略論計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)與展望

陳永鑫

摘?要：計(jì)算機(jī)現(xiàn)在于人們息息相關(guān)，人們的生活、學(xué)習(xí)與下作離不開(kāi)計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)改變了人們的生活與下作為一式，加快了人們的生活節(jié)湊，計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為其它領(lǐng)域提供了服務(wù)，但科技水平不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)需要不斷完善與更新，以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展需要，能為其它領(lǐng)域發(fā)展提供技術(shù)支持。本文闡述計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)及其展望，希望能為研究計(jì)算機(jī)發(fā)展的專家與學(xué)者提供理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī);發(fā)展;趨勢(shì);展望

計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)改變了我們的生活，為我們的生活帶來(lái)了方便。隨著科技的進(jìn)步與時(shí)代的發(fā)展，計(jì)算機(jī)被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，并且起著舉足輕重的作用。雖然現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)已經(jīng)相當(dāng)?shù)南冗M(jìn)，但是為了滿足人們更多的需求，計(jì)算機(jī)也在不斷地發(fā)展著。本文將對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)要地分析，以便大家對(duì)計(jì)算機(jī)有進(jìn)一步的了解。

一、計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史

計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史是曲折的，在二戰(zhàn)期間，美國(guó)的賓夕法尼亞的實(shí)驗(yàn)室中出現(xiàn)了一個(gè)龐然大物，它就是人類史上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的出現(xiàn)引發(fā)了世界的轟動(dòng)，因?yàn)檫@個(gè)怪物讓人們很驚訝，它擁有 18000 多個(gè)電子管和2000 多個(gè)電容器和繼電器，占地面積多達(dá) 170 平，相當(dāng)于三間房子那么大。這個(gè)笨重的機(jī)器雖然很大，但是它的計(jì)算速度已經(jīng)比人快了很多，可以說(shuō)它的出現(xiàn)改變了人類社會(huì)，它是計(jì)算機(jī)史上當(dāng)之無(wú)愧的里程碑。

隨著科技的發(fā)展，晶體管出現(xiàn)了。晶體管計(jì)算機(jī)隨之問(wèn)世，它的體積比電子管計(jì)算機(jī)要小得多，并且速度更快，耗電率低。雖然晶管計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用于軍事中處理原子科學(xué)的大量數(shù)據(jù)，但是晶管計(jì)算機(jī)在在這個(gè)時(shí)期的產(chǎn)量還是少的，因此價(jià)格特別貴。

20 世紀(jì)70 年代，集成電路計(jì)算機(jī)又使計(jì)算機(jī)得到了發(fā)展，以前的晶體管計(jì)算機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這就會(huì)促使計(jì)算機(jī)某些敏感的零件受到損害。而集成電路計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)不僅使計(jì)算機(jī)的體積變得更小，也使晶體管計(jì)算機(jī)的缺點(diǎn)得到解決。這個(gè)時(shí)期計(jì)算機(jī)最主要的發(fā)展便是在中心程序的控制協(xié)調(diào)下可以同時(shí)運(yùn)行許多不同的程序。

集成電路計(jì)算機(jī)已經(jīng)很先進(jìn)了，但是科學(xué)家們并沒(méi)有停止對(duì)計(jì)算機(jī)的研制。因?yàn)榧呻娐酚?jì)算機(jī)沒(méi)有得到大規(guī)模的發(fā)展，所以對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)下一步的發(fā)展方向就是大規(guī)模集成電路。揭開(kāi)計(jì)算機(jī)時(shí)代序幕的是ENIAC，到UNIVAC成為迎來(lái)計(jì)算機(jī)時(shí)代的寵兒。可計(jì)算機(jī)發(fā)生了很大的變化，計(jì)算機(jī)已經(jīng)不是實(shí)驗(yàn)室的獨(dú)有物品，它已經(jīng)走向社會(huì)，以一種商品的身份為廣大客戶服務(wù)，為人們的生活帶來(lái)了極大地方便。

二、計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

（一）智能化的超級(jí)計(jì)算機(jī)

1、高速電腦

美國(guó)科學(xué)家已經(jīng)生產(chǎn)出一套新型電腦微電路，該電路的芯片或晶體管之間由膠滯體包裹的導(dǎo)線連接，這種膠滯體90%的物質(zhì)是空氣，而空氣是不導(dǎo)電出的，是一種非常優(yōu)良的絕緣體。計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的快慢與芯片間信號(hào)傳輸?shù)乃俣戎苯酉嚓P(guān)，然而，目前普遍使用的硅二氧化物在傳輸信號(hào)的過(guò)程中會(huì)吸收耗掉一部分信號(hào)，從而延長(zhǎng)了信息傳輸?shù)臅r(shí)間。為解決這個(gè)問(wèn)題，科研小組研究出電腦芯片冷卻技術(shù)，它在電腦電路里內(nèi)置了許多裝著液體的微型小管，用來(lái)吸收電路散發(fā)出的熱量。當(dāng)電路發(fā)熱時(shí)，熱量將微型管內(nèi)的液體汽化，當(dāng)這些汽化物擴(kuò)散到管子的另一端之后，又重新凝結(jié)，流到管子底部。

2、生物計(jì)算機(jī)興起

生物計(jì)算機(jī)最大的特點(diǎn)是采用了生物芯片，它由生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子構(gòu)成。在這種芯片中，信息以波的形式傳播，運(yùn)算速度比當(dāng)今最新一代計(jì)算機(jī)快10萬(wàn)倍，能量消耗僅相當(dāng)于普通計(jì)算機(jī)的十分之一，并且擁有巨大的存儲(chǔ)能力。目前，科學(xué)家們已經(jīng)在超微技術(shù)領(lǐng)域取得了某些突破，制造出了微型機(jī)器人。科學(xué)家們的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)是讓這種微型機(jī)器人成為一部微小的生物計(jì)算機(jī)，它們不僅小巧玲瓏，而且可以像微生物那樣自我復(fù)制和繁殖，可以鉆進(jìn)人體里殺死病毒，修復(fù)血管、心臟、腎臟等內(nèi)部器官的損傷，或者使引起癌變的DNA 突變發(fā)生逆轉(zhuǎn)，從而使人們延年益壽。超高速計(jì)算機(jī)采用平行處理技術(shù)改進(jìn)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行多條指令或同時(shí)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度。超級(jí)計(jì)算機(jī)通常是由數(shù)百數(shù)千甚至更多的處理器（機(jī)）組成，能完成普通計(jì)算機(jī)和服務(wù)器不能計(jì)算的大型復(fù)雜任務(wù)。

（二）高性能計(jì)算機(jī)

1、量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算機(jī)是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來(lái)表示開(kāi)與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來(lái)改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動(dòng)，從而進(jìn)行運(yùn)算。量子計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)用量子位存儲(chǔ)。由于量子疊加效應(yīng)，一個(gè)量子位可以是0或1，也可以既存儲(chǔ)0又存儲(chǔ)1。一個(gè)量子位可以存儲(chǔ) 2 個(gè)數(shù)據(jù)，同樣數(shù)量的存儲(chǔ)位，量子計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量比通常計(jì)算機(jī)大許多。同時(shí)量子計(jì)算機(jī)能夠?qū)嵭辛孔硬⑿杏?jì)算，其運(yùn)算速度可能比目前計(jì)算機(jī)的Pentium DI 晶片快10 億倍。除具有高速并行處理數(shù)據(jù)的能力外，量子計(jì)算機(jī)還將對(duì)現(xiàn)有的保密體系、國(guó)家安全意識(shí)產(chǎn)生重大的沖擊。無(wú)論是量子并行計(jì)算還是量子模擬計(jì)算，本質(zhì)上都是利用了量子相干性。量子計(jì)算機(jī)使計(jì)算的概念煥然一新。

2、光子計(jì)算機(jī)

光子計(jì)算機(jī)是利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳輸和存儲(chǔ)。光子計(jì)算機(jī)即全光數(shù)字計(jì)算機(jī)，以光子代替電子，光互連代替導(dǎo)線互連，光硬件代替計(jì)算機(jī)中的電子硬件，光運(yùn)算代替電運(yùn)算。在光子計(jì)算機(jī)中，不同波長(zhǎng)的光代表不同的數(shù)據(jù)，可以對(duì)復(fù)雜度高、計(jì)算量大的任務(wù)實(shí)現(xiàn)快速地并行處理。光子計(jì)算機(jī)將使運(yùn)算速度在目前基礎(chǔ)上呈指數(shù)上升。

3、納米計(jì)算機(jī)

納米計(jì)算機(jī)是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計(jì)算機(jī)。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍，質(zhì)地堅(jiān)固，有著極強(qiáng)的導(dǎo)電性，能代替硅芯片制造計(jì)算機(jī)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計(jì)算機(jī)內(nèi)存芯片，其體積只有數(shù)百個(gè)原子大小，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米計(jì)算機(jī)不僅幾乎不需要耗費(fèi)任何能源，而且其性能要比今天的計(jì)算機(jī)強(qiáng)大許多倍。美國(guó)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(fā)揮電子開(kāi)關(guān)、放大和晶體管的功能。納米計(jì)算機(jī)體積小、造價(jià)低、存量大、性能好，將逐漸取代芯片計(jì)算機(jī)，推動(dòng)計(jì)算機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展。

三、結(jié)語(yǔ)

智能化、高性能化的計(jì)算機(jī)與相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，現(xiàn)在科技領(lǐng)域的重大創(chuàng)新，必將推進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)人類發(fā)展史上的重大突破。隨著新型產(chǎn)品的不斷研發(fā)將會(huì)有更多的產(chǎn)品出來(lái)，更加方便人們的生活和學(xué)習(xí)，進(jìn)一步改變我們的生活質(zhì)量，計(jì)算機(jī)的最終目的是達(dá)到較好人機(jī)交互界面，更好的為人類服務(wù)。