對未來計算機及其核心技術的探究

陸莉芳

摘 要：計算機技術在近些年來獲得了極大發展并且在現代生活中發揮了越來越重要的作用，已經成了現代生活、生產不可或缺的元素。時代在發展，科技在進步，計算機及其核心技術也在不斷更新中。本文主要討論計算機在未來的發展，以及其核心技術的發展方向，以期對計算機的研究有所助益。

關鍵詞：未來；計算機；核心技術；發展方向

1 計算機的發展史

第一臺計算機于1942年出現在賓夕法尼亞大學，這臺計算機的出現標志著計算機時代的到來。第一臺計算機的制作初衷是為了計算火炮彈道，主要用于軍事用途。這一代的計算機采用的是電子線路執行邏輯運算、算術運算與信息存儲的計算機，其計算速度相較于繼電器計算機快一千倍。但是，這臺計算機的程序設備仍然是外加式，并且存儲容量也相對較小，尚不具備現代計算機的特征。

1945年數學家馮諾依曼提出了更為先進的邏輯結構并且應用于計算機制造，計算機自動化程度提高，開始進入了發展時期。該時期的計算機開始應用到工業與生活中。到20實際中期以后，計算機技術便進入了高速發展時期，計算機的組成也更加復雜，由單純的硬件變為了硬件、固件與軟件三部分組成。同時，計算機的系統與性能不斷提高，計算機的種類也呈多樣化，出現了大型計算機、通用計算機、小型計算機、微型計算機等類型。此外，還出現了一些專用計算機，如模擬數字混合計算機、特殊類型的控制計算機等。進入到20世紀70年代后計算機的研究與生產能力大增，計算機的性能得到了很大提升。尤其是微型計算機開始進入大規模生產時期，進入到了生產生活的各個領域。微型計算機在很短的時間內便進入到了家庭、企業、機關與研發單位中，發展到現在，微型計算機已經成為了社會生活與工作中不可或缺的部分。

2 計算機的發展趨勢

未來計算機主要呈現兩個方向：微型計算機與超極計算機。超極計算機應用于較重要的科研與工業技術，注重強大的計算能力。超極計算機采用平行處理技術，可以使計算機系統在同一時間處理多個數據或者執行多條指令。在未來，超極計算機的計算能力仍將被進一步提升，并且應用領域也將進一步擴大。在未來，軍事技術、科研技術空間技術、經濟分析技術等都將用到超極計算機。可以說，未來計算機技術的發展主要方向之一是計算能力與速度的提升。

此外，分子計算機技術也在研究中，在未來可能成為現實。這些都是未來計算機的發展趨勢，而對其核心技術的發展我們在接下來的文章中將進行細解。

3 計算機核心技術的發展

⑴量子計算機。量子計算機是在量子效應基礎上研究出來的，它利用某種鏈狀分子聚合物的特性來表達開與關的狀態，并利用激光脈沖來改變分子狀態，促使信息沿著聚合物移動從而實現運算活動。量子計算機介于構架與器件之間，其中的數據用量子位進行儲存。量子具有疊加效應，故而，一個量子位既可以是1也可以是0，既可以存儲1又可以存儲0，也就是說一個量子位可以存儲兩個數據。同樣數量的存儲，量子計算機的存儲量相較于其他計算機要大很多。量子計算機還可實行量子并行計算，運算速度非常快。

⑵光子計算機。光子計算機也就是全光數字計算機，該計算機的核心理念是以光子代替電子、光硬件代替電子硬件、光互聯代替導線互聯、光運算代替電運算。相較于電子計算機，光計算機的信息傳遞平行通道密度更大，通道的通過能力是電話電纜的幾倍。同時，光具有高速、并行的特性，這也決定了光子計算機的處理能力更強、運算速度更快。在當前，超高速計算機只能在低溫狀態下工作，而具有同樣運行速度的光子計算機在室溫下即可工作。光子計算機還具有容錯性，某一原件損壞或出錯不會影響到最終的計算結果。現在，光子計算機已經研究成功，可以預計的是，在不久的將來，光子計算機將成為計算機的主要研究發展方向，會像當前計算機一樣普及，并且在社會生活工作中發揮更大的作用。

⑶納米計算機。目前硅芯片發展到現階段已經到達其物理極限，它的體積無法再縮小，通電與斷電的頻率也無法再提高，其功耗的提升空間也已經很小。解決這些問題，很重要的途徑是研制納米晶體管，并采用納米晶體管制作納米計算機。應用納米技術進行計算機的研究制造不僅能夠減小計算機的體積更能提升其工作效率、降低其功耗、現階段納米計算機的研究已經取得了很大成績，在未來必然可以實現推廣應用。

⑷生物計算機。生物技術是未來的主要發展技術之一，生物計算機的工作過程是蛋白質分子與周圍介質的相互作用過程。在生物計算機中，酶充當計算機的轉換開關，而酶合成系統的本身與蛋白質的結構將進行系統的體現。蛋白質分子比硅片上的電子元件小很多，并且彼此距離更近，生物計算機完成一項運算所需時間甚至比人的思維速度快百萬倍，是現代計算機無法比擬的。同時，DNA分子計算機具有驚人的存儲容量，與極低的能量消耗，是電子計算機的十億分之一。

總之，未來計算機的發展將建立在現有技術的發展之上，其發展程度甚至會超過人類的預期又或許會極大程度代替人力成為社會發展新動力。但，不管怎樣的發展都要以人類的需求為根本，以為人類提供便利為原則，我們要謹記這一點，把握計算機的發展方向，不使其發生偏差。

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