Нанотехнологии в информационных технологиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Реферат

По предмету: Информатика

На тему: «Нанотехнологии в информационных технологиях»

Выполнила студентка 2 курса

Спец. Финансы и кредит

Группа №7-12ФК2/11

Березина М.В.

Проверил: Гришин В.А.

Заволжье 2010

Содержание

Введение

Глава 1. Основные положения нанотехнологий

1.1 Понятие нанотехнологий

1.2 Понятие информационных технологий

1.3 Нанотехнологии в информационных технологиях

Глава 2. Пример практического приложения

2.1 Процессор Power-7

Заключение

Список литературы

Введение

Человечество во все времена стремилось улучшить условия своего существования. Теперь большинство из нас уже не может представить себе жизнь без современных благ цивилизации, достижений науки, техники, медицины. Следующим шагом в этом развитии станет освоение нанотехнологий, в частности, систем очень малого размера, способных выполнять команды людей.

Нанотехноломгия - междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

В отличие от традиционных технологий нанотехнологии характеризуются повышенной наукоёмкостью и затратностью, а также междисциплинарностью и неэффективностью решения задач методом “проб и ошибок”.

Технический прогресс направлен в сторону разработки более мощных, быстрых, компактных и изящных машин. Пределом такого развития можно считать машины, размером с молекулу.

Актуальность темы обусловлена значимостью нанотехнологий в нашей жизни, в глобальных масштабах мирового общества.

Глава 1. Основные положения нанотехнологий

1.1 Понятие нанотехнологий

нанотехнология информационный ядро интерфейс

Технологией называется совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции.

Нанотехноломгия - междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

Само понятие "нанотехнология" было введено японцем Норио Танигучи (Norio Taniguchi) в 1974, он предложил называть так технологии и механизмы, размером менее одного микрона, а так же дал краткое определение нанотехнологии, как: междисциплинарной, образующей технологии, позволяющей "технологично" (воспроизводимо, по описанным процедурам) производить исследования, манипуляцию и обработку вещества в диапазоне размеров и с допусками 0,1/100 нм.

Нанотехнологии смогут помочь человечеству достигнуть очень амбициозных (даже фантастических) задач:

§ создание новейших промышленных технологий на атомарном и молекулярном уровнях;

§ твердых тел и поверхностей (материалов и пленок) с измененной молекулярной структурой, что даст сверхпрочные металлы, ткани, пластмассы; самовосстанавливающиеся материалы;

§ новых химических веществ посредством составления из молекул, т.е. без химических реакций;

§ логических наноэлементов и нанокомпьютеров (миниатюризация и повышение вычислительной мощности компьютеров), и сверхпроводников нового типа (сверххолодных);

§ вычислительных устройств на белковых молекулах;

§ искусственных аналогов живых организмов (растений и животных);

§ нанороботов, наномашин (нанодвигателей), прецизионных (точных) наноманипуляторов;

§ роботов-врачей для имплантации в организм (для устранения генетических и физиологических повреждений на клеточном и надклеточном уровнях);

§ нанороботов, наномашин (нанодвигателей), прецизионных (точных) наноманипуляторов;

§ разработка самореплицирующихся (саморазмножающихся) систем на базе биоаналогов - бактерий, вирусов, простейших;

Особенность нанотехнологии заключается в том, что рассматриваемые процессы и совершаемые действия происходят в нанометровом диапазоне пространственных размеров. "Сырьем" являются отдельные атомы, молекулы, молекулярные системы, а не привычные в традиционной технологии микронные или макроскопические объемы материала, содержащие, по крайней мере, миллиарды атомов и молекул. В отличие от традиционной технологии для нанотехнологии характерен "индивидуальный" подход, при котором внешнее управление достигает отдельных атомов и молекул, что позволяет создавать из них как "бездефектные" материалы с принципиально новыми физико-химическими и биологическими свойствами, так и новые классы устройств с характерными нанометровыми размерами.

В силу того, что нанотехнология - междисциплинарная наука, для проведения научных исследований используют те же методы что и "классические" биология, химия, физика. Одним из основных методов исследования в области нанотехнологии является сканирующая зондовая микроскопия. В настоящее время в исследовательских лабораториях используются не только "классические" зондовые микроскопы, но и СЗМ в комплексе с оптическими микроскопами, электронными микроскопами, спектрометрами комбинационного (рамановского) рассеяния и флюоресценции, ультрамикротомами (для получения трехмерной структуры материалов).

Анализ текущего состояния бурно развивающейся области нанотехнологий, позволяет выделить в ней ряд важнейших направлений:

Молекулярный дизайн. Препарирование имеющихся молекул и синтез новых молекул в сильно неоднородных электромагнитных полях.

Материаловедение. Создание "бездефектных" высокопрочных материалов, материалов с высокой проводимостью.

Приборостроение. Создание сканирующих туннельных микроскопов, атомно-силовых микроскопов, магнитных силовых микроскопов, многоострийных систем для молекулярного дизайна, миниатюрных сверхчувствительных датчиков, нанороботов.

Электроника. Конструирование нанометровой элементной базы для ЭВМ следующего поколения, нанопроводов, транзисторов, выпрямителей, дисплеев, акустических систем.

Оптика. Создание нанолазеров. Синтез многоострийных систем с нанолазерами.

Гетерогенный катализ. Разработка катализаторов с наноструктурами для классов реакций селективного катализа.

Медицина. Проектирование наноинструментария для уничтожения вирусов, локального "ремонта" органов, высокоточной доставки доз лекарств в определенные места живого организма.

Трибология. Определение связи наноструктуры материалов и сил трения и использование этих знаний для изготовления перспективных пар трения.

Управляемые ядерные реакции. Наноускорители частиц, нестатистические ядерные реакции.

1.2 Понятие информационных технологий

Информация (от лат. «Informatio») - это знания, сведения, сообщения, являющиеся объектом хранения, преобразования, передачи и помогающие решать поставленные задачи.

Информационные технологии (ИТ, от англ. information technology, IT) - широкий класс дисциплин и областей деятельности, относящихся к технологиям управления и обработки данных, в том числе, с применением вычислительной техники.

В последнее время под информационными технологиями чаще всего понимают компьютерные технологии. В частности, информационные технологии имеют дело с использованием компьютеров и программного обеспечения для хранения, преобразования, защиты, обработки, передачи и получения информации. Специалистов по компьютерной технике и программированию часто называют ИТ-специалистами.

Основные черты современных информационных технологий:

- компьютерная обработка информации по заданным алгоритмам;

- хранение больших объёмов информации на машинных носителях;

- передача информации на любые расстояния в ограниченное время.

Информационная технология формирует передний край научно-технического прогресса, создает информационный фундамент развития науки и всех остальных технологий.

Развитие информационных технологий во всем мире объясняется возросшей интенсивностью информационных потоков вследствие развития процессов глобализации мировой экономики и становления информационного пространства. Управленческая деятельность нуждается в информационном обеспечении, так как обработка информации для принятия управленческих решений и выработки управляющих воздействий занимает достаточно много времени.

В широком понимании информационные технологии охватывают все области передачи, хранения и восприятия информации и не только компьютерные технологии. При этом ИТ часто ассоциируют именно с компьютерными технологиями, и это не случайно: появление компьютеров вывело ИТ на новый уровень. Как когда-то телевидение, а ещё ранее печатное дело. При этом основой информационных технологий являются технологии обработки, хранения и восприятия информации.

1.3 Нанотехнологии в информационных технологиях

В развитых зарубежных странах нанотехнологиям уделяется большое внимание - создаются исследовательские институты, развернута подготовка специалистов. В США этими вопросами занимаются такие известные фирмы, как Intel, MEMS Industry Group, Sandia National Labs. Рассматриваемый круг вопросов - от ручки без разбрызгивания чернил до беспроволочной передачи данных, оптических устройств управления оружием и миниспутников. Агентство перспективных разработок МО США реализует программу "Умная пыль", направленную на создание сверхминиатюрных устройств, способных генерировать энергию, проводить мониторинг окружающей среды, накапливать и передавать информацию.

Очень значимое достижение в области нанотехнологий - создание ядра операционной системы.

Ядром - центральная часть операционной системы (ОС), обеспечивающая приложениям координированный доступ к ресурсам компьютера, таким как процессорное время, память и внешнее аппаратное обеспечение. Также обычно ядро предоставляет сервисы файловой системы и сетевых протоколов.

На данное время уже выпущены операционные системы на основе 2, 4 и 6 ядер.

Так же, ученые из Пердью (штат Индиана, США) явили миру новый теплоотводный интерфейс, призванный защищать микросхемы будущего от перегрева. Ученые решили отказаться от традиционного интерфейса на мазевой основе, содержащей мелкие металлические частицы. Вместо этого они предложили выращивать теплоотводные элементы прямо на поверхности микросхемы. В результате поверхность чипа покрывалась целым лесом наноскопических углеродных нанотрубочек, которые и представляли собой основу нового теплоотводного интерфейса. Для выращивания нанолеса на поверхности полупроводника были нанесен рисунок с использованием специальных шаблонов из молекул с разветвленной цепью, именуемых дендримерами (dendrimers). Затем в точках разветвления рисунка были размещены частицы-катализаторы роста углеродных трубочек, выполненные из переходных металлов: железа, никеля, кобальта или палладия диаметром порядка 10 нм. Обработанные катализаторами полупроводники помещались в камеру с метановой атмосферой, где и происходил собственно процесс "выращивания" углеродных нанотрубок с диаметром, стремящимся к таковому частиц-катализаторов.

С точки зрения разработчиков, похожий на ковровое покрытие, углеродный нанолес превосходит по эффективности современные теплоотводящие материалы на мазевой основе. Еще одно неоспоримое преимущество новой технологии - отсутствие необходимости в "чистой комнате", т.е. процесс производства не требует создания специальных стерильных условий, что, несомненно, способствует скорейшему внедрению новой технологии в коммерческое производство.

Глава 2. Пример практического приложения

2.1 Процессор Power-7

Компания IBM представила новое поколение серверных процессоров Power-7 и семейство серверов на их базе. Процессоры будут поставляться в 4-, 6- и 8-ядерных конфигурациях, причем каждое ядро будет поддерживать 4 информационных потока. Это означает, что восьмиядерный процессор Power-7 сможет одновременно поддерживать до 32 задач. По сравнению с предыдущим поколением процессоров Power-6 число ядер в старшей модели увеличилось в четыре раза.

Как сообщил Росс Маури (Ross Mauri), директор серверного направления IBM, новые процессоры будут обладать тактовой частотой от 3 до 4,14 гигагерца. При изготовлении нового поколения чипов IBM перешла с 65- на 45-нанометровый техпроцесс. При разработке процессоров Power-7 IBM использовала технологии и наработки, полученные во время создания суперкомпьютера Roadrunner, находящегося в Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Чип, по данным IBM, должен содержать 1,2 миллиарда транзисторов на 45 нм кристалле. Каждое ядро получит 12 исполнительных единиц, современные наборы предварительной выборки данных и команд и 32 потока на чип.

Каждое из восьми ядер процессора Power-7 может выполнять четыре потока вычислений одновременно. Потребление энергии нового чипа, изготовленного по 45-нанометровой технологии, такое же, как у Power-6. Но производительность выше в два-три раза.

Другая ключевая особенность - размещение 32 мегабайт кэш-памяти L3 непосредственно на кристалле. IBM впервые использовала в процессоре память типа eDRAM (embedded dynamic RAM). Ранее использовалась память SRAM (static RAM), которая находилась на отдельной плате расширения. Старая память быстрее, но за счет сокращения расстояния до вычислительных ядер компании удалось добиться от eDRAM большей производительности.

Каждое ядро адресует 64 килобайта кэш-памяти L1 (по 32 килобайта инструкций и данных) и 256 килобайт L2. В процессор встроены два двухканальных контроллера внешней памяти DDR3. Они обеспечивают постоянную пропускную способность 100 гигабайт в секунду.

Новая технология IBM Unique Intelligent Energy позволит отключать неиспользуемые части системы, что способствует снижению потребления электроэнергии. Чипы также будут оснащены новой технологией TurboCore, предоставляющей пользователям возможность самостоятельно увеличивать производительность ядер процессора. Данная технология направляет пропускную способность и память всех восьми ядер на четыре активных ядра для увеличения удельной производительности каждого из них.

Системы на Power-7 в два раза превосходят системы на Power-6 по производительности и в четыре - по энергоэффективности.

Предполагаемые конкуренты процессоров IBM Power-7, чипы Intel Xeon, обычно оснащены четырьмя ядрами, каждое из которых может поддерживать по два потока. По заверениям IBM, Power-7 является самым быстрым процессором в мире.

Одновременно IBM представила четыре сервера, построенных на базе Power-7. Модели Power 780 и Power 770 относятся к категории старшего класса, имеют модульную конструкцию и могут включать до 64 ядер Power-7. Сервер IBM Power 755 поддерживает до 32 ядер Power-7. Кроме того, планируется выпуск модели Power 750 Express.

Серверы с процессорами Power-7 не только обеспечивают более высокую производительность, но и помогают сократить расход электроэнергии. Технология Unique Intelligent Energy позволяет отключать часть системы, чтобы сэкономить потребляемую энергию. Кроме того, имеется возможность снизить тактовую частоту процессоров отдельных серверов или целого серверного пула.

Появление процессора Power-7 знаменует собой начало нового витка конкурентной борьбы на рынке микропроцессоров старшего класса, где продукты IBM будут соперничать с Intel Itanium и процессорами SPARC, выпускаемыми Sun Microsystems (в настоящее время - часть корпорации Oracle).

Первые отгрузки серверов на базе новых процессоров произойдут до 16 марта 2010 года. IBM пока не объявила цены на новые серверы, но, по заверениям старшего вице-президента IBM Рода Адкинса (Rod Adkins), по соотношению цены и производительности серверы на базе процессоров Power-7 будут превосходить серверы предыдущего поколения.

Заключение

Нанотехнология - без сомнения самое передовое и многообещающее направление развития науки и техники на сегодняшний день. Мы используем достижения новой технологии сегодня и уже не можем отказаться. Нам уже сложно помыслить даже день без компакт-дисков, а также всего того, что мы не видим. Это то, что упрятано в корпуса машин, систем безопасности, контроля окружающей среды. Нейропроцессоры и системы с параллельными алгоритмами существуют в программных реализациях. Они пусть медленно, но успешно работают. Конечно эти разработки слишком велики по габаритам, чтобы сравниться с наноустройствами, однако уже сейчас мы можем оценить, чем мы будем жить в будущем, причём не слишком отдалённом. Развитие нанотехнологий в информационных технологиях откроют для нас больше новых возможностей.

Мы рассмотрели практический пример 8-ми ядерного процессора, но на этом наука не останавливается.

Будущее за нанотехнологиями.

Список литературы

1. Информационные системы и технологии в экономике и управлении / В.В Трофимов. - М.: Высшее образование, 2006. - 480 с.

2. Интеллектуальные информационные системы / А.В Андрейчиков. - М.: Финансы и статистика, 2006. - 424 с.

3. Основы прикладной нанотехнологии / Балабанов В.И., Абрамян А.А. - Магистр-пресс, 2007. - 206 с.

4. Журнал «Cmputer build»

5. http://popnano.ru/

6. http://www.3dnews.ru

7. http://ru.wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru