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展望

未來計算機技術(shù)展望

時間:2021-06-19 20:55:44 展望 我要投稿

未來計算機技術(shù)展望

1、前言

計算機的發(fā)展將趨向巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化多媒體化和智能化。自從1944年世界上第一臺電子計算機誕生以來,計算機技術(shù)迅猛發(fā)展,傳統(tǒng)計算機的性能受到挑戰(zhàn),開始從基本原理上尋找計算機發(fā)展的突破口,新型計算機的研發(fā)應(yīng)運而生。未來量子、光子、分子和納米計算機將具有感知、思考、判斷、學(xué)習(xí)以及一定的自然語言能力,使計算機進(jìn)人人工智能時代。這種新型計算機將推動新一輪計算技術(shù)革命,對人類社會的發(fā)展產(chǎn) 生深遠(yuǎn)的影響。

2、未來計算機的發(fā)展方向

2.1.未來計算機將向巨型化方向發(fā)展

首先,未來計算機將向巨型化方向發(fā)展。那么,什么叫做巨型化呢?巨型化的計算機在未來有什么用處呢?

所謂的巨型機是一種高速度,高精度,內(nèi)存容量大和功能強的計算機,其運行速度一般在每秒一億次以上,現(xiàn)在人們已經(jīng)研制出來每秒運行速度達(dá)上百億次的巨型計算機,這類的計算機主要用于核工業(yè),航天,軍事等尖端科技領(lǐng)域,是一個國家計算機技術(shù)水平和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的標(biāo)志。

目前,能夠擁有并制造機型計算機的國家不多,我國在這方面處于世界領(lǐng)先地位。2017年6月17日,在德國萊比錫開幕的2017年國際超級計算機大會上,TOP500組織公布了最新全球超級計算機500強排行榜榜單,中國國防科技大學(xué)研制的天河二號超級計算機,以每秒33.86千萬億次的浮點運算速度奪得頭籌,中國“天河二號”成為全球最快超級計算機。

2.2.微型化將是未來計算機的又一特點

上海第二工業(yè)大學(xué)本科期末設(shè)計(論文)

20世紀(jì)70年代以來,隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展,微型計算機迅速發(fā)展起來。微型計算機具有體積小,價格便宜,功能強等特點,并且具有豐富的應(yīng)用軟件和外部設(shè)備,尤其是在未來多媒體技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中,微型計算機將更加普及。

2.3.網(wǎng)絡(luò)化是計算機發(fā)展的主導(dǎo)方向

使用現(xiàn)代通信和計算機技術(shù),可以將分布在不同地點的計算機互聯(lián)起來,組成一個規(guī)模大,功能強的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)軟件,硬 件,數(shù)據(jù)資源的.共享和網(wǎng)絡(luò)通信,提高了計算機系統(tǒng)的效率,因而計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和普及非常迅速,因特網(wǎng)的迅速發(fā)展,縮小了世界,縮短了人們之間的距離,使 得人們可以方便的使用網(wǎng)上遍及各個領(lǐng)域的豐富的信息資源。

2.4.多媒體化將會使人機之間關(guān)系更加親近友好:

隨著計算機,微電子通信,數(shù)字化聲緣技術(shù)的飛速發(fā)展,多媒體技術(shù)日趨成熟,并投入了實際的應(yīng)用,并已成為電子計算機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢,它通過計算機將各種媒體以數(shù)字形式出現(xiàn),大大的增加了信息來源,使人和計算機之間的關(guān)系更加親近友好,從而拓展計算機的應(yīng)用領(lǐng)域。

2.5.未來真正的“電腦”智能化是必不可少的:

智能化是使計算機具有人的感覺和思維推理能力,成為真正的“電腦”。其主要內(nèi)容有:圖形的識別,自然語言的生成與理解,專家系統(tǒng),只能機器 人,自動程序設(shè)計,自動定理證明和問題求解等。目前,能識別單詞,分析語言的語言翻譯系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)。某些有識別聲音,辨別理解人的表情和手勢等功能的計算 機也已經(jīng)研制出現(xiàn)。

3、新型高性能計算機問世

硅芯片技術(shù)高速發(fā)展的同時,也意味看硅技術(shù)越來越接近其物理極限。為此,世界各國的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計算機,計算機的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)都將產(chǎn) 生一次量與質(zhì)的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、分子計算機、納米計算機等,將會在二十一世紀(jì)走進(jìn)我們的生活,遍布各個領(lǐng)域。

3.1.量子計算機

量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究,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。量子計算機是基于量子效應(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表示開與關(guān)的狀態(tài),利用 激光脈沖來改變分子的狀態(tài).使信息沿著聚合物移動.從而進(jìn)行運算。量子計算機中的數(shù)據(jù)用量子位存儲。由于量子疊加效應(yīng),一個量子位可以是0或1,也可以既 存儲0又存儲1。因此,一個量子位可以存儲2個數(shù)據(jù),同樣數(shù)量的存儲位,量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。同時量子計算機能夠?qū)?2

行量子并行計算,其 運算速度可能比目前計算機的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,量子計算機還將對現(xiàn)有的保密體系、國家安全意識產(chǎn)生重大的沖擊。

無論是量子并行計算 還是量子模擬計算,本質(zhì)上都是利用了量子相干性。世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。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、量子點操縱、超導(dǎo)量子干涉等。量子編碼采用糾錯、避錯和防錯等。量子計算機使計算的概念煥然一新。

3.2.光子計算機

光子計算機是利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運算、傳翰和存儲。光子計算機即全光數(shù)字計算機,以光子代替電子,光互連代替導(dǎo)線互連,光硬件代替計算機中的電子 硬件,光運算代替電運算。在光子計算機中,不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù),可以對復(fù)雜度高、計算量大的任務(wù)實現(xiàn)快速地并行處理。光子計算機將使運算速度在目 前基礎(chǔ)上呈指數(shù)上升。

3.3.分子計算機

分子計算機體積小、耗電少、運算快、存儲 量大。分子計算機的運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。分子計算機的運算過程就是蛋白質(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。生物分子組成的計算機具備能在生化環(huán)境下,甚至在生物有機體 中運行,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、 自動機模型、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,分子計算機完成一項運算,所需的時間僅為10 微微秒,比人的思維速度快100萬倍。分子計算機具有驚人的存貯容量,1立方米的DNA溶液可存儲1萬億億的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。分子計算機消耗的能量非常小,只 有電子計算機的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子,所以分子計算機既有自我修復(fù)的功能,又可直接與分子活體相聯(lián)。美國已研制出分子計算機分子電路的基礎(chǔ)元器件,可在光照幾萬分之一秒的時間內(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)成的微型分子計算機。預(yù)計20年后,分子計算機將進(jìn)人實用階段。

3.4.納米計算機

納米計算機是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計算機。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍,質(zhì)地堅固,有著極強的導(dǎo)電性,能代替硅芯片制造計算機!凹{米”是一個計量單位,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原子,制造出具有特定功能的產(chǎn)品。現(xiàn)在納米技術(shù)正從微電子機械系統(tǒng)

起步,把傳感器、電動 機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構(gòu)成一個系統(tǒng)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計算機內(nèi)存芯片,其體積只有數(shù)百個原子大小,相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米 計算機不僅幾乎不需要耗費任何能源,而且其性能要比今天的計算機強大許多倍。美國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,10年后納米技術(shù)將會走出實驗室,成為科技應(yīng)用的一部分。納米計算機體積小、造價低、存量大、性能好,將逐 漸取代芯片計算機,推動計算機行業(yè)的快速發(fā)展。

4、結(jié)語

我們相信,新型計算機與相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,是二十一世紀(jì)科技領(lǐng)域的重大創(chuàng)新,必將推進(jìn)全球經(jīng)濟社會高速發(fā)展,實現(xiàn)人類發(fā)展史上的重大突破?茖W(xué)在發(fā)展,人類在進(jìn)步,歷史上的新生事物都要經(jīng)過一個從無到有的艱難歷程,隨著一代又一代科學(xué)家們的不斷努力,未來的計算機一定會是更加方便人們的工作、學(xué)習(xí)、生活的好伴侶。

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