試論計算機科學與技術的發展趨勢

陳敬泉

摘 要：隨著社會的不斷進步，計算機科學技術已經服務于人們生活的各個方面，改變著人們的生活方式，推進現代化文明的建設。所以本文就對計算機科學與技術的發展趨勢進行了研究，希望其在以后的發展中能夠更好地服務于人們的生活。本文首先簡述了計算機科學與技術的發展歷史；其次闡述了計算機科學與技術快速發展的原因；然后介紹了當前計算機科學與技術發展的現狀；最后展望了計算機科學與技術的發展趨勢。希望本文的研究能夠對未來計算機科學與技術的發展有所幫助。

關鍵詞：計算機科學與技術；現狀；發展趨勢

自20世紀以來，計算機科學與技術開始飛速地發展，而且廣泛地應用于各個領域中，給人們的日常生活帶來翻天覆地的變化。近些年來，計算機在性能、運算速度、體積和生產成本等方面都取得了較大的進步。計算機的發展已經由原來的單一化轉變為現在的多元化，逐漸地應用于各個行業和領域。現在人們的日常生活已經離不開計算機了，它在軍事、教育、工業以及商業等領域均有較深的應用。本文針對計算機科學與技術的發展趨勢進行研究，希望能夠推動計算機技術的快速發展，使人們的日常生活更方便、更快捷。

1 簡述計算機科學與技術的發展歷史

計算機科學與技術的發展可以分為起始階段、發展階段和革新階段3個階段，這代表著計算機從發明到普遍應用的整個歷程。計算機起始于20世紀30年代，發明計算機的最初用途是用來計算工業生產中的數據。因為計算量比較大、計算要求比較高，人工計算起來需要花大量的時間，于是就萌生了發明計算機的想法。經過一系列理論基礎和實驗，終于在1946年發明了世界上第一臺計算機ENIAC，為計算機發展書寫了一個新的篇章。計算機的發展階段起始于20世紀50年代，在第一臺計算機產生后，科學家們開始不斷地提出新的理論依據和優化措施，來優化計算機的性能和計算能力。其中馮·諾依曼提出的通用電子計算機EDVAC的設計方案，成功實施并建造出新型的計算機。這類新型的計算機具有儲存程序數字化、控制數字化和計算過程數字化的特點，為后來計算機的發展奠定了夯實的基礎。因此，馮·諾依曼也獲得了“現代計算機之父”的稱號。計算機的革新階段開始于20世紀80年代，微處理器和集成電路的發展帶動了現代計算機的發展。英特爾公司研發出的微處理器將計算機從實驗室搬到了普通家庭，極大地促進了計算機技術的發展。使計算機技術開始普遍應用于工業生產和日常生活中，成為人們生活的必需品。計算機科學技術經過這3個階段的發展，在計算能力、處理信息能力和生產成本上都有了較大的改善，將計算機科學技術提升到更高的層次，于是就開啟了計算機的全民時代。

2 計算機科學與技術快速發展的原因

計算機科學與技術近些年來發展迅速的原因主要有以下3點：

第一點，世界上第一臺計算機的問世，標志著人類現代化社會發展處于起始階段。這臺計算機雖然具有一定的計算能力和處理信息的能力，但是仍然存在著許多缺點，需要進一步地去改進。比如其存在體積大、運行速度慢和生產成本高等缺點，因為這些缺點致使其得不到廣泛地應用。然而隨著現代科學技術的發展，計算機科學與技術的改進，使得計算機技術開始不斷地完善。自20世紀70年代起，計算機的發展已經改善了其缺點，極大地提高了計算機的運行速度、減小了計算機的體積、降低了生產成本，所以計算機才開始進入市場，應用到工業生產和人們的生活中去。

第二點，在第二次世界戰爭中，由于人們對信息的需求量非常大，所以美國開始研究計算機，不斷地改進計算機科學與技術。隨著計算機技術的提高，計算機的運行速度進一步加快，存儲信息的能力也進一步提升，所以開始廣泛地應用于軍事、工業、教育等各個領域，推動了現代化社會的發展。

第三點，隨著社會發展的不斷進步，世界各國之間和企業之間的競爭力增強，間接地促進了計算機科學與技術的發展。在當前的社會中，誰掌握了先進的計算機技術，誰就擁有較高的話語權，其國家才能夠發展得更富強。面對這種嚴峻的國際形勢，只有掌握了先進的計算機技術才能夠存活下去。

第四點，在計算機技術的研發過程中，科學家經常會開展一些創造性的科研活動，在這些活動中提出一些新的設計理念和改進措施，然后通過不斷地進行實驗、改進，從而推動了計算機技術的快速發展。這些創造性的科研活動為了滿足工業生產和人們生活的需求，研發出新型的計算機。

第五點，計算機信息技術發展過程中進行信息共享，不僅推動了計算機技術的發展，而且提升了計算機研發的質量。計算機逐漸成為人們生活的必需品，滿足人們需求的同時，也推動了各個行業的快速發展。

3 計算機科學與技術發展的現狀

3.1 計算機科學與技術在當前社會中的地位

計算機科學與技術在當前社會的發展中有著非常重要的作用，極大程度地推動了社會的發展。計算機科學與技術的發展有效地解決了人們生活中的各種問題，逐漸改變著人們的生活方式，向著更舒適、更文明、更快捷的方向發展。在經濟、文化等方面的發展中，計算機科學與技術也有著舉足輕重的作用。計算機科學與技術的進步使得計算機具有較強的系統性和綜合性，滿足了當前社會發展對計算機個性化和人性化的需要。計算機科學與技術的發展十分迅速，發明第一根電子管與第一臺計算機之間相隔了42年的時間，但是發明半導體管與發明半導體計算機之間只相隔了10年時間，到現在為止，計算機的發展可謂是日新月異。當前計算機科學與技術是社會發展的必要工具，其發展程度直接影響著工業、商業和軍事等各個領域的發展。

3.2 計算機科學與技術發展中存在的問題

計算機科學與技術的發展也是一把雙刃劍，在給人們的生活帶來便利和舒適的同時，也存在著一些問題，給社會的發展和人們的日常生活帶來巨大的麻煩。例如，在2000年出現的“千年蟲”事件，是指計算機程序的智能系統中對跨世紀的日期處理出現錯誤，從而引發各種智能系統紊亂以至崩潰。“千年蟲”事件給計算機的發展帶來的極大的威脅，影響了當時社會保險、電力、交通等各行業的發展，造成了非常嚴峻的社會問題。如何利用好計算機科學技術，使其能夠更好地為人們的日常生活服務，避免因其發展的問題而對社會的發展造成威脅，這就是當前計算機科學與技術發展所面臨的首要問題。

3.3 計算機科學與技術該如何發展

計算機科學與技術同所有的科學技術一樣，都需要通過不斷地實踐來進行驗證。計算機的功能在不斷地完善，已經由當初的數字運算逐漸擴增為具備信息處理、信息儲存等功能，在現代化的軍事、經濟等領域中都有較廣泛的應用。計算機科學與技術的實踐應用過程就是對信息和數據處理的過程，所以在計算機科學與技術的發展過程中我們要重視計算機軟硬件的開發。只有這樣，我們才能將計算機科學與技術發展轉變為實際的結果。要想更進一步發展計算機科學與技術，保障計算機發展的速度和健康性，還需要加強對計算機信息化和應用的政策法規以及市場經濟環境進行建設。

4 展望計算機科學與技術的幾個具體發展趨勢

本人針對當前計算機科學與技術領域的發展現狀進行分析，總結出計算機科學與技術未來發展的幾個趨勢。

4.1 向著運行極速化的方向發展

美國科學家通過不斷地研究和實踐，將空氣絕緣技術運用到了計算機當中，這極大地提高了計算機運行的速度，在計算機科學與技術的發展道路上邁出了創新的一步。再例如，美國紐約保利公司的科研人員將設計的新型電路在計算機中進行運用，并采用膠滯體包裹的導線技術將電路中需要的芯片連接。膠滯體其實就是空氣，具有很強的絕緣性，用它來包裹導線是一種創新的技術。傳統芯片的連接主要是通過硅二氧化物導線，這種連接方式會導致信號在傳輸過程中減弱，主要是因為導線和芯片對信號具有吸收作用，這就直接影響了計算機的運行速度，導致計算機運行速度緩慢。而利用新型的膠滯體包裹的導線則減少了信號在傳遞過程中的損失，進而有效地提升了計算機運行的速度。

4.2 生物計算機的發展

20世紀90年代，超威技術開始逐漸發展起來，于是科學家便將其運用于計算機的研發中，這一探索取得了巨大的成功，而且對計算機科學技術的發展產生了巨大的影響。生物計算機與其他類型的計算機存在著明顯的區別，它的設計是在計算機芯片中應用生物工程技術，從而構成一種具有生物分子形式的計算機“蛋白質分子”。科學家在20世紀90年代研發出了生物計算機，這對計算機科學技術的發展產生了巨大的影響。而且科學家設計出一種新型的邏輯運算方式，主要是用來解決城市的道路設計問題。這種邏輯運算方式是以電子計算機的模仿技術為基礎進行研究設計的。針對當前生物計算機發展的現狀，生物計算機的研發人員主要對新型分子元件進行研發，與生物體內的物理和化學反應為基礎，從而設計出新的數據處理方式，來處理和分析數據。

4.3 向著以光為傳輸媒介的方向發展

光學計算機是利用光為傳輸介質來傳輸信號的一種計算機技術。光學計算機具有傳播速度快、傳輸能力強、具有較強的獨立性等特點。這主要是因為光具有傳播速度快、偏振和頻率以及光的傳播不需要介質等特點決定的。所以光信號在傳播過程中不需要依靠體，能夠獨立地進行傳播信號。20世紀90年代，世界各國紛紛開始研究光學計算機，投入了不少人力和財力，也取得了一些成就，進而研發出光學計算機。這類計算機與其他類型的計算機相比，有一些顯著的優點。其一，具有較快的運行速度，與普通的計算機相比，運行速度提升了進千倍；其二，具有較高的準確性，在提升運行速度的條件下，同時保證了計算的準確性；其三，具有較為優良的散熱性能，普通計算機的運行會產生一定的熱量，這些熱量會對計算機的正常運行產生影響，甚至會導致計算機無法正常運行。而光學計算機徹底解決了這個問題，它在高速運行的狀態下也不會受到溫度的影響。

4.4 納米計算機的發展

隨著微觀技術的發展，現代材料的發展進入納米的時代，如今納米材料的制作工藝已經相當成熟，在人們的生產生活中也有較廣泛的應用。將納米技術應用于計算機的設計中，于是就有了納米計算機的問世。納米技術主要應用于計算機中的芯片，采用納米芯片技術，將大幅度地減小計算機芯片的體積，提升計算機芯片的穩定性。美國是最早開始研究納米計算機的國家，其擁有較為先進的納米計算機技術。美國當前主要在研究納米管連接技術的問題，這項技術若能研發成功，可以大幅度地提升芯片的作用，進而將內存芯片直接作為晶體管使用，能夠最大化地優化計算機的功能。

5 結束語

計算機科學技術的發展朝著更高效、更廣泛、更加深入的方向發展，隨著新型的計算機科學與技術的研發設計，并逐步地應用于工業生產、軍事防御等領域，必然會導致人們的生活也會隨之改變。我們的生活也會被各種高新的計算機技術所環繞，而且我們堅信，新型的計算機技術一定會使我們的日常生活更方便、更便利，從而使現代社會向著文明、和諧的方向穩定地發展。

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（作者單位：武漢輕工大學數學與計算機學院）