計算機科學與技術的發展趨勢探析

【摘要】：自計算機誕生以來，它的發展已經影響到人類的社會發展進程，在社會、經濟、文化領域都有深遠的影響。本文從計算機發展的現狀入手，分析了計算機發展迅速的原因，并總結了計算機科學與技術的發展趨勢。

【關鍵詞】：計算機科學；技術；發展趨勢

引言

自從1946年第一臺計算機的出現，它的發展己經經歷了60多年來的變遷。計算機在運算速度、增進性能、縮小性強、降低成本以及開發應用等方面得到了空前發展。隨著知識經濟的不斷深入，計算機的發展趨勢不僅繼續深化，而且節奏加快。在計算機自身發展的同時，它的應用領域也從過去的簡單化走向多樣化。在日常生活中，計算機的應用無處不在。它已滲透到國民經濟和社會生活的各個部門，在軍事、工業、教育和其他業務領域的各個領域。

1.計算機技術發展迅速的原因

1.1連續性的創造活動的出現

計算機技術快速發展的原因之一就是連續性的創造活動出現。現實需求的驅動、關于計算機技術認識部分或者說是計算機科學的發展、信息的共享可以用來解釋這種經常性的創造活動。

持續不斷的創新是在需求的驅動下發生的正是二戰對信息的緊迫需求減少了創造的障礙，使得資源可以運用于基本的技術試驗，促進了計算機的出現。早期階段各研究所、大公司、大學和政府部門對科學運算的需求導致了計算機迅速地轉為民用、轉為工業產品，促進了計算機工業的發展。在計算機行業，按照技術軌道領先一步推出新計算機技術產品意味著可能提前占有市場。競爭的壓力和對利潤最大化的要求往往在技術的發展上表現為：計算機技術的進步比市場實際需求發展的更快。這給創造活動的速度、時間快慢提出了更高的要求。

1.2關于計算機技術的認識

部分經常提供計算機技術如何改進的相對有力的指導計算機領域的工程師和科學家們的實踐是往復的，科學知識暗含在數量和種類極為可觀的設計中而這些設計又體現在計算機產品中，不但在理論上是可行的還必須經過真實世界的約束檢驗。試錯、偶然的運氣，甚至有時是錯誤的原理，也極有可能導致行之有效的新的計算機技術。集成電路中的鋁—硅觸面，雖然理論上沒有問題，但在實際應用時卻經常出差錯，經過反復的試錯，終于發現了“鋁—硅—氧化物”觸面控制，極大地促進了后來超大型集成電路的發展。這些蘊含在新技術中的知識又被往復地用以產生新的知識，如“鋁—硅—氧化物”觸面控制的發現有利于攻破鋁—硅肖特基勢壘。此外，計算機中的新技術迅速轉化為產品首先運用于開發研制下一代的新技術，如計算機輔助設計在芯片制作、軟件開發中的運用，極大地縮短了研發周期，加快了創新活動的步伐。

1.3計算機技術的出現

PC機出現以后，越來越建立在共享信息的基礎上如同恩格爾巴特所認為的那樣，這種信息共享思想是科學技術進步的關鍵，這使得創造活動可以建立在最新信息的平臺上，極大的縮短研制時間、提高了研發的質量。

2.計算機科學計算發展趨勢

2.1智能化的超級計算機

超高速計算機采用平行處理技術改進計算機結構，使計算機系統同時執行多條指令或同時對多個數據進行處理，進一步提高計算機運行速度。超級計算機通常是由數百數千甚至更多的處理器組成，能完成普通計算機和服務器不能計算的大型復雜任務。從超級計算機獲得數據分析和模擬成果，能推動各個領域高精尖項目的研究與開發，為我們的日常生活帶來各種各樣的好處。最大的超級計算機接近于復制人類大腦的能力，具備更多的智能成份。方便人們的生活、學習和工作。世界上最受歡迎的動畫片、很多耗巨資拍攝的電影中，使用的特技效果都是在超級計算機上完成的。超級計算機已在科技界內引起開發與創新狂潮。

2.2新型高性能計算機問世

硅芯片技術高速發展的同時，也意味看硅技術越來越接近其物理極限。為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發新型計算機，計算機的體系結構與技術都將產生一次量與質的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機等，將會走進我們的生活，遍布各個領域。

2.2.1量子計算機

量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子計算機。量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究。研究可逆計算機的目的是為了解決計算機中的能耗問題。量子計算機中的數據用量子位存儲。由于量子疊加效應，一個量子位可以是0或1，也可以既存儲0又存儲1。因此，一個量子位可以存儲2個數據，同樣數量的存儲位，量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。除具有高速并行處理數據的能力外，量子計算機還將對現有的保密體系、國家安全意識產生重大的沖擊。量子并行本質上是量子相干性的應用，無論是量子并行計算還是量子模擬計算。世界各地的許多實驗室都懷著極大的熱情追求這個夢想。目前的方案主要是利用原子與光腔的相互作用、冷阱離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導量子干涉等。

2.2.2光子計算機

光子計算機是一種由光信號進行數字運算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型計算機。它由激光器、光學反射鏡、透鏡、濾波器等光學元件和設備構成，靠激光束進入反射鏡和透鏡組成的陣列進行信息處理，以光子代替電子，光運算代替電運算。光的并行、高速，天然地決定了光子計算機的并行處理能力很強，具有超高運算速度。在光子計算機中，不同波長的光代表不同的數據，可以對復雜度高、計算量大的任務實現快速地并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎上呈指數上升。

2.2.3納米計算機

納米計算機指將納米技術運用于計算機領域所研制出的一種新型計算機。“納米”本是一個計量單位，采用納米技術生產芯片成本十分低廉，因為它既不需要建設超潔凈生產車間，也不需要昂貴的實驗設備和龐大的生產隊伍。只要在實驗室里將設計好的分子合在一起，就可以造出芯片。大大降低了生產成本。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍，質地堅固，有著極強的導電性，能代替硅芯片制造計算機。納米計算機不僅幾乎不需要耗費任何能源，而且其性能要比今天的計算機強大許多倍。美國正在研制一種連接納米管的方法，用這種方法連接的納米管可用作芯片元件，發揮電子開關、放大和晶體管的功能。有專家預測，10年后納米技術將會走出實驗室，成為科技應用的一部分。納米計算機體積小、造價低、存量大、性能好，將逐漸取代芯片計算機，推動計算機行業的快速發展。

結束語

計算機技術的發展日新月異，它已經不僅僅是一種技術現象而是一種政治、軍事、經濟和社會現象，在現代社會中發揮著越來越重要的作用，我們應該運用好計算機科學與技術，使其在生活中為人們提供越來越便捷的服務。

參考文獻：

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