張亞青

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

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

計算機(jī)是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一。在這個世紀(jì)之交，知識經(jīng)濟(jì)時代呼嘯而來，作為知識和信息的處理、傳輸和存儲之載體的計算機(jī)。在即將來臨的21世紀(jì)，將會不斷地開發(fā)出新的品種。而這些新穎的計算機(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)用到新型計算機(jī)的開發(fā)當(dāng)中，如量子、光子 分子等。未來量子、光子和分子計算機(jī)將具有感知、思考、判斷、學(xué)習(xí)以及一定的自然語言能力，使計算機(jī)進(jìn)入人工智能時代。這種新型計算機(jī)將推動新一輪計算技術(shù)革命，對人類社會的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

1 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展宏觀分析

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

首先，在“廣”這一方面，隨著計算機(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。就比如我們當(dāng)時發(fā)明的發(fā)動機(jī)一樣，現(xiàn)在已經(jīng)普及千家萬戶，大的不管是飛機(jī)、汽車，小的是冰箱等，幾乎都有發(fā)動機(jī)的影子，因此完全有可能在將來的一天，我們所有用到的東西都可以靠計算機(jī)來實現(xiàn)，比如現(xiàn)在學(xué)生用的教科書，將來就完全有可能被計算機(jī)替代，學(xué)生所需要的所有知識資料都可以靠計算機(jī)去查找到，并且方便快捷。

然后，在“高”這一方面，主要表現(xiàn)在計算機(jī)的運(yùn)算，也就是主頻，主頻不斷地完善，計算機(jī)的運(yùn)算也就會越來越快，各方面的性能也就會越來越好，就作者知道的而言，目前，英特爾公司早已開發(fā)出一高性能的處理器，該處理器集成了超過10億的晶體管，這也就代表著一臺計算機(jī)的運(yùn)行不在單單使用一個處理器來工作，還會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，計算機(jī)越來越智能化，也就是向著人工智能的方向不斷地進(jìn)步，就比如我們平時在書本上看到的由于的信息，如何快速方便的被利用，這就要講到計算機(jī)的人機(jī)互動模式了。人機(jī)互動、人機(jī)智能講的淺顯的就是計算機(jī)越來越智能，甚至?xí)邆湟欢ǖ暮腿艘粯拥母兄芰Α⑦壿嬎季S能力等，人們的表情、手勢甚至是內(nèi)心的想法完全能夠被計算機(jī)感知到，人機(jī)互動更加方便。除此之外，目前人類已經(jīng)發(fā)明出虛擬計算機(jī)場景，在其中，人們可以感受到身臨其境的感覺，等等。這些都不斷地被人類開發(fā)，朝著越來越深的方向發(fā)展。

2摩爾定律”與“計算的極限”

人類是否可以將電子計算機(jī)的運(yùn)算速度永無止境地提升？傳統(tǒng)計算機(jī)計算能力的提高有沒有極限？對此問題，學(xué)者們在進(jìn)行嚴(yán)密論證后給出了否定的答案。如果電子計算機(jī)的計算能力無限提高，最終地球上所有的能量將轉(zhuǎn)換為計算的結(jié)果―造成熵的降低，這種向低熵方向無限發(fā)展的運(yùn)動被哲學(xué)界認(rèn)為是禁止的，因此，傳統(tǒng)電子計算機(jī)的計算能力必有上限。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，導(dǎo)線內(nèi)運(yùn)動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各種新型計算機(jī)

硅芯片技術(shù)高速發(fā)展的同時，也意味著硅技術(shù)越來越接近其物理極限。為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計算機(jī)，計算機(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。新型的量子計算機(jī)、光子計算機(jī)、分子計算機(jī)、納米計算機(jī)等，將會在二十一世紀(jì)走進(jìn)我們的生活，遍布各個領(lǐng)域。

3.1量子計算機(jī)

量子計算機(jī)的概念源于對可逆計算機(jī)的研究。量子計算機(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)算存儲及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個裝置處理和計算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時，它就是量子計算機(jī)。量子計算機(jī)是通過量子分裂式、量子修補(bǔ)式來進(jìn)行一系列的大規(guī)模高精確度的運(yùn)算的。其浮點運(yùn)算性能是普通家用電腦的CPU所無法比擬的。量子計算機(jī)大規(guī)模運(yùn)算的方式其實就類似于普通電腦的批處理程序，其運(yùn)算方式簡單來說就是通過大量的量子分裂，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光子計算機(jī)

現(xiàn)有的計算機(jī)是由電子來傳遞和處理信息。電場在導(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)動的速度都快。但是，從發(fā)展高速率計算機(jī)來說，采用電子做輸運(yùn)信息載體還不能滿足快的要求，提高計算機(jī)運(yùn)算速度也明顯表現(xiàn)出能力有限了。而光子計算機(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，利用激光來傳送信號，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。在光子計算機(jī)中，不同波長、頻率、偏振態(tài)及相位的光代表不同的數(shù)據(jù)，這遠(yuǎn)勝于電子計算機(jī)中通過電子狀態(tài)變化進(jìn)行的二進(jìn)制運(yùn)算，可以對復(fù)雜度高，計算量大的任務(wù)實現(xiàn)快速的并行處理。光子計算機(jī)將使運(yùn)算速度在目前基礎(chǔ)上呈指數(shù)上升。

3.3分子計算機(jī)

分子計算計劃就是嘗試?yán)梅肿佑嬎愕哪芰M(jìn)行信息的處理。分子計算機(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。憑借著分子納米級的尺寸，分子計算機(jī)的體積將劇減。此外，分子計算機(jī)耗電可大大減少并能更長期地存儲大量數(shù)據(jù)。我們相信，新型計算機(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)社會高速發(fā)展，實現(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)過一個從無到有的艱難歷程，隨著一代又一代科學(xué)家們的不斷努力，未來的計算機(jī)一定會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)為開展計算機(jī)發(fā)展史研究的一種思路是：本著實用主義的態(tài)度，分階段提取計算機(jī)發(fā)展過程中的關(guān)鍵問題。圍繞這些問題展開研究，尤其要著力于問題解決過程中碰到的困難，以及問題解決后發(fā)現(xiàn)的新問題。

4.1“實用主義”無褒貶之分

彌補(bǔ)對計算機(jī)發(fā)展的歷史認(rèn)知，不宜再去重做實驗，推倒人類已有的技術(shù)規(guī)范重來：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)問題，找出規(guī)律。同時，“實用”也是發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢的應(yīng)有之義。

4.2緊緊圍繞“問題”

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

4.3事物的發(fā)展是動態(tài)的，已有問題的解決必然帶來新的問題

新的問題是對已有問題解決方法的挑戰(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，嘗試主動提出可預(yù)見的問題并設(shè)法解決是現(xiàn)代思維方式的一個顯著特征，愛岡斯坦曾說：提出一個問題往往比解決一個問題更重要，正是這個意思。提新的問題、新的可能性，從新的角度去看舊的問題，這一切需要有創(chuàng)造性的想象力。往往是獲得認(rèn)識突破的契機(jī)，這種習(xí)慣或者素養(yǎng)是極其寶貴的。

5結(jié)語

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

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