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浅析计算机及计算机技术的发展趋势

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摘要:未来的计算机技术将向超高速、超小型、平行处理、智能化的方向发展。尽管受到物理极限的约束,采用硅芯片的计算机的核心部件CPU的性能还会持续增长。

关键词:计算机技术发展网络

一、计算机的关键技术继续发展

未来的计算机技术将向超高速、超小型、平行处理、智能化的方向发展。同时计算机将具备更多的智能成分,它将具有多种感知能力、一定的思考与判断能力及一定的自然语言能力。除了提供自然的输入手段(如语音输入、手写输入)外,让人能产生身临其境感觉的各种交互设备已经出现,虚拟现实技术是这一领域发展的集中体现。

传统的磁存储、光盘存储容量继续攀升,新的海量存储技术趋于成熟,新型的存储器每立方厘米存储容量可达10TB(以一本书30万字计,它可存储约1500万本书)。信息的永久存储也将成为现实,千年存儲器正在研制中,这样的存储器可以抗干扰、抗高温、防震、防水、防腐蚀。如是,今日的大量文献可以原汁原味保存、并流芳百世。

二、新型计算机系统不断涌现

硅芯片技术的高速发展同时也意味着硅技术越来越近其物理极限,为此,世界各国的研究人员正在加紧研究开发新型计算机,计算机从体系结构的变革到器件与技术革命都要产生一次量的乃至质的飞跃。新型的量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等将会在21世纪走进我们的生活,遍布各个领域。

1、量子计算机

量子计算机是基于量子效应基础上开发的,它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态,利用激光脉冲来改变分子的状态,使信息沿着聚合物移动,从而进行运算。

量子计算机中数据用量子位存储。由于量子叠加效应,一个量子位可以是0或1,也可以既存储0又存储1。因此一个量子位可以存储2个数据,同样数量的存储位,量子计算机的存储量比通常计算机大许多。同时量子计算机能够实行量子并行计算,其运算速度可能比目前个人计算机的PentiumⅢ晶片快10亿倍。目前正在开发中的量子计算机有3种类型:核磁共振(NMR)量子计算机、硅基半导体量子计算机、离子阱量子计算机。预计2030年将普及量子计算机。

2、光子计算机

光子计算机即全光数字计算机,以光子代替电子,光互连代替导线互连,光硬件代替计算机中的电子硬件,光运算代替电运算。

目前,世界上第一台光计算机已由欧共体的英国、法国、比利时、德国、意大利的70多名科学家研制成功,其运算速度比电子计算机快1000倍。科学家们预计,光计算机的进一步研制将成为21世纪高科技课题之一。

3、生物计算机(分子计算机)

生物计算机的运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。计算机的转换开关由酶来充当,而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。

20世纪70年代,人们发现脱氧核糖核酸(DNA)处于不同状态时可以代表信息的有或无。DNA分子中的遗传密码相当于存储的数据,DNA分子间通过生化反应,从一种基因代玛转变为另一种基因代码。反应前的基因代码相当于输入数据,反应后的基因代码相当于输出数据。如果能控制这一反应过程,那么就可以制作成功DNA计算机。

4、纳米计算机

“纳米”是一个计量单位,一个纳米等于10[-9]米,大约是氢原子直径的10倍。纳米技术是从80年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域,最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子,制造出具有特定功能的产品。

现在纳米技术正从MEMS(微电子机械系统)起步,把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上而构成一个系统。应用纳米技术研制的计算机内存芯片,其体积不过数百个原子大小,相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源,而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。

三、互联网络继续蔓延与提升

今天人们谈到计算机必然地和网络联系起来,一方面孤立的未加入网络的计算机越来越难以见到,另一方面计算机的概念也被网络所扩展。二十世纪九十年代兴起的Internet在过去如火如荼地发展,其影响之广、普及之快是前所未有的。从没有一种技术能像Internet一样,剧烈地改变着我们的学习、生活和习惯方式。全世界几乎所有国家都有计算机网络直接或间接地与Internet相连,使之成为一个全球范围的计算机互联网络。

回顾一下我国互联网络的发展,就可以感受到互联网普及之快。近三年中国互联网络信息中心(CNNIC)对我国互联网络状况的调查表明我国的Internet发展呈现爆炸式增长,2000年1月我国上网计算机数为350万台,2001年的统计数为892万台,翻一番多;2000年1月我国上网用户人数890万;2001年1月的统计数为2250万人,接近于3倍;2000年1月CN下注册的域名数为,2001年1月的统计数为个,接近于3倍;国际线路的总容量目前达2799M,8倍于2000年1月的351M。

四、移动计算技术与系统

随着因特网的迅猛发展和广泛应用、无线移动通信技术的成熟以及计算机处理能力的不断提高,新的业务和应用不断涌现。移动计算正是为提高工作效率和随时能够交换和处理信息所提出,业已成为产业发展的重要方向。

移动计算包括三个要素:通信、计算和移动。这三个方面既相互独立又相互联系。移动计算概念提出之前,人们对它们的研究已经很长时间了,移动计算是第一次把它们结合起来进行研究。它们可以相互转化,例如,通信系统的容量可以通过计算处理(信源压缩,信道编码,缓存,预取)得到提高。

跨入新世纪的门槛,畅想未来之时,我们不妨回顾本世纪人们对计算机的认识。1943年IBM总裁ThomasWason说“我认为全世界市场的计算机需求量约为五台”。1957年美国PrenticeHall的编辑撰文“我走遍了这个国家并和许多最优秀的人们交谈过,我可以确信数据处理热不会热过今年”。1968年IBM的高级计算机系统工程师的微晶片上注解“但是……它究竟有什么用呢?”。1977年数字设备公司的创始人和总裁KenOlson说“任何人都没有理由在家里放一台计算机”。愿我们的所言也将被证明是肤浅的、保守的。

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