論計(jì)算機(jī)發(fā)展史及展望

1、論計(jì)算機(jī)發(fā)展史及展望楊露斯黎煉四川大學(xué)，成都雙流610207摘要：自從1945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，cpu的速度越來(lái) 越快，體積越來(lái)越小，價(jià)格越來(lái)越低。未來(lái)光子、 一輪趨級(jí)計(jì)算技術(shù)革命。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；發(fā)展史；前景展望中圖分類號(hào)：g4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1003-9767 (2010) 06-0188-01 1 前言計(jì)算機(jī)由機(jī)械技術(shù)向電子技術(shù)以及生物技 術(shù)、智能技術(shù)的轉(zhuǎn)變，為我們的生活帶來(lái)了 巨大的變化。計(jì)算機(jī)己經(jīng)擁有了 60年的發(fā) 展歷程，共經(jīng)歷了 5個(gè)重要的發(fā)展階段，將 在不久的未來(lái)經(jīng)歷第六個(gè)發(fā)展階段。量子和分子計(jì)算機(jī)為代表的新技術(shù)將推動(dòng)新2. 計(jì)算機(jī)發(fā)

2、展歷史(1) 電子管計(jì)算機(jī)(1946-1958年)用陰極射線管或汞延尺線作主存儲(chǔ)器， 外存主要使用紙帶、卡片等，程序設(shè)計(jì)主要 使用機(jī)器指令或符號(hào)指令，應(yīng)用鄰域主要是 科學(xué)計(jì)算。(2) 晶體管計(jì)算機(jī)(1958-1964年)主存儲(chǔ)器均采用磁蕊存儲(chǔ)器，磁鼓和磁 盤開始用作主要的外存儲(chǔ)器，程序設(shè)計(jì)使用 了更接近于人類自然語(yǔ)言的高級(jí)程序設(shè)計(jì) 語(yǔ)言，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也從科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展 到了事務(wù)處理，工程設(shè)計(jì)等各個(gè)方面。(3) 小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī) 仃 964-1971 年)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器逐步取代了磁芯存儲(chǔ)器 的主存儲(chǔ)地位，磁盤成了不可缺少的輔 助存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)也進(jìn)入了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 化、模塊化、系列化的發(fā)展時(shí)期，使

3、計(jì) 算機(jī)使用效率明顯提高。(4) 大規(guī)模集成電路(1972年-至今)大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路應(yīng)用的一個(gè) 直接結(jié)果是微處理器和微型計(jì)算機(jī)的誕牛。 微處理器自1971年誕生以來(lái)幾乎每隔二至 三年就要更新?lián)Q代，以高檔微處理器為核心 構(gòu)成的高檔微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已達(dá)到和超過(guò) 了傳統(tǒng)超極小型計(jì)算機(jī)水平，其運(yùn)算速度可 以達(dá)到每秒數(shù)次。由于微型計(jì)算機(jī)體積小、 功耗低、其性能價(jià)格比占有很大優(yōu)如因而 得到了廣泛的應(yīng)用。(5) 人工智能計(jì)算機(jī)一一神經(jīng)計(jì)算機(jī)。 其特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)分布式聯(lián)想記憶.并 能在一定程度上模擬人和動(dòng)物的學(xué)習(xí)功能。 它是-種有知識(shí)、會(huì)學(xué)習(xí)、能推理的計(jì)算機(jī), 具有能理解自然語(yǔ)言、聲音、文字和圖像的 能

4、力，并且具有說(shuō)話的能力，使人機(jī)能夠用 自然語(yǔ)言直接對(duì)話，它可以利用已有的和不 斷學(xué)習(xí)到的 知識(shí)，進(jìn)行思維、聯(lián)想、推理，并得出結(jié)論, 能解決復(fù)雜問(wèn)題，具有匯集、記憶、檢索有 關(guān)知識(shí)的能力。3. 計(jì)算機(jī)發(fā)展前景展望計(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。計(jì)算發(fā)展如此之快，計(jì)算機(jī) 界據(jù)此總結(jié)出了“摩爾法則”，該法則認(rèn)為 每18個(gè)月左右計(jì)算機(jī)性能就會(huì)提髙一倍。 因此，在未來(lái)，第六代計(jì)算機(jī)發(fā)展方向如下:（1）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 生工程屮發(fā)

5、揮無(wú)法替代的作用。分子芯片體 積可比現(xiàn)在的芯片大大減小，而效率大大提 髙，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s, 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)。（2）光子計(jì)算機(jī)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)屮，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”和“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、

6、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。（3）量子計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)是一類遵循址子力學(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 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)屮極其明顯地表示出 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。

7、因此它將在醫(yī) 療診治、遺傳追蹤和仿位存儲(chǔ)。由于量子卷加效應(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)址子計(jì)算機(jī)能夠?qū)嵭辛孔?并行計(jì)算，其運(yùn)算速度可能比 目前計(jì)算機(jī)的pentiumtiia片快10億倍。（4）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)。納米管元件尺寸在兒到兒十納米 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)。“納米”是一個(gè)計(jì)量 單位，一個(gè)納米等于10-9米，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。現(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)絲直徑的千分納 米計(jì)算機(jī)不僅兒乎不需要耗費(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。（5）生物計(jì)算機(jī)20世紀(jì)80年代以來(lái)，生物工程學(xué)家對(duì)人腦、 神經(jīng)元和感受器的研究?jī)A注了很大精力，以期研制出可以模擬人腦思維、低耗、高教的 第