計算機發(fā)展史

1、0計算機發(fā)展史與未來計算機計算機發(fā)展史與未來計算機前言前言 電子數(shù)字計算機是20世紀人類最偉大發(fā)明之一。短短的幾十年，這臺機器以迅猛磅礴之勢，用非凡的滲透力和親和力，徹底改變了我們這個星球的模樣，融進每個人的工作、學(xué)習(xí)和生活之中，已在世界范圍內(nèi)形成了一種新的文化，構(gòu)造了一種嶄新的文明。思考問題思考問題1計算機由那幾部份組成？計算機由那幾部份組成？為什么？為什么？ 大約在新石器時代早期，先民使用的“計算機”是結(jié)繩，即用繩子打結(jié)的多少來表示數(shù)的概念。英語里“Calculus”（計算）一詞來源于拉丁語，既有“算法”的含義，也有腎臟或膽囊里的“結(jié)石”的意思。 計算機的歷史可以追溯到我們祖先用石頭或手指

2、幫助計數(shù)的遠古時代。人類最早的 “計算機” 是手指， “Digit” 既表示“手指”又表示“整數(shù)數(shù)字”。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史-計算的手工時代 珠算盤是中國古代在計算工具領(lǐng)域的另一項發(fā)明，直到今天，它仍然是許多人鐘愛的“計算機”。 “運籌策于帷幄之中，決勝于千里之外。”,人類最早有實物作證的計算工具誕生在中國。祖沖之祖沖之借助算籌， 成功地將圓周率值計算到小數(shù)點后的第7位。 17世紀初，英國數(shù)學(xué)家納皮爾納皮爾提出了對數(shù)的概念，并制作了“納皮爾算籌”，它只需要做簡單的加法就能計算出乘積，從而大大簡化了數(shù)值計算過程。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史-計算的手工時代計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史-計算的手工時代

3、 英國牧師奧卻德奧卻德創(chuàng)造了原始的對數(shù)計算尺，奧卻德發(fā)明的對數(shù)計算尺不僅能做加、減、乘、除、乘方、開方運算，甚至可以計算三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和對數(shù)函數(shù)，它一直使用到袖珍電子計算器面世為止。 17世紀最值得稱頌的計算機發(fā)明當(dāng)然屬于法國科學(xué)家布萊斯布萊斯帕斯卡，帕斯卡，帕斯卡為了幫助父親計算稅款制造了加法器，加法器，它第一次確立了計算機器的概念。 計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史-計算的機械時代布萊斯布萊斯帕斯卡帕斯卡 法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、思想家法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、思想家保存在巴黎國立工藝博物館的帕斯卡加保存在巴黎國立工藝博物館的帕斯卡加法機，法機，16421642年發(fā)明：年發(fā)明：計算機發(fā)展史計算機發(fā)展

4、史-計算的機械時代 德國偉大的數(shù)學(xué)家、因獨立發(fā)明微積分而與牛頓齊名萊布尼茨，受加加法器法器的啟發(fā)，在1674年造出一臺更完善的機械計算機“乘法器”。 萊布尼茨對計算機的貢獻不僅在于乘法器，公元1700年左右，萊布尼茨中國“易圖”（八卦）里受到啟發(fā)，最終悟出了二進制數(shù)二進制數(shù)之真諦。戈特費里德戈特費里德萊布尼茲萊布尼茲 德國數(shù)學(xué)家、微積分獨立發(fā)明人德國數(shù)學(xué)家、微積分獨立發(fā)明人16741674年，萊布尼茨發(fā)明乘法機年，萊布尼茨發(fā)明乘法機 無論是契克卡德、帕斯卡，還是萊布尼茨，他們發(fā)明的機器都缺乏程序控制的功能。工業(yè)社會首次大規(guī)模應(yīng)用程序控制的機器不是計算機，而是紡織行業(yè)中的提花編織機，然而，它對計

5、算機程序設(shè)計的思想產(chǎn)生過巨大的影響力。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史-計算的機械時代布喬的穿孔卡片思想在杰卡德的自動編織機上實現(xiàn)布喬的穿孔卡片思想在杰卡德的自動編織機上實現(xiàn)程序控制思想的萌芽程序控制思想的萌芽 18世紀末，法國數(shù)學(xué)界調(diào)集大批數(shù)學(xué)家，組成了人工手算的流水線，經(jīng)過長期艱苦奮斗，終于完成了17卷數(shù)學(xué)用表的編制，但是，手工計算出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了大量錯誤。這件事情強烈刺激了巴貝奇制作了差分機差分機 。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史-計算的機械時代現(xiàn)代計算機奠基人現(xiàn)代計算機奠基人英國劍橋大學(xué)教授查爾斯英國劍橋大學(xué)教授查爾斯巴貝奇巴貝奇18221822年，差分機年，差分機倫敦科學(xué)博物館的復(fù)制品倫敦科學(xué)博物館

6、的復(fù)制品 不幸的是，分析機的硬件問題一直沒有解決，原因是19世紀的技術(shù)條件無法制造出分析機所需要的成千上萬個高精度的齒輪。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史-計算的機械時代后人根據(jù)巴貝奇圖紙制造的后人根據(jù)巴貝奇圖紙制造的“分析機分析機”世界上第一位程序員世界上第一位程序員奧古斯塔奧古斯塔艾達艾達拜倫拜倫計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史-從機械到電子的進程美國著名統(tǒng)計專家美國著名統(tǒng)計專家赫爾曼赫爾曼霍列瑞斯霍列瑞斯霍列瑞斯發(fā)明的自動制表機霍列瑞斯發(fā)明的自動制表機 1890年，美國人口普查部門希望能得到一臺機器幫助提高普查效率。Hollerith借鑒Babbage 的發(fā)明，用穿孔卡片存儲數(shù)據(jù)，設(shè)計了Tabulati

7、ng Machine，僅用6 周就得出了準確的人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)(人工方法要花10 年以上時間)計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史-從機械到電子的進程電子文明的曙光電子二極管、三極管19041904年，英國青年工程師約翰年，英國青年工程師約翰弗弗萊明發(fā)明真空二極管萊明發(fā)明真空二極管19061906年，美國人李年，美國人李德德福雷斯特福雷斯特發(fā)明能起放大作用的真空三極管。發(fā)明能起放大作用的真空三極管。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -電子數(shù)字計算機的誕生 電子管誕生為通訊、廣播、電視等技術(shù)的發(fā)展鋪平了道路。可是，真空三極管不僅具有放大功能，還可充當(dāng)開關(guān)器件，其速度要比繼電器快成千上萬倍。計算機的歷史也由此跨進電子的

8、紀元。 1946年，舉世公認的第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC， 誕生在戰(zhàn)火紛飛的二次世界大戰(zhàn)，它的“出生地”是美國馬里蘭州阿貝丁陸軍試炮場。二次世界大戰(zhàn)關(guān)鍵時期，戰(zhàn)爭需要像一只有力的巨手，給電腦的誕生鋪平了道路。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -電子數(shù)字計算機的誕生 1946年2月14日，世界上第一臺電子計算機研制成功。 這臺機器的名字叫“ENIACENIAC”（埃尼阿克）（埃尼阿克），即“電子數(shù)值 積分和計算機” 的英文縮寫。在ENIAC內(nèi)部，總共安裝了17468只電子管，7200個二極管，70000多電阻器，10000多 只電容器和6000只繼電器，電路的焊接點多達50萬個；機器被安裝在一排2

9、.75米高的金屬柜里，占地面積為170平方米左右，總重量達 到30噸。它的耗電量超過174千瓦；電子管平均每隔7分鐘就 要被燒壞一只。 ENIAC的運算速度達到每秒鐘5000次加法，可以在3/1000秒時間內(nèi)做完兩個10位數(shù)乘法， 其運算速度超出Mark 至少1000倍。一條炮彈的軌跡，20秒鐘就能被它算完。ENIAC標志著電子計算機的創(chuàng)世，人類社會從此大步邁進了電腦時代的門檻。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -晶體管計算機 1947年12月23日，美國科學(xué)家巴丁博士、布菜頓博士和肖克萊博士，在導(dǎo)體電路中進行用半導(dǎo)體晶體把聲音信號放大的實驗時，發(fā)明了科技史上具有劃時代意義的成果晶體管。 晶體管的三

10、位發(fā)明人晶體管的三位發(fā)明人因這項偉大發(fā)明，三人獲得因這項偉大發(fā)明，三人獲得19561956年諾貝爾物理學(xué)獎年諾貝爾物理學(xué)獎威廉威廉肖克利肖克利約翰約翰巴丁巴丁沃爾特沃爾特布拉布拉坦坦計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -晶體管計算機 晶體管促進并帶來了“固態(tài)革命”，進而推動了全球范圍內(nèi)的半導(dǎo)體電子工業(yè)由于晶體管徹底改變了電子線路的結(jié)構(gòu)，集成電路以及大規(guī)模集成電路應(yīng)運而生，這樣制造像高速電子計算機之類的高精密裝置就變成了現(xiàn)實。l 體積比電子管小很多體積比電子管小很多l(xiāng) 耗電大大降低耗電大大降低l 穩(wěn)定性有很大提高穩(wěn)定性有很大提高 1954年美國電報電話公司（AT&T）貝爾實驗室研制成功了第一臺半導(dǎo)體計算

11、機（TRADIC ）。 計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -晶體管計算機 1960年IBM全面推出晶體管化的7000系列電腦。 以晶體管為主要器件的IBM7090型電腦，換下了誕生不過一年的IBM709電子管計算機，從1960年到1964年一直統(tǒng)治著科學(xué)計算的領(lǐng)域，并作為第二代電子計算機的典型代表，被永遠載入電腦的史冊里。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -集成電路計算機 基爾比那年35歲，在不超過4平方毫米的面積上，大約集成了20余個元件。1959年2月6日， 基爾比向美國專利局申報專利，這種由半導(dǎo)體元件構(gòu)成的微型固體組合件，從此被命名為“集成電路”（IC）。仙童半導(dǎo)體公司當(dāng)即召集會議商議對策。諾依斯提

12、出：可以用平面處理技術(shù)來實現(xiàn)集成電路的大批量生產(chǎn)，仙童公司開始奮起疾追。1959年7月30日，他們采用先進的平面處理技術(shù)研制出集成電路，也申請到一項發(fā)明專利。 1964年，仙童公司“八叛逆”之一的摩爾（G. Moore）博士，以三頁紙的短小篇幅，發(fā)表了一個奇特的理論。摩爾天才地預(yù)言說道，集成電路上能被集成的晶體管數(shù)目，將會以每18個月翻一番的速度穩(wěn)定增長，并在今后數(shù)十年內(nèi)保持著這種勢頭。摩爾的這個預(yù)言，因集成電路芯片后來的發(fā)展曲線得以證實，并在較長時期保持著有效性，被人譽為“摩爾定律”。電子管、晶體管與集成電路的比較：電子管、晶體管與集成電路的比較：計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -集成電路計算機

13、 1964年4月7日，IBM公司宣布了一項最新成就：IBM公司投資50億美圓研制出的通用計算機-IBM360系統(tǒng)。IBM360系統(tǒng)是首次使用集成電路作為元件構(gòu)造的通用計算機。系統(tǒng)用360為名， 表示一圈360度，既代表著360系統(tǒng)從工商業(yè)到科學(xué)界的全方位應(yīng)用，也表示IBM的宗旨：為用戶全方位服務(wù)。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -集成電路計算機集成電路的發(fā)明，為研制高速運行的超級電腦創(chuàng)造了條件。1960年，剛成立三年的控制數(shù)據(jù)公司（英文縮寫CDC） ，接受美國原子能委員會的委托，涉足萬難之險的巨型機領(lǐng)域。先后“克雷1號”（CRAY-1），“克雷2號”（Cray-2）和“克雷3號”（Gray-3）巨

14、型機相繼問世， 并行結(jié)構(gòu)使運算速度分別達到每秒12億次和每秒160億次計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -巨型機 1971年，Intel公司宣稱，他們首創(chuàng)了一種“開啟集成電路新紀元”的半導(dǎo)體芯片，即第一塊微處理器芯片4004。 所謂微處理器芯片是將CPU（Central Processing Unit，中央處理器）集成在一塊芯片上。第一塊微處理器芯片第一塊微處理器芯片Intel 4004Intel 4004及其發(fā)明人特德及其發(fā)明人特德霍夫霍夫 計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -微處理器 1971年，英特爾公司宣稱，他們首創(chuàng)了一種“開啟集成電路新紀元”的半導(dǎo)體芯片，根據(jù)該公第一塊微處理器芯片已屬大規(guī)模集成

15、電路范疇。 英特爾公司命名它為4004。 計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -微處理器 第一個4表示它可以一次處理4位數(shù)據(jù)， 第二個4代表它是這類芯片的第4種型號。這種數(shù)字代號沿用至今，就是現(xiàn)代所謂“386”、“486”等計算機俗稱的最早源頭。 1972年4月， 霍夫小組研制出另一型號的微處理器8008。在做了少許改進后，1975年又推出有史以來最成功的8位微處理器8080。 8080集成了約4800個晶體管，每秒執(zhí)行29萬條指令。8080型微處理器正式投放市場是在1974年，這種芯片及其仿制品后來共賣掉數(shù)以百萬計，引發(fā)了洶涌澎湃的微電腦熱潮。 計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -微處理器1981年無疑是

16、個分界線。這一年，IBM公司推出了它的個人電腦，人類社會從此跨進個人電腦新紀元 1981年8月12日，IBM在紐約宣布IBM PC個人電腦出世，個人電腦以前所未有的廣度和速度面向大眾普及。 IBM PC主機板上配置著64KB存儲器，另有5個插槽供增加內(nèi)存或連接其他外部設(shè)備。它還裝備著顯示器、鍵盤和兩個軟磁盤驅(qū)動器。它把過去一個大型電腦機房的全套裝置統(tǒng)統(tǒng)搬到個人的書桌上。 計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -個人計算機 多媒體技術(shù)是電腦能夠交互式處理文字、聲音、圖像、動畫、視頻等多種媒體信息。為了實現(xiàn)這些目標，多媒體電腦配置的海量存儲器激光光盤、聲音卡、3D圖形卡等硬件設(shè)備，走過了一段瓜熟蒂落的過程。

17、計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -多媒體計算機計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -計算機網(wǎng)絡(luò)和Internet 計算機網(wǎng)絡(luò)就是通過電纜、電話線、或無線通訊互連的計算機的集合。按計算機連網(wǎng)的區(qū)域大小，可以把網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)（LAN，Local Area Network）和廣域網(wǎng)（WAN，Wide Area Network）。如在一個房間、一座大樓，或是在一個小范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)就稱為局域網(wǎng)，而跨省市、跨國家的網(wǎng)絡(luò)則是廣域網(wǎng)，Internet就是最大最典型的廣域網(wǎng)。 數(shù)字計算機首先來源于理論突破，是邏輯代數(shù)為開關(guān)電路設(shè)計奠定了的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。邏輯代數(shù)又稱布爾代數(shù)，正是以它的創(chuàng)立者英國數(shù)學(xué)家布爾布爾（G.Boole）而命

18、名。 1938年，美國數(shù)學(xué)家香農(nóng)（C. Shannon），第一次在布爾代數(shù)和繼電器開關(guān)電路之間架起了橋梁。著名的論文繼電器和開關(guān)電路的分析，被認為是通訊歷史上最杰出的理論之一。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -人物 “電子計算機之父”的桂冠，被戴在數(shù)學(xué)家 馮馮諾依曼（諾依曼（J.Von NeumannJ.Von Neumann）頭上， 而不是ENIAC的兩位實際研究者，這是因為馮諾依曼提出了現(xiàn)代電腦的體系結(jié)構(gòu)。 1945年6月，馮 諾依曼與戈德斯坦、勃克斯等人，聯(lián)名發(fā)表了一篇長達101頁紙的報告，即計算機史上著名的“101頁報告”，直到今天，仍然被認為是現(xiàn)代電腦科學(xué)發(fā)展里程碑式的文獻。報告明確規(guī)定

19、出計算機的五大部件，并用二進制替代十進制運算使用“存儲程序”，以便電腦自動依次執(zhí)行指令。人們后來把這種“存儲程序”體系結(jié)構(gòu)的 機器統(tǒng)稱為“諾依曼機”。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -人物 阿蘭圖林1912年6月23日出生于英國倫敦一個書香門第的家庭。8歲時，他開始嘗試寫作了一部科學(xué)著作， 題名關(guān)于一種顯微鏡。1931年，他考入劍橋皇家學(xué)院。 1936年， 圖林發(fā)表了一篇劃時代的論文論可計算數(shù)及其在判定問題中的應(yīng)用 ，后被人改稱理想計算機。論文里論述了一種“圖林機”，只要為它編好程序， 它就可以承擔(dān)其他機器能作的任何工作。當(dāng)世界上還沒人提出通用計算機的概念前，圖林已經(jīng)在理論上證明了它存在的可能性。

20、計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -人物 馮諾依曼曾多次向別人強調(diào)： “如果不考慮巴貝奇、阿達和其他人早先提出的有關(guān)思想，計算機基本概念只能屬于阿蘭圖林?！?1950年10月， 圖林的另一篇論文機器能思考嗎發(fā)表，首次提出檢驗機器智能的“圖林試驗” ，從而奠定了人工智能的基礎(chǔ)，使他再次榮膺“人工智能之父”稱號。 1954年， 42歲的阿蘭圖林英年早逝。為了紀念他在計算機領(lǐng)域奠基性的貢獻，美國計算機學(xué)會決定設(shè)立“圖林獎”，從1956年開始頒發(fā)給最優(yōu)秀的電腦科學(xué)家，它就像科學(xué)界的諾貝爾獎那樣，是電腦領(lǐng)域的最高榮譽。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -人物 西蒙克雷1925年9月出生在美國威斯康星州的工程師世家。

21、在參加陸軍做了幾年電工后， 克雷到威斯康星大學(xué)和明尼蘇達大學(xué)繼續(xù)深造。1950年獲電氣工程學(xué)士，又用了一年攻下了碩士學(xué)位。克雷先后在工程研究學(xué)會和雷明頓蘭德公司從事開創(chuàng)性的計算機研究 。在那里，他設(shè)計出他的第一臺計算機ERA1101。1957年，克雷跟隨威廉諾瑞斯創(chuàng)立CDC公司；1972年自行創(chuàng)辦克雷研究公司，從此開始了他漫長的“巨型機”研究生涯。 克雷的名字很長時期一直與巨型機相聯(lián)系， 巨型機基本上按照他創(chuàng)造的模式建立。 財富雜志曾引用他的話說：“無庸質(zhì)疑，在這一領(lǐng)域需要天才，天才是杰出的象征。 ”克雷不僅是真正的天才，他還是舉世公認的“巨型機之父”。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -人物 埃斯

22、特奇1937年出生于美國佛羅里達州杰克遜維爾， 佛羅里達大學(xué)工程學(xué)士， 加入IBM后參與了幾種防空計算機系統(tǒng)設(shè)計。70年代末在IBM公司擔(dān)任中級技術(shù)經(jīng)理，負責(zé)軟件開發(fā)業(yè)務(wù)。1980年，他領(lǐng)導(dǎo)著博卡雷頓實驗室“十三人小組”，頂著IBM官僚體系的重重壓力，以“開放”的思想努力創(chuàng)新，一年之內(nèi)開發(fā)出影響電腦發(fā)展前途的IBM PC個人電腦， 并推出IBM PC/XT和IBM PC/AT等后續(xù)產(chǎn)品，使其成為個人電腦事實上的行業(yè)標準。在IBM公司內(nèi)部，埃斯特奇被尊稱為“PC機之父”，成為該公司最富個人魅力的傳奇英雄。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -人物 比爾蓋茨1955年10月28日出生在西雅圖，13歲就開始

23、編寫計算機程序。1973年進入哈佛大學(xué)法律系，19歲退學(xué)，與同伴創(chuàng)辦電腦公司。后改名微軟公司，自任董事長、總裁兼首席執(zhí)行官。 1988年1月，將總裁一職讓給史蒂夫-鮑爾默。 比爾蓋茨被譽為電腦奇才、20世紀最偉大的計算機軟件行業(yè)巨人。36歲成為世界最年輕的億萬富翁。1999年福布斯評選，蓋茨居世界億萬富翁首位，純資產(chǎn)850億美元,被時代周刊評為在數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域影響重大的50人之一。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -人物 IBM PC誕生不僅掀起了個人電腦的大普及，而且導(dǎo)致了軟件工業(yè)的勃興。其中，受益最大的是微軟公司。 MS-DOS伴隨IBM PC電腦出征，由于所有PC個人電腦（包括其他廠商生產(chǎn)的兼容

24、機）都需要安裝MS-DOS，其用戶后來竟超過3000萬，歷史上從來沒有哪個軟件能夠達到如此龐大的用戶數(shù)。微軟公司依托MS-DOS迅速崛起。 80年代，微軟陸續(xù)推出Windows操作系統(tǒng)。計算機發(fā)展史計算機發(fā)展史- -人物問題問題2未來計算機是什么樣的未來計算機是什么樣的？超導(dǎo)計算機超導(dǎo)計算機 超導(dǎo)計算機是使用超導(dǎo)體元器件的高速計算機。所謂超導(dǎo)，是指有些物質(zhì)在接近絕對零度（相當(dāng)于-269攝氏度）時，電流流動是無阻力的。1962年，英國物理學(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，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

25、件的兩端是無電壓的。約琴夫遜因此獲得諾貝爾獎。 納米計算機納米計算機 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，半導(dǎo)體晶體管賴以工作的基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。 目前，在以不同原理實現(xiàn)納米級計算方面，科學(xué)家提出四種工作機制：電子式納米計算技術(shù)，基于生物化學(xué)物質(zhì)與DNA的納米計算機，機械式納米計算機，量子波相干計算。它們有可能發(fā)展成為未來納米計算機技術(shù)的基礎(chǔ)。 像硅微電子計算技術(shù)一樣，電子式納米計算技術(shù)

26、仍然利用電子運動對信息進行處理。不同的是：前者利用固體材料的整體特性，根據(jù)大量電子參與工作時所呈現(xiàn)的統(tǒng)計平均規(guī)律；后者利用的是在一個很小的空間(納米尺度)內(nèi)，有限電子運動所表現(xiàn)出來的量子效應(yīng)。光計算機光計算機 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(shè)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(guān)，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。 從采用的元器件看，光計算機有全光學(xué)型

27、和光電混合型。1990年貝爾實驗室研制成功的那臺機器就采用了混合型結(jié)構(gòu)。相比之下，全光學(xué)型計算機可以達到更高的運算速度。 然而，要想研制出光計算機，需要開發(fā)出可用一條光束控制另一條光束變化的光學(xué)“晶體管”?，F(xiàn)有的光學(xué)“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。DNA計算機計算機 1994年11月，美國南加州大學(xué)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(shù)，在試管內(nèi)控制酶的作用下，使DNA堿基對序列發(fā)生反應(yīng)，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)運算。 在過去的半個世紀里，計算機的意義幾乎完全等同于物理芯片。然而

28、，阿德勒曼提出的DNA計算機拓寬了人們對計算現(xiàn)象的理解，從此，計算不再只是簡單的物理性質(zhì)的加減操作，而又增添了化學(xué)性質(zhì)的切割、復(fù)制、粘貼、插入和刪除等種種方式。 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(dāng)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之一。量子計算機量子計算機 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