計算機發(fā)展展望論文.doc

計算機發(fā)展展望 學院：管理學院 班級：工商1003 姓名：董曉晨 學號：201046900315計算機發(fā)展展望【摘要】 計算機的發(fā)展將趨向超高速、超小型、平行處理和智能化，量子、光子、分子和納米計算機將具有感知、思考、判斷、學習及一定的自然語言能力，使計算機進入人工智能時代。這種新型計算機將推動新一輪計算技術革命，并帶動光互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，對人類社會的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。 【關鏈詞】計算機發(fā)展趨勢 新型計算機 一、 現(xiàn)狀與前景美國科學家最近指出，經(jīng)過30多年的發(fā)展，計算機芯片的微型化已接近極限。計算機技術的進一步發(fā)展只能寄希望于全新的技術，如新材料、新的晶體管設計方法和分子層次的計算技術。過去30多年來，半導體工業(yè)的發(fā)展基本上遵循穆爾法則，即安裝在硅芯片上的晶體管數(shù)目每隔18個月就翻一番。芯片體積越來越小，包含的晶體管數(shù)目越來越多，蝕刻線寬越來越小；計算機的性能也因而越來越高，同時價格越來越低。計算機的發(fā)展將趨向超高速、超小型、并行處理和智能化。自從1944年世界上第一臺電子計算機誕生以來，計算機技術迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)計算機的性能受到挑戰(zhàn)，開始從基本原理上尋找計算機發(fā)展的突破口，新型計算機的研發(fā)應運而生。未來量子、光子和分子計算機將具有感知、思考、判斷、學習以及一定的自然語言能力，使計算機進人人工智能時代。這種新型計算機將推動新一輪計算技術革命，對人類社會的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。 二、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(tǒng)同時執(zhí)行多條指令或同時對多個數(shù)據(jù)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(shù)百數(shù)千甚至更多的處理器(機)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(shù)據(jù)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(fā)，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。日本、美國、以色列、中國和印度首先成為世界上擁有每秒運算1萬億次的超級計算機的國家，超級計算機已在科技界內(nèi)引起開發(fā)與創(chuàng)新狂潮。 三、新型高性能計算機問世 硅芯片技術高速發(fā)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(fā)新型計算機，計算機的體系結構與技術都將產(chǎn)生一次量與質的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、分子計算機、納米計算機等，將會在二十一世紀走進我們的生活，遍布各個領域。 1.超導計算機 芯片的集成度越高，計算機的體積越小，這樣才不致因信號傳輸而降低整機速度。但這樣一來就使機器發(fā)熱嚴重。解決問題的出路是研制超導計算機。 電流在超導體中流過時，電阻為零，介質不發(fā)熱。1962年，英國物理學家約瑟夫遜提出了“超導隧道效應”，即由超導體絕緣體超導體組成的器件（約瑟夫遜元件），當對其兩端加電壓時，電子就會像通過隧道一樣無阻擋地從絕緣介質穿過，形成微小電流，而該器件兩端的壓降幾乎為零。與傳統(tǒng)的半導體計算機相比，使用約瑟夫遜器件的超導計算機的耗電量僅為其幾千分之一，而執(zhí)行一條指令所需的時間卻要快100倍。 1999年11月，日本超導技術研究所與企業(yè)合作，制作了由1萬個約瑟夫遜元件組成的超導集成電路芯片。據(jù)悉，該所定于2003年生產(chǎn)這種超導芯片，2010年前后制造出這種超導計算機。 2量子計算機 量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究，量子計算機是一類遵循量子力學規(guī)律進行高速數(shù)學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機是基于量子效應基礎上開發(fā)的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài).使信息沿著聚合物移動.從而進行運算。量子計算機中的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，同樣數(shù)量的存儲位，量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。同時量子計算機能夠實行量子并行計算，其運算速度可能比目前計算機的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，量子計算機還將對現(xiàn)有的保密體系、國家安全意識產(chǎn)生重大的沖擊。 無論是量子并行計算還是量子模擬計算，本質上都是利用了量子相干性。世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。目前已經(jīng)提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導量子干涉等。量子編碼采用、避錯和防錯等。量子計算機使計算的概念煥然一新。3.光計算機 與傳統(tǒng)硅芯片計算機不同，光計算機用光束代替電子進行計算和存儲：它以不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù)，以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數(shù)據(jù)從一個芯片傳送到另一個芯片。研制光計算機的設想早在20世紀50年代后期就已提出。1986年，貝爾實驗室的戴維.米勒研制成功小型光開關，為同實驗室的艾倫.黃研制光處理器提供了必要的元件。1990年1月，黃的實驗室開始用光計算機工作。光計算機有全光學型和光電混合型。上述貝爾實驗室的光計算機就采用了混合型結構。相比之下，全光學型計算機可以達到更高的運算速度。研制光計算機，需要開發(fā)出可用一條光束控制另一條光束變化的光學“晶體管”。現(xiàn)有的光學“晶體管”龐大而笨拙，若用它們造成臺式計算機將有輛汽車那么大。因此，要想短期內(nèi)使光學計算機實用化還很困難。 4.分子計算機 分子計算機體積小、耗電少、運算快、存儲量大。分子計算機的運行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進行組織排列。分子計算機的運算過程就是蛋白質分子與周圍物理化學介質的相互作用過程。轉換開關為酶，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質的結構中極其明顯地表示出來。生物分子組成的計算機具備能在生化環(huán)境下，甚至在生物有機體中運行，并能以其它分子形式與外部環(huán)境交換。因此它將在醫(yī)療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發(fā)揮無法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自動機模型、仿生算法、分子化學反應算法等幾種類型。分子芯片體積可比現(xiàn)在的芯片大大減小，而效率大大提高，分子計算機完成一項運算，所需的時間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬倍。分子計算機具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液可存儲1萬億億的二進制數(shù)據(jù)。分子計算機消耗的能量非常小，只有電子計算機的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質分子，所以分子計算機既有自我修復的功能，又可直接與分子活體相聯(lián)。美國已研制出分子計算機分子電路的基礎元器件，可在光照幾萬分之一秒的時間內(nèi)產(chǎn)生感應電流。以色列科學家已經(jīng)研制出一種由DNA分子和酶分子構成的微型分子計算機。預計20年后，分子計算機將進人實用階段。 5.納米計算機 納米計算機是用納米技術研發(fā)的新型高性能計算機。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?！凹{米”是一個計量單位，大約是氫原子直徑的10倍。納米技術是從20世紀80年代初迅速發(fā)展起來的新的前沿科研領域，最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品?，F(xiàn)在納米技術正從微電子機械系統(tǒng)起步，把傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構成一個系統(tǒng)。應用納米技術研制的計算機內(nèi)存芯片，其體積只有數(shù)百個原子大小，相當于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。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(fā)揮電子開關、放大和晶體管的功能。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(yè)的快速發(fā)展。 對計算機未來的發(fā)展，將其概括為三個方面：一是向“高”的方向。性能越來越高，速度越來越快。主要表現(xiàn)為計算機的主頻越來越高；二是向并行處理發(fā)展。器件速度通過發(fā)明新器件，如量子器件，采用納米工藝、片上系統(tǒng)等技術還可以提高幾個數(shù)量級。以大規(guī)模并行為標志的體系結構的創(chuàng)新與進步，是提高計算機系統(tǒng)性能的另一重要途徑；第三個方向便是“深”度發(fā)展，即向信息的智能化發(fā)展。例如，網(wǎng)上有大量的信息，怎樣把這些浩如煙海的東西變成你想要的知識，這是計算科學需要解決的重要課題，這不是簡單地點擊一個網(wǎng)站,里面就能搜索到與其相匹配的內(nèi)容，而是需要計算機將收集到的知識系統(tǒng)化。人機界面也將變得更加智能友好未來你可以用你的自然語言與