計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究

摘要：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展日新月異，因此，我們要把握其發(fā)展趨勢(shì)，才能更好的推動(dòng)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展。本文分析了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展迅速的原因，并就計(jì)算機(jī)技術(shù)的幾個(gè)具體發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)科學(xué) 技術(shù) 發(fā)展 趨勢(shì)

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)與我們的社會(huì)、生活、工作等方方面面都息息相關(guān)，因此，分析計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)問題具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。為此，本文分析了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，以下是本人對(duì)此問題的幾點(diǎn)看法。

一、計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速的原因

首先，經(jīng)常性、連續(xù)性、創(chuàng)造活動(dòng)的出現(xiàn)。經(jīng)常連續(xù)不斷的創(chuàng)造性活動(dòng)是推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的動(dòng)力之一。這種創(chuàng)造性活動(dòng)在本質(zhì)上是在對(duì)大量信息進(jìn)行處理的現(xiàn)實(shí)需求的推動(dòng)之下的計(jì)算機(jī)相關(guān)的科學(xué)理論的不斷的更新和發(fā)展。

1.現(xiàn)實(shí)的需求是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的動(dòng)力。計(jì)算機(jī)的興起，很大程度上是由于第二次世界大戰(zhàn)對(duì)信息處理的迫切需求。這使得大量的相關(guān)的資源和人力可以投入到計(jì)算機(jī)的研究和開發(fā)的過(guò)程中，促使了計(jì)算機(jī)的誕生。而計(jì)算機(jī)的民用化是由于研究所、政府部門以及大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室對(duì)信息處理的需求不斷的增強(qiáng)。尖端技術(shù)領(lǐng)域和工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)τ?jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和儲(chǔ)存容量有著更加高的需求。這一切都讓經(jīng)常連續(xù)性的創(chuàng)造活動(dòng)不斷的迸發(fā)。在商業(yè)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，比對(duì)手搶先一步發(fā)布新的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品往往意味著比對(duì)手占有更多的市場(chǎng)份額。這樣，在利潤(rùn)最大化需求以及競(jìng)爭(zhēng)壓力的驅(qū)動(dòng)下，使得企業(yè)不斷的加大科研力度，加快新技術(shù)的開發(fā)與研制，使得計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展能夠跟上市場(chǎng)的需求。這無(wú)疑促進(jìn)了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的更新速度。

2.計(jì)算機(jī)技術(shù)理論的發(fā)展促進(jìn)了技術(shù)的進(jìn)步。從事計(jì)算機(jī)技術(shù)相關(guān)研究的科學(xué)家在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)中，獲得了大量的設(shè)計(jì)靈感和理念，這些理論往往又會(huì)在計(jì)算機(jī)的產(chǎn)品中得到表現(xiàn)。理論上可行的技術(shù)還必須經(jīng)過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)。甚至有時(shí)候試錯(cuò)的過(guò)程也會(huì)帶來(lái)意想不到的靈感，從而帶來(lái)新的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)理念。例如，鋁硅觸面在集成電路的實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)問題，在試錯(cuò)的過(guò)程中，鋁硅氧化物被發(fā)現(xiàn)，這直接推動(dòng)了超大規(guī)模型集成電路的發(fā)展。同時(shí)，新技術(shù)的不斷發(fā)現(xiàn)又會(huì)推動(dòng)更新技術(shù)的產(chǎn)生。例如，鋁硅肖特基勢(shì)壘就是在鋁硅氧化物觸面控制的基礎(chǔ)上被攻破的。在試錯(cuò)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)經(jīng)驗(yàn)的歸納總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了大量的計(jì)算機(jī)技術(shù)，不斷的進(jìn)行著研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)和演化。這個(gè)過(guò)程的不斷的循環(huán)往復(fù)，催生了大量的新的計(jì)算機(jī)技術(shù)。

3.信息共享是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的領(lǐng)域內(nèi)，信息共享是其進(jìn)步的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。在信息共享的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新活動(dòng)可以獲得最新的技術(shù)與資料的支持，這樣的技術(shù)起點(diǎn)比較高，可以避免浪費(fèi)，縮短研究周期、提高研究質(zhì)量。其次，穩(wěn)定明顯和迅速的選擇機(jī)制。當(dāng)兩個(gè)價(jià)值相近的技術(shù)同時(shí)出現(xiàn)而只能選擇一個(gè)的時(shí)候，往往需要很長(zhǎng)的一段時(shí)間進(jìn)行相關(guān)的論證，而在這段論證的時(shí)間內(nèi)，最后的選擇往往受到很多不確定因素的影響。因此，在這個(gè)論證的過(guò)程中，要充分發(fā)揮各種選擇機(jī)制，盡量做到全方位、多角度進(jìn)行論證。

二、各種新型計(jì)算機(jī)

硅芯片技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí)，也意味看硅技術(shù)越來(lái)越接近其物理極限。為此，世界各國(guó)的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)都將產(chǎn)生一次量與質(zhì)的飛躍。新型的量子計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、分子計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)等，將會(huì)在二十一世紀(jì)走進(jìn)我們的生活，遍布各個(gè)領(lǐng)域。

1.量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)的概念源于對(duì)可逆計(jì)算機(jī)的研究。量子計(jì)算機(jī)（quorum computer）是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)是通過(guò)量子分裂式、量子修補(bǔ)式來(lái)進(jìn)行一系列的大規(guī)模高精確度的運(yùn)算的。其浮點(diǎn)運(yùn)算性能是普通家用電腦的CPU所無(wú)法比擬的。量子計(jì)算機(jī)大規(guī)模運(yùn)算的方式其實(shí)就類似于普通電腦的批處理程序，其運(yùn)算方式簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是通過(guò)大量的量子分裂，再進(jìn)行高速的量子修補(bǔ)，但是其精確度和速度是普通電腦望塵莫及的。

2.光子計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)有的計(jì)算機(jī)是由電子來(lái)傳遞和處理信息。電場(chǎng)在導(dǎo)線中傳播的速度雖然比我們看到的任何運(yùn)載工具運(yùn)動(dòng)的速度都快。但是，從發(fā)展高速率計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，采用電子做輸運(yùn)信息載體還不能滿足快的要求，提高計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度也明顯表現(xiàn)出能力有限了。而光子計(jì)算機(jī)以光子作為傳遞信息的載體，光互連代替導(dǎo)線瓦連，以光硬件代替電子硬件，以光運(yùn)算代替電運(yùn)算，利用激光來(lái)傳送信號(hào)，并由光導(dǎo)纖維與各種光學(xué)元件等構(gòu)成集成光路，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳輸和存儲(chǔ)。在光子計(jì)算機(jī)中，不同波長(zhǎng)、頻率、偏振態(tài)及相位的光代表不同的數(shù)據(jù)，這遠(yuǎn)勝于電子計(jì)算機(jī)中通過(guò)電子狀態(tài)變化進(jìn)行的二進(jìn)制運(yùn)算，可以對(duì)復(fù)雜度高，計(jì)算量大的任務(wù)實(shí)現(xiàn)快速的并行處理。光子計(jì)算機(jī)將使運(yùn)算速度在目前基礎(chǔ)上呈指數(shù)上升。

3.分子計(jì)算機(jī)。分子計(jì)算計(jì)劃就是嘗試?yán)梅肿佑?jì)算的能力進(jìn)行信息的處理。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)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(jìn)行組織排列。憑借著分子納米級(jí)的尺寸，分子計(jì)算機(jī)的體積將劇減。

4.應(yīng)用納米技術(shù)的納米計(jì)算機(jī)。納米計(jì)算機(jī)是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計(jì)算機(jī)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計(jì)算機(jī)內(nèi)存芯片，其體積只有數(shù)百個(gè)原子大小，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。美國(guó)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(fā)揮電子開關(guān)、放大和晶體管的功能。專家預(yù)測(cè)，10年后納米技術(shù)將會(huì)走出實(shí)驗(yàn)室，成為科技應(yīng)用的一部分。納米計(jì)算機(jī)體積小、造價(jià)低、存量大、性能好，將逐漸取代芯片計(jì)算機(jī)，推動(dòng)計(jì)算機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展。

三、結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一。在這個(gè)世紀(jì)之交，知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代呼嘯而來(lái)，作為知識(shí)和信息的處理、傳輸和存儲(chǔ)之載體的計(jì)算機(jī)。在即將來(lái)臨的2I世紀(jì)，將會(huì)不斷地開發(fā)出新的品種。而這些新穎的計(jì)算機(jī)的發(fā)展將趨向超高速、超小型并行處理和智能化。為達(dá)到預(yù)想的目的各種新型材料將被運(yùn)用到新型計(jì)算機(jī)的開發(fā)當(dāng)中，如量子、光子分子等。未來(lái)量子、光子和分子計(jì)算機(jī)將具有感知、思考、判斷、學(xué)習(xí)以及一定的自然語(yǔ)言能力，使計(jì)算機(jī)進(jìn)人人工智能時(shí)代。這種新型計(jì)算機(jī)將推動(dòng)新一輪計(jì)算技術(shù)革命，對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。