淺析現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展方向與趨勢

徐新賀

【摘 要】伴隨著時代的發(fā)展和社會的進步，計算機技術(shù)也在不斷的更新發(fā)展中。作為一個促進社會發(fā)展，增強綜合國力的重要技術(shù)之一，現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展越來越成為人們關(guān)注的焦點?，F(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展不僅能夠提升我國科學技術(shù)水平的發(fā)展，更能夠促進新型計算機的出現(xiàn)。本文立足于計算機的發(fā)展進程，著重探究了新型計算機的發(fā)展，闡明了這些計算機的發(fā)展特點，根據(jù)當前現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展狀態(tài)，對現(xiàn)代計算機的發(fā)展方向和發(fā)展趨勢做出了預測。希望本文可以帶給相關(guān)行業(yè)人員一些借鑒和思考。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代；計算機技術(shù)；發(fā)展；方向；趨勢

0 引言

計算機是我們工作生活中一個比較常見的物品，又被人們習慣性地稱為“電腦”，它不僅被應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)跟邏輯的運算，而且具備強大的存儲與修改功能，是一種現(xiàn)代化的智能電子設(shè)備。計算機有兩部分主體結(jié)構(gòu)，一部分是硬件系統(tǒng)，另一部分是軟件系統(tǒng)，共同保障計算機的正常運轉(zhuǎn)。

伴隨著科技水平的不斷提升，計算機技術(shù)也在隨之發(fā)展，計算機作為一個綜合型的生活辦公工具應(yīng)用到人們生活工作中的同時，其發(fā)展備受人們的關(guān)注，相關(guān)行業(yè)人員也在致力于計算機的發(fā)展研究過程中，計算機技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)逐漸走上了一個越來越成熟的軌道。但是，當前計算機技術(shù)的發(fā)展也受到了一定的阻礙，人們過于關(guān)注對計算機娛樂方面的應(yīng)用，比如聊天、網(wǎng)絡(luò)購物等內(nèi)容，卻忽視了現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，甚至不了解。本文將帶領(lǐng)大家一起去了解一下現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展歷程以及未來的發(fā)展動向。

1 計算機的發(fā)展歷程

世界上第一臺計算機出現(xiàn)在1946年2月，?？颂睾湍死@兩位美國的發(fā)明家在美國的賓夕法尼亞大學共同將它研制出來。世界上第一臺計算機的問世開啟了人類社會發(fā)展的新篇章，讓社會發(fā)展邁出了一大步，開啟了人們的新生活，帶領(lǐng)人們進入了信息革命時期。世界上第一臺計算機跟我們現(xiàn)在的計算機外形差距較大，那臺計算機有好幾間房子一樣大，但是它的計算速度卻并沒有高于我們現(xiàn)在使用的微型計算機。從世界上第一臺計算機問世到現(xiàn)在我們使用的計算機，無數(shù)的計算機研發(fā)人員一直在努力，尤其是科學家馮諾依曼在計算機技術(shù)的發(fā)展進程中發(fā)揮了重要的作用，被后人稱為“現(xiàn)代計算機之父”。馮諾依曼開啟了計算機發(fā)展的新時代，帶動了廣大科研人員對計算機技術(shù)的研究。

隨著時間的推移，計算機的發(fā)展可以分為四代：

1.1 電子計算機

電子計算機時代是計算機發(fā)展的第一個時代，從1946年開始，到1957年結(jié)束。電子計算機與世界上第一臺計算機有些類似，電子元件是計算機的主要器件，電子計算機也因此得名。電子管具的體積比較大，但是存儲的容量相對較小，因此電子計算機的耗電比較快，不具備穩(wěn)定性。這類計算機一般應(yīng)用于科學研究過程中，而且在電子計算機時代，計算機一般使用機器語言或者是匯編語言，并不具備系統(tǒng)軟件。

1.2 晶體管計算機

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，量子力學和固體物理能帶論的不斷呈現(xiàn)，開啟了半導體器件的計算機時代，理論研究給半導體器件的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)，提供了實踐的依據(jù)。早在20世紀50年代上下，點接觸晶體管就被兩位科學家研制出來。隨著科學的發(fā)展，結(jié)型晶體管又相繼問世。自此之后，晶體管的發(fā)展就步入一個相對成熟的軌道，成功的應(yīng)用與計算機的發(fā)展過程匯總，讓計算機的發(fā)展進入了第二個時代，也就是我們所說的晶體管計算機時代。晶體管計算機時代從1958年開始，結(jié)束于1964年。晶體管具有相對優(yōu)勢，它雖然體積較小，但是質(zhì)量比較輕，而且工作的效率相對較高，散熱比較少，損耗較低，對于電子管的效能發(fā)揮到了一定的程度，因此，二代計算機的體積在不斷減少，但是使用的年限卻在增加，這就為計算機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。除此之外，晶體管計算機的創(chuàng)新之處在于它擁有浮點算法這一新應(yīng)用，對于計算機運算水平是一個大的提升，讓計算機在數(shù)據(jù)處理以及工業(yè)控制方面有了更大的突破。

1.3 中小規(guī)模集成電路計算機

隨著晶體管的呈現(xiàn)，使得集成電路的發(fā)展更加順暢。不久之后，科研人員開始著手于研究晶體管以及其他電學元件，以此來制作更加復雜高端精密的集成電路。在1959年，有位著名的發(fā)明學家叫做羅伯特羅伊斯，他發(fā)明的集成電路更加復雜化，是通過平面工藝生產(chǎn)出來的，可以應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域。從那之后，計算機開始利用中小規(guī)模集成電路來進行技術(shù)發(fā)展，也就隨之進入了第三個計算機時代，被人們稱為中小規(guī)模集成電路計算機時代。中小規(guī)模集成電路計算機時代與之前存在的兩個計算機時代相比，又有所不同，中小規(guī)模集成電路計算機的中心部分仍舊是存儲器，但是計算機的體積開始不斷減小，與此同時，計算機的能耗在不斷降低，但是運算的速度以及可靠的程度卻又在不斷提升過程中。除此之外，中小規(guī)模集成電路計算機的外部設(shè)備得到完善與更新，它的功能組件強化，不僅可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理，還能夠在企業(yè)管理、輔助設(shè)計、輔助制造跟自動控制領(lǐng)域進行充分的應(yīng)用。

1.4 大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機

伴隨著我國經(jīng)濟水平的提升，工業(yè)制造水平也在逐步提升，集成電路的技術(shù)有了新的發(fā)展。摩爾定律表明，當價格不變的時候，集成電路上能夠容納的晶體管數(shù)目，每隔18個月就能夠增加一倍，在這個過程中，它的性能水平也在提升，計算機的發(fā)展進入了一個全新的時代，被人們稱為大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機時代。自從1970年之后，以大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路為標志的計算機開啟了第四個全新的計算機時代。升級發(fā)展之后的第四代計算機的性能有了明顯的優(yōu)勢，存儲的容量明顯得到了提升，在一個一厘米的圓形芯片上可以容納上百萬的電子元件。在這一時期，第四代計算機時代呈現(xiàn)出一個關(guān)鍵性的分化，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為依托不斷發(fā)展起來的微處理器以及微型計算機。微型計算機的發(fā)展可以大致分為四個階段。第一個階段是1971年到1973年，微處理器主要有三種，分別為4004、4040以及8008這個類型。第二個階段是1973年到1977年，這一個時間段是微型計算機的發(fā)展以及創(chuàng)新的時期。第三個階段是從1978年開始到1983年結(jié)束，在這一時間段里，是十六位微型計算機的發(fā)展階段。第四個階段從1983年開始，也是三十二位微型計算機的發(fā)展階段。

2 計算機技術(shù)的新發(fā)展方向與趨勢

時代在不斷變革和發(fā)展，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機也處在一個時刻發(fā)展與創(chuàng)新的過程中，但是隨著經(jīng)濟水平以及科技水平的提升，現(xiàn)代各個領(lǐng)域的發(fā)展也隨之進行著，無論是生物領(lǐng)域還是物理領(lǐng)域，以及一些新材料的出現(xiàn)，都為新型計算機的發(fā)展奠定著前提條件。一系列新型計算機已經(jīng)在醞釀發(fā)展的過程中，比如生物計算機、量子計算機、光子計算機以及納米計算機等?；蛘哌@些新型計算機的發(fā)展還未成型或者技術(shù)發(fā)展沒有十分成熟，但是它們的呈現(xiàn)代表著計算機技術(shù)發(fā)展的新方向與新趨勢。

2.1 生物計算機

生物計算機是一種全新的計算機類型，還有一個別名叫做仿生計算機，它的創(chuàng)新之處在于使用了生物芯片替代了原本半導體上大量晶體管。生物計算機主要通過生物工程技術(shù)所出現(xiàn)的蛋白質(zhì)分子來作為主要的原料以及生物芯片，所以被叫做生物計算機。脫氧核糖核苷酸上存在著一些遺傳信息，它是一種雙螺旋結(jié)構(gòu)，因此，它具有強大的存儲優(yōu)勢，而且運算能力非常強大，與傳統(tǒng)硅片相比更是略勝一籌。數(shù)據(jù)顯示，一毫克的DNA的存儲能力與一萬片的光碟片差不多大容量。除此之外，DNA還具有超能力，能夠同時進行兆個運算指令。這一系列的優(yōu)勢因素都給生物計算機的成熟發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，讓它具備了集成電路所沒有的優(yōu)勢，大致可以歸結(jié)于五點。第一點，生物計算機的體積比較小，但是容量卻比較大。第二，生物計算機具有良好的可靠性，這主要得益于計算機的內(nèi)部芯片，一旦出現(xiàn)問題，這個內(nèi)部芯片可以自行進行恢復。第三，生物計算機的存儲量比較大，有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，一立方米的生物大分子溶液里大約可以存儲一萬億的二進制數(shù)據(jù)。第四，生物計算機的運算速度比較快，這主要得益于DNA能夠同時處理兆個指令的特別優(yōu)勢。第五，生物計算機具有良好的并行性。跟過去的計算機不同的是，生物計算機得益于DNA與蛋白質(zhì)，因此充分發(fā)揮并行功能。生物計算機以它獨特的優(yōu)勢成為21世紀科學技術(shù)發(fā)展的一個重要工程，當前，生物計算機的發(fā)展方向主要有兩個，一個是研制有機分子元件，利用它來替換半導體元件，為分子計算機的出現(xiàn)提供幫助。另一個是通過不斷探究人腦結(jié)構(gòu)跟思維規(guī)律來研究生物計算機的結(jié)構(gòu)，為生物計算機的成熟呈現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

2.2 量子計算機

量子計算機也是新型計算機技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它是建立在量子力學規(guī)律以及依托量子效應(yīng)和量子比特而進行的超速運算、強大存儲的一種新型計算機裝置。假如這個裝置處理和運算時使用的是量子信息，那么在進行量子算法的時候，就是所謂的量子計算機。量子計算機與一般計算機的一個不同之處在于它不僅能夠使用0和1進行存儲，還能夠用粒子的量子疊加來進行存儲信息的匯總。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，一個四十位元的量子計算機可以解開一千零二十四位的集成電路計算機需要花費幾十年才能夠解決的問題。量子計算機的運算速度令人驚嘆。到現(xiàn)在為止，全球還沒有呈現(xiàn)出一個成熟意義上的量子計算機，不同國家和地區(qū)的科研人員仍然沒有放棄努力，致力于對量子計算機的研究過程中，呈現(xiàn)出許多跟量子計算機相關(guān)的科學方案以及科學假設(shè)。在實際研究過程中，這一系列的科學方案仍然存在著一些不成熟的地方，但是伴隨著時代的進步，相信量子計算機終究會被攻克，完美地呈現(xiàn)在人們的生活中。

2.3 光子計算機

科學技術(shù)的發(fā)展帶動著光學的發(fā)展，科研人員開始著手用光子來替代電子，光運算開始慢慢取代電運算，一系列的光學元件開始取代電子元件與電子設(shè)備，不斷應(yīng)用于電子計算機的發(fā)展過程中。光子計算機主要是運用光信號進行數(shù)字運算、邏輯測算以及信息的存儲處理等的新型計算機，主要的優(yōu)勢可以歸納為三個方面：第一，強可靠性，光子沒有電荷，所以就不存在電磁相互作用，具有較強的可靠性。第二，光子計算機的運算速度極高，光子的并行性比較強，因此具有較強的處理能力，加上光子傳播速度很快，進一步提升了光子計算機的運算速度。第三具有超大的存儲容量，光子互聯(lián)不受到電磁的干擾，因此具有較高的互聯(lián)密度。

2.4 納米計算機

納米材料作為一種新型的高科技材料，在薄膜晶體管中的應(yīng)用解放了傳統(tǒng)意義上的晶體管。納米計算機解決了一些頑固的技術(shù)難題，與此同時，由于納米材料研發(fā)的芯片具有更低的生產(chǎn)成本，因此，納米計算機的發(fā)展前景更加樂觀。作為21世紀科學技術(shù)發(fā)展的一個重要方向，相信隨著科研人員的不斷探索與發(fā)現(xiàn)，納米計算機技術(shù)一定可以隨著時間的推移走進我們老百姓的生活中，幫助我們解決日常生活中的一系列問題。

3 總結(jié)

時代在不斷發(fā)展，科學技術(shù)水平也在不斷提升。社會的進步和發(fā)展對于現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展要求越來越高，計算機作為人們工作生活中一個必不可少的輔助用品，必將走在不斷發(fā)展的路上，微型、智能、多功能發(fā)展，生物計算機、量子計算機、光子計算機以及納米計算機等一系列新型計算機，作為現(xiàn)代計算機技術(shù)的一個發(fā)展方向與趨勢一定可以破除各種技術(shù)阻礙，通過科研人員堅持不懈的努力成為老百姓生活中的一部分，為美好生活的構(gòu)建增添色彩。

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[責任編輯：楊玉潔]