淺析計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展

張亞青

摘 要：計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，體現(xiàn)著人類社會(huì)對(duì)科技生活的美好向往，在不久的明天，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用一定會(huì)更加普及，智能生產(chǎn)、智能生活將變成現(xiàn)實(shí)，人們通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行智能遙控，并且會(huì)不斷改變?nèi)藗兊纳罘绞?，讓人們的生活變得更加豐富多彩。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)發(fā)展；新型計(jì)算機(jī)；研究策略

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21世紀(jì)，將會(huì)不斷地開(kāi)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(kāi)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)入人工智能時(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。

1 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展宏觀分析

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)變化日新月異，如此大的變化勢(shì)必會(huì)帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)，我們一定要把握好計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，不斷地完善和發(fā)展，才能使自身站在不敗之地，對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的分析顯得尤為重要。整體來(lái)講，可以將計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)歸納為“廣”、“高”、“深”三個(gè)方面。

首先，在“廣”這一方面，隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展和普及，幾乎已經(jīng)成為大家生活中的日用品，其不斷的影響和改變著人們的生活，到處可見(jiàn)。就比如我們當(dāng)時(shí)發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，現(xiàn)在已經(jīng)普及千家萬(wàn)戶，大的不管是飛機(jī)、汽車(chē)，小的是冰箱等，幾乎都有發(fā)動(dòng)機(jī)的影子，因此完全有可能在將來(lái)的一天，我們所有用到的東西都可以靠計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如現(xiàn)在學(xué)生用的教科書(shū)，將來(lái)就完全有可能被計(jì)算機(jī)替代，學(xué)生所需要的所有知識(shí)資料都可以靠計(jì)算機(jī)去查找到，并且方便快捷。

然后，在“高”這一方面，主要表現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，也就是主頻，主頻不斷地完善，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算也就會(huì)越來(lái)越快，各方面的性能也就會(huì)越來(lái)越好，就作者知道的而言，目前，英特爾公司早已開(kāi)發(fā)出一高性能的處理器，該處理器集成了超過(guò)10億的晶體管，這也就代表著一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行不在單單使用一個(gè)處理器來(lái)工作，還會(huì)存在若干處理器共同工作，即我們常講的并行處理。

最后，在“深”這一方面，計(jì)算機(jī)越來(lái)越智能化，也就是向著人工智能的方向不斷地進(jìn)步，就比如我們平時(shí)在書(shū)本上看到的由于的信息，如何快速方便的被利用，這就要講到計(jì)算機(jī)的人機(jī)互動(dòng)模式了。人機(jī)互動(dòng)、人機(jī)智能講的淺顯的就是計(jì)算機(jī)越來(lái)越智能，甚至?xí)邆湟欢ǖ暮腿艘粯拥母兄芰?、邏輯思維能力等，人們的表情、手勢(shì)甚至是內(nèi)心的想法完全能夠被計(jì)算機(jī)感知到，人機(jī)互動(dòng)更加方便。除此之外，目前人類已經(jīng)發(fā)明出虛擬計(jì)算機(jī)場(chǎng)景，在其中，人們可以感受到身臨其境的感覺(jué)，等等。這些都不斷地被人類開(kāi)發(fā)，朝著越來(lái)越深的方向發(fā)展。

2摩爾定律”與“計(jì)算的極限”

人類是否可以將電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度永無(wú)止境地提升？傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高有沒(méi)有極限？對(duì)此問(wèn)題，學(xué)者們?cè)谶M(jìn)行嚴(yán)密論證后給出了否定的答案。如果電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力無(wú)限提高，最終地球上所有的能量將轉(zhuǎn)換為計(jì)算的結(jié)果―造成熵的降低，這種向低熵方向無(wú)限發(fā)展的運(yùn)動(dòng)被哲學(xué)界認(rèn)為是禁止的，因此，傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力必有上限。而以IBM研究中心朗道（R.Landauer）為代表的理論科學(xué)家認(rèn)為到21世紀(jì)30年代，芯片內(nèi)導(dǎo)線的寬度將窄到納米尺度，此時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子將不再遵循經(jīng)典物理規(guī)律―牛頓力學(xué)沿導(dǎo)線運(yùn)行，而是按照量子力學(xué)的規(guī)律表現(xiàn)出奇特的“電子亂竄”的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致芯片無(wú)法正常工作；同樣，芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸后，晶體管也將受到量子效應(yīng)干擾而呈現(xiàn)出奇特的反常效應(yīng)。

3各種新型計(jì)算機(jī)

硅芯片技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí)，也意味著硅技術(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(kāi)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。

3.1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)（quantum 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。

3.2光子計(jì)算機(jī)

現(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)線互連，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。

3.3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。此外，分子計(jì)算機(jī)耗電可大大減少并能更長(zhǎng)期地存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。我們相信，新型計(jì)算機(jī)與相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，是二十一世紀(jì)科技領(lǐng)域的重大創(chuàng)新。必將推進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)人類發(fā)展史上的重大突破?？茖W(xué)在發(fā)展，人類在進(jìn)步歷史上的新生事物都要經(jīng)過(guò)一個(gè)從無(wú)到有的艱難歷程，隨著一代又一代科學(xué)家們的不斷努力，未來(lái)的計(jì)算機(jī)一定會(huì)是更加方便人們的工作、學(xué)習(xí)、生活的好伙伴。

4探究研究策略的依據(jù)

筆者認(rèn)為開(kāi)展計(jì)算機(jī)發(fā)展史研究的一種思路是：本著實(shí)用主義的態(tài)度，分階段提取計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題。圍繞這些問(wèn)題展開(kāi)研究，尤其要著力于問(wèn)題解決過(guò)程中碰到的困難，以及問(wèn)題解決后發(fā)現(xiàn)的新問(wèn)題。

4.1“實(shí)用主義”無(wú)褒貶之分

彌補(bǔ)對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)展的歷史認(rèn)知，不宜再去重做實(shí)驗(yàn)，推倒人類已有的技術(shù)規(guī)范重來(lái)：只能進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和研究，在研究和學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，找出規(guī)律。同時(shí)，“實(shí)用”也是發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)的應(yīng)有之義。

4.2緊緊圍繞“問(wèn)題”

在科學(xué)發(fā)展的歷史進(jìn)程中，問(wèn)題要比問(wèn)題的解決更重要，“一個(gè)好的問(wèn)題堪比一所好的大學(xué)”計(jì)算機(jī)的發(fā)展也是在不斷地提出問(wèn)題、解決問(wèn)題中發(fā)展進(jìn)步，每一次問(wèn)題的提煉和解決都促進(jìn)了計(jì)算機(jī)水平得到一次升華和提高。

4.3事物的發(fā)展是動(dòng)態(tài)的，已有問(wèn)題的解決必然帶來(lái)新的問(wèn)題

新的問(wèn)題是對(duì)已有問(wèn)題解決方法的挑戰(zhàn)與審視，抑或是新科學(xué)新技術(shù)尋找用武之地發(fā)揮作用的要求，嘗試主動(dòng)提出可預(yù)見(jiàn)的問(wèn)題并設(shè)法解決是現(xiàn)代思維方式的一個(gè)顯著特征，愛(ài)岡斯坦曾說(shuō)：提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要，正是這個(gè)意思。提新的問(wèn)題、新的可能性，從新的角度去看舊的問(wèn)題，這一切需要有創(chuàng)造性的想象力。往往是獲得認(rèn)識(shí)突破的契機(jī)，這種習(xí)慣或者素養(yǎng)是極其寶貴的。

5結(jié)語(yǔ)

隨著中國(guó)的開(kāi)放，科學(xué)技術(shù)的國(guó)際交流日益深入，現(xiàn)代化意義上的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與技術(shù)被不斷介紹并引入到國(guó)內(nèi)，在短時(shí)間內(nèi)取得了迅猛的發(fā)展。作為一名計(jì)算機(jī)工作者深切地感受到：計(jì)算機(jī)是一種多學(xué)科共同研究和推動(dòng)的科研成果，哲學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、人工智能等都對(duì)其發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用，當(dāng)下的學(xué)習(xí)者受到各種客觀與主觀因素的影響，主要是對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的一種自我環(huán)境下的適應(yīng)性使用。

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