計(jì)算機(jī)發(fā)展展望論文.doc

計(jì)算機(jī)發(fā)展展望 學(xué)院：管理學(xué)院 班級(jí)：工商1003 姓名：董曉晨 學(xué)號(hào)：201046900315計(jì)算機(jī)發(fā)展展望【摘要】 計(jì)算機(jī)的發(fā)展將趨向超高速、超小型、平行處理和智能化，量子、光子、分子和納米計(jì)算機(jī)將具有感知、思考、判斷、學(xué)習(xí)及一定的自然語(yǔ)言能力，使計(jì)算機(jī)進(jìn)入人工智能時(shí)代。這種新型計(jì)算機(jī)將推動(dòng)新一輪計(jì)算技術(shù)革命，并帶動(dòng)光互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 【關(guān)鏈詞】計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 新型計(jì)算機(jī) 一、 現(xiàn)狀與前景美國(guó)科學(xué)家最近指出，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)芯片的微型化已接近極限。計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展只能寄希望于全新的技術(shù)，如新材料、新的晶體管設(shè)計(jì)方法和分子層次的計(jì)算技術(shù)。過(guò)去30多年來(lái)，半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展基本上遵循穆爾法則，即安裝在硅芯片上的晶體管數(shù)目每隔18個(gè)月就翻一番。芯片體積越來(lái)越小，包含的晶體管數(shù)目越來(lái)越多，蝕刻線寬越來(lái)越??；計(jì)算機(jī)的性能也因而越來(lái)越高，同時(shí)價(jià)格越來(lái)越低。計(jì)算機(jī)的發(fā)展將趨向超高速、超小型、并行處理和智能化。自從1944年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的性能受到挑戰(zhàn)，開始從基本原理上尋找計(jì)算機(jī)發(fā)展的突破口，新型計(jì)算機(jī)的研發(fā)應(yīng)運(yùn)而生。未來(lái)量子、光子和分子計(jì)算機(jī)將具有感知、思考、判斷、學(xué)習(xí)以及一定的自然語(yǔ)言能力，使計(jì)算機(jī)進(jìn)人人工智能時(shí)代。這種新型計(jì)算機(jī)將推動(dòng)新一輪計(jì)算技術(shù)革命，對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 二、智能化的超級(jí)計(jì)算機(jī) 超高速計(jì)算機(jī)采用平行處理技術(shù)改進(jìn)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行多條指令或同時(shí)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度。超級(jí)計(jì)算機(jī)通常是由數(shù)百數(shù)千甚至更多的處理器(機(jī))組成，能完成普通計(jì)算機(jī)和服務(wù)器不能計(jì)算的大型復(fù)雜任務(wù)。從超級(jí)計(jì)算機(jī)獲得數(shù)據(jù)分析和模擬成果，能推動(dòng)各個(gè)領(lǐng)域高精尖項(xiàng)目的研究與開發(fā)，為我們的日常生活帶來(lái)各種各樣的好處。最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)接近于復(fù)制人類大腦的能力，具備更多的智能成份.方便人們的生活、學(xué)習(xí)和工作。世界上最受歡迎的動(dòng)畫片、很多耗巨資拍攝的電影中，使用的特技效果都是在超級(jí)計(jì)算機(jī)上完成的。日本、美國(guó)、以色列、中國(guó)和印度首先成為世界上擁有每秒運(yùn)算1萬(wàn)億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)家，超級(jí)計(jì)算機(jī)已在科技界內(nèi)引起開發(fā)與創(chuàng)新狂潮。 三、新型高性能計(jì)算機(jī)問(wèn)世 硅芯片技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí)，也意味看硅技術(shù)越來(lái)越接近其物理極限。為此，世界各國(guó)的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)都將產(chǎn)生一次量與質(zhì)的飛躍。新型的量子計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、分子計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)等，將會(huì)在二十一世紀(jì)走進(jìn)我們的生活，遍布各個(gè)領(lǐng)域。 1.超導(dǎo)計(jì)算機(jī) 芯片的集成度越高，計(jì)算機(jī)的體積越小，這樣才不致因信號(hào)傳輸而降低整機(jī)速度。但這樣一來(lái)就使機(jī)器發(fā)熱嚴(yán)重。解決問(wèn)題的出路是研制超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。 電流在超導(dǎo)體中流過(guò)時(shí)，電阻為零，介質(zhì)不發(fā)熱。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)”，即由超導(dǎo)體絕緣體超導(dǎo)體組成的器件（約瑟夫遜元件），當(dāng)對(duì)其兩端加電壓時(shí)，電子就會(huì)像通過(guò)隧道一樣無(wú)阻擋地從絕緣介質(zhì)穿過(guò)，形成微小電流，而該器件兩端的壓降幾乎為零。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體計(jì)算機(jī)相比，使用約瑟夫遜器件的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的耗電量?jī)H為其幾千分之一，而執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間卻要快100倍。 1999年11月，日本超導(dǎo)技術(shù)研究所與企業(yè)合作，制作了由1萬(wàn)個(gè)約瑟夫遜元件組成的超導(dǎo)集成電路芯片。據(jù)悉，該所定于2003年生產(chǎn)這種超導(dǎo)芯片，2010年前后制造出這種超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。 2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，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。量子計(jì)算機(jī)是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開發(fā)的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來(lái)表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來(lái)改變分子的狀態(tài).使信息沿著聚合物移動(dòng).從而進(jìn)行運(yùn)算。量子計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)用量子位存儲(chǔ)。由于量子疊加效應(yīng)，一個(gè)量子位可以是0或1，也可以既存儲(chǔ)0又存儲(chǔ)1。因此，一個(gè)量子位可以存儲(chǔ)2個(gè)數(shù)據(jù)，同樣數(shù)量的存儲(chǔ)位，量子計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量比通常計(jì)算機(jī)大許多。同時(shí)量子計(jì)算機(jī)能夠?qū)嵭辛孔硬⑿杏?jì)算，其運(yùn)算速度可能比目前計(jì)算機(jī)的Pentium DI晶片快10億倍。除具有高速并行處理數(shù)據(jù)的能力外，量子計(jì)算機(jī)還將對(duì)現(xiàn)有的保密體系、國(guó)家安全意識(shí)產(chǎn)生重大的沖擊。 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。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。目前已經(jīng)提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、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。量子編碼采用、避錯(cuò)和防錯(cuò)等。量子計(jì)算機(jī)使計(jì)算的概念煥然一新。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)行計(jì)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.米勒研制成功小型光開關(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)室開始用光計(jì)算機(jī)工作。光計(jì)算機(jī)有全光學(xué)型和光電混合型。上述貝爾實(shí)驗(yàn)室的光計(jì)算機(jī)就采用了混合型結(jié)構(gòu)。相比之下，全光學(xué)型計(jì)算機(jī)可以達(dá)到更高的運(yùn)算速度。研制光計(jì)算機(jī)，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”。現(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)將有輛汽車那么大。因此，要想短期內(nèi)使光學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)用化還很困難。 4.分子計(jì)算機(jī) 分子計(jì)算機(jī)體積小、耗電少、運(yùn)算快、存儲(chǔ)量大。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進(jìn)行組織排列。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算過(guò)程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)的相互作用過(guò)程。轉(zhuǎn)換開關(guān)為酶，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中極其明顯地表示出來(lái)。生物分子組成的計(jì)算機(jī)具備能在生化環(huán)境下，甚至在生物有機(jī)體中運(yùn)行，并能以其它分子形式與外部環(huán)境交換。因此它將在醫(yī)療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發(fā)揮無(wú)法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自動(dòng)機(jī)模型、仿生算法、分子化學(xué)反應(yīng)算法等幾種類型。分子芯片體積可比現(xiàn)在的芯片大大減小，而效率大大提高，分子計(jì)算機(jī)完成一項(xiàng)運(yùn)算，所需的時(shí)間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬(wàn)倍。分子計(jì)算機(jī)具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液可存儲(chǔ)1萬(wàn)億億的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。分子計(jì)算機(jī)消耗的能量非常小，只有電子計(jì)算機(jī)的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子，所以分子計(jì)算機(jī)既有自我修復(fù)的功能，又可直接與分子活體相聯(lián)。美國(guó)已研制出分子計(jì)算機(jī)分子電路的基礎(chǔ)元器件，可在光照幾萬(wàn)分之一秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。以色列科學(xué)家已經(jīng)研制出一種由DNA分子和酶分子構(gòu)成的微型分子計(jì)算機(jī)。預(yù)計(jì)20年后，分子計(jì)算機(jī)將進(jìn)人實(shí)用階段。 5.納米計(jì)算機(jī) 納米計(jì)算機(jī)是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計(jì)算機(jī)。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍，質(zhì)地堅(jiān)固，有著極強(qiáng)的導(dǎo)電性，能代替硅芯片制造計(jì)算機(jī)?！凹{米”是一個(gè)計(jì)量單位，大約是氫原子直徑的10倍。納米技術(shù)是從20世紀(jì)80年代初迅速發(fā)展起來(lái)的新的前沿科研領(lǐng)域，最終目標(biāo)是人類按照自己的意志直接操縱單個(gè)原子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品?，F(xiàn)在納米技術(shù)正從微電子機(jī)械系統(tǒng)起步，把傳感器、電動(dòng)機(jī)和各種處理器都放在一個(gè)硅芯片上而構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計(jì)算機(jī)內(nèi)存芯片，其體積只有數(shù)百個(gè)原子大小，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米計(jì)算機(jī)不僅幾乎不需要耗費(fèi)任何能源，而且其性能要比今天的計(jì)算機(jī)強(qiáng)大許多倍。美國(guó)正在研制一種連接納米管的方法，用這種方法連接的納米管可用作芯片元件，發(fā)揮電子開關(guān)、放大和晶體管的功能。專家預(yù)測(cè)，10年后納米技術(shù)將會(huì)走出實(shí)驗(yàn)室，成為科技應(yīng)用的一部分。納米計(jì)算機(jī)體積小、造價(jià)低、存量大、性能好，將逐漸取代芯片計(jì)算機(jī)，推動(dòng)計(jì)算機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展。 對(duì)計(jì)算機(jī)未來(lái)的發(fā)展，將其概括為三個(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，如量子器件，采用納米工藝、片上系統(tǒng)等技術(shù)還可以提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。以大規(guī)模并行為標(biāo)志的體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新與進(jìn)步，是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的另一重要途徑；第三個(gè)方向便是“深”度發(fā)展，即向信息的智能化發(fā)展。例如，網(wǎng)上有大量的信息，怎樣把這些浩如煙海的東西變成你想要的知識(shí)，這是計(jì)算科學(xué)需要解決的重要課題，這不是簡(jiǎn)單地點(diǎn)擊一個(gè)網(wǎng)站,里面就能搜索到與其相匹配的內(nèi)容，而是需要計(jì)算機(jī)將收集到的知識(shí)系統(tǒng)化。人機(jī)界面也將變得更加智能友好未來(lái)你可以用你的自然語(yǔ)言與