試論計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢

陳敬泉

摘 要：隨著社會的不斷進(jìn)步，計算機(jī)科學(xué)技術(shù)已經(jīng)服務(wù)于人們生活的各個方面，改變著人們的生活方式，推進(jìn)現(xiàn)代化文明的建設(shè)。所以本文就對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了研究，希望其在以后的發(fā)展中能夠更好地服務(wù)于人們的生活。本文首先簡述了計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史；其次闡述了計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)快速發(fā)展的原因；然后介紹了當(dāng)前計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀；最后展望了計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢。希望本文的研究能夠?qū)ξ磥碛嬎銠C(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展有所幫助。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

自20世紀(jì)以來，計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)開始飛速地發(fā)展，而且廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域中，給人們的日常生活帶來翻天覆地的變化。近些年來，計算機(jī)在性能、運(yùn)算速度、體積和生產(chǎn)成本等方面都取得了較大的進(jìn)步。計算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)由原來的單一化轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的多元化，逐漸地應(yīng)用于各個行業(yè)和領(lǐng)域?，F(xiàn)在人們的日常生活已經(jīng)離不開計算機(jī)了，它在軍事、教育、工業(yè)以及商業(yè)等領(lǐng)域均有較深的應(yīng)用。本文針對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行研究，希望能夠推動計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使人們的日常生活更方便、更快捷。

1 簡述計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史

計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展可以分為起始階段、發(fā)展階段和革新階段3個階段，這代表著計算機(jī)從發(fā)明到普遍應(yīng)用的整個歷程。計算機(jī)起始于20世紀(jì)30年代，發(fā)明計算機(jī)的最初用途是用來計算工業(yè)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)。因?yàn)橛嬎懔勘容^大、計算要求比較高，人工計算起來需要花大量的時間，于是就萌生了發(fā)明計算機(jī)的想法。經(jīng)過一系列理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)，終于在1946年發(fā)明了世界上第一臺計算機(jī)ENIAC，為計算機(jī)發(fā)展書寫了一個新的篇章。計算機(jī)的發(fā)展階段起始于20世紀(jì)50年代，在第一臺計算機(jī)產(chǎn)生后，科學(xué)家們開始不斷地提出新的理論依據(jù)和優(yōu)化措施，來優(yōu)化計算機(jī)的性能和計算能力。其中馮·諾依曼提出的通用電子計算機(jī)EDVAC的設(shè)計方案，成功實(shí)施并建造出新型的計算機(jī)。這類新型的計算機(jī)具有儲存程序數(shù)字化、控制數(shù)字化和計算過程數(shù)字化的特點(diǎn)，為后來計算機(jī)的發(fā)展奠定了夯實(shí)的基礎(chǔ)。因此，馮·諾依曼也獲得了“現(xiàn)代計算機(jī)之父”的稱號。計算機(jī)的革新階段開始于20世紀(jì)80年代，微處理器和集成電路的發(fā)展帶動了現(xiàn)代計算機(jī)的發(fā)展。英特爾公司研發(fā)出的微處理器將計算機(jī)從實(shí)驗(yàn)室搬到了普通家庭，極大地促進(jìn)了計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。使計算機(jī)技術(shù)開始普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，成為人們生活的必需品。計算機(jī)科學(xué)技術(shù)經(jīng)過這3個階段的發(fā)展，在計算能力、處理信息能力和生產(chǎn)成本上都有了較大的改善，將計算機(jī)科學(xué)技術(shù)提升到更高的層次，于是就開啟了計算機(jī)的全民時代。

2 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)快速發(fā)展的原因

計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)近些年來發(fā)展迅速的原因主要有以下3點(diǎn)：

第一點(diǎn)，世界上第一臺計算機(jī)的問世，標(biāo)志著人類現(xiàn)代化社會發(fā)展處于起始階段。這臺計算機(jī)雖然具有一定的計算能力和處理信息的能力，但是仍然存在著許多缺點(diǎn)，需要進(jìn)一步地去改進(jìn)。比如其存在體積大、運(yùn)行速度慢和生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)，因?yàn)檫@些缺點(diǎn)致使其得不到廣泛地應(yīng)用。然而隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的改進(jìn)，使得計算機(jī)技術(shù)開始不斷地完善。自20世紀(jì)70年代起，計算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)改善了其缺點(diǎn)，極大地提高了計算機(jī)的運(yùn)行速度、減小了計算機(jī)的體積、降低了生產(chǎn)成本，所以計算機(jī)才開始進(jìn)入市場，應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活中去。

第二點(diǎn)，在第二次世界戰(zhàn)爭中，由于人們對信息的需求量非常大，所以美國開始研究計算機(jī)，不斷地改進(jìn)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。隨著計算機(jī)技術(shù)的提高，計算機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)一步加快，存儲信息的能力也進(jìn)一步提升，所以開始廣泛地應(yīng)用于軍事、工業(yè)、教育等各個領(lǐng)域，推動了現(xiàn)代化社會的發(fā)展。

第三點(diǎn)，隨著社會發(fā)展的不斷進(jìn)步，世界各國之間和企業(yè)之間的競爭力增強(qiáng)，間接地促進(jìn)了計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展。在當(dāng)前的社會中，誰掌握了先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，誰就擁有較高的話語權(quán)，其國家才能夠發(fā)展得更富強(qiáng)。面對這種嚴(yán)峻的國際形勢，只有掌握了先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)才能夠存活下去。

第四點(diǎn)，在計算機(jī)技術(shù)的研發(fā)過程中，科學(xué)家經(jīng)常會開展一些創(chuàng)造性的科研活動，在這些活動中提出一些新的設(shè)計理念和改進(jìn)措施，然后通過不斷地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)，從而推動了計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展。這些創(chuàng)造性的科研活動為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和人們生活的需求，研發(fā)出新型的計算機(jī)。

第五點(diǎn)，計算機(jī)信息技術(shù)發(fā)展過程中進(jìn)行信息共享，不僅推動了計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，而且提升了計算機(jī)研發(fā)的質(zhì)量。計算機(jī)逐漸成為人們生活的必需品，滿足人們需求的同時，也推動了各個行業(yè)的快速發(fā)展。

3 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀

3.1 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)在當(dāng)前社會中的地位

計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)在當(dāng)前社會的發(fā)展中有著非常重要的作用，極大程度地推動了社會的發(fā)展。計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展有效地解決了人們生活中的各種問題，逐漸改變著人們的生活方式，向著更舒適、更文明、更快捷的方向發(fā)展。在經(jīng)濟(jì)、文化等方面的發(fā)展中，計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)也有著舉足輕重的作用。計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的進(jìn)步使得計算機(jī)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性和綜合性，滿足了當(dāng)前社會發(fā)展對計算機(jī)個性化和人性化的需要。計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展十分迅速，發(fā)明第一根電子管與第一臺計算機(jī)之間相隔了42年的時間，但是發(fā)明半導(dǎo)體管與發(fā)明半導(dǎo)體計算機(jī)之間只相隔了10年時間，到現(xiàn)在為止，計算機(jī)的發(fā)展可謂是日新月異。當(dāng)前計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是社會發(fā)展的必要工具，其發(fā)展程度直接影響著工業(yè)、商業(yè)和軍事等各個領(lǐng)域的發(fā)展。

3.2 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展中存在的問題

計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展也是一把雙刃劍，在給人們的生活帶來便利和舒適的同時，也存在著一些問題，給社會的發(fā)展和人們的日常生活帶來巨大的麻煩。例如，在2000年出現(xiàn)的“千年蟲”事件，是指計算機(jī)程序的智能系統(tǒng)中對跨世紀(jì)的日期處理出現(xiàn)錯誤，從而引發(fā)各種智能系統(tǒng)紊亂以至崩潰。“千年蟲”事件給計算機(jī)的發(fā)展帶來的極大的威脅，影響了當(dāng)時社會保險、電力、交通等各行業(yè)的發(fā)展，造成了非常嚴(yán)峻的社會問題。如何利用好計算機(jī)科學(xué)技術(shù)，使其能夠更好地為人們的日常生活服務(wù)，避免因其發(fā)展的問題而對社會的發(fā)展造成威脅，這就是當(dāng)前計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展所面臨的首要問題。

3.3 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)該如何發(fā)展

計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)同所有的科學(xué)技術(shù)一樣，都需要通過不斷地實(shí)踐來進(jìn)行驗(yàn)證。計算機(jī)的功能在不斷地完善，已經(jīng)由當(dāng)初的數(shù)字運(yùn)算逐漸擴(kuò)增為具備信息處理、信息儲存等功能，在現(xiàn)代化的軍事、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域中都有較廣泛的應(yīng)用。計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用過程就是對信息和數(shù)據(jù)處理的過程，所以在計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展過程中我們要重視計算機(jī)軟硬件的開發(fā)。只有這樣，我們才能將計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際的結(jié)果。要想更進(jìn)一步發(fā)展計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，保障計算機(jī)發(fā)展的速度和健康性，還需要加強(qiáng)對計算機(jī)信息化和應(yīng)用的政策法規(guī)以及市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境進(jìn)行建設(shè)。

4 展望計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的幾個具體發(fā)展趨勢

本人針對當(dāng)前計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，總結(jié)出計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)未來發(fā)展的幾個趨勢。

4.1 向著運(yùn)行極速化的方向發(fā)展

美國科學(xué)家通過不斷地研究和實(shí)踐，將空氣絕緣技術(shù)運(yùn)用到了計算機(jī)當(dāng)中，這極大地提高了計算機(jī)運(yùn)行的速度，在計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展道路上邁出了創(chuàng)新的一步。再例如，美國紐約保利公司的科研人員將設(shè)計的新型電路在計算機(jī)中進(jìn)行運(yùn)用，并采用膠滯體包裹的導(dǎo)線技術(shù)將電路中需要的芯片連接。膠滯體其實(shí)就是空氣，具有很強(qiáng)的絕緣性，用它來包裹導(dǎo)線是一種創(chuàng)新的技術(shù)。傳統(tǒng)芯片的連接主要是通過硅二氧化物導(dǎo)線，這種連接方式會導(dǎo)致信號在傳輸過程中減弱，主要是因?yàn)閷?dǎo)線和芯片對信號具有吸收作用，這就直接影響了計算機(jī)的運(yùn)行速度，導(dǎo)致計算機(jī)運(yùn)行速度緩慢。而利用新型的膠滯體包裹的導(dǎo)線則減少了信號在傳遞過程中的損失，進(jìn)而有效地提升了計算機(jī)運(yùn)行的速度。

4.2 生物計算機(jī)的發(fā)展

20世紀(jì)90年代，超威技術(shù)開始逐漸發(fā)展起來，于是科學(xué)家便將其運(yùn)用于計算機(jī)的研發(fā)中，這一探索取得了巨大的成功，而且對計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。生物計算機(jī)與其他類型的計算機(jī)存在著明顯的區(qū)別，它的設(shè)計是在計算機(jī)芯片中應(yīng)用生物工程技術(shù)，從而構(gòu)成一種具有生物分子形式的計算機(jī)“蛋白質(zhì)分子”?？茖W(xué)家在20世紀(jì)90年代研發(fā)出了生物計算機(jī)，這對計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。而且科學(xué)家設(shè)計出一種新型的邏輯運(yùn)算方式，主要是用來解決城市的道路設(shè)計問題。這種邏輯運(yùn)算方式是以電子計算機(jī)的模仿技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行研究設(shè)計的。針對當(dāng)前生物計算機(jī)發(fā)展的現(xiàn)狀，生物計算機(jī)的研發(fā)人員主要對新型分子元件進(jìn)行研發(fā)，與生物體內(nèi)的物理和化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，從而設(shè)計出新的數(shù)據(jù)處理方式，來處理和分析數(shù)據(jù)。

4.3 向著以光為傳輸媒介的方向發(fā)展

光學(xué)計算機(jī)是利用光為傳輸介質(zhì)來傳輸信號的一種計算機(jī)技術(shù)。光學(xué)計算機(jī)具有傳播速度快、傳輸能力強(qiáng)、具有較強(qiáng)的獨(dú)立性等特點(diǎn)。這主要是因?yàn)楣饩哂袀鞑ニ俣瓤?、偏振和頻率以及光的傳播不需要介質(zhì)等特點(diǎn)決定的。所以光信號在傳播過程中不需要依靠體，能夠獨(dú)立地進(jìn)行傳播信號。20世紀(jì)90年代，世界各國紛紛開始研究光學(xué)計算機(jī)，投入了不少人力和財力，也取得了一些成就，進(jìn)而研發(fā)出光學(xué)計算機(jī)。這類計算機(jī)與其他類型的計算機(jī)相比，有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)。其一，具有較快的運(yùn)行速度，與普通的計算機(jī)相比，運(yùn)行速度提升了進(jìn)千倍；其二，具有較高的準(zhǔn)確性，在提升運(yùn)行速度的條件下，同時保證了計算的準(zhǔn)確性；其三，具有較為優(yōu)良的散熱性能，普通計算機(jī)的運(yùn)行會產(chǎn)生一定的熱量，這些熱量會對計算機(jī)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，甚至?xí)?dǎo)致計算機(jī)無法正常運(yùn)行。而光學(xué)計算機(jī)徹底解決了這個問題，它在高速運(yùn)行的狀態(tài)下也不會受到溫度的影響。

4.4 納米計算機(jī)的發(fā)展

隨著微觀技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代材料的發(fā)展進(jìn)入納米的時代，如今納米材料的制作工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，在人們的生產(chǎn)生活中也有較廣泛的應(yīng)用。將納米技術(shù)應(yīng)用于計算機(jī)的設(shè)計中，于是就有了納米計算機(jī)的問世。納米技術(shù)主要應(yīng)用于計算機(jī)中的芯片，采用納米芯片技術(shù)，將大幅度地減小計算機(jī)芯片的體積，提升計算機(jī)芯片的穩(wěn)定性。美國是最早開始研究納米計算機(jī)的國家，其擁有較為先進(jìn)的納米計算機(jī)技術(shù)。美國當(dāng)前主要在研究納米管連接技術(shù)的問題，這項技術(shù)若能研發(fā)成功，可以大幅度地提升芯片的作用，進(jìn)而將內(nèi)存芯片直接作為晶體管使用，能夠最大化地優(yōu)化計算機(jī)的功能。

5 結(jié)束語

計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展朝著更高效、更廣泛、更加深入的方向發(fā)展，隨著新型的計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的研發(fā)設(shè)計，并逐步地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、軍事防御等領(lǐng)域，必然會導(dǎo)致人們的生活也會隨之改變。我們的生活也會被各種高新的計算機(jī)技術(shù)所環(huán)繞，而且我們堅信，新型的計算機(jī)技術(shù)一定會使我們的日常生活更方便、更便利，從而使現(xiàn)代社會向著文明、和諧的方向穩(wěn)定地發(fā)展。

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（作者單位：武漢輕工大學(xué)數(shù)學(xué)與計算機(jī)學(xué)院）