Γιατί οι υπολογιστές έγιναν γρηγορότεροι;

Οι υπολογιστές έχουν πάρει σημαντικά ταχύτερα τα χρόνια λόγω ενός συνδυασμού παραγόντων, κυρίως:

* Ο νόμος του Moore (και οι περιορισμοί του): Για δεκαετίες, ο αριθμός των τρανζίστορ σε ένα μικροτσίπ διπλασιάστηκε περίπου κάθε δύο χρόνια, οδηγώντας σε εκθετικά αυξανόμενη ισχύ επεξεργασίας. Αυτό δεν ήταν απλώς να γεμίζει περισσότερα τρανζίστορ μέσα. Τα μικρότερα τρανζίστορ σήμαιναν ταχύτερες ταχύτητες μεταγωγής και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας. Ωστόσο, ο νόμος του Moore επιβραδύνεται καθώς προσεγγίζουμε τα φυσικά όρια της μικροσκοπικοποίησης.

* Αρχιτεκτονικές βελτιώσεις: Οι βελτιώσεις στην αρχιτεκτονική υπολογιστών έχουν διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο. Αυτό περιλαμβάνει:

* Αυξημένες ταχύτητες ρολογιού: Αρχικά, οι ταχύτερες ταχύτητες ρολογιού (ο ρυθμός με τον οποίο η CPU εκτελεί οδηγίες) αποτελούσε σημαντική κινητήρια δύναμη της απόδοσης. Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση έπληξε τα θερμικά όρια (παραγωγή θερμότητας).

* Παράλληλη επεξεργασία: Οι σύγχρονες CPU και οι GPU χρησιμοποιούν πολλαπλούς πυρήνες για να επεξεργαστούν ταυτόχρονα πληροφορίες, αυξάνοντας σημαντικά την ισχύ επεξεργασίας. Αυτό επιτρέπει ταυτόχρονα χειρισμό πολλαπλών εργασιών.

* Βελτιωμένα σύνολα οδηγιών: Τα πιο αποτελεσματικά σύνολα οδηγιών επιτρέπουν στην CPU να εκτελεί περισσότερες λειτουργίες ανά κύκλο ρολογιού.

* μνήμη cache: Η ταχύτερη και μεγαλύτερη μνήμη κρυφής μνήμης επιτρέπει την ταχύτερη πρόσβαση σε δεδομένα που χρησιμοποιούνται συχνά, μειώνοντας το χρόνο που ξοδεύει η αναμονή για δεδομένα από την πιο αργή κύρια μνήμη.

* Pipelining: Η διάσπαση των οδηγιών σε μικρότερα βήματα επιτρέπει την επεξεργασία πολλαπλών οδηγιών ταυτόχρονα.

* Επεξεργασία Superscalar: Εκτέλεση πολλαπλών οδηγιών ταυτόχρονα χρησιμοποιώντας πολλαπλές μονάδες εκτέλεσης.

* Τεχνολογικές εξελίξεις σε συστατικά:

* Ταχύτερη μνήμη: Η RAM και άλλες τεχνολογίες μνήμης έχουν γίνει σημαντικά ταχύτερα, επιτρέποντας ταχύτερη πρόσβαση δεδομένων.

* Βελτιωμένη αποθήκευση: Οι σκληροί δίσκοι, οι SSD και άλλες συσκευές αποθήκευσης έχουν παρατηρήσει τεράστιες αυξήσεις στην ταχύτητα και την ικανότητα.

* Καλύτερες διασυνδέσεις: Ταχύτερη και πιο αποτελεσματική επικοινωνία μεταξύ διαφορετικών εξαρτημάτων στον υπολογιστή (π.χ. CPU, μνήμη, GPU) έχει βελτιώσει τη συνολική απόδοση.

* Βελτιστοποίηση λογισμικού: Οι προγραμματιστές λογισμικού συνέβαλαν επίσης στην αυξημένη απόδοση. Οι μεταγλωττιστές βελτιώνονται συνεχώς και οι αλγόριθμοι βελτιώνονται για να αξιοποιήσουν καλύτερα τους διαθέσιμους πόρους υλικού.

Εν ολίγοις, είναι μια πολύπλοκη αλληλεπίδραση μικροσκοπικοποίησης, αρχιτεκτονικών καινοτομιών και ανάπτυξης λογισμικού που τροφοδότησε την εκθετική ανάπτυξη της ταχύτητας του υπολογιστή. Ενώ η αρχική πρόβλεψη του νόμου του Moore επιβραδύνεται, η έρευνα συνεχίζεται σε νέες προσεγγίσεις όπως η κβαντική υπολογιστική και η νευρομορφική υπολογιστική για την περαιτέρω ενίσχυση της ισχύος επεξεργασίας.