最新計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)及發(fā)展方向

1、計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)及發(fā)展方向計(jì)算機(jī)科學(xué)與軟件學(xué)院 軟件081班 邵娜娜 082669摘要：科學(xué)在發(fā)展，人類(lèi)在進(jìn)步，歷史上的新生事物都要經(jīng)過(guò)一個(gè)從無(wú)到有的艱難歷程，隨著一代又一代科學(xué)家們的不斷努力，未來(lái)的計(jì)算機(jī)一定會(huì)是更加方便人們的工作、學(xué)習(xí)、生活的好伴侶。未來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展潮流將是超高速、超小型、平行處理、智能化，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展必將對(duì)整個(gè)社會(huì)變革產(chǎn)生推動(dòng)作用。未來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)前景已經(jīng)初見(jiàn)端倪，超大型計(jì)算機(jī)及超小型計(jì)算機(jī)模式成為業(yè)界認(rèn)同的發(fā)展方向，以此為依托的計(jì)算機(jī)技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向?qū)⑹浅咚佟⒅悄芑?。引?1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問(wèn)世，在這70 年的發(fā)展過(guò)程中，計(jì)算機(jī)從體積巨大、 功能單一

2、、價(jià)格昂貴到現(xiàn)在的體型微小、功能多樣、價(jià)格合理、運(yùn)行速度快速等性能得到了世界范圍內(nèi)的普遍使用與推廣。目前計(jì)算機(jī)已經(jīng)應(yīng)用到了教育、軍事、商業(yè)和其它工業(yè)領(lǐng)域，而且它也正以此良好的背景繼續(xù)發(fā)展著。1計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程我們先來(lái)看看計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程： 1946年，世界上出現(xiàn)了第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)“”主要用于計(jì)算彈道。是由美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電工學(xué)院制造的。 1956年,晶體管電子計(jì)算機(jī)誕生,這是第二代電子計(jì)算機(jī)。 1959年出現(xiàn)的是第三代集成電路計(jì)算機(jī)。最初的計(jì)算機(jī)由約翰.馮.諾依曼發(fā)明, 有三間房那么大,后來(lái)逐步發(fā)展起來(lái)。 20世紀(jì)70年代開(kāi)始進(jìn)入到了電腦發(fā)展的最新階段。到1970年,由大規(guī)模集成電路

3、和超大規(guī)模集成電路制成的“克雷一號(hào)”,使電腦進(jìn)入了第四代。 20世紀(jì)90年代,電腦向“智能化”方向發(fā)展，制造出與人腦相似的電腦，可以進(jìn)行思維、學(xué)習(xí)、記憶、網(wǎng)絡(luò)通信等工作。 進(jìn)入21世紀(jì),電腦更是筆記本化、微型化和專(zhuān)業(yè)化,每秒運(yùn)算速度超過(guò)100萬(wàn)次, 不但操作簡(jiǎn)易、價(jià)格便宜、而且可以代替人們的部分腦力勞動(dòng),甚至在某些方面擴(kuò)展了人的智能。2 計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展的原因概述2.1 經(jīng)常性的、連續(xù)性的創(chuàng)造活動(dòng)的出現(xiàn)經(jīng)常連續(xù)不斷的創(chuàng)造性活動(dòng)是推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的動(dòng)力之一。這種創(chuàng)造性活動(dòng)在本質(zhì)上是在對(duì)大量信息進(jìn)行處理的現(xiàn)實(shí)需求的推動(dòng)之下的計(jì)算機(jī)相關(guān)的科學(xué)理論的不斷的更新和發(fā)展。2.1.1 現(xiàn)實(shí)的需求是計(jì)算機(jī)

4、科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的動(dòng)力計(jì)算機(jī)的興起，很大程度上是由于第二次世界大戰(zhàn)對(duì)信息處理的迫切需求 這使得大量的相關(guān)的資源和人力可以投入到計(jì)算機(jī)的研究和開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，促使了計(jì)算機(jī)的誕生。而計(jì)算機(jī)的民用化是由于研究所、政府部門(mén)以及大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室對(duì)信息處理的需求不斷的增強(qiáng)。尖端技術(shù)領(lǐng)域和工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)τ?jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和儲(chǔ)存容量有著更加高的需求。這一切都讓經(jīng)常連續(xù)性的創(chuàng)造活動(dòng)不斷的迸發(fā)。在商業(yè)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，比對(duì)手搶先一步發(fā)布新的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品往往意味著比對(duì)手占有更多的市場(chǎng)份額 這樣，在利潤(rùn)最大化需求以及競(jìng)爭(zhēng)壓力的驅(qū)動(dòng)下，使得企業(yè)不斷的加大科研力度，加快新技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研制，使得計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展能夠跟上市場(chǎng)的需求。這無(wú)疑促進(jìn)

5、了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的更新速度。2.1.2 計(jì)算機(jī)技術(shù)理論的發(fā)展促進(jìn)了技術(shù)的進(jìn)步從事計(jì)算機(jī)技術(shù)相關(guān)研究的科學(xué)家在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)中，獲得了大量的設(shè)計(jì)靈感和理念，這些理論往往又會(huì)在計(jì)算機(jī)的產(chǎn)品中得到表現(xiàn)。理論上可行的技術(shù)還必須經(jīng)過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)。甚至有時(shí)候試錯(cuò)的過(guò)程也會(huì)帶來(lái)意想不到的靈感，從而帶來(lái)新的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)理念。例如，鋁硅觸面在集成電路的實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，在試錯(cuò)的過(guò)程中，鋁硅氧化物被發(fā)現(xiàn)，這直接推動(dòng)了超大規(guī)模型集成電路的發(fā)展同時(shí)，新技術(shù)的不斷發(fā)現(xiàn)又會(huì)推動(dòng)更新技術(shù)的產(chǎn)生。例如，鋁硅肖特基勢(shì)壘就是在鋁硅氧化物觸面控制的基礎(chǔ)上被攻破的。在試錯(cuò)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)經(jīng)驗(yàn)的歸納總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了大量的計(jì)算機(jī)技術(shù)，不斷的

6、進(jìn)行著研究、開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和演化。這個(gè)過(guò)程的不斷的循環(huán)往復(fù)，催生了大量的新的計(jì)算機(jī)技術(shù)。此外，計(jì)算機(jī)科學(xué)的新技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品之后，會(huì)對(duì)下一代產(chǎn)品的研發(fā)起到促進(jìn)作用 如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)作為一種計(jì)算機(jī)技術(shù)，它又可以在軟件開(kāi)發(fā)和芯片設(shè)計(jì)中發(fā)揮巨大的作用，推動(dòng)創(chuàng)新的向前發(fā)展。2.1.3 信息共享是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的領(lǐng)域內(nèi)，信息共享是其進(jìn)步的基礎(chǔ)和關(guān)鍵在信息共享的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新活動(dòng)可以獲得最新的技術(shù)與資料的支持，這樣的技術(shù)起點(diǎn)比較高，可以避免浪費(fèi)，縮短研究周期、提高研究質(zhì)量。2.2 穩(wěn)定明顯和迅速的選擇機(jī)制當(dāng)兩個(gè)價(jià)值相近的技術(shù)同時(shí)出現(xiàn)而只能選擇一個(gè)的時(shí)候，往往需要很長(zhǎng)的一段時(shí)間進(jìn)行相關(guān)

7、的論證，而在這段論證的時(shí)間內(nèi)，最后的選擇往往受到很多不確定因素的影響。因此，在這個(gè)論證的過(guò)程中，要充分發(fā)揮各種選擇機(jī)制，盡量做到全方位、多角度進(jìn)行論證。3計(jì)算機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀微處理器.微處理器的發(fā)展很大地提高了計(jì)算機(jī)的性能，表現(xiàn)在縮小處理器芯片內(nèi)晶體管的尺寸上，基本方法在于改進(jìn)光刻技術(shù)，即使用短波長(zhǎng)的曝光源，然后經(jīng)過(guò)掩膜曝光，把硅片上的晶體管做小，連接晶體管的導(dǎo)線做細(xì)，曝光源主要指紫外線.但有幾個(gè)限制：1 ）條寬接近或小于光的波長(zhǎng)時(shí)，刻蝕技術(shù)會(huì)失?。? ）電子行為的限制；3 ）量子效應(yīng)的限制等。納米電子。電子元件對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展十分重要，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的電子元件已不能滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)微型化

8、和智能化的要求了，集成度和處理速度成為了計(jì)算機(jī)發(fā)展的雙重制約。而納米電子技術(shù)解決了這一難題，它代表了一類(lèi)新型的思維方式，而不僅僅單純是尺寸的減小。4未來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)4.1 超導(dǎo)計(jì)算機(jī)所謂超導(dǎo)，是指有些物質(zhì)在接近絕對(duì)零度（相當(dāng)于-269攝氏度）時(shí)，電流流動(dòng)是無(wú)阻力的。1962年，英國(guó)物理學(xué)家約瑟夫遜提出了超導(dǎo)隧道效應(yīng)原理，即由超導(dǎo)體一絕緣體一超導(dǎo)體組成器件，當(dāng)兩端加電壓時(shí)，電子便會(huì)像通過(guò)隧道一樣無(wú)阻擋地從絕緣介質(zhì)中穿過(guò)去，形成微小電流，而這一器件的兩端是無(wú)電壓的。約琴夫遜因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。4.2 納米計(jì)算機(jī)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)晶體管的尺寸縮小到0.1微米(100納米)以下時(shí)，半導(dǎo)體晶體管賴(lài)以工作的基

9、本原理將受到很大限制。研究人員需另辟蹊徑，才能突破0.1微米界，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)器件?，F(xiàn)代商品化大規(guī)模集成電路上元器件的尺寸約在0.35微米(即350納米)，而納米計(jì)算機(jī)的基本元器件尺寸只有幾到幾十納米。4.3 光計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)硅芯片計(jì)算機(jī)不同，光計(jì)算機(jī)用光束代替電子進(jìn)行運(yùn)算和存儲(chǔ)：它以不同波長(zhǎng)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(gè)芯片傳送到另一個(gè)芯片。研制光計(jì)算機(jī)的設(shè)想早在20世紀(jì)50年代后期就已提出。1986年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的戴維米勒研制出小型光開(kāi)關(guān)，為同實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室開(kāi)始用光計(jì)算機(jī)工作。然而，要想研制出光計(jì)算機(jī)，需要開(kāi)發(fā)出

10、可用一條光束控制另一條光束變化的光學(xué)“晶體管”?，F(xiàn)有的光學(xué)“晶體管”龐大而笨拙，若用它們?cè)斐膳_(tái)式計(jì)算機(jī)將有一輛汽車(chē)那么大。因此，要想短期內(nèi)使光計(jì)算機(jī)實(shí)用化還很困難。4.4 dna計(jì)算機(jī)1994年11月，美國(guó)南加州大學(xué)的阿德勒曼博士提出一個(gè)奇思妙想，即以dna堿基對(duì)序列作為信息編碼的載體，利用現(xiàn)代分子生物技術(shù)，在試管內(nèi)控制酶的作用下，使dna堿基對(duì)序列發(fā)生反應(yīng)，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算。dna計(jì)算機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于其驚人的存貯容量和運(yùn)算速度：1立方厘米的dna存儲(chǔ)的信息比1萬(wàn)億張光盤(pán)存儲(chǔ)的還多；十幾個(gè)小時(shí)的dna計(jì)算，就相當(dāng)于所有電腦問(wèn)世以來(lái)的總運(yùn)算量。更重要的是，它的能耗非常低，只有電子計(jì)算機(jī)的一百億分

11、之一。4.5 量子計(jì)算機(jī)以處于量子狀態(tài)的原子作為中央處理器和內(nèi)存，利用原子的量子特性進(jìn)行信息處理。由于原子具有在同一時(shí)間處于兩個(gè)不同位置的奇妙特性，即處于量子位的原子既可以代表0或1，也能同時(shí)代表0和1以及0和1之間的中間值，故無(wú)論從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還是處理的角度，量子位的能力都是晶體管電子位的兩倍。對(duì)此，有人曾經(jīng)作過(guò)這樣一個(gè)比喻：假設(shè)一只老鼠準(zhǔn)備繞過(guò)一只貓，根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)理論，它要么從左邊過(guò)，要么從右邊過(guò)，而根據(jù)量子理論，它卻可以同時(shí)從貓的左邊和右邊繞過(guò)。量子計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在外形上有較大差異：它沒(méi)有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的盒式外殼，看起來(lái)像是一個(gè)被其他物質(zhì)包圍的巨大磁場(chǎng)；它不能利用硬盤(pán)實(shí)現(xiàn)信息的長(zhǎng)期存儲(chǔ)但高

12、效的運(yùn)算能力使量子計(jì)算機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景，這使得眾多國(guó)家和科技實(shí)體樂(lè)此不疲。盡管目前量子計(jì)算機(jī)的研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，但不可否認(rèn)，終有一天它會(huì)取代傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)進(jìn)入尋常百姓家。5總結(jié)對(duì)計(jì)算機(jī)未來(lái)的發(fā)展,能概括為三個(gè)方面:一是向高”的方向。性能越來(lái)越高, 速度越來(lái)越快。主要表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)的主頻越來(lái)越高;二是向并行處理發(fā)展。器件速度通過(guò)發(fā)明新器件;第三個(gè)方向便是 深”度發(fā)展,即向信息的智能化發(fā)展。人機(jī)界面也將變得更加智能友好。參考文獻(xiàn)1 計(jì)算機(jī)技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)研究 李明（吉林省監(jiān)獄管理局 黨校 吉林 長(zhǎng)春 130051）2 計(jì)算機(jī)應(yīng)用的現(xiàn)狀與計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 馬忠鋒（黑龍江省雞東熱電有限公司，黑龍江 雞東 158200 ）3 淺析計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 黃建兒 （杭州師范大學(xué)錢(qián)江學(xué)院，浙江杭州 310012）4論計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的創(chuàng)新 謝梅芬 （福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化信息工程系，福建南平353000）5 計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)與展望 周緒珍 李新（