陸莉芳

摘 要：計(jì)算機(jī)技術(shù)在近些年來獲得了極大發(fā)展并且在現(xiàn)代生活中發(fā)揮了越來越重要的作用，已經(jīng)成了現(xiàn)代生活、生產(chǎn)不可或缺的元素。時(shí)代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，計(jì)算機(jī)及其核心技術(shù)也在不斷更新中。本文主要討論計(jì)算機(jī)在未來的發(fā)展，以及其核心技術(shù)的發(fā)展方向，以期對計(jì)算機(jī)的研究有所助益。

關(guān)鍵詞：未來；計(jì)算機(jī)；核心技術(shù)；發(fā)展方向

1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展史

第一臺計(jì)算機(jī)于1942年出現(xiàn)在賓夕法尼亞大學(xué)，這臺計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來。第一臺計(jì)算機(jī)的制作初衷是為了計(jì)算火炮彈道，主要用于軍事用途。這一代的計(jì)算機(jī)采用的是電子線路執(zhí)行邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算與信息存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)，其計(jì)算速度相較于繼電器計(jì)算機(jī)快一千倍。但是，這臺計(jì)算機(jī)的程序設(shè)備仍然是外加式，并且存儲(chǔ)容量也相對較小，尚不具備現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特征。

1945年數(shù)學(xué)家馮諾依曼提出了更為先進(jìn)的邏輯結(jié)構(gòu)并且應(yīng)用于計(jì)算機(jī)制造，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化程度提高，開始進(jìn)入了發(fā)展時(shí)期。該時(shí)期的計(jì)算機(jī)開始應(yīng)用到工業(yè)與生活中。到20實(shí)際中期以后，計(jì)算機(jī)技術(shù)便進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，計(jì)算機(jī)的組成也更加復(fù)雜，由單純的硬件變?yōu)榱擞布?、固件與軟件三部分組成。同時(shí)，計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)與性能不斷提高，計(jì)算機(jī)的種類也呈多樣化，出現(xiàn)了大型計(jì)算機(jī)、通用計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)等類型。此外，還出現(xiàn)了一些專用計(jì)算機(jī)，如模擬數(shù)字混合計(jì)算機(jī)、特殊類型的控制計(jì)算機(jī)等。進(jìn)入到20世紀(jì)70年代后計(jì)算機(jī)的研究與生產(chǎn)能力大增，計(jì)算機(jī)的性能得到了很大提升。尤其是微型計(jì)算機(jī)開始進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)期，進(jìn)入到了生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。微型計(jì)算機(jī)在很短的時(shí)間內(nèi)便進(jìn)入到了家庭、企業(yè)、機(jī)關(guān)與研發(fā)單位中，發(fā)展到現(xiàn)在，微型計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為了社會(huì)生活與工作中不可或缺的部分。

2 計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢

未來計(jì)算機(jī)主要呈現(xiàn)兩個(gè)方向：微型計(jì)算機(jī)與超極計(jì)算機(jī)。超極計(jì)算機(jī)應(yīng)用于較重要的科研與工業(yè)技術(shù)，注重強(qiáng)大的計(jì)算能力。超極計(jì)算機(jī)采用平行處理技術(shù)，可以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在同一時(shí)間處理多個(gè)數(shù)據(jù)或者執(zhí)行多條指令。在未來，超極計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力仍將被進(jìn)一步提升，并且應(yīng)用領(lǐng)域也將進(jìn)一步擴(kuò)大。在未來，軍事技術(shù)、科研技術(shù)空間技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析技術(shù)等都將用到超極計(jì)算機(jī)?？梢哉f，未來計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展主要方向之一是計(jì)算能力與速度的提升。

此外，分子計(jì)算機(jī)技術(shù)也在研究中，在未來可能成為現(xiàn)實(shí)。這些都是未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢，而對其核心技術(shù)的發(fā)展我們在接下來的文章中將進(jìn)行細(xì)解。

3 計(jì)算機(jī)核心技術(shù)的發(fā)展

⑴量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)是在量子效應(yīng)基礎(chǔ)上研究出來的，它利用某種鏈狀分子聚合物的特性來表達(dá)開與關(guān)的狀態(tài)，并利用激光脈沖來改變分子狀態(tài)，促使信息沿著聚合物移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)算活動(dòng)。量子計(jì)算機(jī)介于構(gòu)架與器件之間，其中的數(shù)據(jù)用量子位進(jìn)行儲(chǔ)存。量子具有疊加效應(yīng)，故而，一個(gè)量子位既可以是1也可以是0，既可以存儲(chǔ)1又可以存儲(chǔ)0，也就是說一個(gè)量子位可以存儲(chǔ)兩個(gè)數(shù)據(jù)。同樣數(shù)量的存儲(chǔ)，量子計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量相較于其他計(jì)算機(jī)要大很多。量子計(jì)算機(jī)還可實(shí)行量子并行計(jì)算，運(yùn)算速度非?？?。

⑵光子計(jì)算機(jī)。光子計(jì)算機(jī)也就是全光數(shù)字計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)的核心理念是以光子代替電子、光硬件代替電子硬件、光互聯(lián)代替導(dǎo)線互聯(lián)、光運(yùn)算代替電運(yùn)算。相較于電子計(jì)算機(jī)，光計(jì)算機(jī)的信息傳遞平行通道密度更大，通道的通過能力是電話電纜的幾倍。同時(shí)，光具有高速、并行的特性，這也決定了光子計(jì)算機(jī)的處理能力更強(qiáng)、運(yùn)算速度更快。在當(dāng)前，超高速計(jì)算機(jī)只能在低溫狀態(tài)下工作，而具有同樣運(yùn)行速度的光子計(jì)算機(jī)在室溫下即可工作。光子計(jì)算機(jī)還具有容錯(cuò)性，某一原件損壞或出錯(cuò)不會(huì)影響到最終的計(jì)算結(jié)果。現(xiàn)在，光子計(jì)算機(jī)已經(jīng)研究成功，可以預(yù)計(jì)的是，在不久的將來，光子計(jì)算機(jī)將成為計(jì)算機(jī)的主要研究發(fā)展方向，會(huì)像當(dāng)前計(jì)算機(jī)一樣普及，并且在社會(huì)生活工作中發(fā)揮更大的作用。

⑶納米計(jì)算機(jī)。目前硅芯片發(fā)展到現(xiàn)階段已經(jīng)到達(dá)其物理極限，它的體積無法再縮小，通電與斷電的頻率也無法再提高，其功耗的提升空間也已經(jīng)很小。解決這些問題，很重要的途徑是研制納米晶體管，并采用納米晶體管制作納米計(jì)算機(jī)。應(yīng)用納米技術(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)的研究制造不僅能夠減小計(jì)算機(jī)的體積更能提升其工作效率、降低其功耗、現(xiàn)階段納米計(jì)算機(jī)的研究已經(jīng)取得了很大成績，在未來必然可以實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。

⑷生物計(jì)算機(jī)。生物技術(shù)是未來的主要發(fā)展技術(shù)之一，生物計(jì)算機(jī)的工作過程是蛋白質(zhì)分子與周圍介質(zhì)的相互作用過程。在生物計(jì)算機(jī)中，酶充當(dāng)計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，而酶合成系統(tǒng)的本身與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)將進(jìn)行系統(tǒng)的體現(xiàn)。蛋白質(zhì)分子比硅片上的電子元件小很多，并且彼此距離更近，生物計(jì)算機(jī)完成一項(xiàng)運(yùn)算所需時(shí)間甚至比人的思維速度快百萬倍，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)無法比擬的。同時(shí)，DNA分子計(jì)算機(jī)具有驚人的存儲(chǔ)容量，與極低的能量消耗，是電子計(jì)算機(jī)的十億分之一。

總之，未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展將建立在現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展之上，其發(fā)展程度甚至?xí)^人類的預(yù)期又或許會(huì)極大程度代替人力成為社會(huì)發(fā)展新動(dòng)力。但，不管怎樣的發(fā)展都要以人類的需求為根本，以為人類提供便利為原則，我們要謹(jǐn)記這一點(diǎn)，把握計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向，不使其發(fā)生偏差。

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