微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用

微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用第一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日目錄

序言第一章

概論第二章

微型計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第三章

指令系統(tǒng)第四章

匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)第五章

輸入/輸出接口(并行接口和DMA接口)

第二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日第六章

中斷第七章

計(jì)數(shù)/定時(shí)技術(shù)第八章

串行通信第九章

微型計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器第十章

總線第十一章

高性能微處理機(jī)及其相關(guān)技術(shù)第十二章模擬接口（視時(shí)間定）第三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日序言

腦科學(xué)的結(jié)論告訴我們：人的左腦主司數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯思維及語(yǔ)言表達(dá)；右腦主司整體感覺(jué)、綜合判斷及直覺(jué)頓悟。制造計(jì)算機(jī)就是為了把我們左腦的重復(fù)性勞動(dòng)及程序性工作交出去，以便更好地創(chuàng)新。第四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史簡(jiǎn)介：中國(guó)：古人用算籌計(jì)算，算盤法國(guó)人帕斯卡和德國(guó)人萊布尼茲：機(jī)械式加法器對(duì)數(shù)計(jì)算尺19世紀(jì)英國(guó)人：機(jī)械式計(jì)算機(jī)美國(guó)人霍勒里斯：數(shù)據(jù)處理器1924年霍勒里斯創(chuàng)辦制表機(jī)器公司，后與其他公司合并，改為IBM20世紀(jì)初（1906年）發(fā)明電子三極管40年代：繼電器計(jì)算機(jī)1945年：ENIAC第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)1946年：馮·諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)1949：英國(guó)劍橋大學(xué)制成世界上第一臺(tái)程序內(nèi)存的電子計(jì)算機(jī)，叫EDSAC第五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日第一代：1945年電子管計(jì)算機(jī)，ENIAC第二代：1959年晶體管計(jì)算機(jī)，IBM1403第三代：1962年，集成電路計(jì)算機(jī)，IBM360第四代：1972年，大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)，

IBM370。計(jì)算機(jī)微型化1971年

INTEL公司第一個(gè)微處理器4004第五代：20世紀(jì)80年代，超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)；微機(jī)進(jìn)一步發(fā)展，從8080到

80486第六代：20世紀(jì)90年代，超大型機(jī)和智能計(jì)算機(jī)；微機(jī)從586到P2、P3、P4第六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

1945年世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC誕生，至今已有59年，發(fā)展速度非?？臁Ｒ?、電子數(shù)字計(jì)算機(jī)

電子計(jì)算機(jī)總體上分為兩類：電子模擬計(jì)算機(jī)和電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。兩者比較如下：

比較內(nèi)容數(shù)字計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)表示方式數(shù)字0和1電壓計(jì)算方式數(shù)字計(jì)數(shù)電壓組合和測(cè)量值控制方式程序控制盤上連線精度高低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大小邏輯判斷能力強(qiáng)無(wú)第七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

本書只講電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。數(shù)字計(jì)算機(jī)又可分為專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)。我們主要介紹通用計(jì)算機(jī)，它又可分低單片機(jī)高體積功耗微型機(jī)

性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小型機(jī)簡(jiǎn)易性指令系統(tǒng)價(jià)格中型機(jī)

大型機(jī)高巨型機(jī)低第八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日為巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)（超級(jí)微電腦）和單片機(jī)六大類，它們的區(qū)別在于體積、簡(jiǎn)易性、功耗、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量、指令系統(tǒng)規(guī)模和價(jià)格，如上圖所示。1、巨型機(jī)（超級(jí)計(jì)算機(jī)）1996年美國(guó)Intel公司首次突破萬(wàn)億次/秒大關(guān)，達(dá)到1.4萬(wàn)億次/秒；美國(guó)RS6000，2萬(wàn)億次/秒；“白色ASCI”（2000年）12.3萬(wàn)億次/秒。我國(guó)1992年銀河-Ⅱ?yàn)?0億次/秒，1996年銀河-Ⅲ為100億/秒1999年中國(guó)神威Ⅰ號(hào)已達(dá)3840億次/秒。2002年8月聯(lián)想集團(tuán)推出深騰1800每秒1.027萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算超級(jí)計(jì)算機(jī)，在2002年11月全球超級(jí)計(jì)算機(jī)中排名第43位。第九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

2003年聯(lián)想集團(tuán)將推出4萬(wàn)億次/秒超級(jí)計(jì)算機(jī)。目前全球最快的計(jì)算機(jī)是日本NEC的用于“地球模擬”的超級(jí)計(jì)算機(jī)，35.86萬(wàn)億次/秒，排在第一位。排在第二位和第三的是美國(guó)HP公司造的兩臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度均為每秒7.73萬(wàn)億次（到2002年底）。最新報(bào)道，世界上超級(jí)計(jì)算機(jī)正在開(kāi)始王中王的角逐。Cray公司將推出最新的X1超級(jí)計(jì)算機(jī)，速度52萬(wàn)億次/秒。

IBM公司將為美國(guó)政府提供兩臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，一臺(tái)名為ASCIPurple，速度為100萬(wàn)億次/秒；另一臺(tái)名為BlueGene/L，將達(dá)到360萬(wàn)億次/秒，預(yù)計(jì)2005年交付使用。主要用于武器、生物技術(shù)和高能爆炸的模擬計(jì)算。全球500臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)中91%由美國(guó)制造，其中惠普占137臺(tái)；IBM占131臺(tái)，SUN公司占88臺(tái)（到2002年底）。第十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

我國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)介：

1957年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制成功我國(guó)第一臺(tái)模擬式電子計(jì)算機(jī)。

1958年，中國(guó)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)—103型通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)研制成功，運(yùn)行速度每秒1500次。

1973年，中國(guó)第一臺(tái)百萬(wàn)次集成電路計(jì)算機(jī)研制成功。

1977年，中國(guó)第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)DJS—050機(jī)研制成功。

1983年，銀河Ⅰ號(hào)巨型計(jì)算機(jī)研制成功，運(yùn)行速度每秒1億次。

1986年，中華學(xué)習(xí)機(jī)投入生產(chǎn)。

1987年，第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)的286微機(jī)—長(zhǎng)城286正式推出。

1990年，長(zhǎng)城486機(jī)問(wèn)世。

1992年11月，中國(guó)第一臺(tái)10億次巨型銀河計(jì)算機(jī)Ⅱ型通過(guò)鑒定。第十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

1995年，曙光1000大型機(jī)通過(guò)鑒定，其峰值可達(dá)每秒25億次。

1996年，國(guó)產(chǎn)聯(lián)想電腦在國(guó)內(nèi)微機(jī)市場(chǎng)銷售量第一。

1997年6月，130億次巨型銀河計(jì)算機(jī)3型通過(guò)鑒定。

1998年，中國(guó)微機(jī)銷量達(dá)到408萬(wàn)臺(tái)，國(guó)產(chǎn)占有率高達(dá)71.9%。

1999年8月，神威計(jì)算機(jī)達(dá)到3840億次

2000年，曙光2000-Ⅱ，速度達(dá)到1170億次/秒

2002年8月，聯(lián)想深騰1800超級(jí)計(jì)算機(jī)每秒1.027萬(wàn)億次。

2003年11月17日消息：美國(guó)能源部勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室16日公布了最新的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)，中國(guó)聯(lián)想集團(tuán)為中科院建造的“深騰6800”以每秒4.183億第十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日次的運(yùn)算速度位居第14位。這也是迄今為止中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)在這一排名中取得的最好成績(jī)。全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)評(píng)比一年兩次，1993年發(fā)起至今已經(jīng)進(jìn)行了22屆。評(píng)選由美國(guó)能源部的勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、田納西大學(xué)和德國(guó)的曼海姆大學(xué)共同完成...

2003年7月23日，新華網(wǎng)報(bào)道，國(guó)家曙光信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)宣布，2004年將建造一臺(tái)每秒10萬(wàn)億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)，代號(hào)為“曙光4000A”，將采用2000多個(gè)64位AMDOpteron處理器。

第十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

2003年11月26日，北京晚報(bào)報(bào)道：清華大學(xué)研制出萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“深超-21C”，最高速度到達(dá)15000億次/秒，在全球排在第78位。

2003年12月15日?qǐng)?bào)道，曙光信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)在北京宣布，將為上海超級(jí)計(jì)算中心建造一臺(tái)運(yùn)算速度每秒十萬(wàn)億次的高性能計(jì)算機(jī)，用于航天、航空、汽車制造和精確天氣預(yù)報(bào)。使我國(guó)成為繼美國(guó)和日本后，第三個(gè)擁有制造十萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)能力的國(guó)家。第十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

2、微型機(jī)（微處理器）第一代：4位機(jī)，4040

第二代：8位機(jī)，8080，6800，Z80

第三代：16位機(jī)，8086，68000，Z8000

第四代：32位機(jī)，80386，68020，Z80000

第五代：64位機(jī)，Pentium,P2、P3、P4

半導(dǎo)體技術(shù)從1μm、0.5μm、0.35μm、0.25μm0.18μm、0.15μm、0.13μm、0.1μm

80X86系列，奔4已達(dá)2.2GHZ(0.13微米）至3.4GHZ。微型機(jī)的核心部件是微處理器，也稱為CPU。我國(guó)的計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)就是要有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CPU?？茖W(xué)院：2002年9月龍芯1號(hào)（主頻300MHz）第十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

2003年12月龍芯2號(hào)（主頻500MHz）上海交大：2003年2月漢芯1號(hào)（16位DSP）漢芯2號(hào)（24位DSP）

2003年12月漢芯3號(hào)（32位DSP）北京大學(xué)：眾志，1999年12月16位CPU2000年12月16/32位CPU2003年12月眾志-863CPU（用于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)）同濟(jì)大學(xué)：神芯1號(hào)、神芯2號(hào)（用于手機(jī)）中星微電子公司：星光1號(hào)、星光2號(hào)、星光3號(hào)北京中芯微系統(tǒng)公司：方舟1號(hào)、方舟2號(hào)、方舟3號(hào)復(fù)旦大學(xué)：神威1號(hào)（嵌入式32位CPU）哈工大：S698處理器（系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)平臺(tái)）3、超級(jí)微電腦比藥片還小的電腦進(jìn)入人體。探索電腦與人腦的連接，將記憶芯片裝入大腦，使電腦直接接受人腦的意念。第十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日微處理器首批生產(chǎn)時(shí)間性能(MIPS)首批CPU頻率MHz集成度(百萬(wàn))寄存器寬度外部數(shù)據(jù)總線寬度最大尋址空間內(nèi)含高速緩存大小808619780.880.12916161MB無(wú)8028619822.712.50.134161616MB無(wú)80386DX19856.0200.27532324GB無(wú)80486DX198920251.232324GB8KBL1Pentium1993100603.132644GB16KBL1PentiumPro19954402005.5326464GB16KBL1256KB或512KBL2PentiumII19974662667326464GB32KBL1256KB或512KBL2PentiumIII199910005008.2326464GB32KBL1512KBL2PentiumIV2000

1000

100以上

32

64

64GB

L1、L2注:MIPS每秒百萬(wàn)條指令微處理器地址與數(shù)據(jù)接口總線寬度第十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日二、光子計(jì)算機(jī)

光子計(jì)算機(jī)中信息傳輸?shù)慕橘|(zhì)是光。電子在固體中最大運(yùn)動(dòng)速度是593公里/秒，而光速是30萬(wàn)公里/秒。光子計(jì)算機(jī)利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳輸和存儲(chǔ)。在光子計(jì)算機(jī)中，不同波長(zhǎng)的光代表不同的數(shù)據(jù)，這遠(yuǎn)勝于電子計(jì)算機(jī)中通過(guò)電子“0”、“1”狀態(tài)變化進(jìn)行的二進(jìn)制運(yùn)算，可以對(duì)復(fù)雜度高、計(jì)算量大的任務(wù)實(shí)現(xiàn)快速的并行處理。光子計(jì)算機(jī)將使運(yùn)算速度在目前基礎(chǔ)上呈指數(shù)上升。

第十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室宣布研制出世界上第一臺(tái)光子計(jì)算機(jī)。它采用砷化鎵光學(xué)開(kāi)關(guān)，運(yùn)算速度達(dá)每秒10億次。盡管這臺(tái)光子計(jì)算機(jī)與理論上的光子計(jì)算機(jī)還有一定距離，但已顯示出強(qiáng)大的生命力人類利用光纜傳輸數(shù)據(jù)已經(jīng)有20多年的歷史了，用光信號(hào)來(lái)存儲(chǔ)信息的光盤技術(shù)也已廣泛應(yīng)用。然而要想制造出真正的光子計(jì)算機(jī)，需要開(kāi)發(fā)出可以用一條光束來(lái)控制另一條光束變化的光學(xué)晶體管這一基礎(chǔ)元件。一般說(shuō)來(lái)，科學(xué)家們雖然可以實(shí)現(xiàn)這樣的裝置，但是所需要的條件如溫度等仍較為苛刻，尚難于進(jìn)入使用階段。第十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

美國(guó)馬薩褚塞州的一家光學(xué)技術(shù)公司-光導(dǎo)發(fā)光元件系統(tǒng)公司目前正與美國(guó)航空航天局馬歇爾航天中心合作開(kāi)發(fā)用來(lái)制造光子計(jì)算機(jī)的：“光”路板，實(shí)現(xiàn)對(duì)光子移動(dòng)的控制，并有望在今年（2000年）取得突破。1999年5月，在美國(guó)西北大學(xué)工作的新加坡科學(xué)家何盛中領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)有20多人的研究小組利用納米級(jí)的半導(dǎo)體激光器研出世界上最小的光子定耦合器，可以在寬度僅0.2至0.4微米的半導(dǎo)體層中對(duì)光進(jìn)行分解和控制。

下面推薦幾片文章：第二十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日1、突破摩爾法則分子、dna、量子光子計(jì)算機(jī)展望_大眾科技科技時(shí)代_新浪網(wǎng)

摘要：

...突破摩爾法則分子、dna、量子光子計(jì)算機(jī)展望_大眾科技科技時(shí)代_新浪網(wǎng).首頁(yè).●...聊天.●導(dǎo)航.新浪首頁(yè).&科技時(shí)代.&大眾科技.&正文.突破摩爾法則分子、dna、量子光子計(jì)算機(jī)展望....據(jù)稱基于單個(gè)分子的芯片體積可比現(xiàn)在的芯片大大減小，而效率大大提高。.

光子計(jì)算機(jī).........第二十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日2、分子、dna、量子光子計(jì)算機(jī)展望/kjqy/file/0302.htm

2001/11/27

摘要：

...分子、dna、量子光子計(jì)算機(jī)展望.基礎(chǔ)研究.-....更多內(nèi)容.前沿搜索.首頁(yè).&科技前沿.&高新技術(shù).&具體內(nèi)容.分子、dna、量子光子計(jì)算機(jī)展望...據(jù)稱基于單個(gè)分子的芯片體積可比現(xiàn)在的芯片大大減小，而效率大大提高。.

光子計(jì)算機(jī).........第二十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

3、fjirsm

/kpsc/dnj.htm

[GB]

5117字節(jié)

2001/10/31

摘要：

...計(jì)算機(jī)的智能將超過(guò)人類，并根據(jù)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史和人、機(jī)思維每秒運(yùn)行的速度比較，預(yù)測(cè)，其時(shí)就在不久的將來(lái)——2050年。.未來(lái)的計(jì)算機(jī)：dna計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、三維計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)。....其實(shí)，每個(gè)生物細(xì)胞里都在進(jìn)行著極為復(fù)雜的信息流動(dòng)。早在1994年科學(xué)家就已經(jīng)開(kāi)始利用專門的dna微序列完成最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算。.二、光子計(jì)算機(jī).光子運(yùn)載信息的速度遠(yuǎn)比電子來(lái)得快......第二十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日4、網(wǎng)易電腦頻道-21世紀(jì)的10大技術(shù)趨勢(shì)（下）58:8404/scienceimport/0802/010120_39798_32448.html

9713字節(jié)

2002/12/12

摘要：

....微光子技術(shù)是在精細(xì)范圍內(nèi)導(dǎo)光的技術(shù)，如同微電子技術(shù)可以制造電子集成電路、電子設(shè)備和電子計(jì)算機(jī)，微光子技術(shù)同樣可用于制造光子集成電路、光子設(shè)備和光子計(jì)算機(jī)。微光子學(xué)的前沿技術(shù)取得最新成果...目前，科學(xué)家正在研究光子晶體的理論極限，開(kāi)發(fā)光子集成電路的關(guān)鍵技術(shù)和構(gòu)筑件。展望將來(lái)，微光子技術(shù)發(fā)展前景無(wú)限，它不僅僅給電訊技術(shù)造成巨大沖擊，誰(shuí)又能預(yù)測(cè)超高速的光子計(jì)算機(jī)何時(shí)問(wèn)世呢？.微流體技術(shù).........第二十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

光子計(jì)算機(jī)研究取得的新進(jìn)展

2002年08月22日

導(dǎo)語(yǔ)：據(jù)8月號(hào)《光譜》雜志封面文章載文指出，計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸與城市交通正好相反。在微處理器的“鬧市區(qū)”，即其內(nèi)核，數(shù)據(jù)以驚人的速率傳輸。但在遠(yuǎn)離“鬧市”的地方

，也就是將微處理器與微處理器、電路板與電路板連接起來(lái)的導(dǎo)線所形成的“寬闊道路”上，相比之下，數(shù)據(jù)傳輸速度可以用“爬行”來(lái)形容。英特爾的奔騰4處理器工作主頻高達(dá)2.4GHz，但是系統(tǒng)總線卻只有400MHz。數(shù)據(jù)離開(kāi)計(jì)算機(jī)進(jìn)入全球高速光纖電信網(wǎng)絡(luò)之后，傳輸速度再次提

第二十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日升。消除計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i，是擺在科技人員面前的一大課題。不少科技人員提出，以高速率的光連接技術(shù)取代目前計(jì)算機(jī)中所采用的銅導(dǎo)線，以光子而不是電子為媒介，在電路板、芯片甚至芯片的各個(gè)部分之間傳輸數(shù)據(jù)。他們?cè)O(shè)想，微處理器產(chǎn)生的電信號(hào)作用于激光發(fā)生器，激光束直接或通過(guò)波導(dǎo)管傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器，探測(cè)器再將信號(hào)傳輸?shù)狡淠康牡?。科學(xué)家們已經(jīng)研制出可將距離不超過(guò)300米的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相互連接起來(lái)的光學(xué)裝置；第二十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日以提高計(jì)算機(jī)內(nèi)不同部件數(shù)據(jù)傳輸率為目標(biāo)的光學(xué)裝置也正在研究開(kāi)發(fā)之中。下一步，他們還將研究出能夠提高芯片之間或大規(guī)模平行計(jì)算所需要的芯片堆棧數(shù)據(jù)傳輸帶寬的裝置。開(kāi)發(fā)這類裝置所需要的基本材料已經(jīng)具備，如廉價(jià)的激光發(fā)生器、靈敏度很高的探測(cè)器和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。只要解決好了光學(xué)傳輸裝置運(yùn)行穩(wěn)定性和生產(chǎn)成本降低到可接受程度這兩大問(wèn)題，用它們?nèi)〈~導(dǎo)線的日子就為期不遠(yuǎn)了。第二十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日以波導(dǎo)管為主的光傳輸裝置占主流目前世界上許多研究機(jī)構(gòu)都采用波導(dǎo)管設(shè)計(jì)，比較典型的有德國(guó)戴姆勒-克萊斯勒研究所開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)光傳輸板。該裝置的激光二極管產(chǎn)生的激光穿過(guò)一組透鏡經(jīng)微反射鏡反射，到達(dá)聚合物波導(dǎo)管，然后再逆行經(jīng)過(guò)上述過(guò)程，傳導(dǎo)至光電二極管，再恢復(fù)成電信號(hào)。原型機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)1Gb/秒。目前該研究所正在開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)帶寬達(dá)10Gb/秒的裝置。美國(guó)一家成立才兩年的公司—普利馬里安公司正在開(kāi)發(fā)的裝置全部采用光纖作為導(dǎo)線，芯片產(chǎn)生的電信號(hào)通過(guò)電路板傳至激光驅(qū)動(dòng)芯片，后者對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并發(fā)送出去。第二十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日連接激光驅(qū)動(dòng)芯片的模塊可產(chǎn)生一組12束VCSEL激光，光束通過(guò)光纖傳送至另外一塊電路板上相同裝置，光電探測(cè)器拾取信號(hào)并傳送至接收芯片進(jìn)行處理和恢復(fù)成電信號(hào)。

專家指出，不出兩到三年的時(shí)間，就將出現(xiàn)使用光學(xué)I/O設(shè)備的計(jì)算機(jī)；最終，采用光纖傳導(dǎo)的主板將取代今天的銅導(dǎo)線主板。以光纖作為傳導(dǎo)的產(chǎn)品已經(jīng)在市面上展露身影，不過(guò)不是應(yīng)用于計(jì)算機(jī)。2000年底，安捷倫科技公司就開(kāi)始銷售一種可將距離300米遠(yuǎn)的計(jì)算機(jī)相互連接起來(lái)的光學(xué)聯(lián)網(wǎng)裝置，數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)10GB/秒。該裝置由4個(gè)發(fā)射器和接收器組成，通過(guò)4條光纖(4通道)相連。12通道的產(chǎn)第二十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日品數(shù)據(jù)傳輸率最高可達(dá)40GB/秒，不過(guò)一次只能進(jìn)行一個(gè)方向的傳輸。

直接光互連：開(kāi)發(fā)高性能計(jì)算機(jī)的絕妙方法通過(guò)波導(dǎo)管傳輸激光信號(hào)的設(shè)計(jì)相對(duì)不那么復(fù)雜，可在短期內(nèi)達(dá)到推廣要求，但要開(kāi)發(fā)高性能計(jì)算機(jī)，還必須另想辦法。讓芯片與芯片通過(guò)空中直接實(shí)現(xiàn)光互連，就是科技專家想出的一個(gè)絕妙辦法。

美國(guó)加利福尼亞大學(xué)專家開(kāi)發(fā)出一種試驗(yàn)裝置，高2厘米，成功實(shí)現(xiàn)了CMOS芯片堆棧的光互連。每塊芯片堆棧上覆蓋一塊由256枚激光發(fā)生器和光電二極管組成的光學(xué)芯片。激光發(fā)射后，垂直向上，在傳輸至第三十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日另一塊芯片堆棧時(shí)，同樣是以垂直方式。在兩塊芯片之間，激光經(jīng)過(guò)衍射柵、透鏡和調(diào)整反射鏡進(jìn)行導(dǎo)向。該裝置的256枚激光發(fā)生器的數(shù)據(jù)傳輸率均為1GB/秒。雖然多數(shù)研究人員認(rèn)為這種空間連接方式需要很長(zhǎng)時(shí)間研究，才能形成成熟產(chǎn)品，但是在北美、日本和歐洲等地，越來(lái)越多開(kāi)發(fā)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的學(xué)者積極投身這種研究。其原因很簡(jiǎn)單：在傳統(tǒng)方式下，超級(jí)計(jì)算機(jī)被設(shè)定用于某種任務(wù)之后，如果想讓它來(lái)完成另外一種任務(wù)，它當(dāng)前的配置就不是最理想的了。而采用空間光學(xué)連接方式之后，只要將激光導(dǎo)向不同的光電探測(cè)器，就可改變芯片之間的交流方式，達(dá)到輕松更改系統(tǒng)配置的目的。(王倫編譯)第三十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日三、量子計(jì)算機(jī)將量子力學(xué)原理用于計(jì)算機(jī)。去年7月4日，德國(guó)慕尼黑技術(shù)大學(xué)和美國(guó)哈佛大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家宣布，他們已研制出了五量子位的核磁共振量子計(jì)算機(jī)，并成功地通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)用電位的高低表示０和１，進(jìn)行二進(jìn)制運(yùn)算；而量子計(jì)算機(jī)則基于“量子位”。二進(jìn)制位只能用“0”和“1”兩個(gè)狀態(tài)表示信息，目前傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造技術(shù)已經(jīng)接近發(fā)展極限，而“量子位”可用粒子的量子力學(xué)狀態(tài)來(lái)表示信息，第三十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日利用粒子自旋的特殊性質(zhì)，快速處理大量的信息。由于量子世界的不確定性，“量子位”可以包含所有可能數(shù)值的不確定狀態(tài)。因此，量子計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)電子計(jì)算機(jī)無(wú)法進(jìn)行的復(fù)雜計(jì)算。量子計(jì)算的關(guān)鍵是要在原子水平上實(shí)現(xiàn)對(duì)量子的控制。對(duì)此目前有數(shù)種方案。核磁共振量子計(jì)算機(jī)的機(jī)理是通過(guò)核磁共振效應(yīng)來(lái)控制量子。德美科學(xué)家新研制出的量子計(jì)算機(jī)使用了一種由五個(gè)核自旋對(duì)組成的特殊化合物，并以射頻脈沖序列發(fā)生器來(lái)控制原子核自旋對(duì)，另外還使用了多通道核磁共振頻道儀。第三十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

其中，由四種元素組成的特殊化合物是該量子計(jì)算、機(jī)的關(guān)鍵。這一化合物由慕尼黑技術(shù)大學(xué)有機(jī)化學(xué)教授格拉澤設(shè)計(jì)合成。格拉澤認(rèn)為，五量子位量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力與目前的電子計(jì)算機(jī)相比還有較大差距，但它是量子計(jì)算機(jī)的新發(fā)展。它的機(jī)理是研制更大量子位量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報(bào)道，量子計(jì)算機(jī)利用了“量、子效應(yīng)”原理，與現(xiàn)有的超級(jí)計(jì)算機(jī)相比，它的運(yùn)算速度要快一億倍，是今后高速解析基因、準(zhǔn)確進(jìn)行氣象預(yù)報(bào)和經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)等所必需的工具。人民日?qǐng)?bào)網(wǎng)絡(luò)版8月21日訊

近日，世界上最先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)在第三十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日IBM阿蒙德（Almaden）研究中心研制成功?？茖W(xué)家宣稱量子計(jì)算機(jī)能夠解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以完成的計(jì)算問(wèn)題。

下面推薦幾片文章：1、量子計(jì)算機(jī):計(jì)算機(jī)時(shí)代的新革命

2001年07月04日來(lái)源:硅谷動(dòng)力楊建民

/Archive/2001/7/4-10784.html

2、量子信息講座，第一講

量子計(jì)算機(jī)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系段路明

郭光燦

3、計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向—量子計(jì)算機(jī)量子信息與測(cè)量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，清華大學(xué)物理系龍桂魯教授

第三十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日4、從數(shù)字時(shí)代到量子時(shí)代：美國(guó)著名科學(xué)家KAKU談量子計(jì)算機(jī)

5、印度科學(xué)家預(yù)言量子計(jì)算機(jī)將在5年內(nèi)問(wèn)世

2000/01/12

11:08科技日?qǐng)?bào)6、量子計(jì)算機(jī)

7、德科學(xué)家研制出五量子位量子計(jì)算機(jī)

8、科技文萃—美研制出量子計(jì)算機(jī)

第三十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日量子計(jì)算機(jī):計(jì)算機(jī)時(shí)代的新革命

2001年07月04日來(lái)源:硅谷動(dòng)力楊建民對(duì)于那些研制量子計(jì)算機(jī)的人員來(lái)說(shuō)，速度是非常重要的，因?yàn)榱孔訑?shù)據(jù)從出現(xiàn)到消失的時(shí)間只有十億分之一秒，這樣的短的時(shí)間對(duì)于想把握和處理它的科學(xué)家來(lái)說(shuō)實(shí)在是太短了。但是在今天這個(gè)時(shí)代，有新的報(bào)告說(shuō)已經(jīng)有了處理這種超高速數(shù)據(jù)的手段。這個(gè)發(fā)現(xiàn)雖然很小但是卻非常重要。它的運(yùn)算速度將會(huì)使目前的超級(jí)計(jì)算機(jī)成為歷史。在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)里，資料表現(xiàn)為字節(jié)，以0和1兩種形態(tài)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)里，但是量子計(jì)算機(jī)卻另有一個(gè)驚人的存儲(chǔ)形式，它具有量子計(jì)算機(jī)一種模糊存儲(chǔ)的概念，其優(yōu)勢(shì)在于第三十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日大家所熟知的“狀態(tài)疊加”，也就是說(shuō)一個(gè)電子旋轉(zhuǎn)的方向同時(shí)反復(fù)存在于某種狀態(tài)，這就有條件去對(duì)它進(jìn)行測(cè)量和觀察。舉例來(lái)說(shuō)，作為普通計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)形式0和1的替代，量子計(jì)算機(jī)中的字節(jié)（或者叫做qubit）可以是三分之一個(gè)一或者是三分之二個(gè)零，也可以是其它任意的組合。這種模糊數(shù)據(jù)被邏輯糸統(tǒng)處理，計(jì)算機(jī)同時(shí)計(jì)算各種可能的結(jié)果。問(wèn)題在于，量子計(jì)算機(jī)中的字節(jié)里存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是研究人員希望去進(jìn)行全面而徹底的運(yùn)算的——但是它們?cè)谘b進(jìn)量子計(jì)算機(jī)后卻會(huì)極快的消失。第三十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日為了促進(jìn)量子信息的快速發(fā)展，物理學(xué)家維·奧斯坎勒和他在加利弗尼亞大學(xué)，賓夕法尼亞州立大學(xué)圣巴巴拉和其它一些大學(xué)的同事們開(kāi)始用一種叫做硒鋅合金的半導(dǎo)體材料（ZnCdSe）和激光設(shè)備，促使電子圍繞這種材料進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在(ZnCdSe)材料中，量子運(yùn)動(dòng)中還有一個(gè)外加磁場(chǎng)，在通常狀況下，ZnCdSe合金中的電子流散亂而無(wú)方向性。但是在100飛秒（毫微微秒）藍(lán)色激光脈沖的循環(huán)沖擊下，研究人員成功地將一組電子驅(qū)入了同步旋轉(zhuǎn)的軌道。為了控制這種旋轉(zhuǎn)，研究人員激發(fā)出二次100飛秒的脈沖——一種含有量子的藍(lán)綠色光譜。在個(gè)別情況下，這種量子的能量較低而易被半導(dǎo)體合金中的電子所吸收。奧第三十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日斯坎勒解釋說(shuō)，當(dāng)這些低能量電子經(jīng)由半導(dǎo)體合金時(shí)，電子組群會(huì)有效地制造出一個(gè)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)會(huì)將在原來(lái)軌道上旋轉(zhuǎn)的電子改變方向而使其處于一種新的狀態(tài)。從理論上講，技術(shù)上可以允許研究人員在量子信息消失之前完成一百萬(wàn)次這樣的操作，雖然研究小組到現(xiàn)在為止還沒(méi)有表明這種機(jī)器的計(jì)算能力。量子信息技術(shù)的發(fā)展是非常迅速的，量子力學(xué)專家斯多特·沃爾夫說(shuō)：“這是個(gè)非常重要的里程碑?！钡谒氖?yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

Isaac

L.

Chuang是研究小組領(lǐng)導(dǎo)人，領(lǐng)導(dǎo)著來(lái)自IBM研究院、斯坦福大學(xué)以及Calgary大學(xué)的科學(xué)家，他說(shuō)：“預(yù)計(jì)2020年將是量子計(jì)算機(jī)的時(shí)代，摩爾定律不再實(shí)用，集成電路將由分子和原子直接構(gòu)成。事實(shí)上，構(gòu)成量子計(jì)算機(jī)的基本元素就是分子和原子?！?/p>

第四十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

量子計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)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(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)的概念源于對(duì)可逆計(jì)算機(jī)的研究。研究可逆計(jì)算機(jī)的目的是為了解決計(jì)算機(jī)中的能耗問(wèn)題。

20世紀(jì)60年代至70年代，人們發(fā)現(xiàn)能耗會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)中的芯片發(fā)熱，極大地影響了芯片的集成度，從而限制了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。研究發(fā)現(xiàn)，能耗來(lái)源于計(jì)算過(guò)程中的不可逆操作。那么，是否計(jì)算過(guò)程必須要用不可逆操作才能完成呢？問(wèn)題的答案是：所有經(jīng)典計(jì)算機(jī)都可以找到一種對(duì)應(yīng)的可逆計(jì)算機(jī)，而且不影響運(yùn)算能力。既然計(jì)算機(jī)中的每一步操作都可以改造為可逆操作，那么在量子力學(xué)中，它就可以用一個(gè)幺正變換來(lái)表示。早期量子計(jì)算機(jī)，實(shí)際上是用量子力學(xué)語(yǔ)言描述的經(jīng)典計(jì)算機(jī)，并沒(méi)有用到量子力學(xué)的本質(zhì)特性：第四十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日如量子態(tài)的疊加性和相干性。在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中，基本信息單位為比特，運(yùn)算對(duì)象是各種比特序列。與此類似，在量子計(jì)算機(jī)中，基本信息單位是量子比特，運(yùn)算對(duì)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(jì)算的可能，而且還將帶來(lái)許多奇妙的性質(zhì)。與經(jīng)典計(jì)算機(jī)不同，量子計(jì)算機(jī)可以做任意的幺正變換，在得到輸出態(tài)后，進(jìn)行測(cè)量得出計(jì)算結(jié)果。因此，量子計(jì)算對(duì)經(jīng)典計(jì)算作了極大的擴(kuò)充，在數(shù)學(xué)形式上，經(jīng)典計(jì)算可看作是一類特殊的量子計(jì)算。量子計(jì)算機(jī)對(duì)每一個(gè)疊加分量進(jìn)行變換，所有這些變換同時(shí)完成，并按一定的概率幅疊加起來(lái)，給出結(jié)果，這種計(jì)算稱作量子并行計(jì)算。除了進(jìn)行并行計(jì)算外，量子計(jì)算機(jī)的另一重要用途是模擬量子系統(tǒng)，這項(xiàng)工作是經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法勝任的。

第四十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)論是量子并行計(jì)算還是量子模擬計(jì)算，本質(zhì)上都是利用了量子相干性。遺憾的是，在實(shí)際系統(tǒng)中量子相干性很難保持。在量子計(jì)算機(jī)中，量子比特不是一個(gè)孤立的系統(tǒng)，它會(huì)與外部環(huán)境發(fā)生相互作用，導(dǎo)致量子相干性的衰減，即消相干。因此，要使量子計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)，一個(gè)核心問(wèn)題就是克服消相干。而量子編碼是迄今發(fā)現(xiàn)的克服消相干最有效的方法。主要的幾種量子編碼方案是：量子糾錯(cuò)碼、量子避錯(cuò)碼和量子防錯(cuò)碼。量子糾錯(cuò)碼是經(jīng)典糾錯(cuò)碼的類比，是目前研究的最多的一類編碼，其優(yōu)點(diǎn)為適用范圍廣，缺點(diǎn)是效率不高。

迄今為止，世界上還沒(méi)有真正意義上的量子計(jì)算機(jī)。但是世界各地的許多實(shí)驗(yàn)室正在以巨大的熱情追尋著這個(gè)夢(mèng)想。如何實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，方案并不少，問(wèn)題是在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀量子態(tài)的操縱確實(shí)太困難了。目前已經(jīng)提出的方案主要利用了原第四十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點(diǎn)操縱、超導(dǎo)量子干涉等?，F(xiàn)在還很難說(shuō)哪一種方案更有前景，只是量子點(diǎn)方案和超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)方案更適合集成化和小型化。將來(lái)也許現(xiàn)有的方案都派不上用場(chǎng)，最后脫穎而出的是一種全新的設(shè)計(jì)，而這種新設(shè)計(jì)又是以某種新材料為基礎(chǔ)，就像半導(dǎo)體材料對(duì)于電子計(jì)算機(jī)一樣。研究量子計(jì)算機(jī)的目的不是要用它來(lái)取代現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)使計(jì)算的概念煥然一新，這是量子計(jì)算機(jī)與其他計(jì)算機(jī)如光計(jì)算機(jī)和生物計(jì)算機(jī)等的不同之處。量子計(jì)算機(jī)的作用遠(yuǎn)不止是解決一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的問(wèn)題。摘自《科技日?qǐng)?bào)》第四十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

四、生物計(jì)算機(jī)

美國(guó)普林斯頓大學(xué)的研究人員新近開(kāi)發(fā)出一種使用ＲＮＡ（核糖核酸）來(lái)解決計(jì)算問(wèn)題的簡(jiǎn)單的生物計(jì)算機(jī)，這是分子計(jì)算領(lǐng)域取得的新突破?？茖W(xué)家研制的RNA計(jì)算機(jī)實(shí)際上是一個(gè)含有1024種不同RNA鏈的試管。研究者指出，用分子計(jì)算來(lái)處理某些問(wèn)題比傳統(tǒng)的計(jì)算方法更為有效。將生命活動(dòng)的指令進(jìn)行編碼的遺傳分子DNA和RNA里可儲(chǔ)存比常規(guī)存儲(chǔ)芯片更多的數(shù)據(jù)，試管狀的第四十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日生物計(jì)算機(jī)中含有大量遺傳物質(zhì)片段，每一個(gè)片段就是一個(gè)微型計(jì)算工具，因此生物計(jì)算機(jī)能夠同時(shí)進(jìn)行數(shù)千次甚至上百萬(wàn)次計(jì)算。蘭德韋貝指出，ＲＮＡ計(jì)算機(jī)在研制方面比ＤＮＡ計(jì)算機(jī)有優(yōu)越性，因?yàn)檠芯咳藛T不能隨心所欲地剪切ＤＮA分子，但只需一把“全球通剪刀”即一種切割酶就能隨意剪切ＲＮＡ分子。自１９９４年美國(guó)南加州大學(xué)的科學(xué)家首次提出ＤＮＡ計(jì)算機(jī)理論以來(lái)，生物計(jì)算機(jī)日益引起關(guān)注，美國(guó)現(xiàn)有十多個(gè)研究小組從事此類研究。第四十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日下面推薦幾片文章：1、生物計(jì)算機(jī)——日本的下一代計(jì)算機(jī)/html/29/10110599.htm

2、以色列研制出微型生物計(jì)算機(jī)

33/jkzx/qy/new/200111/2623177.html

3、熱點(diǎn)透視:計(jì)算機(jī)＋生物技術(shù)＝？

/cyzx4010.htm

4、美正在研發(fā)dna生物計(jì)算機(jī)大量復(fù)雜問(wèn)題輕松搞定_硬件科技時(shí)代_新浪網(wǎng)2002/10/7

/h/n/2002-03-30/109222.shtml

第四十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

5、dna計(jì)算機(jī)1/zhangxw/tsg/tsg26.htm

2002/1/13

摘要：

...這些計(jì)算機(jī)使用的生物操作只有合成、剪接（切割一連接）和抽取。.理論上dna計(jì)算機(jī)具有現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)同樣的計(jì)算能力，但它具有的巨大潛力（功能）卻是電子計(jì)算機(jī)不可比擬的：dna計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度極快，其幾天的運(yùn)算量就相當(dāng)于計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)世界上所有計(jì)算機(jī)的總運(yùn)算量；它的貯存容量非常大，1立方分米的dna溶液可以存儲(chǔ)1萬(wàn)億億位二進(jìn)制的數(shù)據(jù)，超過(guò)目前所有計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量；它的能量消耗只有一臺(tái)普通計(jì)算機(jī)的十億分之一。如此優(yōu)越的分子計(jì)算機(jī)當(dāng)然是激動(dòng)人心的。第四十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

6、.以色列科學(xué)家設(shè)計(jì)出dna計(jì)算機(jī)，等3條新聞/jrxw/015.htm

2001/12/31

摘要：

...以色列科學(xué)家已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種dna計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)如此之小，以至于萬(wàn)億個(gè)這樣的計(jì)算機(jī)都可以放在同一個(gè)試管中，每秒進(jìn)行十億次運(yùn)算，精確度可達(dá)99.8%。這種計(jì)算機(jī)的輸入、輸出和軟件不是使用數(shù)字和規(guī)則，而是由dna分子組成，這些分子進(jìn)行編碼信息的有機(jī)存儲(chǔ)和處理。.科學(xué)家認(rèn)為這種dna計(jì)算機(jī)未來(lái)將成為傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)者。因?yàn)閐na在速度上有更大的發(fā)展?jié)摿?。以色列威斯曼學(xué)院的教授夏皮羅表示：“我們已經(jīng)設(shè)計(jì)了生物分子計(jì)算機(jī)。當(dāng)萬(wàn)億個(gè)這樣的計(jì)算機(jī)一起運(yùn)行時(shí)......第五十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

生物計(jì)算機(jī)70年代就有人發(fā)現(xiàn)，脫氧核糖核酸處在不同狀

態(tài)下，可產(chǎn)生有信息和無(wú)信息。聯(lián)想到晶體管的通導(dǎo)

或截止電壓的高或低、脈沖信號(hào)的有或無(wú)等等，激發(fā)

了科學(xué)家們?nèi)パ兄粕镫娮釉撵`感。脫氧核糖核酸即DNA，由于生物電子元件比硅

芯片上的電子元件要小很多，甚至可小到幾十億分

之一米。而且，生物芯片本身具有天然獨(dú)特的立體化

結(jié)構(gòu)，其密度要比平面型硅集成電路高5個(gè)數(shù)量

級(jí)。如果讓幾萬(wàn)億個(gè)DHA分子在某種酶的作用下進(jìn)

行化學(xué)反應(yīng)，就能使DNA計(jì)算機(jī)同時(shí)運(yùn)行幾十億

次，這就意味著運(yùn)算速度要比當(dāng)今最新一代超級(jí)計(jì)

算機(jī)快十萬(wàn)倍，能量消耗僅相當(dāng)于普通計(jì)算機(jī)的十億分之一，第五十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日且具有巨大的存儲(chǔ)能力。如體積為一立方米的液體DNA計(jì)算機(jī)，存儲(chǔ)的信息比世界上所有計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的信息總和還要多。美國(guó)科學(xué)家首創(chuàng)的DNA計(jì)算法，就是利用核苷酸A與T、G與C各自的

結(jié)合方式，成功地求解了復(fù)雜的數(shù)學(xué)難題，他們還計(jì)

劃繼續(xù)求解更多的數(shù)學(xué)難題。預(yù)計(jì)有可能在今后5年內(nèi)將實(shí)用的生物計(jì)算機(jī)推向世界。許多科學(xué)家認(rèn)

為，21世紀(jì)將是生物計(jì)算機(jī)的時(shí)代。第五十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

世界最小生物計(jì)算機(jī)問(wèn)世:靠DNA運(yùn)行

2003-02-27

日前，以色列科學(xué)家研制出一“臺(tái)”速度達(dá)每秒330萬(wàn)億次運(yùn)算的生物計(jì)算機(jī)。這種計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度比現(xiàn)在普通計(jì)算機(jī)快10萬(wàn)倍。它的運(yùn)算速度何以如此之快？其中的奧秘是：它依靠DNA運(yùn)行。

美國(guó)《國(guó)家地理》雜志報(bào)道稱，一年前，以色列維茨曼科學(xué)研究所的研究人員開(kāi)發(fā)出一種由DNA和生物酶分子制成的可運(yùn)行程序的分子計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在，該研究所的研究人員又研制出一種速度更快的計(jì)算機(jī)。這種計(jì)算機(jī)中的DNA既可以為整個(gè)計(jì)算機(jī)提供輸入信息，又可以為計(jì)算機(jī)提供運(yùn)行所必須的能量。

這種計(jì)算第五十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日機(jī)可以算得上生物計(jì)算機(jī)上的一個(gè)巨大進(jìn)步。上周，吉尼斯世界紀(jì)錄宣布這臺(tái)計(jì)算機(jī)是世界上迄今為止最小的生物計(jì)算

目前，生物計(jì)算機(jī)僅處于起步階段，要想真正了解更多的奧秘還需學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)它將發(fā)揮更為重要的作用。這種計(jì)算機(jī)內(nèi)部有一個(gè)叫FokI的生物酶，F(xiàn)okI生物酶打破DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中的連接鍵，DNA就可以為計(jì)算機(jī)提供足夠的能量。利用DNA來(lái)儲(chǔ)存和處理信息的創(chuàng)意始于1994年，當(dāng)時(shí)一位加州科學(xué)家首次使用試管中的DNA來(lái)解一道簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)題。其實(shí)，這種創(chuàng)意最終還是來(lái)自于大自然。大自然中早就存在生物納米計(jì)算機(jī)，幾乎所有的生物中都含有這樣的計(jì)算裝置。但是，第五十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日這些天然的計(jì)算裝置不是由人類控制的。比如，我們就無(wú)法讓一棵樹(shù)計(jì)算出圓周率小數(shù)點(diǎn)后面的數(shù)字。因此，科學(xué)家就想研制出一臺(tái)