未来计算机技术展望

1、前言

计算机的发展将趋向巨型化、微型化、网络化多媒体化和智能化。自从1944年世界上第一台电子计算机诞生以来，计算机技术迅猛发展，传统计算机的性能受到挑战，开始从基本原理上寻找计算机发展的突破口，新型计算机的研发应运而生。未来量子、光子、分子和纳米计算机将具有感知、思考、判断、学习以及一定的自然语言能力，使计算机进人人工智能时代。这种新型计算机将推动新一轮计算技术革命，对人类社会的发展产生深远的影响。

2、未来计算机的发展方向

2.1．未来计算机将向巨型化方向发展

首先，未来计算机将向巨型化方向发展。那么，什么叫做巨型化呢？巨型化的计算机在未来有什么用处呢？

所谓的巨型机是一种高速度，高精度，内存容量大和功能强的计算机，其运行速度一般在每秒一亿次以上，现在人们已经研制出来每秒运行速度达上百亿次的巨型计算机，这类的计算机主要用于核工业，航天，军事等尖端科技领域，是一个国家计算机技术水平和现代科学技术水平的标志。

目前，能够拥有并制造机型计算机的国家不多，我国在这方面处于世界领先地位。2017年6月17日，在德国莱比锡开幕的2017年国际超级计算机大会上，TOP500组织公布了最新全球超级计算机500强排行榜榜单，中国国防科技大学研制的天河二号超级计算机，以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度夺得头筹，中国“天河二号”成为全球最快超级计算机。

2.2．微型化将是未来计算机的又一特点

上海第二工业大学本科期末设计（论文）

20世纪70年代以来，随着超大规模集成电路技术的发展，微型计算机迅速发展起来。微型计算机具有体积小，价格便宜，功能强等特点，并且具有丰富的应用软件和外部设备，尤其是在未来多媒体技术与网络的发展中，微型计算机将更加普及。

2.3．网络化是计算机发展的主导方向

使用现代通信和计算机技术，可以将分布在不同地点的计算机互联起来，组成一个规模大，功能强的计算机网络系统。计算机网络可以实现软件，硬件，数据资源的.共享和网络通信，提高了计算机系统的效率，因而计算机网络的发展和普及非常迅速，因特网的迅速发展，缩小了世界，缩短了人们之间的距离，使得人们可以方便的使用网上遍及各个领域的丰富的信息资源。

2.4．多媒体化将会使人机之间关系更加亲近友好：

随着计算机，微电子通信，数字化声缘技术的飞速发展，多媒体技术日趋成熟，并投入了实际的应用，并已成为电子计算机应用技术的发展潮流和趋势，它通过计算机将各种媒体以数字形式出现，大大的增加了信息来源，使人和计算机之间的关系更加亲近友好，从而拓展计算机的应用领域。

2.5.未来真正的“电脑”智能化是必不可少的：

智能化是使计算机具有人的感觉和思维推理能力，成为真正的“电脑”。其主要内容有：图形的识别，自然语言的生成与理解，专家系统，只能机器人，自动程序设计，自动定理证明和问题求解等。目前，能识别单词，分析语言的语言翻译系统已经出现。某些有识别声音，辨别理解人的表情和手势等功能的计算机也已经研制出现。

3、新型高性能计算机问世

硅芯片技术高速发展的同时，也意味看硅技术越来越接近其物理极限。为此，世界各国的研究人员正在加紧研究开发新型计算机，计算机的体系结构与技术都将产生一次量与质的飞跃。新型的量子计算机、光子计算机、分子计算机、纳米计算机等，将会在二十一世纪走进我们的生活，遍布各个领域。

3.1.量子计算机

量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究，量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机是基于量子效应基础上开发的，它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态.使信息沿着聚合物移动.从而进行运算。量子计算机中的数据用量子位存储。由于量子叠加效应，一个量子位可以是0或1，也可以既存储0又存储1。因此，一个量子位可以存储2个数据，同样数量的存储位，量子计算机的存储量比通常计算机大许多。同时量子计算机能够实 2

行量子并行计算，其运算速度可能比目前计算机的Pentium DI晶片快10亿倍。除具有高速并行处理数据的能力外，量子计算机还将对现有的保密体系、国家安全意识产生重大的冲击。

无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。量子编码采用纠错、避错和防错等。量子计算机使计算的概念焕然一新。

3.2.光子计算机

光子计算机是利用光子取代电子进行数据运算、传翰和存储。光子计算机即全光数字计算机，以光子代替电子，光互连代替导线互连，光硬件代替计算机中的电子硬件，光运算代替电运算。在光子计算机中，不同波长的光代表不同的数据，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速地并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。

3.3.分子计算机

分子计算机体积小、耗电少、运算快、存储量大。分子计算机的运行是吸收分子晶体上以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。分子计算机的运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。转换开关为酶，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。生物分子组成的计算机具备能在生化环境下，甚至在生物有机体中运行，并能以其它分子形式与外部环境交换。因此它将在医疗诊治、遗传追踪和仿生工程中发挥无法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自动机模型、仿生算法、分子化学反应算法等几种类型。分子芯片体积可比现在的芯片大大减小，而效率大大提高，分子计算机完成一项运算，所需的时间仅为10 微微秒，比人的思维速度快100万倍。分子计算机具有惊人的存贮容量，1立方米的DNA溶液可存储1万亿亿的二进制数据。分子计算机消耗的能量非常小，只有电子计算机的十亿分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白质分子，所以分子计算机既有自我修复的功能，又可直接与分子活体相联。美国已研制出分子计算机分子电路的基础元器件，可在光照几万分之一秒的时间内产生感应电流。以色列科学家已经研制出一种由DNA分子和酶分子构成的微型分子计算机。预计20年后，分子计算机将进人实用阶段。

3.4.纳米计算机

纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机。纳米管元件尺寸在几到几十纳米范围，质地坚固，有着极强的导电性，能代替硅芯片制造计算机。“纳米”是一个计量单位，大约是氢原子直径的10倍。纳米技术是从20世纪80年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域，最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子，制造出具有特定功能的产品。现在纳米技术正从微电子机械系统

起步，把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上而构成一个系统。应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积只有数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源，而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。美国正在研制一种连接纳米管的方法，用这种方法连接的纳米管可用作芯片元件，发挥电子开关、放大和晶体管的功能。专家预测，10年后纳米技术将会走出实验室，成为科技应用的一部分。纳米计算机体积小、造价低、存量大、性能好，将逐渐取代芯片计算机，推动计算机行业的快速发展。

4、结语

我们相信，新型计算机与相关技术的研发和应用，是二十一世纪科技领域的重大创新，必将推进全球经济社会高速发展，实现人类发展史上的重大突破。科学在发展，人类在进步，历史上的新生事物都要经过一个从无到有的艰难历程，随着一代又一代科学家们的不断努力，未来的计算机一定会是更加方便人们的工作、学习、生活的好伴侣。

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