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私たちのほとんどにとって、コンピューターはおそらく、「レゴ ロード オブ ザ リング」やスケートボードに乗ったイングリッシュ ブルドッグの YouTube 動画を、速度が落ちることなく実行できれば、十分に速いと思われるでしょう。しかし、本当に複雑な問題に取り組む必要がある科学者にとって、i7 プロセッサを搭載した PC が実行できる 1 秒あたり 1,580 億回の計算だけでは、十分ではありません。

だからこそ研究者たちは、テネシー州に本拠を置くオークリッジ国立研究所（ORNL）の新しいおもちゃであるクレイ・タイタン・スーパーコンピューターに興奮しているのだ。 2012 年 10 月に発表されたとき、Titan は、カリフォルニアのローレンス リバモア国立研究所にある IBM Sequoia Blue Gene/Q マシンがわずか 6 か月間保持していた世界最速のコンピューターの称号を主張しました 。

タイタンの速さはどれくらいですか？理論上の最高速度は 27 ペタフロップスですが、これが 1 秒あたり 27,000 兆回の計算を意味することを知らなければ、それほど印象的ではありません。

Titan は驚異的なスピードを誇るため、膨大な量のデータを伴う非常に複雑な問題に取り組むための素晴らしいツールとなります。研究者らは、これを使用して地球の気候の詳細なシミュレーションを実行することを計画しており、それによって地球温暖化を軽減する方法に関するアイデアが得られる可能性があります。また、超効率的な内燃エンジンやソーラー パネルの設計を支援したり、新薬の試験を迅速化するのに役立つ生物学的シミュレーションを実行したりするためにこれを使用することもできます。純粋科学レベルでは、Titan は科学者が分子を結びつける結合の破壊をシミュレーションするのに役立ち、自然界で最も重要なプロセスの 1 つについて新たな洞察を得ることができます。

しかし、Titan が重要なのは、信じられないほど速いというだけではなく、さらに高速なマシンの世代を生み出す可能性のある新しい種類のスーパーコンピューター設計の先駆けとなるからです。何年もの間、科学者は、何千もの中央処理装置 (CPU) を搭載したマシンを構築し、実行したい計算をそれらすべてに分散できる小さな部分に分割するだけで、ますます高速化を達成してきました。 CPU 。

研究者らは、Titan がエクサスケール クラスのコンピューター、つまり今日最も強力なスーパーコンピューターの 1,000 倍以上の速度のコンピューターへの道を切り開くものであると見ています。

著者注: 世界最速のスーパーコンピューターは何に使用されますか?

私が育った 1960 年代は、コンピューターが部屋全体を占有するもので、データはパンチカードに保存されており、そのパンチカードには「折り曲げたり、ねじったり、切断したりしないでください」という警告が印刷されていました。そして、あなたも彼らに対してそれほど多くのことをすることはできませんでした。したがって、私が生きている間にコンピューティングパワーと機能の進歩を目の当たりにするのは驚くべきことでした。

私が 1988 年に購入した最初のデスクトップ PC は、1969 年にアポロ 11 号の宇宙飛行士が月に向かう途中で使用した搭載コンピューターの約 10 倍の速度でした。そして現在、私がポケットに入れて持ち歩いている iPhone は、それよりもはるかに高性能です。それらのいずれかです。

コンピューター メーカーが生み出す膨大な処理能力は、スピードとコンピューティング能力に対する私たちの渇望をまだ満たすことができません。 1947 年、アメリカのコンピュータ技術者ハワード エイケンは、わずか 6 台の電子デジタルコンピュータが米国のコンピューティング ニーズを満たすだろうと述べました。増大する技術的ニーズをサポートするコンピューティング能力の量について、同様の誤った予測を立てた人もいます。もちろん、エイケンは、科学研究によって生成される大量のデータ、パーソナル コンピューターの普及、インターネットの出現などを当てにしていませんでした。これらは、私たちのコンピューティング パワーの必要性をますます増大させるだけでした。

私たちが必要とする、または望んでいる量のコンピューティング能力を手に入れる日は来るのでしょうか?ムーアの法則が示すように、マイクロプロセッサ上のトランジスタの数が 18 か月ごとに 2 倍になり続ければ、2020 年か 2030 年にはマイクロプロセッサ上の回路が原子スケールで測定されることになります。そして論理的な次のステップは、原子と分子の力を利用して記憶と処理タスクを実行する量子コンピューターを作成することです。量子コンピューターは、シリコンベースのコンピューターよりも大幅に高速に特定の計算を実行できる可能性があります。

科学者たちは、特定の計算を実行できる基本的な量子コンピューターをすでに構築しています。しかし、量子コンピューターが実用化されるのはまだ何年も先のことだ。この記事では、量子コンピューターとは何か、そしてそれが次のコンピューティング時代で何に使用されるのかを学びます。

量子コンピューティングの起源を見つけるのにそれほど遡る必要はありません。コンピューターは 20 世紀の大部分にわたって存在していましたが、量子コンピューティングは 30 年も前に物理学者によって初めて理論化されました。ポール ベニオフは 1981 年に初めて量子理論をコンピュータに適用したとされています。ベニオフは量子チューリング マシンの作成について理論化しました。この記事を読むために使用しているものと同様、ほとんどのデジタル コンピューターはチューリング理論に基づいています。これが何であるかについては、次のセクションで説明します。

量子コンピューターの定義

1930 年代にアラン チューリングによって開発されたチューリング マシンは、小さな正方形に分割された無制限の長さのテープで構成される理論上の装置です。各四角形には記号 (1 または 0) を入れることも、空白のままにすることもできます。読み書きデバイスはこれらのシンボルとブランクを読み取り、マシンに特定のプログラムを実行する指示を与えます。これには聞き覚えがあるでしょうか？そうですね、量子チューリングマシンの違いは、読み書きヘッドと同様に、テープも量子状態で存在することです。これは、テープ上のシンボルが 0 か 1、または 0 と 1 の重ね合わせである可能性があることを意味します。言い換えれば、シンボルは同時に 0 と 1 (およびその間のすべての点) になります。通常のチューリング マシンは一度に 1 つの計算しか実行できませんが、量子チューリング マシンは一度に多くの計算を実行できます。

チューリング マシンのような今日のコンピューターは、0 または 1 の 2 つの状態のいずれかに存在するビットを操作することで動作します。量子コンピューターは 2 つの状態に限定されません。それらは情報を量子ビット、つまり量子ビットとしてエンコードし、重ね合わせて存在することができます。量子ビットは、原子、イオン、光子、または電子、およびそれらが連携してコンピュータ メモリおよびプロセッサとして機能するそれぞれの制御デバイスを表します。量子コンピューターはこれらの複数の状態を同時に含むことができるため、今日の最も強力なスーパーコンピューターよりも何百万倍も強力になる可能性があります。

この量子ビットの重ね合わせによって、量子コンピューターに固有の並列性が与えられます。物理学者のDavid Deutsch氏によると、この並列処理により、デスクトップ PC が 1 回の計算で動作する一方で、量子コンピューターは一度に 100 万回の計算を実行できるようになります。 30 量子ビットの量子コンピューターは、10テラフロップス(1 秒あたり数兆回の浮動小数点演算) で実行できる従来のコンピューターの処理能力と同等になります。今日の一般的なデスクトップ コンピューターは、ギガフロップス (1 秒あたり数十億回の浮動小数点演算) 単位で測定される速度で動作します。

量子コンピューターは、もつれとして知られる量子力学の別の側面も利用します。量子コンピューターの考え方に関する問題の 1 つは、素粒子を見ようとすると、粒子にぶつかってしまい、その値が変わってしまう可能性があることです。値を決定するために量子ビットを重ね合わせて見る場合、量子ビットは 0 または 1 のいずれかの値を想定しますが、両方の値を想定することはありません (効果的に、気の利いた量子コンピューターが平凡なデジタル コンピューターに変わります)。実用的な量子コンピューターを作成するには、科学者はシステムの完全性を維持するために間接的に測定を行う方法を考案する必要があります。もつれは潜在的な答えを提供します。量子物理学では、2 つの原子に外部の力を加えると、それらが絡み合い、2 番目の原子が最初の原子の特性を引き継ぐ可能性があります。したがって、放っておくと原子はあらゆる方向に回転します。妨害された瞬間に、それは 1 つのスピンまたは 1 つの値を選択します。同時に、2 番目の絡み合った原子は反対のスピン、つまり値を選択します。これにより、科学者は量子ビットを実際に見ることなくその値を知ることができます。

次に、量子コンピューティングの分野における最近の進歩をいくつか見ていきます。

今日の量子コンピューター

かつてトランジスタが真空管に取って代わったのと同じように、量子コンピュータはいつかシリコンチップに取って代わるかもしれない。しかし今のところ、そのような量子コンピューターの開発に必要な技術は私たちの手の届かないところにあります。量子コンピューティングの研究のほとんどは依然として理論的なものです。

最先端の量子コンピューターは 16 量子ビット以上の操作しか行っておらず、実用化には程遠いことを意味します。しかし、量子コンピューターは、従来のコンピューターでは信じられないほど時間がかかる計算を、いつの日か迅速かつ簡単に実行できるようになる可能性が残っています。過去数年間で、量子コンピューティングではいくつかの重要な進歩が見られました。開発された量子コンピューターのいくつかを見てみましょう。

1998年

ロス アラモスとマサチューセッツ工科大学の研究者らは、アラニン(量子状態崩壊の分析に使用されるアミノ酸) またはトリクロロエチレン(量子誤差補正に使用される塩素化炭化水素) 分子の溶液の各分子の 3 つの核スピンに単一の量子ビットを分散させることに成功しました。量子ビットを分散させることで破損が難しくなり、研究者は量子情報を分析する間接的な方法としてもつれを使用して状態間の相互作用を研究できるようになりました。

2000年

3月、科学者らは1滴の液体内で7量子ビットの量子コンピューターを開発したと発表した。量子コンピューターは、核磁気共鳴 (NMR) を使用して、トランス クロトン酸の分子の原子核内の粒子を操作します。トランス クロトン酸は、6 つの水素原子と 4 つの炭素原子で構成される分子からなる単純な流体です。 NMR は電磁パルスを適用するために使用され、粒子を強制的に整列させます。これらの粒子を磁場と平行または逆の位置に配置することで、量子コンピューターがデジタル コンピューターのビットの情報エンコーディングを模倣できるようになります。

の研究者らは、これまでで最も先進的な量子コンピューターであると主張するものを 8 月に開発しました。 5 量子ビット量子コンピューターは、5 つのフッ素原子の原子核が量子ビットとして相互作用し、高周波パルスによってプログラムされ、病院で使用されているものと同様の NMR 装置によって検出できるように設計されました ( 「磁気共鳴イメージングのしくみ」を参照)。詳細）。アイザック・チュアン博士率いる IBM チームは、従来のコンピューターではサイクルを繰り返す必要があった数学的問題を 1 ステップで解決することができました。この問題はorder-findingと呼ばれ、特定の関数の周期を見つけることが含まれます。これは、暗号化に関係する多くの数学的問題の典型的な側面です。

2001年

IBM とスタンフォード大学の科学者は、量子コンピューター上でショールのアルゴリズムを実証することに成功しました。ショールのアルゴリズムは、数値の素因数を見つける方法です (暗号化において本質的な役割を果たします)。彼らは、15 の因数を見つけるために 7 量子ビット コンピューターを使用しました。コンピューターは、素因数が 3 と 5 であると正しく推定しました。

2005年

インスブルック大学の量子光学・量子情報研究所は、科学者たちがイオントラップを使用して最初の量子バイト、または一連の 8 量子ビットを作成したと発表しました。

2006年

ウォータールーとマサチューセッツの科学者は、12 量子ビット システムでの量子制御方法を考案しました。システムがより多くの量子ビットを使用するにつれて、量子制御はより複雑になります。

2007年

カナダの新興企業 D-Wave は、16 量子ビットの量子コンピューターを実証しました。コンピューターは数独パズルやその他のパタ​​ーン マッチングの問題を解決しました。同社は、2008 年までに実用的なシステムを開発すると主張している。懐疑論者は、量子コンピュータの実用化はまだ数十年先であり、D-Wave が作成したシステムは拡張性がなく、D-Wave の Web サイトにある主張の多くはまったく不可能であると考えている (あるいは、量子力学の理解を考慮すると、少なくとも確実に知ることは不可能です）。

機能的な量子コンピューターが構築できれば、大きな数を因数分解するのに役立ち、したがって秘密情報の解読および暗号化に非常に役立ちます。もしそれが今日構築されたとしても、インターネット上に安全な情報は存在しないでしょう。私たちの現在の暗号化方法は、量子コンピューターで可能な複雑な方法と比較すると単純です。量子コンピューターを使用すると、従来のコンピューターに比べてほんのわずかな時間で大規模なデータベースを検索することもできます。他の用途には、量子コンピューターを使用して量子力学を研究したり、他の量子コンピューターを設計したりすることが含まれる可能性があります。

しかし、量子コンピューティングはまだ開発の初期段階にあり、多くのコンピュータ科学者は、実用的な量子コンピュータを作成するために必要な技術が完成するのは何年も先のことだと考えています。量子コンピューターが現実世界の問題を解決するには、少なくとも数十の量子ビットが必要であり、実行可能なコンピューティング手法として機能します。

過去 50 年間にコンピューター産業がもたらしたテクノロジーの大きな進歩を誇る産業はほとんどありません。 1940 年代にトランジスタが発明されて以来、コンピュータは複数の部屋を占有する巨大なマシンから、1 秒間に数億回の演算を実行できるペーパーバック本サイズのポータブル デバイスへと縮小しました。コンピューターの製造は過去半世紀で大きな進歩を遂げましたが、製造プロセスは依然として少数の企業に限定されています。

コンピューターの製造は、コストと時間がかかる作業です。マイクロプロセッサ製造工場の費用は 20 億ドルで、シリコンベースのマイクロプロセッサを 1 つ製造するには丸 2 週間かかります。コンピューター愛好家で独自のコンピューター チップを作成するリソースを持っている人はほとんどいません。しかし、研究者たちは、誰でも自分のマイクロプロセッサ製造者になれる方法を開発中です。ユーザーは、インターネットからマイクロチップの設計をダウンロードし、インクジェット プリンタに似たデスクトップ製造機でインクベースのプラスチック プロセッサを印刷するだけです。

コンピューティングの次の段階では、ユーザーは独自のコンピューター コンポーネントの作成者および構築者になります。この版の「How Stuff Will Work」では、デスクトップ ファブリケーターがコンピュータ コンポーネントをどのようにプリントアウトできるかを学びます。この記事では、インクジェット プリンタを使用してトランジスタ、アクチュエータ、およびリニアドライブ モータを作成することにすでに成功しているプロジェクトのいくつかについても説明します。

デスクトップの製造

次世代コンピューターがほとんど目に見えない、つまり日常の物体に溶け込むようになるだろうと主張する人はほとんどいません。フレキシブルなインクのような回路は、プラスチックに印刷されるか、衣服などの他のさまざまな基材にスプレーされます。この印刷可能なコンピューター革命を主導している科学者の 1 人が、 のジョセフ ジェイコブソンです。 Jacobson 氏は、彼のグループが 2001 年末か 2002 年の初めには単純なプリント マイクロプロセッサを製造できるだろうと述べています。また、最終的には Pentium プロセッサに匹敵するプリント チップを製造できるだろうと予測しています。

ジェイコブソン氏のグループは、通常のインクジェット プリンタを使用して、印刷可能なコンピュータ用のいくつかのコンポーネントを作成することにすでに成功しています。研究者らは、液体中にナノサイズの半導体粒子を懸濁して作られたナノ粒子ベースのインクを使用して、コンポーネントをプラスチック基板上にスプレーします。 MIT グループがこのプロセスで作成した印刷コンポーネントの一部を次に示します。

メディア ラボでは、別のプロセスを使用してトランジスタも作成しました。そのために、ポジティブレリーフのトランジスターのアーキテクチャーを備えたポリマースタンプが使用されます。次に、スタンプをナノ粒子インクに浸し、手作業で基板に転写します。次のステップは、インクジェット プリンターまたは他の種類のデスクトップ ファブリケーターを使用して、印刷可能なトランジスタを作成することです。

MIT は、コンピューター回路を印刷する方法を開発している唯一のグループではありません。 、英国で始められた仕事から生まれた会社は、最初のプラスチックチップを販売することを計画しています。同社は、ポリマー基板上にプラスチックを印刷する方法を開発し、特許を取得し、安価で柔軟なプラスチックトランジスタを製造した。このプロセスは、MIT が使用するインクジェット プロセスに似ていますが、Plastic Logic は炭素ベースの化学物質を追加してプラスチックの特性を変更します。チップをフィルムのロールに印刷することで、さまざまな表面に貼り付けることができます。

ルーセント テクノロジーズの研究会社 では、研究者らが 1997 年に世界初のプリント トランジスタを開発しました。オーバーヘッド プロジェクターの透明フィルムと同様のプラスチック シートを使用し、液体プラスチック半導体をスキージでステンレス鋼メッシュ上に塗布し、トランジスタの複数の層を形成します。 。混合物の溶媒が蒸発した後、プラスチックが残ります。このプロセスは、シルク スクリーンの仕組みと非常によく似ています。 Lucent は、MIT の子孫である と協力して、印刷可能なディスプレイを作成しました。詳細については、 「電子インクの仕組み」を参照してください。

間もなく、科学者はデスクトップ ファブリケーターを使用してコンピューターのハードウェアのほぼすべての部分を作成できるようになります。プラスチックは多くの目的でシリコンに取って代わられるでしょうが、少なくとも 10 年か 20 年は、シリコンが貴重なコンピューター コンポーネントとして機能しなくなることは期待できません。次のセクションでは、プラスチックがシリコンとどのように比較されるのか、そしてなぜシリコンがさらに何年も使い続けることが期待できるのかを見ていきます。

プラスチック vs.シリコン

プラスチックは半導体産業に革命を起こすかもしれないが、それは一夜にして起こる革命ではない。プリンタブル コンピュータの機能は依然として非常にシンプルです。現在、プラスチック製造装置は 25 マイクロメートル スケール (マイクロメートルは 100 万分の 1 メートル) のトランジスタしか製造できません。これは、動作するマイクロプロセッサを作成するために必要な 0.2 マイクロメートルの分解能には程遠いです。インテルは、わずか数百ナノメートルの大きさのトランジスタを 1 つのシリコンチップ上に約 1,000 万個詰め込むことができます。ナノメートルは 10 億分の 1 メートルです。

ほとんどの研究者は、印刷可能なコンピューター コンポーネントはシリコンに代わるように設計されていないと言うでしょう。最初に、これらの印刷可能なデバイスが日常の物体に知性を与えるために使用されることを見ていきます。それらは衣類、食品ラベル、玩具に組み込まれる予定です。プリンタブル エレクトロニクスの最もエキサイティングな用途の 1 つは、テレビ画面やコンピューター モニターとしても機能する壁紙を作成することです。 MIT は名刺にデジタルカメラを組み込むことも計画しています。

プラスチックにはシリコンに比べていくつかの利点があります。シリコンは硬いのに対し、プラスチックチップは柔軟性があるため、さまざまな基板上に配置できます。問題は、プラスチック製の Pentium の作成に大きな期待が寄せられているにもかかわらず、印刷された無機トランジスタは依然としてシリコンチップ上の従来のトランジスタよりも約 100 倍遅いということです。

基本的に、プリンタブル コンピュータは、従来の印刷技術とコンピュータ チップ製造を融合して、より安価でより柔軟なコンポーネントを生産するものです。開発には多くの障害が残っていますが、使い捨て携帯電話やコンピュータ化された衣類など、初期の製品が市場に投入される準備が整っています。次の 10 年には、私たち自身の電子デバイスや高度なコンピューターを印刷できるようになるかもしれません。

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最新のタイプのラップトップコンピューターを手に持って学校や職場に歩いていくところを想像してみてください。ラップトップを腕の間で前後に振りながら何気なく歩きますが、その重さは 1 ポンド (0.45 kg) をはるかに下回っており、小切手帳よりもそれほど厚くないため、これは簡単です。キャリングケースはありませんが、コンクリートの歩道に落としても瞬きはほとんどしません。代わりに、それを拾い上げ、埃を払い、そのまま道を進みます。デスクに着くと、ラップトップをテーブルに放り投げて開きます。すぐに画面が展開され、巨大なディスプレイが広がります！

このシナリオは非常に未来的に聞こえますが、実際には、富士通株式会社が製造したファブリック PC (パーソナル コンピュータ) と呼ばれるコンセプト デザインのおかげで、実際にはそれほど遠くありません。驚くべきことに、ファブリック PC は内部に組み込まれません。これまでの PC のような頑丈な金属シェル。代わりに、丈夫で柔軟な布製フレームに組み込まれます。スクリーンも曲げたり折りたたんだりすることができ、ラミネートされた紙と同様の厚みと柔軟性を備えています。

現在の設計からの根本的な逸脱を考えると、ファブリック PC のコンセプトは具体的にどのように実現するのでしょうか?さらに、わずか数年以内に市場に投入されるとどうやって予測できたのでしょうか?専門家らは２～１０年以内に実用化されるだろうと述べている。なぜこのテクノロジーが本当にすぐそこまで来ているのか、そしてその一見未来的な機能のいくつかが実際には今日市場で入手可能な製品が提供するものとそれほど変わらない理由を調べてください。

読み続けて、従来の硬い金属製ハウジングではなく、柔軟な布製フレーム内にコンピューターを構築する方法を学びましょう。

フレキシブルコンピュータ

ラップトップコンピューターがどのように柔軟性を持たせるように設計できるかを理解するために、まず、従来のラップトップが柔軟性に欠ける理由を考えてみましょう。これを行うには、現在のラップトップがどのように構成されているかを理解する必要があります。

基本的に、私たち全員が慣れ親しんでいるラップトップは、それぞれが金属フレーム内に固定された多くの個別のコンポーネントで構成されています。全体の構造は本のように開閉します。従来のラップトップの金属フレームは硬いシェルを形成しているだけでなく、内部コンポーネントのほとんどもかさばって硬いです。これらのコンポーネントの中で最大のものは画面、つまりディスプレイです。最新のコンピュータディスプレイにはいくつかの異なるタイプがあり、それぞれが異なるテクノロジで構築されていますが、今日のディスプレイのほとんどは柔軟性に欠け、かさばり、驚くほど壊れやすいものです。メモリの保存に使用されるハードディスク ドライブは、従来のラップトップのもう 1 つの大きくて硬いコンポーネントです。リストには続きがあり、CD/DVD ドライブやバッテリーなど、おそらくよく知られている他のコンポーネントも多数含まれています。

ファブリック PC は、複数のかさばるコンポーネントがすべて金属フレームに固定されているという剛性の必要性をどのようにして回避できるのでしょうか?これを可能にするファブリック PC 設計には、少なくとも 3 つの主要なコンポーネントがあります。まず、コンピューターのディスプレイは電子ペーパーと呼ばれる最先端の技術で構築され、ディスプレイ画面を紙のように薄く、曲げることが可能になります。次のページでこの概念に戻ります。

ファブリック PC の柔軟な設計の 2 番目の重要な特徴は、その個々のコンポーネントが金属フレームではなく、柔軟な布地のようなバックボーンに組み込まれることです。コンポーネント自体はまだ硬いままですが、コンポーネントが生地内で間隔をあけて配置されている場合、デバイス全体としてはある程度の柔軟性が得られます。これは、硬いラインストーンを仮装ドレスに縫い付ける方法と似ています。

ファブリック PC の設計における最後の鍵は簡単です。その個々のコンポーネントは可能な限り小型で軽量であるということです。また、必須ではないコンポーネントは省略される可能性があります。コンピューター設計に対するこのミニマリズム的なアプローチは、小型軽量になるように設計された今日の一部のラップトップではすでにトレンドとなっています。たとえば、大容量のハードディスクドライブの代わりに、より軽量の「フラッシュ」メモリが使用されています。ワイヤレスでファイルをすばやくダウンロードできるため、CD/DVD ドライブを完全に省くことができます。ファブリック PC が使用する電子ペーパー ディスプレイは、従来のディスプレイよりも電力要件が大幅に低い可能性があるため、バッテリーさえも小型化の対象となる可能性があります。

まだ説明していない重要な点の 1 つ、つまりフレキシブル ディスプレイ スクリーンについて疑問に思っているかもしれません。読み続けて、ファブリック PC がどれほど柔軟であるかを学びましょう。

電子ペーパー

薄くて曲げられるディスプレイを実現するために、ファブリック PC は、電子ペーパー(電子ペーパー) と呼ばれる最先端のテクノロジーに依存します。電子ペーパーの背後にあるテクノロジーは、1970 年代にゼロックス パロアルト研究センターのニック シェリダンによって開発され、それ以来進化し続けています。現在、電子ペーパーの基本概念をさまざまに実装したものがいくつかあります。

電子ペーパー技術の一例は、Ｅ ｉｎｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されたＥ ｉｎｋと呼ばれる。ここでは E Ink テクノロジがどのように機能するかについて簡単に触れますが、さらに詳しく知りたい場合は、 「電子インクの仕組み」を参照してください。基本的に、この形式の電子ペーパーは、2 枚の柔軟なプラスチック シートの間に何百万もの小さなプラスチックのくぼみを挟むことによって作成されます。各ウェルには、透明な液体内に懸濁した白と黒の粒子の両方が含まれています。この技術の鍵は、白と黒の粒子が反対の電荷を持っているため、下に埋め込まれた回路を通じて電圧が個々のウェルに印加されると、黒と白の粒子を反対側に分離できることです。このようにして、各ウェルの表側が、透明なプラスチックの最上層を通して見えるように黒または白に見えるように設定できます。各ウェルは、E ink ディスプレイ上の個別のピクセルとして機能します。

このタイプのデザインに基づいた電子ペーパーは、ラミネート紙のように丸めたり折りたたんだりすることができ、軽量で柔軟性があるため、従来のディスプレイよりもはるかに壊れにくいです。富士通のファブリック PC コンセプト設計は、閉じたときにファブリック PC のケース内に収まるように折りたためる大型ディスプレイを組み込むことで、これらの特性を最大限に活用しています。電子ペーパー ディスプレイの電力要件も、従来のディスプレイよりもはるかに低くなります。ファブリック PC の場合、これはバッテリー寿命の延長やバッテリーの小型化につながります。

ファブリック PC は現時点ではコンセプト設計にすぎず、実用的なプロトタイプさえもまだ開発されていないことに注意してください。 Fabric PC の開発が依存する要因の 1 つは、電子ペーパー技術の継続的な進歩です。電子ペーパーは興味深いものですが、電子ペーパー技術もまだ発展途上であることを強調することが重要です。低コストの電子ペーパー ディスプレイが利用可能になるまでには、克服しなければならない技術的課題がかなりあります。たとえば、それらの課題の 1 つは、ビデオ出力に対応するために十分な速さで更新できる全範囲の色を表示する機能です。電子ペーパー ディスプレイのコストを手頃なレベルに下げることも特に重要です。

ファブリック PC コンセプトに似た他のテクノロジーが近い将来に用意されているのでしょうか?読み続けて調べてください。

将来の PC テクノロジー

ファブリック PC コンセプトの背後にあるテクノロジーが発展し続けるにつれて、耐久性、柔軟性、軽量のコンピューターベースのデバイスがビジネスやエンターテイメントの世界の隅々に導入されることになります。

たとえば、富士通はファブリック PC とともに、同様の基本テクノロジーに依存する他のいくつかのコンセプト デバイスを発表しました。一例は、「店員ブラウザ」、つまり大きなブレスレットのように手首に装着されるコンピュータです。このコンセプト デバイスは、店員や販売員が顧客にその場で情報を提供できる手段として実証されましたが、このタイプのウェアラブル コンピュータの他の用途を想像するのは簡単です。ファブリック PC と同様に、電子ペーパーと小型軽量コンポーネントは、このタイプのデバイスの重要な機能となります。

「カードビューア」も、電子ペーパーに依存する富士通のコンセプトデザインの1つです。実際、このデバイスは電子ペーパーのメモ帳と考えることができます。電子ペーパーはディスプレイを変更するために入力を必要とするため、ディスプレイが一度設定されると、電源から切断されても設定されたままになります。カード ビューアのコンセプトは、デバイスから取り外して名刺のように渡すことができる 1 枚以上の電子ペーパー ディスプレイを組み込むことで、この状況を利用します。取り外した電子ペーパーは、再接続して更新するまで、メモ帳から取り出した通常の紙と同じように、同じ画像を表示し続けます。

ファブリック PC が採用するテクノロジーの種類には、他にも無数の応用例が考えられます。ファブリック PC と同様に、これらのコンセプトのほとんどは、サポートするテクノロジがより高度で手頃な価格になるまで、数年待つ必要があります。それまでの間は、これらのエキサイティングなコンセプト モデルと少しの想像力でなんとかしのぐ必要があります。

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ラップトップでは、スペースを節約するために、Small Outline Dual Inline Memory Modules (SODIMM) などの小型のメモリ モジュールが使用されることがよくあります。詳細については、「ラップトップの仕組み」を参照してください。

PC の消費電力量を削減するさまざまな省電力ソフトウェアがあります。それでも、お使いのコンピュータには、利用できる省電力設定がすでに備わっています。コンピューターのエネルギーを最大限に節約できるように設定するには、次のヒントを試してください。

パソコン用

まず、デスクトップを右クリックし、「プロパティ」を選択します。次に、スクリーン セーバーをオフにします。確かに奇妙に聞こえます。しかし、スクリーン セーバーは実際にはエネルギーを節約するものではなく、コンピューターをスリープ状態にせずにフルパワーで動作させ続けます。次に、スタート メニューのコントロール パネルに移動し、電源オプションを選択します。 15 分後にコンピューターがスタンバイになり、モニターとハードディスクが 5 分後にシャットオフになるように設定します。

Macの場合

Apple アイコンをクリックして、「システム環境設定」に移動します。 [ハードウェア] で [省エネ] を選択します。ここで、より良いエネルギー節約のために電源設定を調整できます。 PC の手順と同様に、コンピューターとモニターのスリープ モードのタイミングを調整できます。

ノートブック用

を使用することも重要です。これにより、充電器から外されているときに画面の明るさ、表示オプション、スリープ モードのタイミングを調整してさらにエネルギーを節約できます。これらの設定は、電源オプション領域でも利用できます。

役立つウェブサイト

には、電力を最大化するためにコンピュータの設定を調整する方法をスクリーンショットで説明する役立つセクションがあります。

コンピュータのエネルギーを節約するための範囲またはリソースもあります。

追加のステップ

– 夜間はコンピュータの電源を切ります。

– コンポーネントを電源タップに差し込むと、使用していないときはすべての電源を遮断できます。

-ラップトップの場合、電源がオフになっているときは充電器を抜き、電源を遮断してください。

– 必要がないときはプリンターの電源を入れないでください。

コンピューターのエネルギー節約をさらに強化したい場合は、ダウンロード可能な をチェックしてください。その一部には二酸化炭素の節約も追跡されます。コンピュータの効率化について詳しくは、こちらをご覧ください。

コンピュータ業界のライターでハーバード ビジネス レビューの元編集長であるニコラス G. カー氏は、新著『The Big Switch: Rewiring the World, from Edison to Google』の中で、コンピューティングの将来に見られる変化について論じています。より劇的な変化の 1 つは、クラウド コンピューティングへの移行です。クラウド コンピューティングでは、アプリケーションとファイルが大規模な集中型スーパーコンピューターまたはネットワークに保存されます。エンド ユーザーは、今日の一般的なマシンよりも合理化されていますが、洗練されていないコンピュータを使用して自分のファイルにアクセスします。

2007 年 10 月 17 日、カーは Rough Typeブログへの投稿でこのアイデアをさらに一歩進めました。同氏は、注目を集めているテクノロジー企業２社、グーグルとアップルを名指しし、両社は提携の瀬戸際にあると述べ、アップルはユーザーが持ち運べる安価なハードウェアを製造する予定だと述べた。これは、Google が何百万ものユーザーのアプリケーションとデータを保持するために建設してきた広大なデータセンターのコンピューティング能力を活用することになります。

クラウド コンピューティングのアイデアは確かに新しいものではありません。 Oracle の Larry Ellison は、業界をその目標に導くために、2000 年に New Internet Computer (NIC) 会社を立ち上げました。コンセプトは非常にシンプルです。プロセッサ、キーボード、モニターだけを備えた非常に低コストのコンピューターが机の上に置かれます。ハード ドライブやCD/DVD ドライブはありません。これはインターネットに接続され、すべてのプログラムとファイルをホストする中央のスーパーコンピューターにリンクされます。しかし、このアイデアは時代を先取りしていました。おそらく米国ではブロードバンドが利用できないため、NIC の売り上げは非常に悪かった 。同社は 2003 年に解散しました。

しかし、2006 年までに、アメリカ人のほぼ 75% が自宅でブロードバンド アクセスを利用できるようになりました 。 Google/Apple チームはクラウド コンピューティングを普及させることができるでしょうか?そして、もし彼らが前進した場合、GoogleとAppleには何が起こるのでしょうか？最大の疑問は、彼らがクラウド コンピューターを構築した場合、誰かがそれを使用するでしょうか?

コンピューティングの将来についてさらに詳しく知りたい方は、以下をお読みください。

力のグーゴル

googol は、1 の後に 100 個のゼロが続く名前です。 Google の名前は、インターネット上の膨大な量の情報を追跡したいという創設者の願望に由来しています 。会社が成長するにつれて、単なる Web 検索以外のサービスも提供するようになりました。 Google は、社内のイノベーションと他社の買収を通じて、ワード プロセッシング、スプレッドシート、プレゼンテーション プログラムを含むWebベースのアプリケーション スイートである、現在の Google ドキュメントを作成しました。 Gmail の場合、Google は企業デスクトップに関して Microsoft と直接競合することになります。また、Office とは異なり、Google ドキュメントは完全に無料です。

これらのホスト型サービスは、クラウドコンピュータの中核となる種類のアプリケーションであり、Google がハードウェアメーカーと提携するのに最適なバックエンドとなり得る理由の 1 つにすぎません。 Google のマシンは、実際にはマシンのネットワークであり、驚くべきコンピューティング能力を提供します。また、冗長性も提供します。 Google はすでに情報の複数のバックアップを自社の機器に保存しており、1 台のマシンの一部が壊れた場合でも、情報を失うことなく交換することができます 。 Google の大規模なインフラストラクチャに保存されたクラウド コンピュータを使用すると、サム ドライブ、ラップトップのハード ドライブ、CD、DVD、その他のリムーバブル メディアを必要とせずに、ファイルを持ち歩く必要がなくなります。自宅、職場、または外出先のモバイル コンピューターでプロジェクトに取り組むことができます。

クラウド コンピューターを使用すれば、おそらくソフトウェアに料金を支払う必要はありません。サーバー上でホストされているアプリケーションを使用すると、ローカル マシンに、ローカルに保存することなく、動作に必要なすべてのソフトウェアがインストールされます。ソフトウェアを次のバージョンに更新する必要はなくなり、全員がクラウド上で同じソフトウェアを使用できるようになります。互換性の問題は発生しないはずです。

しかし、旅行中に仕事をする必要がある頻繁に飛行機を利用する人はどうなるでしょうか?クラウド コンピューターにはインターネット接続が必要ですが、今日の旅客機にはその機能はありませんが、一部の航空会社は機内アクセスを提供する計画を持っています。機内で本を読んだり映画を見たりするのに夢中になるでしょう。また、Google またはその他の企業にドキュメントをオンラインに保管させることに抵抗がなければなりません。多くの企業では、ドキュメントがファイアウォールを通過することを許可していません。ビジネスの大部分がクラウド コンピューティング モデルで行われるようになったら、これらの企業は考えを変えるでしょうか?

クラウド コンピューターの作成に伴う最大の問題の 1 つは、クラウド コンピューターを動作させるために必要な電力量です。 Google は、光ファイバー回線と近くのダレスダムによる高速インターネット アクセスを利用して、オレゴン州ザ ダレスにデータ センターを建設しました 。 Google は、数千台のサーバーを稼働し続けるために必要な冷却装置に電力を供給するために大量の電力を必要としています。実際、フットボール場ほどの大きさの 2 つの建物には、それぞれ 4 階建ての冷却プラントが 2 つあります 。

Google がコンピューティング クラウドを世界に提供するために必要な処理能力を処理できないとしても、Google は確かにその構築に向けて順調に進んでいます。しかし、なぜ Google はエンドユーザー ハードウェアに関して Apple と提携するのでしょうか?カー氏の最善の推測と彼の批評家たちの意見を読んでください。

なぜグーグルとアップルなのか？

それでは、カー氏らはなぜ Google が大衆向けのクラウド コンピューティングネットワークの構築にそれほど関心を持っていると考えているのでしょうか?そんなに大げさなことではありません。 Google は現在、世界最大のコンピューティング企業の 1 つであり、確かに新しいテクノロジーと新しいビジネス チャンスに興味を持っています。

Google CEO のエリック・シュミットは、2006 年 8 月に Apple の取締役会に加わりました。2007 年 12 月の Wired Magazine のインタビューで Apple と提携するというアイデアについて尋ねられたとき、シュミットははっきりとこう述べました。「ブロードバンドやサービスなどに関する Google のアーキテクチャ モデルは非常に重要です」 Apple が取り組んでいる強力なデバイスやサービスにとっても、私たちは彼らが解決しようとしている問題の完璧なバックエンドです。」

カー氏によると、Apple には提携のバックエンドを駆動するために必要なスーパーコンピューティング能力がありません。そうした組織はあまり多くありません。 Google、Yahoo、Microsoft、IBM、 Amazonだけがその能力を持っている、と Yahoo の研究責任者である Prabhakar Raghavan 氏は述べています 。 Googleと Apple は何年も前からパートナーシップを結んでいます。 Microsoft が 2008 年 2 月 1 日に発表した Yahoo 買収計画に成功すれば、統合された両社は高度なクラウド コンピューティング環境を活用できる可能性があります。

もし Google と Apple がこの種のパートナーシップで提携するとしたら、彼らのクラウド コンピュータは次のようになると Carr 氏は考えています。

カー氏によると、この契約では、Appleがハードウェアを販売し、Googleがサーバーに広告を供給するコストを補助することになるとのことだが、これはGoogleが取り組んでいる他の事業と同様だという。シュミット氏は、Googleはできる限り多くのサービスを無料で提供するつもりだが、上級ユーザーがより多くの機能にアクセスするには料金を支払うよう求められる可能性があると同社は考えていると述べた。

著名なテクノロジー記者でコラムニストのロバート・X・クリンジリー氏は、GoogleとAppleのクラウドコンピューティング提携が実現する可能性があるというカー氏の意見に同意しているが、この契約はカー氏が言うほど単純なものではないかもしれないとも考えている。むしろ、アップルの象徴的な元最高経営責任者（CEO）兼共同創設者スティーブ・ジョブズ氏が培った企業哲学が、シュミット氏とグーグルにとってイライラの原因となる可能性がある。クリンジリー氏が言うように、「シュミット（とカー）は、アップルがスーパーコンピューターを持っていないことに気づいているが、ジョブズは、グーグルが自社が持っているスーパーコンピューターの動かし方を知らない、そして、いつでもスーパーコンピューターをレンタルできると同様に固く信じている」彼はそれを望んでいるから、そこにある」。

クリンジリー氏は、Apple がカー氏のクラウド コンピューティング デバイスを製造するだけでなく、さまざまな価格で他のクラウド コンピューティング デバイスも製造するだろうと考えています。同氏は、提携においてAppleが主導権を握る企業となり、Googleは後回しになるだろうと述べている。

Apple は顧客にサービスを提供する他のパートナーを本当に見つけることができるでしょうか? Google と Apple が提携したらどうなるでしょうか?誰か引き受けてくれる人はいるでしょうか？他のクラウド コンピューティングの取り組みについて詳しくは、次のページをご覧ください。

他のクラウド候補

クラウド コンピューティングのアイデアがこれほど注目を集めている理由の 1 つは、クラウド コンピューティングを実現するための Google 以外の企業の取り組みです。 Microsoft、Amazon、IBM は、クラウド製品の提供を検討していることが知られています。

Googleとの競合、またはAppleとの提携の有力候補のうち2社が提携する可能性がある。 2008 年 2 月 1 日、Microsoft は Yahoo に入札したと発表しました。これにより、両社は検索巨人を打ち破るという目標を達成することができます 。 Yahoo は、膨大なコンピューティング能力や他の多くの Web サービスに加えて、堅牢な Web メール ネットワークと写真サイト Flickr を提供しています。一方、Microsoft は Windows Live というワードプロセッサ プログラムとカレンダーを提供しています。同社のOfficeスイートはすでに全米のオフィスのデスクトップに定着しているため、Microsoftのクラウドが競争相手として参入する可能性がある。

もう 1 つの潜在的な競合相手は Amazon.com かもしれません。同社はすでに世界最大のオンライン小売業者の 1 つですが、他の分野にも関心を持っています。アマゾン ウェブ サービスは、オンラインで作業する場所を必要とする小規模開発者を対象とした一連のクラウド リソースです。

2007 年 11 月、IBM は、顧客が独自の社内クラウドを作成できるようにするハードウェアとソフトウェアのパッケージを提供する Blue Cloud イニシアチブを発表しました 。同社はすでに Google と提携し、1 か月前に米国の 6 つの大学にクラウド ソリューションを提供していました。 IBM は、より多くの大学、企業、政府機関が参加できるようにプログラムを拡大したいと考えています 。

Hewlett Packard、Dell、Clear Cube など、多くの企業がクラウドネットワーク上で動作するように設計されたハードウェアを提供しています。ただし、クラウド ネットワークにアクセスするために必ずしもコンピュータが必要なわけではありません。無線電話など、インターネットにリンクするように設計された他のハードウェアを使用することもできます。 2008 年 1 月、Google は米国政府のオークションに、無線電話サービスの運営を可能にする 700 MHz の無線周波数ライセンスを入札しました 。入札に勝てば、カー氏のアイデアへの扉がそれだけ大きく開かれることになる。 Google は周波数はさまざまなデバイスからアクセスできるべきだと主張し、同社は希望を受け入れました。入札が最低価格 46 億ドルに達すると、周波数はオープンアクセスになりました 。

カー氏の熱意にもかかわらず（ブログ投稿で、グーグルとアップルの提携は「数年ではなく数か月」で実を結ぶと予想していると述べた）にもかかわらず、両社から正式な発表はなかった。しかし 2008 年 1 月、Apple はいくつかの点でクラウド コンピュータに似た新製品を発表しました。

MacWorld サンフランシスコ見本市で、Apple CEO の Steve Jobs は、クラウド コンピューティング デバイスに最も近い製品である MacBook Air を発表しました。厚さは最大でも1インチ未満です。ジョブズ氏は製品発表中にマニラの郵便封筒からデモモデルを取り出した。重さはわずか3ポンドです。これほど薄くするために、Apple のエンジニアは光学式ドライブとその接続の一部(イーサネットなど) を犠牲にしました。バッテリーは、ユーザーが自分で交換できないように組み込む必要がありました。真のシン クライアントとは異なり、MacBook Air にはハード ドライブが搭載されており、従来のドライブまたはソリッド ステート ドライブのいずれかを使用できます 。

しかし今のところ、Google と Apple はクラウド デバイスに関して正式に提携していません。MacBook Air はストレージとソフトウェアに関して Google のみと結びついているわけではありません。

Google、Apple、クラウド コンピューティング、その他の関連トピックの詳細については、次のページを参照してください。

コンピューターは、部屋を埋めるものから、ポケットにほとんど収まるスリムで洗練されたデザインまで、過去数十年で大きな進歩を遂げてきました。新旧のモデルをいくつか見て、これらの素晴らしいマシンのさまざまな機能とタイプについて学びましょう。

IBM の Harvard Mark I 自動シーケンス制御計算機 (ASCC) は、1944 年にハーバード大学に贈呈されました。この計算機は「現代コンピューター時代の始まり」と評されることもあり、重量は 10,000 ポンドでした。次のページに進むと、1950 年代に IBM のコンピューターがどのように人間のサイズになったかがわかります。

1955 年、電気機械パンチカード処理用に設計された IBM 650 コンピューターで働く女性。次にマザーボードを搭載した最初のコンピューターを見てください。

Apple I は、1976 年に完全に組み立てられたマザーボード (中央プリント回路基板) を搭載した最初のコンピューターでした。これは 666.66 ドルで販売され、Apple はテクノロジー愛好家の間で世界的なトレンドセッターとして 30 年以上続く活動を開始しました。 Appleの共同創設者であるスティーブ・ウォジアックによって設計されました。

Apple の基本モデルにいくつかの改良を加えた後、スティーブ ジョブズは 1984 年に最初の Macintosh コンピュータを発表しました。これは、マウスとグラフィカル ユーザー インターフェイスを備えた最初の成功したコンピュータでした。

Apple は最終的に 1998 年にキャンディーカラーの iMac を多数発売しました。この品揃えは、人気の広告キャンペーンでローリング ストーンズの曲「She’s a Rainbow」に合わせて画面上で踊っているのが特徴でした。

2011 年版の iMac ラインナップには、2 つの異なる画面サイズと 4 つの異なる価格帯がありました。市場で最も高速なコンピューターの 1 つが次のページにあります。

Apple は、Mac Pro はこれまでで最速のデスクトップコンピュータであると述べています。他の多くのコンピューター会社も、さまざまな機能と革新性を備えたコンピューターを開発しています。詳細については、次のページを参照してください。

Michael Dell は 1984 年に最初のコンピュータ会社を設立し、顧客の仕様に基づいて PC を構成しました。こちらはデルのオールインワンデスクトップPC「XPS One」です。 XPS One にはブルーレイ ドライブと Bluetooth が付属しており、元々はゲーム用に設計されました。

日本の企業 NEC は 1980 年代にパーソナル コンピュータの製造を開始し、その後世界初の水冷デスクトップ PC、Valuestar VW790 を開発しました。 CPUとハードドライブの水冷プレートが装備されていました。 NECは、コンピュータの小型化の先駆者でもありました。詳細については、次のページを参照してください。

NEC の Valuestar N デスクトップ コンピュータは、A4 サイズのラップトップよりも占有スペースが小さくなります。次のコンピューターは、非常に小さなケースにコンピューティング能力を詰め込むように設計されています。

Apple も 2005 年に発売した Mac mini でこの小型トレンドに乗りました。Mac mini は 7.7 インチ四方で、Intel Core Duo プロセッサを搭載しています。

小型化の傾向はポータブル コンピュータにも引き継がれました。ネットブックは、2009 年のホリデー ショッピング シーズンに販売された最も人気のある商品の 1 つでした。ネットブックはラップトップよりも小さいですが、キーボードが付いています。次のテクノロジーは、私たちがコンピューターと対話する方法に革命をもたらしました。

ここでは、HP Touchsmart PC を使用したタッチ スクリーン コンピューター テクノロジをデモンストレーションします。 Windows Vista を使用しており、iPhone と同様に動作します。次のコンピューターもタッチスクリーン技術を採用しています。

訪問者は、PC、ゲーム コンソール、ナビゲーター、エンターテイメント センターとして機能する Samsung Ultra Q1 モバイル PC をチェックします。内蔵サラウンド サウンド、WiFi、Windows Vista を備えています。次ページの製品でタッチスクリーンコンピュータが主流になりました。

Apple の iPad は、おそらく今日の市場で最も有名なタブレット コンピューターです。購入者は WiFi のみまたは WiFi プラス 3G と、iPad または iPad 2 のいずれかを選択できます。Apple は次のタブレットについて満足していません。

Samsung Galaxy Tablet には多くの付加機能が備わっており、ハードウェアは iPad に非常に似ているため、Apple が特許侵害で訴訟を起こしているほどです。 Samsung タブレットは、Apple の iOS5 ではなく、Google の Android オペレーティング システムで動作します。

Motorola Xoom は最初の Android タブレットであり、市場にある数多くの Android タブレットの 1 つにすぎません。現在、Android タブレットは Apple の競合製品よりも優れたビデオ解像度を備えていますが、iPad にはさらに多くの利用可能なアプリがあります。 BlackBerry を所有している場合は、次のタブレットが欲しくなるかもしれません。

BlackBerry PlayBook は、Research in Motion がタブレット市場に参入しようとする試みです。 BlackBerry スマートフォンと接続できるため、より大きな画面で電話の機能にアクセスできます。また、BlackBerry シリーズのスマートフォンと同様に、PlayBook にはデータを保護するために設計されたセキュリティ対策が組み込まれています。

コンピューターの未来はここからどこへ向かうのでしょうか？ Microsoft Surface のようなデバイスは、コンピューターを新しい環境に押し上げています。これにより、複数のユーザーがテーブルトップ コンピューティング インターフェイス上で情報を共有および操作できるようになります。

あるいは、別のタイプのイノベーションとして、ファブリック PC は完全に柔軟で、ファブリック キーボードも備えています。このコンピュータは、電子ペーパー技術を使用して、ディスプレイ画面を紙のように薄く、曲げることができます。ファブリック PC を着用することはありませんが、次のコンピューターを着用することはできます。

チーム塚本が開発したウェアラブルPCのプロトタイプを身に着けている女性。ウェアラブル PC は行動科学や健康科学で使用されています。コンピューターウェアへの関心が高まっています。詳細については、次の写真をご覧ください。

MIT メディア ラボは導電性繊維を使用してミュージカル ジャケットを作成し、リーバイスがヨーロッパで販売しています。 MIDI シンセサイザーを実行し、静電容量に敏感なキーボードを備えています。次に、韓国がどのようにコンピューターを別のレベルに引き上げているかを見てみましょう。

韓国科学技術情報研究院の職員がスーパーコンピューター群を検査している。韓国は、コンピューターとインターネットがいつでも利用できる「ユビキタス社会」に国を変えたいと考えている。次に、核研究がどのようにコンピューターを使用するかを見てみましょう。

スーパーコンピューターは、大型ハドロン衝突型加速器の本拠地である欧州原子核研究機構 CERN でも使用されています。世界中の 100 以上の研究機関が、主に高エネルギー物理学の研究において CERN が生成する大量のデータの処理を支援しています。コンピューターについてさらに詳しく知りたい場合は、究極のコンピューター歴史クイズで知識をテストするか、コンピューター ハードウェア チャンネルをチェックしてください。

コンピューターという言葉は、何らかの入力を受け入れ、何らかの出力を生成できるオブジェクトを指します。実際、人間の脳自体は高度なコンピューターであり、科学者はそれがどのように機能するかについて年々研究を進めています。しかし、コンピュータという言葉の最も一般的な使用法は、マイクロプロセッサを搭載した電子デバイスを表すことです。

マイクロプロセッサは、瞬く間にデータを処理できる小さな電子デバイスです。マイクロプロセッサは、自動車、冷蔵庫、テレビなど、毎日使用するさまざまなデバイスに搭載されています。マイクロプロセッサを搭載したデバイスとして最もよく知られているのは、パーソナル コンピュータ(PC) です。実際、コンピュータの概念は PC という用語とほぼ同義になっています。

PC について聞くとき、おそらく、ビデオ スクリーン、キーボード、マウスやタッチパッドなどのポインティング デバイスが接続された密閉型デバイスを想像するでしょう。デスクトップ コンピューター、タワー型、ラップトップ、ハンドヘルド型など、さまざまな形式のパーソナル コンピューターを想像することもできます。 PC という用語は、Intel プロセッサや Microsoft オペレーティング システムなどの特定のブランドを連想してきました。ただし、この記事では、PC を次の特性を持つより一般的なコンピューティング デバイスとして定義します。

当初、コンピューターは巨大で、複数のユーザーがアクセスできる接続された端末を備えた大きな部屋を占有していました。 1970 年代、エド・ロバーツという男が、インテルが設計したマイクロプロセッサー・チップをベースにしたコンピューター・キットを販売し始めました。ロバーツ氏は自分のコンピュータを Altair 8800 と名付け、組み立て前のキットを 395 ドルで販売しました。 Popular Electronics は 1975 年 1 月号でこのキットについての記事を掲載しました。そして、ほぼ全員が驚いたことに、このキットはすぐにヒット商品になりました。こうして、パーソナルコンピュータの時代が始まりました。

Altair 8800 は最初のパーソナル コンピューターでしたが、PC が人気の家電製品としての始まりを告げたのは、数年後の Apple II のリリースでした。発明家のスティーブ・ジョブズとスティーブ・ウォズニアックが開発した Apple II は、家庭や学校でコンピュータの需要があることを証明しました。その後すぐに、IBM や Texas Instruments などの老舗コンピューター企業が PC 市場に参入し、Commodore や Atari などの新興ブランドも PC 市場に参入しました。

この記事では、PC の内部を調べて、その部品とその機能を調べます。 PC の起動と実行に使用される基本ソフトウェアも確認します。次に、モバイル PC について取り上げ、PC テクノロジーの将来について考察します。

コア PC コンポーネント

PC がどのように動作するかを理解するには、マシンを構成する部品 (コンピューター ハードウェア) から始めましょう。以下は、PC に共通のコンポーネントを、通常組み立てられる順序で示しています。

ケース:ラップトップを使用している場合、コンピューター ケースにはキーボードとスクリーンが含まれています。デスクトップ PC の場合、ケースは通常、照明、通気口、ケーブルを接続する場所を備えたある種の箱です。ケースのサイズは、小さな卓上ユニットから高いタワーまでさまざまです。ケースが大きいからといって必ずしもコンピューターの性能が高いとは限りません。重要なのはその中にあるものなのです。 PC ビルダーは、内部に適合するマザーボードの種類に基づいてケースを設計または選択します。

マザーボード: PC 内の主要な回路基板はマザーボードです。すべてのコンポーネントは、内側も外側も、マザーボードを介して何らかの方法で接続されています。このページにリストされている他のコンポーネントは取り外し可能であるため、マザーボードを交換せずに交換できます。ただし、いくつかの重要なコンポーネントはマザーボードに直接取り付けられています。これらには、コンピューターの電源がオフになっているときにシステム クロックなどの情報を保存する相補型金属酸化膜半導体 (CMOS) が含まれます。マザーボードにはさまざまなサイズと規格があり、この記事の執筆時点で最も一般的なのは ATX と MicroATX です。そこから、マザーボードは、内部で処理するように設計された取り外し可能なコンポーネントの種類と、外部デバイスの接続に使用できるポートによって異なります。パワー ユーザー向けには、ポートと拡張スロット用のスペースが広い E-ATX フォーム ファクターもありますが、これを収容するには大きな PC ケースが必要です。

電源:マザーボード上の交換可能な CMOS バッテリーによって電力供給される CMOS (相補型金属酸化膜半導体またはマイクロチップ) を除き、PC 内のすべてのコンポーネントはその電源に依存しています。電源装置は、モバイル コンピュータの場合はバッテリ、デスクトップ PC の場合は電源コンセントなど、何らかの種類の電源に接続します。デスクトップ PC では、電源がケースの内側に取​​り付けられており、外側に電源ケーブル接続があり、内側にいくつかのケーブルが接続されています。これらのケーブルの一部はマザーボードに直接接続されますが、他のケーブルはドライブやファンなどの他のコンポーネントに接続されます。

中央処理装置 (CPU) : CPU は、単にプロセッサーと呼ばれることが多く、マイクロプロセッサーを含むコンポーネントです。このマイクロプロセッサは PC のすべての動作の中心であり、ハードウェアとソフトウェアの両方のパフォーマンスはプロセッサのパフォーマンスに依存します。 Intel と AMD は PC 用の最大の CPU メーカーですが、市場には他の CPU も見つかります。一般的な CPU アーキテクチャは 32 ビットと 64 ビットの 2 つで、特定のソフトウェアはこのアーキテクチャの違いに依存していることがわかります。最新の CPU 設計には通常、複数のタスクを一度に効率的に完了できるように 4 つ以上のコアが含まれています。

ランダム アクセス メモリ (RAM):最速のプロセッサでも、処理中に情報を保存するためのバッファが必要です。料理人にとってのカウンタートップと同じように、 RAMは CPU にとって重要です。作業中の食材や道具を、手に取って使用する必要があるまで待機させる場所として機能します。高速な PC には、高速な CPU と十分な量の RAM の両方が必要です。各 PC には処理できる RAM の最大量があり、マザーボード上のスロットは PC に必要な RAM のタイプを示します。 DDR-4 は、現在ほとんどのマザーボードでサポートされている RAM チップ DD のタイプですが、一部のシステムはより新しく高速な DDR-5 標準にもアップグレードされています。

ドライブ:ドライブは、使用されていないときにデータを保存するためのデバイスです。ハード ドライブまたはソリッド ステート ドライブには、PC のオペレーティング システムとソフトウェアが保存されます。これについては後ほど詳しく説明します。多くのシステムでは、ストレージを拡張するために追加のドライブを取り付ける余地もあります。このカテゴリには、CD、DVD、Blu-ray メディアの読み取りおよび書き込みに使用される光学ドライブなども含まれます。ドライブは、古い IDE 標準や新しい SATA 標準など、使用するドライブ コントローラ テクノロジのタイプに基づいてマザーボードに接続します。現在のラップトップおよびミニ コンピューターは、マザーボードに直接取り付けられた M.2 コネクタ ピンを介して接続するコンパクトな NVME SSD を使用している可能性があります。

冷却装置:コンピューターの処理が増えるほど、より多くの熱が発生します。 CPU およびその他のコンポーネントは、ある程度の熱を処理できます。ただし、PC が適切に冷却されていないと過熱し、コンポーネントや回路に多大な損害を与える可能性があります。ファンは、PC を冷却するために使用される最も一般的なデバイスです。さらに、CPU はヒートシンクと呼ばれる金属のブロックで覆われており、CPU から熱を奪います。ゲーマーなど一部の本格的なコンピュータ ユーザーは、より激しい冷却要求に対処するために設計された、水冷システムなどのより高価な熱管理ソリューションを使用していることがあります。

ケーブル:これまでに説明したすべてのコンポーネントは、ケーブルの組み合わせによって接続されています。これらのケーブルは、データ、電力、またはその両方を伝送するように設計されています。 PC は、ケーブルがケース内できちんと折り畳まれ、ケース全体の空気の流れを妨げないように構築する必要があります。

通常、PC はこれらのコア コンポーネントをはるかに超えています。次に、コンピューターとの対話を可能にするポートと周辺機器、および拡張スロットを使用してさらにコンポーネントを追加する方法を見ていきます。

ポート、周辺機器、拡張スロット

これまで見てきたコア コンポーネントは、PC の中央処理能力を構成します。ただし、PC は人間のユーザーや他のコンピューターと対話するために追加のコンポーネントを必要とします。これを実現する PC パーツは次のとおりです。

グラフィックス コンポーネント:一部のマザーボードにはオンボード グラフィックスが搭載されていますが、他のマザーボードには、GPU (グラフィックス プロセッシング ユニット) とも呼ばれる別のビデオ カードをスライドさせて挿入できる、いわゆる拡張スロットが含まれています。どちらの場合も、PC 内のビデオ コンポーネントは、画面に送られる複雑なグラフィック データの一部を処理し、CPU の負荷の一部を軽減します。マザーボードは、古い AGP 標準や新しい PCI 標準など、特定のインターフェイスに基づいたビデオ カードを受け入れます。最新のビデオ カードは、高いパフォーマンスを実現するために専用のビデオ RAM と追加の冷却ファンを必要とするため、PC ケース内で大きなスペースを占めることがあります。

ポート: ポートという言葉は、ケーブルを接続できる PC の外側の場所を表すためによく使用されます。 USB ポートやイーサネット ポートなど、ポートを用途別に説明します。 (ポートという言葉は、2 つのハードウェアが通信しようとするときのソフトウェア接続を表すのにも使用されることに注意してください。) 多くのポートはマザーボードに直接取り付けられています。 PC にあるポートには次のようなものがあります。

周辺機器: PC ケース内に取り付けられていないハードウェアはすべて、周辺機器と呼ばれます。これには、モニター、キーボード、マウスなどの基本的な入出力デバイスが含まれます。プリンター、スピーカー、ヘッドフォン、マイク、ウェブカメラ、USB フラッシュ ドライブも含まれます。 PC のポートに接続できるものはすべて、PC の周辺機器の 1 つです。必須の周辺機器 (モニターなど) はラップトップでは必要なく、代わりに内蔵されています。

拡張スロット:マザーボード上のどこかに指定されたスロットがない PC にコンポーネントを追加したい場合があります。そのため、マザーボードには一連の拡張スロットが搭載されています。拡張スロットにフィットするように設計された取り外し可能なコンポーネントはカードと呼ばれます。これはおそらく、平らなカードのような構造のためです。拡張スロットを使用すると、ビデオ カード、ネットワーク カード、プリンタ ポート、TV 受信機、その他多くのカスタム機能を追加できます。カードは、従来の ISA/EISA タイプ、より一般的なPCI 、PCI-X、PCI Express タイプ、または新しい M.2 規格のいずれであっても、拡張スロットのタイプと一致する必要があります。

PC の各部を見てきたので、電源ボタンを押して何が起動するのか見てみましょう。

PC の電源を入れる

初めて PC の電源を入れると、マシンは使用できる状態になるまでにいくつかの内部プロセスを経ます。これは、ブート プロセスまたは PC のブートと呼ばれます。 Boot はブートストラップの略で、「ブートストラップで自分を引き上げる」という古い格言に由来しており、最初から何かを始めることを意味します。ブート プロセスは、PC の基本入出力システム ( BIOS ) によって制御されます。

BIOS はフラッシュ メモリ チップに保存されているソフトウェアです。 PC では、BIOS はマザーボードに組み込まれています。場合によっては、PC メーカーが BIOS のアップデートをリリースすることがあります。その場合は、アップデートされたソフトウェアを使用して「BIOS をフラッシュ」するための指示に注意深く従うことができます。

BIOS は、ブート プロセスの制御に加えて、PC のハードウェア コンポーネントの基本的な構成インターフェイスを提供します。そのインターフェイスでは、起動中にドライブを読み取る順序やプロセッサの実行速度などを構成できます。 BIOS インターフェイスに入る方法については、PC のマニュアルを参照してください。この情報は、コンピュータを初めて起動するときにも、「DEL を押してセットアップ メニューに入ります」などのメッセージとともに表示されることがよくあります。

PC のブート プロセスの概要は次のとおりです。

全員がパワーアップしたところで、次は何でしょうか？ PC の動作の大部分は、使用するオペレーティング システムに依存します。次のセクションでは、オペレーティング システムがPC 上でどのように動作するかを調べてみましょう。

PC オペレーティング システム

PC が起動すると、オペレーティング システム(略して OS) を通じて PC を制御できるようになります。この記事の執筆時点では、Apple 以外のほとんどの PC では、Microsoft Windows またはLinuxディストリビューションのバージョンが実行されています。これらのオペレーティング システムはさまざまな種類の PC ハードウェアで実行できるように設計されていますが、 Mac OS Xは主に Apple ハードウェア向けに設計されています。

オペレーティング システムはいくつかのタスクを担当します。これらのタスクは、次の広いカテゴリに分類されます。

ここで、PC 全体の将来と、PC メーカーがモバイル コンピューティングのポータビリティの課題をどのように克服したかを見てみましょう。

PC の未来

最初の PC が市場に登場して以来、より新しく優れたモデルが登場し、製造から数か月以内に古いモデルは時代遅れになってしまいました。 SATA などのドライブ テクノロジがIDEに置き換わり、 PCI拡張スロットが ISA および EISA に置き換わりました。ただし、PC の技術進歩を示す最も顕著な指標は、CPU とその CPU 内のマイクロプロセッサです。

シリコン マイクロプロセッサは、1950 年代以来コンピューティング世界の中心となってきました。その間、マイクロプロセッサのメーカーは、より多くのトランジスタと機能強化をマイクロプロセッサに詰め込んできました。 1965 年、Intel の創設者ゴードン ムーアは、マイクロプロセッサの複雑さが 2 年ごとに 2 倍になると予測しました。それ以来、その複雑さは 18 か月ごとに 2 倍になり、業界の専門家はこの予測をムーアの法則と名付けました。多くの専門家は、シリコン マイクロプロセッサの物理的限界により、ムーアの法則は間もなく終焉を迎えると予測しています 。

ただし、この記事を書いている時点では、プロセッサのトランジスタ容量は増加し続けています。これは、チップメーカーがシリコン上にトランジスタをエッチングする新しい方法を常に見つけているためです。小さなトランジスタは現在、1メートルの10億分の1であるナノメートル単位で測定されています。原子自体は約0.5nmです。トランジスタが小さくなると、より多くのトランジスタを 1 つの CPU に搭載できるようになり、相対的な処理能力が向上します。 2023 年に、Intel は厚さ 10 ナノメートルのトランジスタを使用する Raptor Lake CPU アーキテクチャを発売しました。さらに、IBM は を使用してプロトタイプ チップを作成しました。これは原子の幅がわずか 4 つですが、消費者向けアプリケーションは少なくとも数年先になります。

では、ムーアの法則の終わりに達すると何が起こるのでしょうか?データ処理の新しい手段により、確実に進歩が続く可能性があります。後継となる可能性のあるものは、プロセッサの基本的な計算機能を実行するためのより強力な手段であることが証明されたものです。シリコン マイクロプロセッサは 50 年以上にわたって従来の 2 状態トランジスタに依存してきましたが、量子コンピュータなどの発明により状況が変わりつつあります。

量子コンピューターは、1 または 0 の 2 つの状態に限定されません。情報を量子ビット (量子ビット) としてエンコードします。量子ビットは 1 または 0 であることも、1 と 0 またはその間のどこかである重ね合わせの中に存在することもできます。量子ビットは、コンピュータのメモリとマイクロプロセッサの両方として機能するために連携して動作する原子を表します。量子コンピューターはこれらの複数の状態を同時に含むことができるため、今日の最も強力なスーパーコンピューターよりも何百万倍も強力になる可能性があります。

現在の量子コンピューターは巨大な金色の塔のように見え、家庭にあるどのコンピューターよりも精巧な宝石に似ています。このテクノロジーはまだ歴史が浅く、ほとんどの場合、実験室でしか存在しません。ただし、IBM は現在、大学や研究会社がクラウド インターフェイスを介してアクセスして、複雑な方程式を解いたり、物理シミュレーションを実行したりできる量子マシンを維持しています。

量子コンピューターの能力が一般的な PC に普及するかどうかは、時間が経てばわかります。それまでの間は、次に説明するモバイル PC のおかげで、まだ大量の処理能力を持ち歩くことができます。

ポータブルパーソナルコンピューティング

PC が登場する前から、コンピュータ メーカーはポータブル コンピュータを構想していました。 1986 年に をもたらしたのは、12 ポンド (5 キログラム) の IBM PC Convertible でした。それ以来、ラップトップ コンピューターは小型化、軽量化され、その処理能力はデスクトップ PC と同様に向上しました。

現在、コンピュータ業界では、他のクラスのモバイル コンピュータも認識されています。クラスの 1 つであるノートブック コンピューターは、ラップトップとほぼ同義になっています。この用語はもともと、ラップトップのより小型で軽量な製品を指すために使用されていました。もう 1 つのクラスであるネットブックは、ノートブックよりもさらに小型ですが、価格も安く、性能も劣ります。この分類はおそらく、対象ユーザー、つまりインターネットを使用するための非常に基本的なインターフェイスを必要とするユーザーにちなんで名付けられたものと思われます。

モバイル コンピューティングは、ノートブックやネットブックよりもさらに進化しています。多くのスマートフォンやタブレットは、ノートブックと同じくらいの処理能力を、より小さなパッケージに詰め込んでいます。主な違いとしては、画面サイズと解像度が小さいこと、外部ポートが少ないこと、携帯電話機能とキーボードに加えて、またはキーボードの代わりにタッチ スクリーン テクノロジが搭載されていることなどが挙げられます。スペースが限られているため、携帯電話には通常、より少ない量の RAM が搭載されています。

ソフトウェア面でも、PC オペレーティング システムの移植性が向上しています。たとえば、Google Chrome OS は、Web アプリケーションとクラウド ストレージへのアクセスに依存することで、ハード ドライブの空き容量の必要性を最小限に抑えます。これは、64 GB ソリッド ステート ドライブに制限されたネットブックでも、500 GB ディスク ドライブを搭載したラップトップと同じくらい便利になる可能性があることを意味します。当然ながら、Web 対応ではない大規模なアプリケーションは、この省スペースの利点の例外です。

物事を大局的に理解するために、机の上にあるコンピューターから始めましょう。このコンピューターは、インターネットを閲覧したり、スプレッドシートを処理したり、文書を作成したりするために日常的に使用しています。ほとんどの人は、Pentium コンピューターのようなものを実行しています。 Windows または Macintosh。このようなコンピューターは、1 秒あたり約 1 億の命令を実行できます。あなたの特定のマシンはその 2 倍または半分の速度である可能性がありますが、それは目安です。

世界最速のコンピューターはそれよりもはるかに速く、あなたの肩の上に乗っています。人間の脳は驚くべきコンピューティング デバイスであり、現在利用可能な中で最も高速なプロセッサーです。例を挙げてみましょう。

デスクトップ コンピューターは、音声を「理解」し、口述筆記を行って、話された言葉を書き言葉に翻訳できる段階に達し始めたところです。ディクテーション ソフトウェアは 1 人の話者しか理解できず、その話者は約 20 分間トレーニングする必要がありますが、ディクテーション ソフトウェアは依然として多くの間違いを犯します。したがって、1 秒あたり 1 億の命令では、ディクテーションを処理するのがやっとです。

一方、あなたの脳は、話者の数に関係なく理解できます。トレーニングは必要なく、間違いはありません。複数の言語を理解できる可能性もあります。そして、脳の音声処理部分は、パッケージ全体のほんの一部にすぎません。脳は、複雑な視覚イメージを処理し、体全体を制御し、概念的な問題を理解し、新しいアイデアを生み出すこともできます。あなたの脳は約 1 兆の細胞で構成されており、それらの細胞間には 100 兆の接続があります。大まかに見積もって、1 秒あたり 10 京の命令を処理していると言えるかもしれませんが、本当にそう言うのは困難です。

スーパーコンピューターを速度でランク付けした 2006 年のリストでは、上位 3 つのスーパーコンピューターは次のとおりです。

日本の理化学研究所が開発した MDGrape-3 と呼ばれる別のスーパーコンピューターは、理論上の最大速度が 1 ペタフロップス (1 秒あたり 1 グアドリリオン演算) で、BlueGene/L の 3 倍高速です。しかし、MDGrape-3 は TOP500 リストの公式ランキング ソフトウェアを実行できないため、BlueGene/L は 1 秒あたり 360 兆の演算数でリストのトップに位置しており、これはかなり高速です…しかし、それでもあなたのものほど高速ではありません。脳。