计算机技术现状及未来发展之分析.doc

计算机技术现状及未来发展之分析摘 要： 计算机技术正以惊人的速度发展着，更新换代之快令人应接不暇。但是，以传统的、数字计算为基础的电子计算机，在其研究与发展的技术理论与技术手段上，存在着很多限制，严重阻碍着计算机的未来发展。本文从现在电子计算机的发展现状与未来分析着手，从量子计算机、生物计算机两个方面，分析了计算机研究开发领域中的未来发展趋势。关键词： 计算机 电子计算机 量子计算机 生物计算机绪论：自从1958年世界上第一块半导体平面集成电路出现以来，微电子技术以世人震惊的速度发展着，元器件的集成度越来越高，其结构特征也越来越趋于微型化，由此而同步发展的元器件工艺和微电子微细加工技术也在日新月异的高速发展着，使计算机技术在微处理器计算速度、存储介质与容量、机型微巧化等各个方面，在每一年或者数月间就发生一次质的变化与飞跃。但是，在电子计算机空前发展的同时，科技人员在其研发与实践过程中发现，电子元器件及微型化的发展无论在理论上还是在技术上都已趋近极限。许多科学人员已经开始忧虑计算机的未来发展之路，并意识到电子计算机因理论与技术的瓶劲限制，要支撑并保持计算机技术的继续发展，就必须另辟蹊径。1、 电子计算机的发展现状及未来分析电子计算机的发展至今，取得了伟大而惊人的成就，如果说每一年更换一台电脑的话，也跟不上它的快速改代与更新，这一点也不为过。就电子计算机的处理速度与微型化发展来讲，科技人员们仍在不遗余力地进行着，许多尖端的技术产品不断涌出，又在不断地更新换代之中。1、 当前世界上运算速度最快的电子计算机。据报道，今年9月中旬，最新一项全球超级计算机500强在德国揭晓，美国国际商用机器公司(IBM)研制的“蓝色基因/L”超级计算机系统成为世界上运算速度最快的电脑，达到每秒136.8万亿次浮点运算。超级计算机主要应用于解决最复杂的研究课题。新公布的全球最快超级计算机500强中，有294台安装在美国，有114台安装在欧洲，有58台安装在亚洲。说明，当前世界上运算速度最快的计算机仍不能走入寻常百姓家。 在笔记本电脑的发展上，据CNET科技资讯网9月24日消息称，美国当地时间，9月23日，英特尔信息技术峰会，英特尔公司推出了英特尔酷睿 i7移动处理器、英特尔酷睿 i7移动处理器至尊版版以及英特尔 PM55高速芯片组。英特尔酷睿 i7移动处理器可以为要求最为苛刻的任务提供无可比拟的处理能力，包括创建数字视频以及玩计算密集型游戏等。英特尔睿频加速技术和英特尔超线程技术能够在用户最需要的时候提供智能化性能，支持双通道DDR3 1333 MHz内存以及全1 x16或2 x8 PCI Express* 2.0图形功能，适合要求最为苛刻的计算密集型环境。2、当前世界上体积最小的电子计算机。据环球科学信息技术网北京时间9月2日消息，据美国物理学家组织网站报道，目前，日本研制出一种世界上最小的计算机“空间立方体”，这是一款专门为太空环境操作设计的计算机，可用于美国宇航局(NASA)、欧洲宇航局(ESA)和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)进行连接通信空。间立方体的大小只有221.7英寸，大致上与一颗大骰子差不多。然而，它却是一个真实的微型计算机，是由日本Shimafuji公司成功研制的。这款世界上最小的计算机的设计是用于太空环境下使用，其任务是控制不同电子学和操控“星际计算机网络”，目前已在日本开始使用。电子计算机虽然日新月异地发展着，并且在不断地推陈出新，但，在研究与开发的过程中发现，其发展面临着越来越多的困境。3、 电子计算机集成电路已趋近极限。众所周知，现有集成电路的制作技术为光刻过程。因此，电子元器件的线宽与所用的光刻技术中的光源的波长密切相关。我们都知道，以前1024兆的动态随机存储器要达到0.1微米的线宽，如果还要进一步缩小线宽，就需要波长更短的光源。目前，使用的光源是可见光、紫外线、X射线等，因此制作掩膜上的线路线宽可比硅片上的线宽粗4至5倍，图样的大小也可比硅片上的实样大16到25倍，这就比较容易正确地画出来，然后通过透镜聚焦。因此掩膜上的线宽、图样就必须与硅片上的实样相同，要制造如此精细而无缺陷的掩膜，现在似感觉十分困难，已近可能状态。另外对一般光线不透明的材料，对X射线却可能是透明的，这又增加了制造掩膜的难度。何况，就如何获得可靠的X射线光源，也是个亟待解决的课题。电子计算机的处理速度的提升与高集成度的微型化发展，主要归功于微处理器的革新和硬件性价比的提高，取决于微细技术的发展，“简单”的摩尔定律所预测的晶体管密度每一个单位时间就会翻一番的结论有其固有的限制，就像一张纸受限于其物理特性不可能永远不停的对折一样，晶体管的密度也不可能无限制的增长，总会遇到某一物理极限。权威人士认为，尽管还有许多困难，但是，电子计算机在速度与集成度上还会有所发展，不过其微型化的趋势已近极限，如果再小下去，已经超越了微电子技术理论的宏观极限。2、 计算机技术未来发展分析。许多有远见的科学家已经把目光投向新一代计算机的研发上，虽然还有很多理论与技术上的困难，但，这必将是一个势不可挡的计算机发展趋势。1、 科学家看好量子器件及量子计算机二十世纪初发现的大量实验事实表明，电子与光子一样，不仅具有粒子性，同时还具有波动性，即所谓的波粒两象性。当电子所处的空间较大时，波动的性质可以忽略，电子可以作为粒子看待。当电子所处的空间很小时，电子就会表现出明显的波动性，这种波动性所表现出来的种种现象就是“量子效应”。利用量子效应所制作的元器件就是“量子器件”。量子器件不仅体积小，而且工作原理和现在的电子器件完全不一样。电子器件都是通过控制电子的数目来实现信息处理的。例如，开关元件通过有我电子流来控制电路的通、断，呀表示状态“1”或“0”；量子器件不单纯通过控制电子数量的变化，而主要是通过控制电子波动的相位来进行工作的，它能实现更高的响应速度和理低的电力消耗。因此，人们就有可能研制出比现有最小的电子器件还要小的、由单个电子构成的元器件。建立在量子力学理论基础上的计算机，就是量子计算机，它是以量子器件作为处理器部件，利用量子力学理论来进行运算的，与数字计算不同，它更适合于进行模拟计算。例如，要模拟某一星体爆炸时的内核40个粒子的演化时间，如果用数字计算方法，需要设置并计算2（10）X2（40）的矩阵，这样的矩阵才能真实地描述这些粒子的所有量子特性。这就需要进行10（24）次的数字运算操作，如果使用每秒进行1万亿次浮点运算性能的电子计算机，也要运算1万亿秒，即耗费3万多年才能算出结果。然而，使用量子计算机时，利用激光来安排这40个粒子的行为，只要进行100次量子作用，就可完成这一工作，由此可见量子计算机存在的巨大潜力。量子计算机的研究与发展虽然经过了不短的时日，也取得了些许成绩，但许多技术上还需要探讨、改进，距量子计算机称为成功的时期还有很长的路要走，就像1947年贝尔实验室刚刚造出第一个晶体管时那样，那时没有会想到集成电路，更没有能料到集成电路会如此快的发展，以至引起了一次重大的技术革命。谁又敢说量子计算机不会引发一场新的信息技术革命呢？2、 生物计算机前景无限1994年，一位加州科学家首次使用试管中的DNA来解一道简单的数学题，从而产生了利用DNA来储存和处理信息的创意。这一创意也为计算机的带来了新的课题与发展方向。 科学家们在研究中发现，仿生学同样可应用到计算机领域中。并通过对生物组织体研究，发现组织体是由无数的细胞组成，细胞由水、盐、蛋白质和核酸等有机物组成，而有些有机物中的蛋白质分子像开关一样，具有“开”与“关”的功能。因此，人类可以利用遗传工程技术，仿制出这种蛋白质分子，用来作为元件制成计算机。科学家把这种计算机叫做生物计算机。 生物计算机的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子，并以此作为生物芯片。生物元件比硅芯片上的电子元件要小很多，甚至可以小到几十亿分之一米，而且生物芯片本身具有天然独特的立体化结构，其密度要比平面型的硅集成电路高五个数量级如让几万亿个DNA分子在某种酶的作用下进行化学反应就能使生物计算机同时运行几十亿次。生物计算机芯片本身还具有并行处理的功能，其运算速度要比当今最新一代的计算机快10万倍，能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一，存储信息的空间仅占百亿亿分之一。生物芯片一旦出现故障，可以进行自我修复，所以具有自愈能力。生物计算机具有生物活性，能够和人体的组织有机地结合起来，尤其是能够与大脑和神经系统相连。这样，生物计算机就可直接接受大脑的综合指挥，成为人脑的辅助装置或扩充部分，并能由人体细胞吸收营养补充能量，因而不需要外界能源。它将成为能植入人体内，成为帮助人类学习、思考、创造、发明的最理想的伙伴。另外，由于生物芯片内流动电子间碰撞的可能极小，几乎不存在电阻，所以生物计算机的能耗极小。生物计算机具有体积小、运算速度快、功效高、消耗低、可自我修复等优点。这正是未来计算机发展所追求的目标，生物计算机的发展有着美好、不可小觑的发展前景。计算机的发展必须面向人类参与社会活动的需要，还要立足于市场的需要，并依托现代科学理论与技术的不断革新。实践证明，计算