量子計算機、生物計算機、光子計算機

淺析計算機的發(fā)展1.現(xiàn)代計算機：發(fā)展史：第一代電子管時代(1942年--1956年)

第二代晶體管時代(1955年--1964年)

第三代成電路時代(1964年--1970年)

第四代大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路時代(1971年--現(xiàn)在)發(fā)展方向——只能夠發(fā)展方向——只能夠通過擴(kuò)大規(guī)模的方式加強性能電子計算機——工作原理：主要以大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路為電子元器件的計算機工作性能：主要取決于他的核心器件——處理器（ＣＰＵ）的性能現(xiàn)在的處理器基本現(xiàn)在的處理器基本是由半導(dǎo)體材料——硅做成的性能極限：目前是中國國防科技大學(xué)研制的天河二號超級計算機與普通電子計算機工作原理一樣，只是規(guī)模和功能與普通電子計算機工作原理一樣，只是規(guī)模和功能不同，這貨的計算核心總數(shù)達(dá)3120000（我家４核）簡介：目前以集成電路為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)計算機已經(jīng)快要發(fā)展到極限。按照目前的速度，計算機發(fā)展遵循的“摩爾定律”（每18個月芯片速度翻一番，價格降低一半）將會失效一旦芯片上線條的寬度達(dá)到納米數(shù)量級時，相當(dāng)于只有幾個分子的大小，這種情況下材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作。。一旦芯片上線條的寬度達(dá)到納米數(shù)量級時，相當(dāng)于只有幾個分子的大小，這種情況下材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作。從技術(shù)的角度看，隨著硅片上線路密度的增加，其復(fù)雜性和差錯率也將呈指數(shù)增長，同時也使全面而徹底的芯片測試幾乎成為不可能。一旦芯片上線條的寬度達(dá)到納米數(shù)量級時，相當(dāng)于只有幾個分子的大小，這種情況下材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作。目前最先進(jìn)的集成電路已含有17億個晶體管。再增加是很困難的，必須想別的出路。２．未來計算機的發(fā)展方向：目前主要分為三種：１．生物計算機目前主要分為三種：１．生物計算機２．量子計算機３．光子計算機１．生物計算機：工作原理：DNA電腦的工作原理是以瞬間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，通過和酶的相互作用，將發(fā)生過程進(jìn)行分子編碼，把二進(jìn)制數(shù)翻譯成遺傳密碼的片段，每一個片段就是著名的雙螺旋的一個鏈，然后對問題以新的DNA編碼形式加以解答。以生物芯片取代在半導(dǎo)體硅片上集成數(shù)以萬計的晶體管制成的計算機。它的主要原材料是生物工程技術(shù)DNA電腦的工作原理是以瞬間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，通過和酶的相互作用，將發(fā)生過程進(jìn)行分子編碼，把二進(jìn)制數(shù)翻譯成遺傳密碼的片段，每一個片段就是著名的雙螺旋的一個鏈，然后對問題以新的DNA編碼形式加以解答。優(yōu)點：主要是存貯容量和運算速度。主要是存貯容量和運算速度。①集成度、功效更高

生物計算機的電路以分子為單位，在一平方毫米的面積上，可容納幾億個電路，相比于傳統(tǒng)計算機的半導(dǎo)體硅片制成的芯片，生物芯片能容納電路的電路數(shù)量級提高了不只一個層次。

②可靠性高，壽命更長

具有生物性質(zhì)的生物計算機能做到自我修復(fù)，并且可以編碼設(shè)置其自我再生和復(fù)制的功能，因此有傳統(tǒng)計算機所沒有的高可靠性和超長使用壽命。

③耗能少

生物計算機的元件是由有機分子組成的生物化學(xué)元件，只需很少的能量就能就行所需的化學(xué)反應(yīng)，耗能比傳統(tǒng)的消耗電能并不斷產(chǎn)生熱能的計算機大大減少，并且能量利用率大幅度提高。

④方便適用

生物計算機由于體積下且具有生物特性，可以置于很多傳統(tǒng)計算機無法置放的地方，可以隨意設(shè)置在我們身邊的任何事物中，并且可以發(fā)揮其生物特性更方便地為生命體服務(wù)。

⑤性能大幅度提升

生物計算機由于其蛋白質(zhì)分子可以并行工作的原理，可以輕松實現(xiàn)大量的并行運算，28.3g

DNA的運行速度超過了現(xiàn)代超級計算機的10萬倍且速度提高了10萬倍以上這里指的１０萬倍速度指的是超級計算機的速度，不是家用的ＰＣ電腦．．．．．．現(xiàn)在最快超級計算機的運行速度大約是一秒鐘這里指的１０萬倍速度指的是超級計算機的速度，不是家用的ＰＣ電腦．．．．．．現(xiàn)在最快超級計算機的運行速度大約是一秒鐘可以運算１０的１４次方次，生物計算機則可以達(dá)到每秒鐘１０的２０次方次缺點：①提取信息不方便一種生物計算機可以在２４小時內(nèi)完成人類迄今全部的計算量，但提取一個信息卻花了一周的時間②以遺傳物質(zhì)為基礎(chǔ)的生物計算機會受環(huán)境的干擾、計算結(jié)果難以檢測、生物化學(xué)反應(yīng)不是百分之百成功未來的實戰(zhàn)運用：①可以用于未來戰(zhàn)爭中，進(jìn)行各種龐大的數(shù)據(jù)的處理計算以及模擬。如：感受氣流變化進(jìn)行飛行的技術(shù)；進(jìn)行多如：感受氣流變化進(jìn)行飛行的技術(shù)；進(jìn)行多星體甚至是星系之間的碰撞計算；②進(jìn)行人機結(jié)合生物計算機的主要原材料是生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子，生物計算機具有生物活性，生物計算機的主要原材料是生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子，生物計算機具有生物活性，能夠和人體的組織有機地結(jié)合起來，尤其是能夠與大腦和神經(jīng)系統(tǒng)相連。（注：這方面的相關(guān)資料較少，可以適當(dāng)ＹＹ一下。比如在人腦中加入了微型生物計算器后，人就獲得了相當(dāng)驚人的計算能力，如果身體機能足夠強大（不是群里有人想要強化人嗎？），躲子彈，甚至是根據(jù)炮彈落點周圍的環(huán)境來計算沖擊力的大小從而選取最佳躲藏地點（近距離）也不成問題）注：其他的功能就看大家自己的腦洞大小了，也別猛的太離譜，雖然生物計算機非常猛，它的計算速度比人腦快出了很多，但綜合能力還是不能取代人腦的。２．量子計算機工作原理：量子計算機是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子計算機。計算法則：半導(dǎo)體靠控制集成電路來記錄及運算信息，量子計算機則希望控制原子或小分子的狀態(tài)，記錄和運算信息。

主要運用的是量子態(tài)的疊加性和相干性。在經(jīng)典計算機中，基本信息單位為比特，運算對象是各種比特序列。與此類似，在量子計算機中，基本信息單位是量子比特，運算對象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以處于各種正交態(tài)的疊加態(tài)上，而且還可以處于糾纏態(tài)上。這些特殊的量子態(tài)，不僅提供了量子并行計算的可能，而且還將帶來許多奇妙的性質(zhì)。簡而言之，就是量子計算機可以進(jìn)行疊加式的運算，打個比方：簡而言之，就是量子計算機可以進(jìn)行疊加式的運算，打個比方：如果普通的電子計算機是從１＋１＋１＋．．．．．＋１加到１Ｗ的話就要經(jīng)過１Ｗ次運算；而量子計算機則是１０×１０×１０×１０甚至是１００×１００來計算！想這種問題量子計算機往往只用幾步就能搞定！有個新聞量子計算機和超級計算機比賽解線性方程組，結(jié)果10秒比100年優(yōu)點：大規(guī)模、高精度的高速浮點運算的工作。傳統(tǒng)超級計算機只使用1和0兩種狀態(tài)來記錄數(shù)據(jù)和進(jìn)行計算，而量子計算機可將現(xiàn)實世界中的上百個變量和約束條件，“視作”能量狀態(tài)（量子態(tài)）來考慮，用量子物理迅速找到一個能滿足所有變量和條件的最低能量結(jié)果。（就兩個字，快傳統(tǒng)超級計算機只使用1和0兩種狀態(tài)來記錄數(shù)據(jù)和進(jìn)行計算，而量子計算機可將現(xiàn)實世界中的上百個變量和約束條件，“視作”能量狀態(tài)（量子態(tài)）來考慮，用量子物理迅速找到一個能滿足所有變量和條件的最低能量結(jié)果。缺點：①恐怖的能耗②不怎么長的使用壽命（一般是兩年）③恐怖的熱量（必須要在接近絕對零度的環(huán)境溫度下才能正常運行）④高昂的造價（注定不可平民化）未來實戰(zhàn)運用：①進(jìn)行生物計算機都難以處理的計算，可以把它ＹＹ成只要量子位足夠高當(dāng)然量子位越高，那么就越難制造，因為量子位越高所需要的當(dāng)然量子位越高，那么就越難制造，因為量子位越高所需要的環(huán)境溫度就越接近絕對零度，當(dāng)然隨著科技的發(fā)展，量子計算機所需要的環(huán)境溫度的要求也會逐步降低②偵探“死水”的運動。（實在很難想象出還有什么更難得東西了）３．光子計算機這個就簡寫吧～～直接維基了簡介：光子計算機是一種由光信號進(jìn)行數(shù)字運算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型計算機。它由激光器、光學(xué)反射鏡、透鏡、濾波器等光學(xué)元件和設(shè)備構(gòu)成，靠激光束進(jìn)入反射鏡和透鏡組成的陣列進(jìn)行信息處理，以光子代替電子，光運算代替電運算。優(yōu)點：①光子不帶電荷它們之間不存在電磁場相互作用在自由空間中幾束光平行傳播、相互交叉?zhèn)鞑?，彼此之間不發(fā)生干擾，千萬條光束可以同時穿越一只光學(xué)元件而不會相互影響。一只20×20c㎡的光學(xué)系統(tǒng)，能夠提供5×10^5條并行傳輸信息通道；一只質(zhì)量好的透鏡能夠提供10^8條信息通道。如果用光波導(dǎo)傳輸，光波導(dǎo)也可以相互穿越，只要它們的交叉角大于10°左右就不會有明顯的交叉耦合。上述的性質(zhì)又稱光信號傳輸?shù)牟⑿行?。②超高速的運算速度是量子計算機、生物計算機、光子計算機中最慢的是量子計算機、生物計算機、光子計算機中最慢的光子計算機并行處理能力強，因而具有更高的運算速度。電子的傳播速度是593km/s，而光子的傳播速度卻達(dá)3×10^5km/s，對于電子計算機來說，電子是信息的載體，它只能通過一些相互絕緣的導(dǎo)線來傳導(dǎo)，即使在最佳的情況下，電子在固體中的運行速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如光速，盡管目前的電子計算機運算速度不斷提高，但它的能力極限還是有限的；此外，隨著裝配密度的不斷提高，會使導(dǎo)體之間的電磁作用不斷增強，散發(fā)的熱量也在逐漸增加，從而制約了電子計算機的運行速度；而光子計算機的運行速度要比電子計算機快得多，對使用環(huán)境條件的要求也比電子計算機低得多。③超大規(guī)模的信息存儲容量與電子計算機相比，光子計算機具有超大規(guī)模的信息存儲容量。光子計算機具有極為理想的光輻射源——激光器，光子的傳導(dǎo)是可以不需要導(dǎo)線的，而且即使在相交的情況下，它們之間也不會產(chǎn)生絲毫的相互影響。光子計算機無導(dǎo)線傳遞信息的平行通道，其密度實際上是無限的，一枚五分硬幣大小的枚鏡，它的信息通過能力竟是全世界現(xiàn)有電話電纜通道的許多倍。④能量消耗小，散發(fā)熱量低是一種節(jié)能型產(chǎn)品。光子計算機的驅(qū)動，只需要同類規(guī)格的電子計算機驅(qū)動能量的一小部分，這不僅降低了電能消耗，大大減少了機器散發(fā)的熱量，而且為光子計算機的微型化和便攜化研制，提供了便利的條件?？茖W(xué)家們正試驗將傳統(tǒng)的電子轉(zhuǎn)換器和光子結(jié)合起來，制造一種“雜交”的計算機，這種計算機既能更快地處理信息，又能克服巨型電子計算機運行時內(nèi)部過熱的