楊世博

摘 要：現(xiàn)今，計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速，電子商務(wù)、電子政務(wù)、網(wǎng)上辦公、網(wǎng)上學(xué)習(xí)和網(wǎng)上娛樂(lè)等活動(dòng)應(yīng)用普遍，這些依附于計(jì)算機(jī)發(fā)展而實(shí)現(xiàn)的功能給人類工作、生活、學(xué)習(xí)帶來(lái)了翻天覆地的變化。作為理科基礎(chǔ)學(xué)科的物理學(xué)在計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程中究竟扮演著怎樣的角色？本文將就計(jì)算機(jī)發(fā)明的背景和物理學(xué)對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的影響展開(kāi)論述。

關(guān)鍵詞：物理學(xué) 計(jì)算機(jī) 背景 網(wǎng)絡(luò) 量子信息

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）06-0152-01

物理學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，一直是我們高中生（特別是理科生）學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。但很多同學(xué)在接觸物理過(guò)程中，認(rèn)為學(xué)物理是無(wú)用的，因?yàn)槠浜孟駥?duì)我們的個(gè)人生活并沒(méi)有什么實(shí)際性的幫助，反而因?yàn)殡y度較高造成了很大的學(xué)習(xí)壓力，殊不知計(jì)算機(jī)與物理學(xué)存在著不能割裂的聯(lián)系，已成為我們生活中不可缺少的一部分。

一、計(jì)算機(jī)發(fā)明的背景及其發(fā)展歷程

物理學(xué)是研究物質(zhì)世界最基本的結(jié)構(gòu)、最普遍的相互作用、最一般的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及計(jì)算機(jī)所使用的實(shí)驗(yàn)手段和思維方法的自然科學(xué)，它是人們對(duì)無(wú)生命自然界中物質(zhì)的轉(zhuǎn)變的知識(shí)做出規(guī)律性的總結(jié)的一門學(xué)科。物理學(xué)的影響深遠(yuǎn)，這是因?yàn)槲锢韺W(xué)的突破時(shí)常會(huì)造成新科技的出現(xiàn)，物理學(xué)的新點(diǎn)子很容易在其它學(xué)術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生共鳴。例如，在電磁學(xué)上的進(jìn)展，直接地導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)的產(chǎn)生，使電力的大規(guī)模生產(chǎn)與傳輸成為現(xiàn)實(shí)，大幅度地提升了整個(gè)社會(huì)的生活水平。計(jì)算機(jī)這一偉大發(fā)明就是在人類不斷的認(rèn)識(shí)世界，發(fā)現(xiàn)自然界規(guī)律的的背景下產(chǎn)生的。

自1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)明以來(lái)，計(jì)算機(jī)雖然只經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，但計(jì)算機(jī)已經(jīng)經(jīng)歷了占地面積大、速度慢、儲(chǔ)存量小，主要用于數(shù)據(jù)計(jì)算的第一代計(jì)算機(jī)——電子管計(jì)算機(jī)；以磁芯或磁鼓作存儲(chǔ)器，開(kāi)始用于數(shù)據(jù)處理和過(guò)程控制的第二代計(jì)算機(jī)——晶體管計(jì)算機(jī)；主存儲(chǔ)器漸漸過(guò)渡到半導(dǎo)體存儲(chǔ)器并且主要部件變成中小規(guī)模集成電路的第三代計(jì)算機(jī)——中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)；體積縮小、性能提高、集成更高的并開(kāi)始廣泛用于各種領(lǐng)域的第四代計(jì)算機(jī)——大規(guī)模和超規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)在，人類已經(jīng)迎來(lái)了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)三位一體的具有人工智能的第五代計(jì)算機(jī)時(shí)代，可以說(shuō)，在計(jì)算機(jī)發(fā)展的每一個(gè)階段，物理學(xué)都留下了不可磨滅的印記。

二、物理學(xué)對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)展的影響

1.第二次科技革命中最具代表性的即是奧斯特的“電磁感應(yīng)”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，該發(fā)現(xiàn)為發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的制造創(chuàng)造了可能性，之后法拉第的“電磁感應(yīng)定律”更是為發(fā)電機(jī)的發(fā)明和投入使用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使人類迎來(lái)了區(qū)別于以往的新能源。同時(shí)從電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)以及應(yīng)用物理理論研究到電氣化時(shí)代的到來(lái)，電力成為了新型主要的能源，電力設(shè)備也逐漸的發(fā)展起來(lái)[1]，計(jì)算機(jī)就是在電力的支撐下才有了發(fā)展的可能。計(jì)算機(jī)等電力設(shè)備產(chǎn)生的前提是電力的存在，并且它們賴以工作的前提也是充沛的電力，可以說(shuō)，計(jì)算機(jī)賴以存在的首要前提便是物理學(xué)中電力的發(fā)現(xiàn)。

2.現(xiàn)今，如果問(wèn)影響人類最廣泛的計(jì)算機(jī)功能是什么？很多人會(huì)毫不猶豫的選擇網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)不僅拉近了人與人之間的聯(lián)系，而且因?yàn)橘Y源的共享使生活更加便捷、工作更加科學(xué)。那究竟網(wǎng)絡(luò)是怎樣實(shí)現(xiàn)的，它又與物理學(xué)有那些聯(lián)系呢？網(wǎng)絡(luò)就是通過(guò)線路互連起來(lái)的、資質(zhì)的計(jì)算機(jī)集合，確切的說(shuō)就是將分布在不同地理位置上的具有獨(dú)立工作能力的計(jì)算機(jī)、終端及其附屬設(shè)備用通信設(shè)備和通信線路連接起來(lái)，并配置網(wǎng)絡(luò)軟件，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)資源共享的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)傳輸需要介質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)常用的傳輸介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜、光纖、無(wú)線傳輸媒介等，這其中無(wú)論是金屬導(dǎo)體還是光纖導(dǎo)體，都離不開(kāi)其物理性能的開(kāi)發(fā)，其本身存在的物理性能是支撐網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕A(chǔ)。并且隨著計(jì)算機(jī)制造業(yè)的大力發(fā)展，更是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件的可靠性及性價(jià)比推向一個(gè)新的高峰[2]，這種現(xiàn)狀下計(jì)算機(jī)硬件的改革與創(chuàng)新也不斷開(kāi)展，物理作為支撐硬件發(fā)展的物質(zhì)和性能基礎(chǔ)任務(wù)還很巨大。

3.進(jìn)入21世紀(jì)，更多的高新物理技術(shù)也不斷的應(yīng)用到了計(jì)算機(jī)的革新之中。量子納米科學(xué)就與計(jì)算機(jī)緊密相關(guān)，量子納米材料在化工、醫(yī)藥、建材等領(lǐng)域已經(jīng)有了很多應(yīng)用，而量子納米結(jié)構(gòu)的電子、光子和微機(jī)械將成為下一代量子微電子和光電子器件的核心，通過(guò)與通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的緊密聯(lián)系，勢(shì)必在21世紀(jì)引起一場(chǎng)新的技術(shù)革命。除此外，量子信息也給計(jì)算機(jī)架構(gòu)體系帶來(lái)變革，它涉及到如何從物理學(xué)的角度，從物質(zhì)層面上深入理解什么是信息，什么是物質(zhì)，能量和信息關(guān)系等基礎(chǔ)性問(wèn)題。并且，量子信息作為利用量子態(tài)作為信息載體進(jìn)行信息儲(chǔ)存、處理、計(jì)算和傳送的一門學(xué)科，它能完成經(jīng)典信息系統(tǒng)難以勝任的高速計(jì)算、大容量信息傳輸通訊和安全保密等的信息處理任務(wù)[3]，對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展意義重大。

計(jì)算機(jī)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了70多年的發(fā)展歷程，不管是僅僅實(shí)現(xiàn)計(jì)算功能的第一代計(jì)算機(jī)，還是現(xiàn)在功能多樣，廣泛普及的第五代計(jì)算機(jī)，其發(fā)展的前提都離不開(kāi)新物理技術(shù)的創(chuàng)新和新物理材料的發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)今，在計(jì)算機(jī)向系統(tǒng)巨型化、體積微型化、資源網(wǎng)絡(luò)化和功能智能化前行的道路上，物理學(xué)作為推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)學(xué)科，還將用其獨(dú)特的魅力發(fā)揮重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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