計算機未來發(fā)展趨勢PPT

1、計算機未來發(fā)展趨勢,1,隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，PC將成為我們工作上的工具，生活中的控制中心是必然的事情。計算機的未來充滿了變數(shù)。性能的大幅度提高是不可置疑的，而實現(xiàn)性能的飛躍卻有多種途徑。不過性能的大幅提升并不是計算機發(fā)展的唯一路線，計算機的發(fā)展，還應(yīng)當變得越來越人性化，同時也要注重環(huán)保等等?；诩呻娐返挠嬎銠C短期內(nèi)還不會退出歷史舞臺。但一些新的計算機正在躍躍欲試地加緊研究，這些計算機是：超導(dǎo)計算機、納米計算機、光計算機、DNA計算機和量子計算機等。,2,超導(dǎo)計算機,芯片的集成度越高，計算機的體積越小，這樣才不致因信號傳輸而降低整機速度。但這樣一來就使機器發(fā)熱嚴重。解決問題的出路是研制超導(dǎo)計

2、算機。 電流在超導(dǎo)體中流過時，電阻為零，介質(zhì)不發(fā)熱。1962年，英國物理學(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），當對其兩端加電壓時，電子就會像通過隧道一樣無阻擋地從絕緣介質(zhì)穿過，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)體計算機相比，使用約瑟夫遜器件的超導(dǎo)計算機的耗電量僅為其幾千分之一，而執(zhí)行一條指令所需的時間卻要快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1萬個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)計算機。,3,納米計算機,在納米尺度下，由于

3、有量子效應(yīng)，硅微電子芯片便不能工作。其原因是這種芯片的工作，依據(jù)的是固體材料的整體特性，即大量電子參與工作時所呈現(xiàn)的統(tǒng)計平均規(guī)律。如果在納米尺度下，利用有限電子運動所表現(xiàn)出來的量子效應(yīng)，可能就能克服上述困難?？梢杂貌煌脑韺崿F(xiàn)納米級計算，目前已提出了四種工作機制： （1）電子式納米計算技術(shù)； （2）基于生物化學(xué)物質(zhì)與DNA的納米計算機； （3）機械式納米計算機； （4）量子波相干計算。它們有可能發(fā)展成為未來納米計算機技術(shù)的基礎(chǔ)。,4,光子計算機,與傳統(tǒng)硅芯片計算機不同，光計算機用光束代替電子進行計算和存儲：它以不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù)，以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數(shù)據(jù)從一個芯片傳送到另一個

4、芯片。研制光計算機的設(shè)想早在20世紀50年代后期就已提出。1986年，貝爾實驗室的戴維.米勒研制成功小型光開關(guān)，為同實驗室的艾倫.黃研制光處理器提供了必要的元件。1990年1月，黃的實驗室開始用光計算機工作。光計算機有全光學(xué)型和光電混合型。上述貝爾實驗室的光計算機就采用了混合型結(jié)構(gòu)。相比之下，全光學(xué)型計算機可以達到更高的運算速度。研制光計算機，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，若用它們造成臺式計算機將有輛汽車那么大。因此，要想短期內(nèi)使光學(xué)計算機實用化還很困難。,5,光子計算機,6,DNA計算機,1994年11月，美國南加州大學(xué)的阿德勒曼博

5、士用DNA堿基對序列作為信息編碼的載體，在試管內(nèi)控制酶的作用下，使DNA堿基對序列發(fā)生反應(yīng)，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)運算。阿德勒曼在科學(xué)上公布了DNA計算機的理論，引起了各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。阿德勒曼的計算機的計算與傳統(tǒng)的計算機不同，計算不再只是簡單的物理性質(zhì)的加減操作，而又增添了化學(xué)性質(zhì)的切割、復(fù)制、粘貼、插入和刪除等種種方式。 DNA計算機的最大優(yōu)點在于其驚人的存儲容量和運算速度：1立方厘米的DNA存儲的信息比一萬億張光盤存儲的還多；十幾個小時的DNA計算，就相當于所有電腦問世以來的總運算量。更重要的是，它的能耗非常低，只有電子計算機的一百億分之一。 與傳統(tǒng)的“看得見、摸得著”計算機不同，目前的DNA計

6、算機還是躺在試管里的液體。它離開發(fā)、實際應(yīng)用還有相當?shù)木嚯x，尚有許多現(xiàn)實的技術(shù)性問題需要去解決。如生物操作的困難，有時輕微的振蕩就會使DNA斷裂；有些DNA會粘在試管壁、抽筒尖上，從而就在計算中丟失了預(yù)計，10到20年后，DNA計算機才可能進入實用階段。,7,DNA計算機,8,DNA計算機在與人對玩游戲中取勝,9,量子計算機,量子計算機以處于量子狀態(tài)的原子作為中央處理器和內(nèi)存，利用原子的量子特性進行信息處理。由于原子具有在同一時間處于兩個不同位置的奇妙特性，即處于量子位的原子既可以代表0或1，也能同時代表0和1以及0和1之間的中間值，故無論從數(shù)據(jù)存儲還是處理的角度，量子位的能力都是晶體管電子位

7、的兩倍。對此，有人曾經(jīng)作過這樣的比喻：假設(shè)一只老鼠準備繞過一只貓，根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)理論，它要么從左邊過，要么從右邊過，而根據(jù)量子理論，它卻可以同時從貓的左邊和右邊繞過 量子計算機在外形上有較大差異，它沒有盒式外殼；看起來像是一個被其它物質(zhì)包圍的巨大磁場；它不能利用硬盤實現(xiàn)信息的長期存儲；但高效的運算能力使量子計算機具有廣闊的應(yīng)用前景。 如何實現(xiàn)量子計算，方案并不少，問題是在實驗上實現(xiàn)對微觀量子態(tài)的操縱確實太困難了。這些計算機機異常敏感，哪怕是最小的干擾-比如一束從旁邊經(jīng)過的宇宙射線-也會改變機器內(nèi)計算原子的方向，從而導(dǎo)致錯誤的結(jié)果。目前，量子計算機只能利用大約5個原子做最簡單的計算。要想做任何有

8、意義的工作都必須使用數(shù)百萬個原子,10, Orion量子計算機, 用于將量子計算機冷卻在5K 溫度下的散熱裝置,集成了16個量子比特的計算機 , Orion量子計算機,11,人工智能的發(fā)展前景,人工智能是人造的智能,是計算機科學(xué)、邏輯學(xué)、認知科學(xué)交叉形成的一門科學(xué)。其基本目標就是使機器表現(xiàn)出類似人類的智慧,使機器具有類似人類的智能行為,使機器思維(Making Machine“Think”)。智能接口技術(shù)是研究如何使人們能夠方便自然地與計算機交流。為了實現(xiàn)這一目標，要求計算機能夠看懂文字、聽懂語言、說話表達，甚至能夠進行不同語言之間的翻譯，而這些功能的實現(xiàn)又依賴于知識表示方法的研究。,因此，智

9、能接口技術(shù)的研究既有巨大的應(yīng)用價值，又有基礎(chǔ)的理論意義。目前，智能接口技術(shù)已經(jīng)取得了顯著成果，文字識別、語音識別、語音合成、圖像識別、機器翻譯以及自然語言理解等技術(shù)已經(jīng)開始實用化。,12,未來計算機的發(fā)展方向,隨著計算機信息技術(shù)滲透到經(jīng)濟社會生活的各個領(lǐng)域，世界正逐步進入到以信息產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的新經(jīng)濟時代，互聯(lián)網(wǎng)、移動電話、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，對人類經(jīng)濟社會將產(chǎn)生巨大的影響。到2020年，計算機將具備各種基本感覺功能，包括聽、說、看、嗅、觸等，這是我們目前正在研究的方向。 對計算機未來的發(fā)展，能概括為三個方面：一是向“高”的方向。性能越來越高，速度越來越快。主要表現(xiàn)為計算機的主頻越來越高；二是向并行處

10、理發(fā)展。器件速度通過發(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)還可以提高幾個數(shù)量級。以大規(guī)模并行為標志的體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新與進步，是提高計算機系統(tǒng)性能的另一重要途徑；第三個方向便是“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，這是計算科學(xué)需要解決的重要課題，這不是簡單地點擊一個網(wǎng)站,里面就能搜索到與其相匹配的內(nèi)容，而是需要計算機將收集到的知識系統(tǒng)化。人機界面也將變得更加智能友好未來你可以用你的自然語言與計算機打交道，甚至可以用你的表情、手勢等各種方式同時與計算機進行溝通。,13,人機間的生理界限將消失,早在今年年初，微軟董事長比爾蓋

11、茨在接受英國廣播公司采訪時曾預(yù)言，電腦鍵盤和鼠標將會被更新?lián)Q代，在未來5年內(nèi)逐步被更為自然、更直觀性的科技手段代替，觸摸式、視覺型以及聲控界面會被廣泛應(yīng)用。然而事物的發(fā)展是否真能如人所愿呢？ 有多項計算機發(fā)明的發(fā)明人、留日學(xué)者邱波認為，常規(guī)媒介有很大的局限性，例如鼠標外接于主機，在操作時由于鍵盤與鼠標（或手寫板）分離，需要頻繁的移動前臂，工作效率低，同時攜帶也不方便。隨著電腦、電視、手機、PDA等的融合趨勢越來越明顯，新一代人機交互系統(tǒng)孕育而生，如觸摸式、視覺型以及聲控界面都將被廣泛應(yīng)用到計算機領(lǐng)域。 因此，當人機交互裝置從“鼠標鍵盤時代”走向“觸摸式”、“聲控界面”或“視覺型”時，人機之間的

12、生理界限將逐步消失，乃至徹底消失。到那個時候，人類可以直接通過語言和機器進行控制和交流，甚至只需要一個眼神、一個手勢，計算機就能很快做出反應(yīng)，見機行事。另外，在未來，一些超微型的計算機系統(tǒng)將被植入人體，充當人的感覺、生理器官，由此計算機與人會復(fù)合成一體，界限消失。,14,不用鍵盤，扔掉鼠標，能辨聲識像的未來電腦將帶來一種新的人機交流模式。微軟最近的一項分析報告描繪出了計算機新的未來之路人與計算機之間的生理界限將在10年后徹底消失。那么未來十年，計算機將怎樣與您親密接觸 呢。 最近，美國微軟公司發(fā)布了一項題為人類的本質(zhì)：2020年的人機交互的分析報告，稱人與計算機之間的生理界限將在10年后徹底消

13、失，與此同時，人類對技術(shù)的依賴將有所增強，人們?nèi)粘Ｊ褂玫氖髽?、鍵盤和顯示器等常規(guī)媒介將發(fā)生變化，變成更為直觀的媒介，例如觸摸屏輸入系統(tǒng)和聲音識別系統(tǒng)。那么，到了2020年，計算機將發(fā)展到什么程度？人機之間的生理界限會真的消失嗎？,15,創(chuàng)造更為直觀的媒介,何謂“更為直觀的媒介？類似觸摸屏、手寫板、語音輸入這種更自然、更人性化、更隨意的觸聲型接口以及圖像視覺型接口，使得人與機器間的交流就像人與人之間的交流一樣更為直接。 隨著計算機技術(shù)的普及，20世紀90年代初，出現(xiàn)了一種新的人機交互技術(shù)觸摸屏輸入技術(shù)。這種技術(shù)，用戶只要用手指輕輕觸碰計算機顯示屏上的圖符或文字，就能實現(xiàn)對主機的操作，使人機交互更

14、為方便。因此，觸摸屏技術(shù)已成為當前最流行的人機交流輸入設(shè)備。無論您是在商場購物，還是在銀行存取款，觸摸式的自動服務(wù)器都為您提供了快捷的服務(wù)。觸摸屏技術(shù)是一種極有發(fā)展前途的交互式輸入技術(shù)，隨著研發(fā)力量的投入，新型觸摸屏不斷涌現(xiàn)。如現(xiàn)在廣泛使用的指點式信息查詢系統(tǒng)，如電子公告板，具有亮度高、圖像清晰、易于交互等特點，收到了非常好的效果。隨著技術(shù)的發(fā)展，觸摸屏的發(fā)展將呈現(xiàn)出專業(yè)化、多媒體化、立體化和大屏幕化的趨勢，未來觸摸屏的識別和顯示精度也將大幅度提高,16,語音識別技術(shù)有待突破,如果從聲音識別系統(tǒng)的發(fā)展來看，要達到“人與計算機之間的生理界限徹底消失”目前困難較大。聲音識別系統(tǒng)是人與機器交流最自然

15、的方式，然而這方面的研究目前在全世界還是難題，技術(shù)突破還有困難。不同的聲音識別需要經(jīng)過特定而長期的訓(xùn)練，如今只能達到有限思維、特定詞匯量、特殊群體的特定語音識別。到2020年，語音識別技術(shù)會發(fā)展到何種程度還很難預(yù)測。,17,隨身可穿戴的數(shù)碼產(chǎn)品,穿戴機實際上是指新一代個人移動計算機系統(tǒng)和數(shù)字化產(chǎn)品。攜帶和使用這種產(chǎn)品非常方便，特別適合室外和機動場合下應(yīng)用，具有許多獨特功能?，F(xiàn)在的可穿戴機已經(jīng)能做到衣服內(nèi)部，使計算機就如同衣服般附著在人體上。有的可穿戴機被做成手表、背包、戒指、發(fā)卡等人們隨身佩戴的小飾品形式。佩戴這些小飾品可以幫助打臺球的人準確測定角度與力度，不會跳舞的人佩戴這些小飾品能知道該怎

16、么走舞步。有人還試圖將可穿戴機壓縮成片，將計算機芯片植入人體的表皮之下，后來由于安裝不便放棄了，但這在以后極有可能成為現(xiàn)實。,18,穿越時空“自由辦公”,“一個互相聯(lián)系的數(shù)碼媒介意味著，人類可以從所處的任何地方與世界各地取得聯(lián)系。那種身處工作場所與在家之間的區(qū)別將不復(fù)存在，私人時間和工作時間的區(qū)別也將隨之消失?！泵绹④浌驹谧罱}為人類的本質(zhì)：2020年的人機交互的報告中指出。通過無線、有限網(wǎng)絡(luò)，人們可以隨時隨地發(fā)電子郵件，從所處的任何地方和世界各地視頻通話、取得聯(lián)系，讓世界變的“零距離”。這種“自由辦公”在我們身邊其實已有存在，“在日本，有一些做保證金和股票交易的工作人員，提著筆記本電腦自

17、由辦公，因為職業(yè)需要，他們必須隨時隨地與外匯市場或股票市場保持實時聯(lián)系。”,19,神奇的神經(jīng)計算機,模仿人類大腦功能的神經(jīng)計算機已經(jīng)開發(fā)成功，它標志著電子計算機的發(fā)展進入第六代。第六代電子計算機是模仿人的大腦判斷能力和適應(yīng)能力，并具有可并行處理多種數(shù)據(jù)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機。與以邏輯處理為主的第五代計算機不同，它本身可以判斷對象的性質(zhì)與狀態(tài)，并能采取相應(yīng)的行動，而且它可同時并行處理實時變化的大量數(shù)據(jù)，并引出結(jié)論。以往的信息處理系統(tǒng)只能處理條理清晰，經(jīng)絡(luò)分明的數(shù)據(jù)。而人的大腦卻具有能處理支離破碎，含糊不清信息的靈活性，第六代電子計算機將類似人腦的智慧和靈活性。電子計算機的發(fā)展已經(jīng)進入了第六代，這種

18、發(fā)展可能僅僅是剛起步，前途沒有止境。 人腦有140億神經(jīng)元及10億多神經(jīng)鍵，每個神經(jīng)元都與數(shù)千個神經(jīng)元交叉相聯(lián)，它的作用都相當于一臺微型電腦。人腦總體運行速度相當于每秒1000萬億次的電腦功能。用許多微處理機模仿人腦的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，采用大量的并行分布式網(wǎng)絡(luò)就構(gòu)成了神經(jīng)電腦。神經(jīng)電腦除有許多處理器外，還有類似神經(jīng)的節(jié)點，每個節(jié)點與許多點相連。若把每一步運算分配給每臺微處理器，它們同時運算，其信息處理速度和智能會大大提高。,20,未來計算機猜想,未來的計算機，首先便攜性將非常突出，大小估計只是我們現(xiàn)在的IPHONE那么大，但卻具有計算機的所有功能。因為未來計算機將隨時隨地被大家所需要，他將集成我們生

19、活中基本應(yīng)用的所有需求。打電話、上網(wǎng)聯(lián)通等功能都將是基本功能，經(jīng)過加密的計算機還將是我們所有電子資料的儲存器。,21,未來的計算機將不再有顯示屏，移動設(shè)備越小，也就意味著計算機將變得越來越小，而越小的計算機可視面積必將會變得更小，超別攜也就必須犧牲相應(yīng)的可視面積。然而未來隨著投影技術(shù)的發(fā)展，我們曾經(jīng)在科幻電影里看到的，將計算機投影到空氣中的技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用。我們像手機一樣大小的計算機，將不再需要顯示屏，而顯示的內(nèi)容將以一個非常小的鏡頭投影到空氣之中，或者人們可以戴著特殊的眼鏡，作為顯示屏，那樣我們不但能擁有超級小的主機，而且還能極大地提高視覺效果。,22,人機交互將不再依賴于鼠標和鍵盤，從0

20、1編碼輸入到鍵盤鼠標可謂是計算機人機交互的一種革新，但如果我們的計算機像手機那么小了，我們卻還需要攜帶巨大的鼠標鍵盤，或者依靠像手機鍵盤那么小的輸入設(shè)備極其困難的輸入，那將對我們的應(yīng)用造成非常大的麻煩。所以我們的科學(xué)家已經(jīng)看到了這個問題，并將人機交互作為一個重點研究對象。這次IDF，從人機交互上，發(fā)布了兩項新技術(shù)，一個是人們可以通過一根筆，在投影屏幕上只有點擊控制計算機，同時也通過手寫輸入，很好的將文字內(nèi)容命令輸入計算機。另外就是發(fā)布了一個能感知人腦的設(shè)備，計算機可以通過這個感知設(shè)備，明白人腦的想法。我相信未來，這個技術(shù)將大行其道，并取代鍵盤鼠標。人腦和電腦將實現(xiàn)最終的對接溝通，不再需要人腦通

21、過神經(jīng)在通過手的動作，然后敲擊鍵盤移動鼠標來實現(xiàn)相應(yīng)的命令，輸入到電腦里面。無縫對接以后，我們腦子想什么，電腦就能完全根據(jù)我們所想，做出相應(yīng)的反饋。,23,計算機不再需要電源線，在這次的IDF上，賈斯汀發(fā)布了無線電源這個裝置，將來的計算機進入機場或者房間，它不再需要電池供電，反而能給電池充電！根據(jù)麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家們提出的原理，英特爾研究人員一直在研究無線共振能量鏈接（WREL）技術(shù)。賈斯汀演示了無需任何插頭或電線即可點亮60瓦電燈泡的精彩一刻，完全可以滿足一般筆記本電腦的電源需求。WREL的魅力在于它能夠安全、高效地實現(xiàn)無線供電。這一技術(shù)依靠一組強力耦合共振器，其原理類似于一位訓(xùn)練有素的歌手用嗓音振碎一個玻璃杯。當遇到接收共振器的自然頻率時，能量就會被有效吸收，其原理與玻璃杯吸收符合其自然頻率的聲能一樣。如果該技術(shù)得以實現(xiàn)，那么便攜電腦在距離發(fā)射共振器幾英尺遠的地方就可以進行電池充電。雖然還有很多工程難題