現代計算機技術的發展方向與趨勢

文/徐偉 冷靜

所謂計算機，又被稱之為電腦，具備數據存儲、修改功能，并實現對相關邏輯與數據的計算，是現代化智能電子設備。作為集成網絡、計算、媒體等技術為一體的電子設備，現代計算機技術的發展逐漸受到人們的重視。縱觀現階段計算機技術的發展，人們只側重于對計算機中相關軟件的應用，但是卻對現代計算機技術的發展歷程和趨勢不知所云，這無疑是對現代計算機技術的發展造成影響。基于此，本文對計算機發展方向和趨勢進行闡述，希望具備一定的借鑒意義。

1 計算機發展方向與歷程

1.1 電子計算機

首臺計算機出生于1946年，代表著人類發展正式邁入新的紀元，促使人類社會發展其整體實力得到明顯提升。也正在1946年，人類正式進入到信息時代，直至發展到現階段的全面信息時代。據相關調查研究表明，計算機研發儼然成為相關研究工作者的熱衷點，并將其相關研究成果廣泛應用到各個領域的生產生活之中。通過對計算機技術的研究，可以將其發展歷程分為四個階段，第一階段為1946～1957年，第一代計算機的應用，其電子元件為計算機的主要器件。而電子計算機的體積與占地空間相對龐大，但是在實際容量以及計算能力方面，都相對較低。使得電子計算機的穩定性較差，消耗能力較強。與此同時，此階段電子計算機不具備軟件系統功能，所以在具體操作中需進行機器語言的應用。

1.2 晶體管計算機

1958～1964年，固體物理能帶論以及量子力學等理論誕生，在此背景下，半導體器件問世。在上世紀50年代，點接觸晶體管被有效研制成功，接著結型晶體管研制成功。也正因晶體管的應用，促使計算機技術正式邁入第二發展階段，晶體計算機也被廣泛應用到各領域之中。

1959年，在美國貝爾實驗室誕生第一臺晶體管計算機，其主要電子元件為晶體管，而計算機中的存儲器則是利用磁芯等器件構成，所以相較于一代電子計算機，晶體管計算機在其性能方面得到大幅度提升。晶體管的應用具備損耗低、體積小、效率高等優勢，所以二代計算機在使用壽命方面得到延長，并且計算機體積得到大幅度降低，這就為計算機的廣泛應用打下基礎。此外，晶體管計算機的計算能力也得地創新，通過對浮點算法的應用，進一步計算機運算能力。

1.3 集成電路計算機

正是因為晶體管的研制，為后續集成電路的研發提供良好的基礎性前提，人們基于對晶體管、其它電子元件的應用，實現對集成電路的設計。也正因此，計算機技術正式邁入第三階段，計算機主要元件轉變成集成電路，具體在1964～現今。相較于第一、第二代計算機，集成電路計算機雖然在存儲器的應用方面與一代、二代類似，但是無論是計算機的能耗，還是計算機自身體積，都得到大幅度的縮小，而計算機的可靠性得到提升，并且計算機的功能也得到合理增加。針對集成電路計算機而言，除具備基礎的數據計算、處理功能之外，還增設了自動控制、輔助設計等功能，促使計算機計算的應用領域得到拓寬。

而在科學技術迅猛發展的背景下，集成電路得到不斷升級和優化，促使集成電路中晶體管的容納數量保持著不斷增長的趨勢，這就促使集成計算機正式邁入大規模集成電路計算機時代。集成電路計算機的主要電子元件包括大規模、超大規模集成電路，無論是在存儲容量還是計算能力方面，都得到提升。

2 計算機發展趨勢分析

2.1 光子計算機

現階段人們在光學工程領域的研發已經取得一定的成就，并且光子也被得到充分的應用，并且電運算也逐漸被光運算所取代。例如當前的光學反射折射鏡、激光器等光學元件已經完全取代了傳統的電子設備。而針對光子計算機而言，是指計算機中數字運算、信息存儲、信息處理以及相關邏輯操作主要利用光信號進行處理的計算機。相較于傳統電子集成電路計算機，光子計算具備以下優勢：

（1）可靠性較強，光子自身不具備電荷，所以在具體運行過程中不會產生任何的電磁作用，所以相關光學元件在實際運行過程中不會出現光學元件相互影響的情況，所以光子計算機在可靠性方面相對較強；

（2）運算速度快。光子計算機針對相關運算操作的開展，其速度極快，在處理能力方面明顯優于電子集成電路計算機。并且光子的傳播速度高達3×108，所以光子計算機的運算能力是電子計算機無可比擬的；

（3）存儲容量非常大。光子計算機運行過程中不會產生相應的電磁干擾，所以光子互聯密度相對較大，這就促使光子計算機的存儲容量非常大。

2.2 納米計算機

人們所熟知的納米多為計量單位，而現階段現代計算機技術研究中，通過計算機技術與納米技術的融合，可以實現對計算機技術的創新，研發出新型計算機。當前，計算機器件中達到物理極限的有硅芯片，如若在計算機技術研發過程中，不斷對硅芯片進行體積的減少，會導致電能損耗的增大。而通過納米技術在計算機上的應用，實現傳統晶體管被薄膜晶體管的有效取代，進而研發出新型納米計算機。

針對納米計算機而言，具備表面效應、量子隧道效應、體積效應以及量子尺寸效應，促使納米計算機的應用可以有效解決電子集成電路計算機中存在的問題和弊端。此外，納米計算機其生產成本也相對較低，這就表明納米計算機的研發和應用具備廣闊的空間。

2.3 生物計算機

生物計算機又被稱之為放生計算機，具體是指將普通電子集成電路計算機匯總的晶體管轉換成生物芯片。生物計算機的具體研發，主要是利用生物工程技術中的生物芯片和蛋白質分子，也正因此，得來生物計算機之名。針對生物計算機的應用，具備以下優勢：

（1）體積小。生物計算機的體積相較于傳統計算機，其體積得到大幅度降低，但是其內存容量得到提升；

（2）生物計算機在運算方面采取二進制方式，實現計算機整體運算能力的提升；

（3）并行性較強。相較于傳統計算機，生物計算機的蛋白質在合成過程中呈現出分子同步合成，所以其并行性相對較強：

（4）可靠性價錢哦哎那個。生物計算機在出現芯片損壞時，可以實現芯片的自我修復，進而有效提計算機的可靠性。

而針對生物計算機的研究而言，現階段主要分為兩個方向：

（1）將計算機中的半導體元件利用有機分子元件進行替代，進而研發新型分子計算機；

（2）針對生物計算機結構的構想，對人腦結構、思維規律等方面進行深入研究，以此為依據進行生物計算機的研發。

2.4 量子計算機

通過深入研究分析后，發現計算機技術發展至成熟階段，其量子計算機的研發必定會取得良好的成效效果。與此同時，現階段現代計算機技術的研發，其中量子計算機也是主要研究方向。針對量子計算機研發的開展，主要依據為相關量子力學內容，通過對量子計算機的研發，實現對計算機數據處理、內容存儲量以及運算速度方面進行大幅度提升。與此同時，相較于普通計算機，量子計算機實現對量子信息的應用，促使計算機數據信息聚體效果的提升。縱觀現階段該技術的研究，雖仍處于初步階段，但是卻具備著較強的戰略影響，進一步促進計算機技術研發事業的發展。

3 結束語

總而言之，現代計算機技術的迅猛發展促使社會發展水平不斷提高，民眾的生活方式也愈發變得科技化、便捷化。基于此，應重視對計算機技術的發展歷程進行深入分析研究，明確掌握其發展趨向，進而為計算機技術研究的深入奠定基礎。