計算機科學與技術發展趨勢研究

摘要：計算機科學與技術的發展日新月異，因此，我們要把握其發展趨勢，才能更好的推動計算機科學與技術的發展。本文分析了計算機科學與技術發展迅速的原因，并就計算機技術的幾個具體發展趨勢進行了探討。

關鍵詞：計算機科學 技術 發展 趨勢

計算機科學與技術與我們的社會、生活、工作等方方面面都息息相關，因此，分析計算機科學與技術發展的趨勢問題具有十分重要的現實意義。為此，本文分析了計算機科學技術的發展趨勢，以下是本人對此問題的幾點看法。

一、計算機技術發展迅速的原因

首先，經常性、連續性、創造活動的出現。經常連續不斷的創造性活動是推動計算機技術快速發展的動力之一。這種創造性活動在本質上是在對大量信息進行處理的現實需求的推動之下的計算機相關的科學理論的不斷的更新和發展。

1.現實的需求是計算機科學與技術創新的動力。計算機的興起，很大程度上是由于第二次世界大戰對信息處理的迫切需求。這使得大量的相關的資源和人力可以投入到計算機的研究和開發的過程中，促使了計算機的誕生。而計算機的民用化是由于研究所、政府部門以及大學的實驗室對信息處理的需求不斷的增強。尖端技術領域和工程設計領域對計算機的運算速度和儲存容量有著更加高的需求。這一切都讓經常連續性的創造活動不斷的迸發。在商業計算機領域，比對手搶先一步發布新的計算機產品往往意味著比對手占有更多的市場份額。這樣，在利潤最大化需求以及競爭壓力的驅動下，使得企業不斷的加大科研力度，加快新技術的開發與研制，使得計算機技術的發展能夠跟上市場的需求。這無疑促進了計算機科學與技術的更新速度。

2.計算機技術理論的發展促進了技術的進步。從事計算機技術相關研究的科學家在反復的實驗中，獲得了大量的設計靈感和理念，這些理論往往又會在計算機的產品中得到表現。理論上可行的技術還必須經過實踐的檢驗。甚至有時候試錯的過程也會帶來意想不到的靈感，從而帶來新的計算機設計理念。例如，鋁硅觸面在集成電路的實際應用中經常出現問題，在試錯的過程中，鋁硅氧化物被發現，這直接推動了超大規模型集成電路的發展。同時，新技術的不斷發現又會推動更新技術的產生。例如，鋁硅肖特基勢壘就是在鋁硅氧化物觸面控制的基礎上被攻破的。在試錯的過程中，通過對經驗的歸納總結，發現了大量的計算機技術，不斷的進行著研究、開發、設計和演化。這個過程的不斷的循環往復，催生了大量的新的計算機技術。

3.信息共享是計算機科學與技術發展的基礎。在計算機科學與技術的領域內，信息共享是其進步的基礎和關鍵。在信息共享的基礎上，創新活動可以獲得最新的技術與資料的支持，這樣的技術起點比較高，可以避免浪費，縮短研究周期、提高研究質量。其次，穩定明顯和迅速的選擇機制。當兩個價值相近的技術同時出現而只能選擇一個的時候，往往需要很長的一段時間進行相關的論證，而在這段論證的時間內，最后的選擇往往受到很多不確定因素的影響。因此，在這個論證的過程中，要充分發揮各種選擇機制，盡量做到全方位、多角度進行論證。

二、各種新型計算機

硅芯片技術高速發展的同時，也意味看硅技術越來越接近其物理極限。為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發新型計算機，計算機的體系結構與技術都將產生一次量與質的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、分子計算機、納米計算機等，將會在二十一世紀走進我們的生活，遍布各個領域。

1.量子計算機。量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究。量子計算機（quorum computer）是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算存儲及處理量子信息的物理裝置。當某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子計算機。量子計算機是通過量子分裂式、量子修補式來進行一系列的大規模高精確度的運算的。其浮點運算性能是普通家用電腦的CPU所無法比擬的。量子計算機大規模運算的方式其實就類似于普通電腦的批處理程序，其運算方式簡單來說就是通過大量的量子分裂，再進行高速的量子修補，但是其精確度和速度是普通電腦望塵莫及的。

2.光子計算機。現有的計算機是由電子來傳遞和處理信息。電場在導線中傳播的速度雖然比我們看到的任何運載工具運動的速度都快。但是，從發展高速率計算機來說，采用電子做輸運信息載體還不能滿足快的要求，提高計算機運算速度也明顯表現出能力有限了。而光子計算機以光子作為傳遞信息的載體，光互連代替導線瓦連，以光硬件代替電子硬件，以光運算代替電運算，利用激光來傳送信號，并由光導纖維與各種光學元件等構成集成光路，從而進行數據運算、傳輸和存儲。在光子計算機中，不同波長、頻率、偏振態及相位的光代表不同的數據，這遠勝于電子計算機中通過電子狀態變化進行的二進制運算，可以對復雜度高，計算量大的任務實現快速的并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎上呈指數上升。

3.分子計算機。分子計算計劃就是嘗試利用分子計算的能力進行信息的處理。分子計算機的運行靠的是分子晶體可以吸收以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進行組織排列。憑借著分子納米級的尺寸，分子計算機的體積將劇減。

4.應用納米技術的納米計算機。納米計算機是用納米技術研發的新型高性能計算機。應用納米技術研制的計算機內存芯片，其體積只有數百個原子大小，相當于人的頭發絲直徑的千分之一。美國正在研制一種連接納米管的方法，用這種方法連接的納米管可用作芯片元件，發揮電子開關、放大和晶體管的功能。專家預測，10年后納米技術將會走出實驗室，成為科技應用的一部分。納米計算機體積小、造價低、存量大、性能好，將逐漸取代芯片計算機，推動計算機行業的快速發展。

三、結語

計算機是20世紀人類最偉大的發明之一。在這個世紀之交，知識經濟時代呼嘯而來，作為知識和信息的處理、傳輸和存儲之載體的計算機。在即將來臨的2I世紀，將會不斷地開發出新的品種。而這些新穎的計算機的發展將趨向超高速、超小型并行處理和智能化。為達到預想的目的各種新型材料將被運用到新型計算機的開發當中，如量子、光子分子等。未來量子、光子和分子計算機將具有感知、思考、判斷、學習以及一定的自然語言能力，使計算機進人人工智能時代。這種新型計算機將推動新一輪計算技術革命，對人類社會的發展產生深遠的影響。