981 года IBM выпустила компьютерную систему IBM PC (IBM 5150), положившую начало эпохи современных персональных компьютеров.
23 июля 1985 года появился первый в мире мультимедийный персональный компьютер Amiga (Amiga 1000).
В 1995 году появился Microsoft Windows 95, приблизившей IBM PC-совместимые компьютеры к тем возможностям, которые существовали на Commodore Amiga и Apple Macintosh.
2. Закон Мура
Го́рдон Эрл Му́р (рисунок 1) - почётный председатель совета директоров и основатель корпорации Intel, основоположник «закона Мура».
Рисунок 1. Фотография Гордона Мура
Что бы полностью понять Закон Мура, следует немного рассмотреть процесс производства интегральных схем (ИС): большой кремниевый цилиндр распиливается на отдельные круглые дольки – “подложки”; на каждой подложке с помощью масок формируется множество одинаковых схем; схемы прямо на подложке проверяются специальным тестером; наконец подложка распиливается на отдельные чипы, и бракованные выбрасываются, а исправные упаковываются в отдельные корпуса.
19 апреля 1965 г. директор исследовательского отдела Fairchild Semiconductor Гордон Мур (ставший в 1968 г. со-основателем фирмы Intel) опубликовал в юбилейном выпуске журнала “Electronics” статью “Втискивая ещё больше компонентов на интегральные схемы”, посвящённую прогрессу микроэлектроники за эти годы. Один из тезисов этой работы, позже названный “законом Мура”, состоял в следующем: наиболее выгодное число транзисторов на одном кристалле удваивается каждый год.
3. Изменение мощности ПК с годами
3.1. Вычислительная мощность
Вычислительная мощность компьютера (производительность компьютера) — это количественная характеристика скорости выполнения определённых операций на компьютере. Чаще всего вычислительная мощность измеряется во флопсах (количество операций с плавающей запятой в секунду), а также производными от неё. На данный момент принято причислять к суперкомпьютерам системы с вычислительной мощностью более 10 терафлопсов.
Таблица 1. Вычислительная мощность ПК
|
Название
|
Вычислительная мощность (MFlops)
|
Год
выпуска
|
Log (вычислительной мощности)
|
|
Старые данные
|
|
Intel 30486DX/DX2
|
40
|
1991
|
1,60
|
|
Intel Pentium
|
200
|
1996
|
2,30
|
|
Intel Pentium III
|
2000
|
2000
|
3,30
|
|
AMD Athlon 64
|
8000
|
2003
|
3,91
|
|
Intel Pentium 4
|
5300
|
2004
|
3,73
|
|
Intel Core 2 Duo E6600
|
19200
|
2006
|
4,28
|
|
AMD Athlon 64 X2 4200+
|
13200
|
2006
|
4,12
|
|
Intel Atom N270, D150
|
3200
|
2009
|
3,50
|
|
Новые данные
|
|
Intel Core i7-975 XE
|
53300
|
2009
|
4,72
|
|
AMD Athlon II X4 640
|
37400
|
2010
|
4,57
|
|
Intel Core i3-2350M
|
36800
|
2011
|
4,56
|
|
Intel Core i5-2500K (Sandy Bridge)
|
118000
|
2011
|
5,07
|
|
Intel Core i7-4930K (Ivy Bridge)
|
140000
|
2013
|
5,14
|
|
Intel Core i7-5960X (Haswell)
|
350000
|
2014
|
5,54
|
По данным таблицы 1 была построена точечная диаграмма изменения вычислительной мощности различных ПК в течение лет (рисунок 2).
Рисунок 2. Точечная диаграмма для вычислительной мощности различных ПК
Далее была построена точечная диаграмма изменения десятичного логарифма вычислительной мощности от лет (рисунок 3). Зависимость сильно приближена к линейной.
Рисунок 3. Точечная диаграмма для десятичного логарифма вычислительной мощности различных ПК
Для этой диаграммы было построено линейное приближение – линия тренда.
Далее был рассчитан коэффициент корреляции (r) с помощью Microsoft Exel 2007 и с помощью калькулятора, по формуле, указанной на рисунке 4:
Рисунок 4. Формула нахождения коэффициента корреляции
Коэффициент корреляции равен 0,95 для обоих способов расчета. Т.к. r находится в диапазоне от 0,75 до 1.00, то из этого следует, что зависимость между переменными очень высокая и положительная.
Полученные в Microsoft Exel с помощью формата линии тренда уравнение кривой и коэффициент детерминации (достоверность аппроксимации) были проверены вычислениями с помощью калькулятора в той же таблице. Коэффициент детерминации в обоих случаях равен 0,9.
Все значения, полученные во время исследования вычислительной мощности ПК, указаны в таблице (рисунок 5).
Рисунок 5. Таблица регрессионной статистики для вычислительной мощности
Регрессионная статистика
3.2. Интеллектуальная мощность
Расчёты, связанные с интеллектуальной мощностью производились так же, как и расчёты, связанные с вычислительной мощностью, но исходными данными мы использовали таблицу 2. На наш взгляд, сделать прогноз для большего числа различных процессоров интереснее и полезнее, чем использовать данные из предыдущей таблицы.
Таблица 2. Исходные данные для интеллектуальной мощности ПК
Сразу приведем точечную диаграмму десятичного логарифма интеллектуальной мощности ПК (рисунок 6).
Рисунок 6. Точеная диаграмма для десятичного логарифма интеллектуальной мощности различных ПК
Проделывая те же действия, что и для вычислительной мощности получим таблицу регрессионной статистики для интеллектуальной мощности (рисунок 7).
В результате мы получили, что используя большее количество различных процессоров ПК коэффициент корреляции увеличился и стал равен 0,98. Зависимость между переменными очень высокая и положительная.
Рисунок 7. Таблица регрессионной статистики для интеллектуальной мощности
Ради интереса сравним интеллектуальную мощность современных ПК с
обрабатывающей способностью человеческого мозга: 100 триллионов операций в секунду (1014). Из рисунка 6 видно, что процессоры ПК достигнут возможностей человеческого мозга ещё не скоро.
Заключение
Если производители ПК продолжат выпускать ПК так же как сейчас, то к 2025 году мы увидим процессоры с вычислительной мощностью примерно 3200 GFLOPS.
Список используемой литературы
1. Вычислительная мощность ПК
2. Регрессия
3. FLOPS
4. Человеческий мозг
5. Корреляционный анализ
|