激光計算機(jī)課件

激光計算機(jī)中文名激光計算機(jī)外文名Lasercomputer時間1990年1月29日國家美國研發(fā)實驗室貝爾實驗室1簡史電子計算機(jī)的問題電子計算機(jī)自誕生后,發(fā)展速度是非常快的。由于結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜化和高度集成化,于是出現(xiàn)了一系列難以克服的問題。第一個問題是，盡管在電子元器件中傳輸?shù)氖呛苋醯碾娏鳎S著元器件的高度密集，不僅工作時產(chǎn)生的熱量會急劇增加，而且相鄰的元件也會彼此干擾。第二個問題是，電子計算機(jī)的元器件中，電子的運動速度約為每秒60千米.即便是在神化錢器件中，電子的運動速度也不會超過每秒500千米。也就是說，電子在導(dǎo)體中最快的運動速度遠(yuǎn)不及光子流運動速度，這就大大限制了運復(fù)速度的提高.第三個問題是，由于計算機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能日趨復(fù)雜化，組成運算電路的電子元件也日益增多。為了在有限的面積上容納下更多的元件，人們早就將許許多多元件密集起來，做成一個個小方塊。這類方塊就叫集成塊，或叫集成電路。每個集成塊是通過身上的插腳，固定在位置上,并與整個電路相連的。超大規(guī)模集成塊的插腳數(shù)目是很多的，而且越來越多，已有千余只插腳（如英特爾公司的X79和X99芯片組，就采用了2011根引腳）.若干年后，也許會出現(xiàn)有數(shù)千個插腳的集成塊，它們會占據(jù)很大的地盤，以致騰不出足夠的宅基來安排它們.隨著巨型計算機(jī)的出現(xiàn)，這些問題會日益嚴(yán)重。而要解決這些問題，只有將綜合功能性的計算機(jī)裝置逐一分解成許多功能單一的裝置，然后再用專門的聯(lián)接裝置將它們一個個地連接起來，但這樣一來，計算裝置就會變得更加復(fù)雜化。產(chǎn)生電子計算機(jī),是于上世紀(jì)40年代出生的.此后不久，科學(xué)家們便開始研制光計算機(jī).電子計算機(jī)是以電子輸送信息，而光計算機(jī)是以光子輸送信息。計算機(jī)問世后，科學(xué)家們自然而然地想到使用光元素器件來制造光計算機(jī)?？墒牵O(shè)計和進(jìn)展緩慢，一直沒有結(jié)果。于是，當(dāng)時世界上的光學(xué)權(quán)威，美國斯坦福大學(xué)的卓澤夫.古德曼教授認(rèn)為，以最樂觀的估計，光計算機(jī)的誕生也要遲至21世紀(jì)。1986年，美國有名的敗實驗室發(fā)明了用神化錢制成的光學(xué)開關(guān)。當(dāng)然，這種開關(guān)不是我們?nèi)粘Ｊ褂玫臋C(jī)械式扳動開關(guān)或盤鈕式開關(guān)，這種開關(guān)實質(zhì)上是用邈迎來控制儀器工作或休息的裝置。1990年1月底，貝爾實驗室向大家展示了一臺用光脈沖來計算的實驗裝置。盡管這臺裝置跟普通電子計算機(jī)中的簡單程序處理器一樣，但它的問世畢竟說明光計算機(jī)的研究，已向前邁進(jìn)了一大步。優(yōu)勢如果用激光計算機(jī)，就不存在這些棘手的問題了。在光腦中,輸送信息的是光子，運動速度等于光速度（每秒30萬千米），要比電子運動速度快得多.而且，光子攜帶和傳遞信息的能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于電子。美國、日本的不少公司都在不惜巨資研制激光計算機(jī)。預(yù)計在2025年，將開發(fā)出超級光計算機(jī)，運算速度至少比現(xiàn)有的電子計算機(jī)快1000倍.以激光為基礎(chǔ)的計算機(jī)能廣泛地用來執(zhí)行一些新任務(wù)，例如預(yù)測天氣、氣候等一些復(fù)雜而多變的過程.再如，還可以應(yīng)用在電話的傳輸上.因為電話信號正在逐步由光導(dǎo)纖維中的激光束來傳送,如果用光計算機(jī)來處理這些信號，就不必再像現(xiàn)在這樣，需要在電話局內(nèi)將攜帶聲音的光脈沖轉(zhuǎn)變成電脈沖，經(jīng)曳五撞機(jī)處理后再轉(zhuǎn)換成光脈沖發(fā)送出去。即可以省掉光一電一光的轉(zhuǎn)換過程，直接將攜帶聲音信號的光脈沖加以處理后發(fā)送出去，這樣，便大大提高了傳送效率。由于激光計算機(jī)善于進(jìn)行大量的運算，所以能高效地直接處理視覺形式、聲波形式，以及其他任何自然形式的信息。此外，它還是識別和合成語言、圖畫和手勢的理想工具。這樣，光計算機(jī)就能以最自然的形式進(jìn)行人機(jī)對話和人機(jī)交流.2簡介產(chǎn)生1990年1月29日，美國電話電報公司頌笠驗室的科學(xué)家宣布，貝爾實驗室以美籍華裔科學(xué)家黃庚玨為首的小組，研制成功了第一臺激光計算機(jī)，這種計算機(jī)兩「用激光光束而非電波進(jìn)行數(shù)據(jù)計算和資料處理，它的速度比當(dāng)今最先進(jìn)的超級電子計算機(jī)要快1000多倍，世界計算機(jī)科技將發(fā)生革命性的突破。貝爾實驗室最早研制了晶體管，它使電子技術(shù)進(jìn)入了一個嶄新的階段，改變了人們的生活。這個公司又把激光計算機(jī)與晶體管的發(fā)現(xiàn)相媲美。美國霍爾代爾研究中心信息系統(tǒng)研究室主任寧克認(rèn)為，激光計算機(jī)的研制成功是人類技術(shù)史上的T牛大事，同萊克兄弟制成世界上第一架飛機(jī)相比。美國‘硅谷”的計算機(jī)專家譽它為“新的計算機(jī)里程碑”。第一臺激光計算機(jī)這臺激光處理機(jī)像餐桌面一樣大小，不到30厘米厚，同傳統(tǒng)的電腦中的電子處理器不同，不再用大量的集成電路和硅片，只是由激光開關(guān)、透鏡和平鏡鏡片等一套激光裝置組成.光開關(guān)或激光計算的工作原理是，當(dāng)電壓升到一定程度，光開關(guān)即激光發(fā)射器變得透明了，隨即從中射出一束激光光波，光波由透鏡加以聚集，再經(jīng)平鏡引導(dǎo)、反射到另外的光開關(guān)上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。然后原有光波馬上減弱，射光停止，一輪光波轉(zhuǎn)換結(jié)束，下一輪以同樣的原理和程序接著開始.這種作為光學(xué)處理器核心的光晶體管，被稱為“對稱自光電效應(yīng)”，它的開關(guān)速度一秒可高達(dá)100萬次，科學(xué)家預(yù)計，將來可能制成運算速度每秒幾億次的激光計算機(jī)。激光計算機(jī)的核心部分處理機(jī)是用激光產(chǎn)生的光波代替電波進(jìn)行電腦基本0和1的轉(zhuǎn)換。處理機(jī)是計算機(jī)的心臟，它接收各種信號或資料，根據(jù)程式指令加以處理，然后以新的形式輸出.由于光本身比電能攜帶更多的信號，而且不易受外界干擾，在傳導(dǎo)途中可以同其他光波交叉，但又不會使它處理的數(shù)據(jù)或資料遭到破壞。同時，各種激光計算機(jī)也更容易相互結(jié)合，處理互為交叉的各種問題。由此可見，激光計算機(jī)的資料處理與再處理能力以及儲存量等等，都大大超過傳統(tǒng)的蚯計算機(jī)了。分類和局限性光計算機(jī)有全光學(xué)型和光電混合型。上述母型驗室的光計算機(jī)就采用了混合型結(jié)構(gòu)。相比之下，全光學(xué)型計算機(jī)可以達(dá)到更高的運算速度.研制光計算機(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”?，F(xiàn)有的光學(xué)“晶體管”龐大而笨拙，若用它們造成臺式計算機(jī)I各有輛汽車那么大。因此，要想短期內(nèi)使光學(xué)讓復(fù)機(jī)實用化還很困難。展望科學(xué)家們預(yù)測，在未來的光學(xué)計算機(jī)中，仍然會用到一些電子元件，而不只是光子元件，是一種混合使用的光電計算機(jī)。最早運用的范疇可能并行運算處理器。并行運算的原理是，將一個運算問題劃分為許多個次級運算子題,而并行處理器可以同時處理這次級子題，大大減少了運算的總時間。美國英特爾公司研制的一種并行計算機(jī)，制成了一種超級芯片860，比現(xiàn)有芯片