计算机未来发展趋势

1、计算机未来发展趋势摘要：随着信息技术的发展，计算机在我们的日常生活中扮演了越来 越重要的作用，本文所要论述的就是通过现有的技术以及当今在计算 机领域还在研究中的尖端科技，对于计算机未来的一些展望以及计算 机在未来可能的发展方向。关键词计算机发展方向 微型化计算能力 新型计算机 智能0引言计算机在最近的几十年发展突飞猛进， 是在众多行业中发展最快 的高新领域之一，上世纪九十年代的人还难以预料今天计算机会如此 强大，而今天的我们所预见的未来的计算机又将有几分准确性呢。不管未来的计算机是什么样的，根据现在的研究以及人们的需要来看， 有几个特点可能会在较近的未来实现， 计算机将会更加微型化，计算 能力

2、还会更加强大，而随着计算机与诸多领域的相互渗透， 新型计算 机也会应运而生，此外，计算机的智能化也是人们研究的热点问题。1 “更小更强大”从1946年第一台计算机诞生以来，计算机都在向着计算能力更 强大的方向发展，而随着计算机技术的民用化，为了更方便人们的生 活，计算机又在向着更小的方向发展。“更小更强大”是计算机制造 领域人们追求的目标。随着技术的发展，当今的计算机已经具有很强 的计算能力和便携性，在以后的发展中，计算机要想更小而有计算能 力更强，就需要有更精细更先进的生产技术， 这才能使同样的面积具 有更高的计算能力和更快的速度，现在 CPU的生产技术已经达到纳 米级，CPU的更加微小将同

3、时带动电脑其他部件诸如内存、硬盘、显 卡、主板的微型化，但与此同时，密集化将会产生更大的发热问题， 这就需要研究人员采用更先进的散热技术和优化能力，只有电脑上的 主要部件都微型化，才能实现整台电脑的微型化。但就计算能力而言， 计算机领域著名的摩尔定律并不是一成不变的， 因为分子原子也是有 大小的，现在可以将硅处理到纳米级，但总是会遇到小到不能再处理 的瓶颈，到那时再先进的生产技术也无济于事， 这时便需要考虑到算 法和计算方式的问题。在未来是否会有更加先进的计算方式取代二进 制，是否会有更加简捷的算法，是计算机领域工作者应该考虑的。2新型计算机一方面，一部分人在对现有计算机进行更加深入的研究，

4、而另一 方面，一些人在计算机与其他领域的渗透中不断探索， 研究新型的计 算机。2.1量子计算机量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究，量子计算机是一类 遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的 物理装置。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小开与关的状态，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。量子计算机中的数 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

5、量子并行计算，其运算速度可能比目前计算机的 Pcntiumlll晶片快10亿倍。除具有高速并行处理数据的能力外，量子 计算机还将对现有的保密体系、国家安全意识产生重大的冲击。无论是量子并行计算还是量子模拟计算， 本质上都是利用了量子 相干性。世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。 目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核白旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。量子编码采用纠 错、避错和防错等。量子计算机使计算的概念焕然一新。利用量子力学原理设计，由量子元件组装的量子计算机，不仅运 算速度快，存储量大，功耗低，而且体积小。一个超高速计算机可以 放在口袋里

6、，人造卫星的直径可以从数米减小到数十厘米。目前，量 子计算机正在开发研制阶段，随着毫微技术的进步和毫微米级加工技 术的发展，科学家们认为，量子计算机的心脏一微处理器将在 5年左 右研制成功，世界上第一台量子计算机有望在 10年后诞生。我国量 子信息专家宣称，将在5年内研制出实用化的量子密码，来服务于社 会。美国、英国、以色列等国家都先后开展了有关量子计算机的基础 研究，正在开发中的量子计算机有三种类型：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年有可能普 及量子计算机。2.2光子计算机光子计算机是利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。光 子计算机即

7、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。在光子计算机 中，不同波长的光代表不同的数据，可以对复杂度高、计算量大的任 务实现快速地并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指 数上升。与电子计算机相比，光子计算机的信息传递平行通道密度极大。 一枚直径5分硬币大小的棱镜，它的通过能力超过全世界现有电话电 缆的许多倍。光的并行、高速，天然地决定了光计算机的并行处理能 力很强，具有超高速运算速度。超高速电子计算机只能在低温下工作， 而光计算机在室温下即可开展工作。光计算机还具有与人脑相似的容 错性。系统中某一元件损坏或出错时，并不影响最

8、终的计算结果。1990年1月29 口美国研制出全球首台试验光子计算机，用碑化稼光子开关，体积小、速度快，运算速度为每秒10亿次，具有广阔 的发展前景。目前，世界上第一台光子计算机已由欧共体的英国、法国、比利时、德国、意大利的 70多名利一学家研制成功，其运算速 度比电子计算机快1000倍。科学家们预计，光子计算机的进一步研 制将是二十一世纪高科技领域的重大课题。2.3分子计算机分子计算机体积小、耗电少、运算快、存储量大。分子计算机的 运行是吸收分子晶体上以电荷形式存在的信息， 并以更有效的方式进 行组织排列。分子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。转换开关为酶，而

9、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。 生物分子组成的计算机具备 能在生化环境下，甚至在生物有机体中运行，并能以其它分子形式与 外部环境交换。因此它将在医疗诊治、遗传追踪和仿生工程中发挥无 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、白动机模型、仿生算法、分子化学反应算法等几种类型。分子芯片体积可 比现在的芯片大大减小，而效率大大提高，分子计算机完成一项运算， 所需的时间仅为10微微秒，比人的思维速度快100万倍。分子计算 机具有惊人的存贮容量,1立方米的DNA溶液可存储1万亿亿的二进 制数据。分子计算机消耗的能量非常小，只有电子计算机的十亿分之 一。由于分子

10、芯片的原材料是蛋白质分子， 所以分子计算机既有白我 修复的功能，又可直接与分子活体相联。美国已研制出分子计算机分 子电路的基础元器件，可在光照几万分之一秒的时间内产生感应电流。 以色列科学家已经研制出一种由 DNA分子和酶分子构成的微型分子 计算机。预计20年后，分子计算机将进入实用阶段。2.4纳米计算机纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机。纳米管元件 尺寸在几到几十纳米范围，质地坚固，有着极强的导电性，能代替硅 芯片制造计算机。“纳米”是一个计量单位，大约是氢原子直径的10倍。纳米技术是从20世纪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白己的意志直接操纵单个原子

11、，制造出具有特定功能的产品。现在纳米技术止从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，其体积只有数百个原子大小，相当 于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机不仅儿几乎不需要耗费任 何能源，而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。 美国正在研制一 种连接纳米管的方法，用这种方法连接的纳米管可用作芯片元件， 发 挥电子开关、放大和晶体管的功能。专家预测，10年后纳米技术将会走出实验室，成为科技应用的一部分。纳米计算机体积小、造价低、 存量大、性能好，将逐渐取代芯片计算机，推动计算机行业的快速发O3计算机的智能化白从计算机诞生

12、以来，对于这样一个无生命的机器怎样实现智能 化一直是人们感兴趣的话题，计算机智能与人工智能有许多相似之处， 但计算机智能并不能完全等同于人工智能， 人工智能是一个学科领域， 包括许多研究和应用方向，如白然语言理解、机器人、专家系统等。 主要目标是使计算机具有类似人类的认知、学习、理解、表达、推理 等思维能力和行为能力，是一个以计算机为核心平台涉及白然科学和 社会科学多方面的综合性学科。计算机智能是方法或模型，主要研究 信息在计算机中的获取、存储、处理和输出的过程，使信息变得更有 效率和更有效果，它是计算机专业技术中的一门技术。 对于智能计算 机的发展历程，虽然人们已经付出了很大努力，也取得了不

13、少成果， 诸如在工业生产领域的智能化与白动化， 但真正意义上的智能计算机 与我们还有很远的距离。计算机智能化的研制离不开对智能本质的认 识，他的实现还需要智能科学的进一步发展。另一方面，智能计算机 的发展也要与计算机科学技术本身的发展相呼应。我们有理由相信， 聪明的计算机科学工作者们肯定能想出更好的办法突破冯 诺依曼的 框架，真正实现计算机的智能化。4论述和讨论关于计算机未来的发展趋势，不同的人有不同的看法，不同的人 也会从不同的方面去探讨，但无论如何，出发点都是为了能够更好地 帮助人学习、工作、计算、娱乐等等，为了更能方便人的生活，更好 地完成更加艰巨复杂的任务，所以，计算机会基于这些进行不断地改 造与创新，当一种技术或基本架构遭遇瓶颈时，新的技术就会诞生， 这就是计算机不断改进和创新的动力。 对于上文的诸多方面，很多已 经即将或是快要实现，而有一些则距离现实还有很大距离， 甚至有些 研究会是失败的，但这完全不能阻挡计算机的发展， 也不会阻止与计 算机有关的新技术的产生。结论以上对于计算机的展望并不是全面的，也只是从一些侧面简单谈一谈计算机可能发展的方向，从第一台计算机诞生的那一天起，计算机就将注定改变人类的历史；从第一台个人计算机诞生的那一天起， 计算机便注定与我们的生活有着密切联系。在当今社会，计算机已经渗透到社会的每一个角落，未来的计算机将发挥更大的作用，计