淺談物理學(xué)對計算機科學(xué)發(fā)展的影響

1、    淺談物理學(xué)對計算機科學(xué)發(fā)展的影響    楊世博摘 要：現(xiàn)今，計算機發(fā)展迅速，電子商務(wù)、電子政務(wù)、網(wǎng)上辦公、網(wǎng)上學(xué)習(xí)和網(wǎng)上娛樂等活動應(yīng)用普遍，這些依附于計算機發(fā)展而實現(xiàn)的功能給人類工作、生活、學(xué)習(xí)帶來了翻天覆地的變化。作為理科基礎(chǔ)學(xué)科的物理學(xué)在計算機的發(fā)展過程中究竟扮演著怎樣的角色？本文將就計算機發(fā)明的背景和物理學(xué)對計算機科學(xué)發(fā)展的影響展開論述。關(guān)鍵詞：物理學(xué) 計算機 背景 網(wǎng)絡(luò) 量子信息：g633.7 ：a ：1003-9082（2017）06-0152-01物理學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，一直是我們高中生（特別是理科生）學(xué)習(xí)的重點。但很多同學(xué)在接觸物理

2、過程中，認為學(xué)物理是無用的，因為其好像對我們的個人生活并沒有什么實際性的幫助，反而因為難度較高造成了很大的學(xué)習(xí)壓力，殊不知計算機與物理學(xué)存在著不能割裂的聯(lián)系，已成為我們生活中不可缺少的一部分。一、計算機發(fā)明的背景及其發(fā)展歷程物理學(xué)是研究物質(zhì)世界最基本的結(jié)構(gòu)、最普遍的相互作用、最一般的運動規(guī)律及計算機所使用的實驗手段和思維方法的自然科學(xué)，它是人們對無生命自然界中物質(zhì)的轉(zhuǎn)變的知識做出規(guī)律性的總結(jié)的一門學(xué)科。物理學(xué)的影響深遠，這是因為物理學(xué)的突破時常會造成新科技的出現(xiàn)，物理學(xué)的新點子很容易在其它學(xué)術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生共鳴。例如，在電磁學(xué)上的進展，直接地導(dǎo)致了發(fā)電機的產(chǎn)生，使電力的大規(guī)模生產(chǎn)與傳輸成為現(xiàn)實，大幅

3、度地提升了整個社會的生活水平。計算機這一偉大發(fā)明就是在人類不斷的認識世界，發(fā)現(xiàn)自然界規(guī)律的的背景下產(chǎn)生的。自1946年第一臺計算機發(fā)明以來，計算機雖然只經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，但計算機已經(jīng)經(jīng)歷了占地面積大、速度慢、儲存量小，主要用于數(shù)據(jù)計算的第一代計算機電子管計算機；以磁芯或磁鼓作存儲器，開始用于數(shù)據(jù)處理和過程控制的第二代計算機晶體管計算機；主存儲器漸漸過渡到半導(dǎo)體存儲器并且主要部件變成中小規(guī)模集成電路的第三代計算機中小規(guī)模集成電路計算機；體積縮小、性能提高、集成更高的并開始廣泛用于各種領(lǐng)域的第四代計算機大規(guī)模和超規(guī)模集成電路計算機。現(xiàn)在，人類已經(jīng)迎來了計算機、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)三位一體的具有人工智能

4、的第五代計算機時代，可以說，在計算機發(fā)展的每一個階段，物理學(xué)都留下了不可磨滅的印記。二、物理學(xué)對計算機發(fā)展的影響1.第二次科技革命中最具代表性的即是奧斯特的“電磁感應(yīng)”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，該發(fā)現(xiàn)為發(fā)電機和電動機的制造創(chuàng)造了可能性，之后法拉第的“電磁感應(yīng)定律”更是為發(fā)電機的發(fā)明和投入使用奠定了堅實的基礎(chǔ)，使人類迎來了區(qū)別于以往的新能源。同時從電磁感應(yīng)實驗以及應(yīng)用物理理論研究到電氣化時代的到來，電力成為了新型主要的能源，電力設(shè)備也逐漸的發(fā)展起來1，計算機就是在電力的支撐下才有了發(fā)展的可能。計算機等電力設(shè)備產(chǎn)生的前提是電力的存在，并且它們賴以工作的前提也是充沛的電力，可以說，計算機賴以存在的首要前提便是物理

5、學(xué)中電力的發(fā)現(xiàn)。2.現(xiàn)今，如果問影響人類最廣泛的計算機功能是什么？很多人會毫不猶豫的選擇網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)不僅拉近了人與人之間的聯(lián)系，而且因為資源的共享使生活更加便捷、工作更加科學(xué)。那究竟網(wǎng)絡(luò)是怎樣實現(xiàn)的，它又與物理學(xué)有那些聯(lián)系呢？網(wǎng)絡(luò)就是通過線路互連起來的、資質(zhì)的計算機集合，確切的說就是將分布在不同地理位置上的具有獨立工作能力的計算機、終端及其附屬設(shè)備用通信設(shè)備和通信線路連接起來，并配置網(wǎng)絡(luò)軟件，以實現(xiàn)計算機資源共享的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)傳輸需要介質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)常用的傳輸介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜、光纖、無線傳輸媒介等，這其中無論是金屬導(dǎo)體還是光纖導(dǎo)體，都離不開其物理性能的開發(fā)，其本身存在的物理性能是支撐網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕?/p>

6、礎(chǔ)。并且隨著計算機制造業(yè)的大力發(fā)展，更是將計算機網(wǎng)絡(luò)硬件的可靠性及性價比推向一個新的高峰2，這種現(xiàn)狀下計算機硬件的改革與創(chuàng)新也不斷開展，物理作為支撐硬件發(fā)展的物質(zhì)和性能基礎(chǔ)任務(wù)還很巨大。3.進入21世紀，更多的高新物理技術(shù)也不斷的應(yīng)用到了計算機的革新之中。量子納米科學(xué)就與計算機緊密相關(guān)，量子納米材料在化工、醫(yī)藥、建材等領(lǐng)域已經(jīng)有了很多應(yīng)用，而量子納米結(jié)構(gòu)的電子、光子和微機械將成為下一代量子微電子和光電子器件的核心，通過與通訊技術(shù)和計算機技術(shù)的緊密聯(lián)系，勢必在21世紀引起一場新的技術(shù)革命。除此外，量子信息也給計算機架構(gòu)體系帶來變革，它涉及到如何從物理學(xué)的角度，從物質(zhì)層面上深入理解什么是信息，什么

7、是物質(zhì)，能量和信息關(guān)系等基礎(chǔ)性問題。并且，量子信息作為利用量子態(tài)作為信息載體進行信息儲存、處理、計算和傳送的一門學(xué)科，它能完成經(jīng)典信息系統(tǒng)難以勝任的高速計算、大容量信息傳輸通訊和安全保密等的信息處理任務(wù)3，對計算機的發(fā)展意義重大。計算機已經(jīng)經(jīng)過了70多年的發(fā)展歷程，不管是僅僅實現(xiàn)計算功能的第一代計算機，還是現(xiàn)在功能多樣，廣泛普及的第五代計算機，其發(fā)展的前提都離不開新物理技術(shù)的創(chuàng)新和新物理材料的發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)今，在計算機向系統(tǒng)巨型化、體積微型化、資源網(wǎng)絡(luò)化和功能智能化前行的道路上，物理學(xué)作為推動社會發(fā)展的基礎(chǔ)學(xué)科，還將用其獨特的魅力發(fā)揮重要的作用。參考文獻1楊淑鳳，張元元. 物理學(xué)與人類文明進步j(luò). 成人教育，2010，（06）：75-76.2姜