برای اینکه بدانیم افزایش سرعت و کارایی رایانه ها در دنیای امروز چگونه است و در آینده به چه سمتی خواهد رفت، بهتر است ابتدا عملکرد اصلی رایانه ها در مسیری که کارکرد آن‌ها افزایش می‌یابد را بدانیم. تمامی فن‌آوری‌های رایانه‌های کنونی وابسته به سرعت الکترون‌اند. بالاترین سرعت ممکن برای انتقال اطلاعات، سرعت نور است و سرعت الکترون در حال حاضر بخش قابل توجهی از این مقدار است. زمانی که ما از پیشرفت در حوزه فناوری و کامپیوتر صحبت می‌کنیم در واقع پیشرفت در سرعت محاسبه را در نظر می‌گیریم. توجه نمایید که سرعت دستگاه مد نظر نیست. در ابتدا، ممکن است این موارد یکسان به نظر برسند. اما فقط تا زمانی که متوجه شوید تعداد عملیات مورد نیاز برای انجام محاسبه توسط یک الگوریتم تعیین می شود. برای درک بهتر این مقوله با ما همراه شوید.
افزایش سرعت و کارایی رایانه ها چگونه است ؟
حتی اگر تغییری در سخت افزار کامپیوتر ایجاد نشود، یک الگوریتم کارآمد می‌تواند سرعت محاسبه را بسیار افزایش دهد. بنابراین پیشرفت الگوریتم‌ها یک راهکار مناسب برای سریع‌تر شدن رایانه‌هاست. برای بهره‌وری بیشتر از یک کامپیوتر در پردازش‌های موازی، یکی از راه حل ها این است که کامپیوتر پردازش را از قبل پیش بینی کند. و جواب را زودتر از زمان ارائه، به صورت آماده داشته باشد.
سرعت رایانه‌ها مشروط به چگونگی انتقال اطلاعات و همچنین سرعت پردازش آن‌ها پس از انتقال است. محاسبات یک رایانه الکترونیکی بر اساس چرخش و جابه‌جایی الکترون به دور خودش است. بنابراین محدوددیت‌های حرکتی الکترونها بسته به آنکه در چه ماده‌ای در حال حرکت‌اند تعیین می‌کند که این رایانه چقدر سریع باشد.
چند مثال و توضیح دقیق تر برای افزایش سرعت و کارایی رایانه ها
اطلاعات می‌توانند بسیار سریع‌تر از خود الکترونها در رایانه حرکت کنند. شلنگ باغ را در نظر بگیرید: وقتی شیر آب را باز می‌کنید، چقدر طول می‌کشد تا آب از طرف دیگر خارج شود؟ با فرض اینکه شلنگ خالی است. این زمان برابر است با طول شیلنگ تقسیم بر سرعتی که آب در شیلنگ جریان می‌یابد. اما اگر شلنگ پر باشد، مدت زمانی که برای خروج آب طول می‌کشد برابرست با طول شیلنگ تقسیم بر سرعتی که یک ضربه در شیلنگ منتشر می‌کند. سرعتی تقریبا برابر سرعت صوت در آب. در واقع در حالتی که شیلنگ پر باشد، زمان کمتری برای انتقال آب و خروج از طرف دیگر نیاز است.
سیم‌های موجود در یک رایانه الکترونیکی مانند شیلنگ‌های پرهستند. به این صورت که آن‌ها از قبل دارای الکترون هستند. به این ترتیب سرعت انتقال سیگنال‌ها در این سیمها تقریبا نصف سرعت نور در خلا است. اما از آن طرف کلیدهای ترانزیستوری که پردازش اطلاعات را در رایانه معمولی انجام می‌دهند مانند شیلنگ‌های خالی هستند. درواقع الکترونها باید به صورت کامل از یک طرف ترانزیستور به طرف دیگر حرکت کنند. به عبارتی سرعت انتقال دادهها برابر میشود با کلاکریت تقسیم بر سرعت نور در سیمها و اندازه ترانزیستورها، تقسیم بر سرعت الکترونها در سیلیکون. که یکی از راه های افزایش سرعت و کارایی رایانه همین مورد است.
سرعت انتقال داده
این بدان معناست که اگر طول شیلنگ را کاهش دهیم سرعت انتقال نیز افزایش می‌یابد. در نتیجه با کوچک کردن اجزای کامپیوتر، می‌توان به سرعت بالاتری دست پیدا کرد. سال‌هاست که یافتن تکنیک‌های مناسب برای کوچک سازی، مهم‌ترین روش برای افزایش سرعت رایانه‌ها بوده است و همچنان نیز بدین گونه است.
در عمل، به غیر از سرعت نور و سرعت الکترونها، اثرات الکترونیکی نیز به همان میزان در افزایش سرعت و کارایی رایانه ها اهمیت دارند. سیمها و ترانزیستورها هر دو دارای ظرفیت یا C و مقاومت R هستند. حاصل مقاومت در خازن RC است که مقیاس زمانی مشخصی را نشان می‌دهد. وقتی اجزای کامپیوتر کوچکتر می‌شوند، R بالا می‌رود و C پایین می‌آید. بنابراین در این حالت مطمئن‌تر خواهیم بود که هر قطعه از کامپیوتر زمان لازم برای انجام کارهای لازم را دارد. تمرکز بسیاری از تحقیقات فعلی در حوزه فناوری به روی این متوازن سازی بدون خرابی با درصد خطای پایین است.
نتیجه‌گیری
بسیاری از مشکلاتی که در توسعه مواد و دستگاه‌های مناسب وجود دارد بایستی تا قبل از اینکه رایانه های نوری دیجیتال در ابعاد تجاری و گسترده استفاده شوند، بر طرف شود. در آینده نزدیک، کامپیوترهای نوری شامل سیستم های نوری/ الکترونیکی ترکیبی خواهند بود. که از مدارهای الکترونیکی آن‌ها برای پیش پردازش داده های ورودی جهت محاسبات و همچنین انجام پردازش بر روی داده های خروجی جهت تصحیح خطاها قبل از خروجی نتایج استفاده میشود. با این حال توسعه و کسب دستآوردهای محاسبات تمام نوری بسیار جذاب است و هدف توسعه رایانه های نوری همچنان یک هدف ارزشمند است. جهت کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با افزایش سرعت و کارایی رایانه با ما تماس حاصل فرمایید.
