對計算科學和計算機發展的思考

姚靖（包頭醫學院職業技術學院（包頭市衛校） 內蒙古 包頭 014030）

對計算科學和計算機發展的思考

姚靖
（包頭醫學院職業技術學院（包頭市衛校） 內蒙古 包頭 014030）

隨著社會的快速發展，計算科學以及人們所使用的工具也在逐步發展，從傳統的算盤到電子計算機再到量子計算系統，持續創新發展。計算工具的改革創新，使得人們具有更強的科研力量，進而促進了計算科學的發展。

計算科學；計算機；量子計算

1.引言

計算科學的發展大多數情況是隨著計算工具的發展而發展，在促進人類發展中起到了非常關鍵的作用。計算工具主要應用于人們的計算中，在近些年中計算工具不斷的改革發展。同時，就計算機來說，發展更加迅猛，現已經由電子計算機逐步向量子計算發展，日新月異。

2.論述計算

所謂計算就是經過法則將符號串進行變換的過程。減法是多數計算中的一個，一般情況下，有兩種方式，包括數值的計算和符號的推導。但是，不管是數值計算，還是符號推導，在一致性和等價性方面都相同。而且，二者關系密切，能夠相互轉換。科學在進步，新的計算類型也會隨之出現，而計算科學也會促進計算工具的發展。

3.計算工具的發展歷史

從開始利用計算開始，人們就把探求更為方便和快捷的計算工具作為發展目標，不斷推動其向前發展。計算工具的發展進步與計算科技的發展非常密不可分，從算籌到算盤的進步階段，算籌為算盤的基礎，而算盤口訣化以后，計算起來更實用和方便，從而加快了計算的速度。伴隨科技的快速發展與進步，人們發明了對數，按照加減乘除的特性繼而發明了對數計算尺。在計算尺上安裝上光標以后，其應用變得更普遍。與之同時發明的還有機械式計算器，隨著進一步發展，在科學家們不懈的探索改進后，計算工具的應用越來越廣泛。

4.電動和電子計算機

在程序控制分析機之后，隨著技術的快速發展，老式的人工計算器逐步被新式的電動式計算器所替代。進而出現了過程控制計算器。在20世紀初的時候，電子管革新了計算器，電子計算機問世。從這以后，人類邁入計算的新時代。電子計算機是科技快速發展而產生的工具，是最偉大的發明之一。從20世紀60年代后，芯片集成度發展迅猛，電子計算機的發展速度更加快速。隨著計算機的發展，網絡時代隨之帶來，一般分為如下三個階段，第一階段是ARPAnet階段，即美國研究和試用的階段；第二階段是NSF網絡階段，即互聯網科研的應用階段，提出了開放式系統的互聯參考模式，解決互聯網標準化和計算機聯網等問題；第三階段是計算機網絡商業化的發展階段，是互聯網快速發展的階段，其作用影響全世界。

伴隨計算機網絡的飛速發展，面對可能出現的問題需要對網絡予以長遠的規劃設計，這就需要弄清網絡的分類方式。首先，結合網絡的拓撲結構，可將其分成星型、環形以及總線型三種網絡，除此以外還有樹型和簇星型等多種網絡其實是在上述拓撲結構的基礎之上的構建起來的。其次，可把網絡的位置作為劃分標準，把網絡分成局域網、城域網以及廣域網三種類型，這其中局域網以及廣域網是關鍵，局域網是另外二種網絡的基礎，而廣域網中最有名的便是人們熟知的Internet。

5.論述量子計算系統

在20世紀80年代時，量子思想開始計算的新萌芽。費曼打算利用電子計算機來模擬量子力學系統行為。但是，在模擬的過程中，費曼遇到了一個非常難搞的問題，就是難以理解或者求解的量子力學系統的行為。舉例說明，在光干涉的現象之內，相互作用的光子在干涉的時候每增多一個，都會使得有可能情況出現的概率翻倍，其問題的數量是根據指數級增多的。這種試驗模擬中的計算量十分龐大，不過這恰恰為量子計算創造了一個很好的機會。因為量子力學行為的可預測性非常強，在進行光干涉現象試驗的時候，若是其初始條件已經明確，便可推出屏幕中出現的影子的形狀。參考此種現象，費曼推理得到：若是干涉實驗內需做大規模計算的現象，則假如模擬這種實驗同時測量實驗的結果，就相當于做完了相應的計算。故而，借助在量子力學對象中做實驗的手段，可在相當大的程度上提升計算機的運算速率。

費曼在運用量子計算機的時候，認為可不必考慮如何去實現計算，而是把計算當成“神諭”而完成的，故而在量子計算的時候，一般叫這種計算為“神諭”。其實在很多不同的領域實踐里，量子計算的功能確實是比傳統的計算強大的多。例如：把某個十進制數且為1024位的大整數轉變成兩個質數的乘積，那么在如此比較難的計算中，傳統的計算工具很難或根本不能實現快速、準確的計算，其所花費的時間要大大超出人們可以忍受的時間。然而，若是運用量子計算機去計算的話，僅僅需短短的半個多小時便可把1024位的整數完成分解。因此，可以說量子計算極大的提升了計算的效率。量子計算系統的發明某種程度上給予了人類更好的思考以及科研能力，促進人們去努力解決量子計算“神諭”的內部作用機制。除此之外，量子計算系統還揭開了何為計算科學的本質，使得人們對計算的認識進一步擴展深入。

6.結語

綜上，隨著計算科學的快速發展，人類的計算工具也隨之發展，人們在創新思維，改進計算工作的同時，越來越發現其計算本質的重要性。計算工具是否進步、先進，這個問題關乎到計算科學的發展。而計算機作為人們目前所用的最先進的計算工具，也在快速發展進步之中。從最早的電子管以及晶體管計算機到現在的電子計算機和量子計算，計算工具的變革與進步不斷的促進人們科研能力體積思維水平的提高，反過來又推動了計算科學的變革與發展，從而進入一個互相促進的良性循環之中，也就是計算機與計算科學相互促進、持續發展。

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