[历史学]计算机发展历史.ppt

计算机发展史 -未来篇 20世纪下半叶电子数字计算机蓬勃发展的主要基础是基于硅材料的微电子器件。发展高性能计算有两条途径，一条是基于现有的半导体集成电路技术，即微处理机技术，通过提高并行处理能力来实现；另一条途径是突破硅半导体器件的框框，发展非传统的新技术，包括超导计算、量子计算、生物计算和光计算等。 超导计算机 超导计算机是 使用超导体元器件 的高速计算机。所 谓超导，是指有些 物质在接近绝对零 度（相当于-269摄氏度）时，电流流动是无 阻力的。1962年，英国物理学家约瑟夫逊提 出了超导隧道效应原理，即由超导体一绝缘 体一超导体组成器件，当两端加电压时，电 子便会像通过隧道一样无阻挡地从绝缘介质 中穿过去，形成微小电流，而这一器件的两 端是无电压的。约琴夫逊因此获得诺贝尔奖。 纳米计算机 科学家发现，当晶体管的尺寸缩小到0.1微米(100纳米)以下时，半导体晶体管赖以工作的基本原理将受到很大限制。研究人员需另辟蹊径，才能突破0.1微米界，实现纳米级器件。现代商品化大规模集成电路上元器件的尺寸约在0.35微米(即350纳米)，而纳米计算机的基本元器件尺寸只有几到几十纳米。 目前，在以不同原理实现纳米级计算方面，科学家提出四种工作机制：电子式纳米计算技术，基于生物化学物质与DNA的纳米计算机，机械式纳米计算机，量子波相干计算。它们有可能发展成为未来纳米计算机技术的基础。 像硅微电子计算技术一样，电子式纳米计算技术仍然利用电子运动对信息进行处理。不同的是：前者利用固体材料的整体特性，根据大量电子参与工作时所呈现的统计平均规律；后者利用的是在一个很小的空间(纳米尺度)内，有限电子运动所表现出来的量子效应。 光计算机 与传统硅芯片计算机不同，光计算机用光束代替电子进行运算和存储：它以不同波长的光代表不同的数据，以大量的透镜、棱镜和反射镜将数据从一个芯片传送到另一个芯片。 研制光计算机的设想早在20世纪50年代后期就已提出。1986年，贝尔实验室的戴维·米勒研制出小型光开关，为同实验室的艾伦·黄研制光处理器提供了必要的元件。1990年1月，黄的实验室开始用光计算机工作。 从采用的元器件看，光计算机有全光学型和光电混合型。1990年贝尔实验室研制成功的那台机器就采用了混合型结构。相比之下，全光学型计算机可以达到更高的运算速度。 然而，要想研制出光计算机，需要开发出可用一条光束控制另一条光束变化的光学“晶体管”。现有的光学“晶体管”庞大而笨拙，若用它们造成台式计算机将有一辆汽车那么大。因此，要想短期内使光计算机实用化还很困难。 DNA计算机 1994年11月，美国南加州 大学的阿德勒曼博士提出一个奇 思妙想，即以DNA碱基对序列作 为信息编码的载体，利用现代分 子生物技术，在试管内控制酶的 作用下，使DNA碱基对序列发生 反应，以此实现数据运算。 在过去的半个世纪里，计算机的意义几乎完 全等同于物理芯片。然而，阿德勒曼提出的 DNA计算机拓宽了人们对计算现象的理解，从 此，计算不再只是简单的物理性质的加减操作， 而又增添了化学性质的切割、复制、粘贴、插 入和删除等种种方式。 量子计算机 量子计算机以处于量子状态的原子作为中央处理器和内存，利用原子的量子特性进行信息处理。由于原子具有在同一时间处于两个不同位置的奇妙特性，即处于量子位的原子既可以代表0或1，也能同时代表0和1以及0和1之间的中间值，故无论从数据存储还是处理的角度，量子位的能力都是晶体管电子位的两倍。对此，有人曾经作过这样一个比喻：假设一只老鼠准备绕过一只猫，根据经典物理学理论，它要么从左边过，要么从右边过，而根据量子理论，它却可以同时从猫的左边和右边绕过。 量子计算机与传统计算机在外形上有较大差异：它没有传统计算机的盒式外壳，看起来像是一个被其他物质包围的巨大磁场；它不能利用硬盘实现信息的长期存储……但高效的运算能力使量子计算机具有广阔的应用前景，这使得众多国家和科技实体乐此不疲。尽管目前量子计算机的研究仍处于实验室阶段，但不可否认，终有一天它会取代传统计算机进入寻常百姓家。 利用蛋白质的开关特性开发出生物计算机 生物计算机主要是 以生物电子元件构建的 计算机。由于半导体硅 芯片电路密集引起的散 热问题难以解决，科学 家便投入了生物计算机 的研究与开发。生物电 脑的性能是由元件与元件之间电流启闭的 开关速度来决定的。科学家发现，蛋白质