Разработка сверхбыстродействующих элементов памяти вычислительных машин

• Автор: Сахаров, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 207 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ4

ГЛАВА 1. Необходимость и пути создания сверхбыстродействующих элементов памяти СБЭП

1.1 .Актуальность разработки как технической основы суперпроизводительных вычислительных машин СВМ.

1.2.Трсбования к быстродействию и параметрам СБЭП

Выводы.
ГЛАВА 2 . Сверхбыстродействующие элементы памяти принципы построения, элементная база

2.1. СБЭП на кристаллических и аморфных

гетероструктурах лазерного типа

2.2. СБЭП на нейромембранных

мегамолекулярных биоструктурах.

2.3. Логические элементы.
Выводы.
ГЛАВА 3 . Управляемая вычислительная среда УВС на СБЭП
3.1. Топология управляемой
вычислительной среды
3.2. Базисные функциональные схемы4
3.3. Модель вычислительных процессов в
одномерных и двумерных вычислительных средах.
3.3.1. Операторная модель7
3.3.2. Модель информации6
3.4. Информация в параллельных
вычислительных процессах.0
Выводы4
ГЛАВА 4 . Реализация СБЭП и УВС на природных и искусственных молекулярно квантовых структурах
4.1. Природные биоструктуры и полимерные цепи.7
4.2. Инженерные основы и перспективы проектирования
квантовых СБЭП на гетероструктурах
4.2.1. Параметры гетероструктур3
4.2.2. Оценка энергетической глубины
долин и глубины холмов6
4.2.3. Химический состав гетерослоев СБЭП1
4.3. Ввод вывод информации9
4.4. Оценка производительности 3
Заключение.7
Список литературы


Физически эти структуры напоминают метастабильные кристаллы, похожие на причудливо застывший жесткий и прочный, но неустойчивый каркас рухнувшего небоскреба. В процессе моделирования ВП обнаружены практически важные информационные структуры, возникающие в УВС, в частности, информационные зоны с регулярной структурой и фиксированными, либо с подвижными границами. Из них наибольший интерес предстаатяют «глайдеры» - подвижные регистры памяти, которые перемещаются по УВС, перенося информацию. Одновременно, по ходу движения, они М>т и перерабатывать ее. Целостность УВС при этом не нарушается. Установлено, что в УВС можно создать структуру экспоненциально нарастающей сложности - из локальной «черной дыры» или из множества «дыр черного облака», т. С. Стимуляция элементов УВС определяется способами ввода - вывода. Регулярные области, преобразующиеся в «черные дыры», именуются «белыми дырами»; именно такие области могут быть в первую очередь предназначены для ввода исходных данных и начальных команд по ходу адаптации УВС. Обнаруженные в диссертации структуры типа спиральных «вихрей», раскручивающихся «торнадо», регулярных «филаментов», «торпед», и т. Структуры типа «кактусов» и «струй» могут выполнять функции кодировщиков, компараторов и линейных параллельных перемножителей. Структура и взаимодействие параллельных ВП изучается «в больгггом» т. УВС в целом на разных интервалах времени, для наглядности вводится графическая картина такого распределения; подход позволяет охватить работу УВС в целом, взглянуть на динамику распределения информации по всему объему УВС, выявить слабо или сильно загруженные области, т. УВС. В Главе 4 обсуждаются пути и способы реализации СБЭП и устройств ЭВМ, возможность синтеза комбинаторной схем из гетеро- и нейроструктур. Предложен ряд альтернативных инженерных реализаций СБЭП: мегамолекуляриая (ММ), актино-филаментная (АМФ), синаптическая (С). Предложены также теоретически возможные гетероструктуры ангстремных размеров (АГ). Изучены: квантомеханический (КММ), концентрационно-ионный (КИМ), ауто-лизосомный (АЛМ) механизмы трансляции информации и управления вычислительной средой. Даны оценки производительности квантовых УВС. Цаиболее высокую интегральную производительность (до Ю1' ТФ) показывают в параллельном режиме гетероструктуры в мягком рентгеновском диапазоне: наиболее экономичными (? КИМ, для них скорость адаптации может на порядок превышать скорость вычислений. Описаны демонстрационные опьггы и установки, которые в условиях учебной кафедры позволяют моделировать работу как отдельных СБЭП, так и УВС в целом. Представлены наглядные результаты моделирования на ЭВМ различных динамических структур, возникающих в УВС. В Заключении высказаны и кратко обоснованы прогнозы наиболее вероятностных путей развития квантовых ВМ, их конкурентные способности по сравнению с электронными. ГЛАВА 1. Актуальность разработки сверхбыстродействующих элементов памяти как технической основы суперпроизводительных вычислительных . Обоснуем необходимость создания СБЭП на квантовых носителях информации и обсудим требования к их быстродействию. В литературе требования но рассматривались, хотя научно-популярные и рекламные издания насыщены обсуждениями этой актуальной темы. В самом деле, по прогнозам, публикуемым в открытой литературе по ВС, производительность компьютеров удваивалась в - годы за 2-3 года за счет непрерывного улучшения чистоты и точности технологии производства СБИС, увеличения плотности упаковки компонентов интегральных схем []. По прогнозам, в частности, перспективным оценкам одного из создателей микросхем Г. Мура [], быстродействие будет удваиваться каждые полтора года. Ряд данных, опубликованных в компьютерной периодике -гг. В лабораториях фирмы Нх'ТЕЬ в стандартных электронных микропроцессорах достигнуто быстродействие ч Гц, немногим меньше рекордной цифры (12,9 Гц) , полученной в структуре СЯАУ. В г. МТЕ1. Гц. Можно доказать, что в принципе при электроннополевой интегральной технологии, т. Гц. При дальнейшем росте быстродействия классическая теория перестанет быть применимой, необходимо применять квантовую механику.