最新計算機未來發(fā)展趨勢及發(fā)展方向

1、計算機未來發(fā)展趨勢及發(fā)展方向計算機科學與軟件學院 軟件081班 邵娜娜 082669摘要：科學在發(fā)展，人類在進步，歷史上的新生事物都要經(jīng)過一個從無到有的艱難歷程，隨著一代又一代科學家們的不斷努力，未來的計算機一定會是更加方便人們的工作、學習、生活的好伴侶。未來計算機技術的發(fā)展潮流將是超高速、超小型、平行處理、智能化，計算機技術的飛速發(fā)展必將對整個社會變革產(chǎn)生推動作用。未來計算機技術前景已經(jīng)初見端倪，超大型計算機及超小型計算機模式成為業(yè)界認同的發(fā)展方向，以此為依托的計算機技術的重點發(fā)展方向將是超高速、智能化。引言 1946年第一臺計算機問世，在這70 年的發(fā)展過程中，計算機從體積巨大、 功能單一

2、、價格昂貴到現(xiàn)在的體型微小、功能多樣、價格合理、運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。目前計算機已經(jīng)應用到了教育、軍事、商業(yè)和其它工業(yè)領域，而且它也正以此良好的背景繼續(xù)發(fā)展著。1計算機的發(fā)展過程我們先來看看計算機的發(fā)展過程： 1946年，世界上出現(xiàn)了第一臺電子數(shù)字計算機“”主要用于計算彈道。是由美國賓夕法尼亞大學莫爾電工學院制造的。 1956年,晶體管電子計算機誕生,這是第二代電子計算機。 1959年出現(xiàn)的是第三代集成電路計算機。最初的計算機由約翰.馮.諾依曼發(fā)明, 有三間房那么大,后來逐步發(fā)展起來。 20世紀70年代開始進入到了電腦發(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”,使電腦進入了第四代。 20世紀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，可以進行思維、學習、記憶、網(wǎng)絡通信等工作。 進入21世紀,電腦更是筆記本化、微型化和專業(yè)化,每秒運算速度超過100萬次, 不但操作簡易、價格便宜、而且可以代替人們的部分腦力勞動,甚至在某些方面擴展了人的智能。2 計算機迅速發(fā)展的原因概述2.1 經(jīng)常性的、連續(xù)性的創(chuàng)造活動的出現(xiàn)經(jīng)常連續(xù)不斷的創(chuàng)造性活動是推動計算機技術快速發(fā)展的動力之一。這種創(chuàng)造性活動在本質(zhì)上是在對大量信息進行處理的現(xiàn)實需求的推動之下的計算機相關的科學理論的不斷的更新和發(fā)展。2.1.1 現(xiàn)實的需求是計算機

4、科學與技術創(chuàng)新的動力計算機的興起，很大程度上是由于第二次世界大戰(zhàn)對信息處理的迫切需求 這使得大量的相關的資源和人力可以投入到計算機的研究和開發(fā)的過程中，促使了計算機的誕生。而計算機的民用化是由于研究所、政府部門以及大學的實驗室對信息處理的需求不斷的增強。尖端技術領域和工程設計領域對計算機的運算速度和儲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)造活動不斷的迸發(fā)。在商業(yè)計算機領域，比對手搶先一步發(fā)布新的計算機產(chǎn)品往往意味著比對手占有更多的市場份額 這樣，在利潤最大化需求以及競爭壓力的驅動下，使得企業(yè)不斷的加大科研力度，加快新技術的開發(fā)與研制，使得計算機技術的發(fā)展能夠跟上市場的需求。這無疑促進

5、了計算機科學與技術的更新速度。2.1.2 計算機技術理論的發(fā)展促進了技術的進步從事計算機技術相關研究的科學家在反復的實驗中，獲得了大量的設計靈感和理念，這些理論往往又會在計算機的產(chǎn)品中得到表現(xiàn)。理論上可行的技術還必須經(jīng)過實踐的檢驗。甚至有時候試錯的過程也會帶來意想不到的靈感，從而帶來新的計算機設計理念。例如，鋁硅觸面在集成電路的實際應用中經(jīng)常出現(xiàn)問題，在試錯的過程中，鋁硅氧化物被發(fā)現(xiàn)，這直接推動了超大規(guī)模型集成電路的發(fā)展同時，新技術的不斷發(fā)現(xiàn)又會推動更新技術的產(chǎn)生。例如，鋁硅肖特基勢壘就是在鋁硅氧化物觸面控制的基礎上被攻破的。在試錯的過程中，通過對經(jīng)驗的歸納總結，發(fā)現(xiàn)了大量的計算機技術，不斷的

6、進行著研究、開發(fā)、設計和演化。這個過程的不斷的循環(huán)往復，催生了大量的新的計算機技術。此外，計算機科學的新技術轉化為產(chǎn)品之后，會對下一代產(chǎn)品的研發(fā)起到促進作用 如計算機輔助設計作為一種計算機技術，它又可以在軟件開發(fā)和芯片設計中發(fā)揮巨大的作用，推動創(chuàng)新的向前發(fā)展。2.1.3 信息共享是計算機科學與技術發(fā)展的基礎在計算機科學與技術的領域內(nèi)，信息共享是其進步的基礎和關鍵在信息共享的基礎上，創(chuàng)新活動可以獲得最新的技術與資料的支持，這樣的技術起點比較高，可以避免浪費，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制當兩個價值相近的技術同時出現(xiàn)而只能選擇一個的時候，往往需要很長的一段時間進行相關

7、的論證，而在這段論證的時間內(nèi)，最后的選擇往往受到很多不確定因素的影響。因此，在這個論證的過程中，要充分發(fā)揮各種選擇機制，盡量做到全方位、多角度進行論證。3計算機發(fā)展現(xiàn)狀微處理器.微處理器的發(fā)展很大地提高了計算機的性能，表現(xiàn)在縮小處理器芯片內(nèi)晶體管的尺寸上，基本方法在于改進光刻技術，即使用短波長的曝光源，然后經(jīng)過掩膜曝光，把硅片上的晶體管做小，連接晶體管的導線做細，曝光源主要指紫外線.但有幾個限制：1 ）條寬接近或小于光的波長時，刻蝕技術會失??；2 ）電子行為的限制；3 ）量子效應的限制等。納米電子。電子元件對計算機技術的發(fā)展十分重要，但隨著計算機技術的發(fā)展，現(xiàn)有的電子元件已不能滿足計算機微型化

8、和智能化的要求了，集成度和處理速度成為了計算機發(fā)展的雙重制約。而納米電子技術解決了這一難題，它代表了一類新型的思維方式，而不僅僅單純是尺寸的減小。4未來計算機發(fā)展趨勢4.1 超導計算機所謂超導，是指有些物質(zhì)在接近絕對零度（相當于-269攝氏度）時，電流流動是無阻力的。1962年，英國物理學家約瑟夫遜提出了超導隧道效應原理，即由超導體一絕緣體一超導體組成器件，當兩端加電壓時，電子便會像通過隧道一樣無阻擋地從絕緣介質(zhì)中穿過去，形成微小電流，而這一器件的兩端是無電壓的。約琴夫遜因此獲得諾貝爾獎。4.2 納米計算機科學家發(fā)現(xiàn)，當晶體管的尺寸縮小到0.1微米(100納米)以下時，半導體晶體管賴以工作的基

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，實現(xiàn)納米級器件?，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)，而納米計算機的基本元器件尺寸只有幾到幾十納米。4.3 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運算和存儲：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出小型光開關，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。然而，要想研制出光計算機，需要開發(fā)出

10、可用一條光束控制另一條光束變化的光學“晶體管”?，F(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一輛汽車那么大。因此，要想短期內(nèi)使光計算機實用化還很困難。4.4 dna計算機1994年11月，美國南加州大學的阿德勒曼博士提出一個奇思妙想，即以dna堿基對序列作為信息編碼的載體，利用現(xiàn)代分子生物技術，在試管內(nèi)控制酶的作用下，使dna堿基對序列發(fā)生反應，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)運算。dna計算機的最大優(yōu)點在于其驚人的存貯容量和運算速度：1立方厘米的dna存儲的信息比1萬億張光盤存儲的還多；十幾個小時的dna計算，就相當于所有電腦問世以來的總運算量。更重要的是，它的能耗非常低，只有電子計算機的一百億分

11、之一。4.5 量子計算機以處于量子狀態(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行信息處理。由于原子具有在同一時間處于兩個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，也能同時代表0和1以及0和1之間的中間值，故無論從數(shù)據(jù)存儲還是處理的角度，量子位的能力都是晶體管電子位的兩倍。對此，有人曾經(jīng)作過這樣一個比喻：假設一只老鼠準備繞過一只貓，根據(jù)經(jīng)典物理學理論，它要么從左邊過，要么從右邊過，而根據(jù)量子理論，它卻可以同時從貓的左邊和右邊繞過。量子計算機與傳統(tǒng)計算機在外形上有較大差異：它沒有傳統(tǒng)計算機的盒式外殼，看起來像是一個被其他物質(zhì)包圍的巨大磁場；它不能利用硬盤實現(xiàn)信息的長期存儲但高

12、效的運算能力使量子計算機具有廣闊的應用前景，這使得眾多國家和科技實體樂此不疲。盡管目前量子計算機的研究仍處于實驗室階段，但不可否認，終有一天它會取代傳統(tǒng)計算機進入尋常百姓家。5總結對計算機未來的發(fā)展,能概括為三個方面: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;第三個方向便是 深”度發(fā)展,即向信息的智能化發(fā)展。人機界面也將變得更加智能友好。參考文獻1 計算機技術未來發(fā)展趨勢研究 李明（吉林省監(jiān)獄管理局 黨校 吉林 長春 130051）2 計算機應用的現(xiàn)狀與計算機的發(fā)展趨勢 馬忠鋒（黑龍江省雞東熱電有限公司，黑龍江 雞東 158200 ）3 淺析計算機科學與技術的發(fā)展趨勢 黃建兒 （杭州師范大學錢江學院，浙江杭州 310012）4論計算機技術發(fā)展過程中的創(chuàng)新 謝梅芬 （福建林業(yè)職業(yè)技術學院自動化信息工程系，福建南平353000）5 計算機發(fā)展趨勢與展望 周緒珍 李新（