计算机的关键技术继续发展及应用.pdf

计算机技术继续发展及应用 未来的计算机技术将向超高速、超小型、平行处理、智能化的方向发展。尽管受到物理极限的 约束，采用硅芯片的计算机的核心部件 CPU的性能还会持续增长。作为 Moore 定律驱动下成功企业 的典范 Inter 预计 2001 年推出 1 亿个晶体管的微处理器， 并预计在 2010 年推出集成 10 亿个晶体管 的微处理器，其性能为 10 万 MIPS （1000 亿条指令／秒） 。而每秒 100 万亿次的超级计算机将出现在 本世纪初出现。超高速计算机将采用平行处理技术，使计算机系统同时执行多条指令或同时对多个 数据进行处理，这是改进计算机结构、提高计算机运行速度的关键技术。 同时计算机将具备更多的智能成分，它将具有多种感知能力、一定的思考与判断能力及一定的 自然语言能力。除了提供自然的输入手段（如语音输入、手写输入）外，让人能产生身临其境感觉 的各种交互设备已经出现，虚拟现实技术是这一领域发展的集中体现。 传统的磁存储、光盘存储容量继续攀升，新的海量存储技术趋于成熟，新型的存储器每立方厘 米存储容量可达 10TB （以一本书 30 万字计，它可存储约 1500 万本书）。信息的永久存储也将成为 现实，千年存储器正在研制中，这样的存储器可以抗干扰、抗高温、防震、防水、防腐蚀。如是， 今日的大量文献可以原汁原味保存、并流芳百世。 新型计算机系统不断涌现 硅芯片技术的高速发展同时也意味着硅技术越来越近其物理极限，为此，世界各国的研究人员 正在加紧研究开发新型计算机，计算机从体系结构的变革到器件与技术革命都要产生一次量的乃至 质的飞跃。新型的量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等将会在 21 世纪走进我们的 生活，遍布各个领域。 量子计算机 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行量子并行计算，其运算速度可能比目前个人计算机的 Pentium Ⅲ晶片快 10 亿倍。目前正在开发中的量子计算机有 3 种类型：核磁共振 (NMR)量子计算机、 硅基半导体量子计算机、离子阱量子计算机。预计 2030 年将普及量子计算机。 光子计算机 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。 与电子计算机相比，光计算机的“无导线计算机”信息传递平行通道密度极大。一枚直径 5 分 硬币大小的棱镜，它的通过能力超过全世界现有电话电缆的许多倍。光的并行、高速，天然地决定 了光计算机的并行处理能力很强，具有超高速运算速度。超高速电子计算机只能在低温下工作，而 光计算机在室温下即可开展工作。光计算机还具有与人脑相似的容错性。系统中某一元件损坏或出 错时，并不影响最终的计算结果。 目前，世界上第一台光计算机已由欧共体的英国、法国、比利时、德国、意大利的 70 多名科学 家研制成功，其运算速度比电子计算机快 1000 倍。科学家们预计，光计算机的进一步研制将成为 21 世纪高科技课题之一。 生物计算机（分子计算机） 生物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。计算机的转换开 关由酶来充当，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。 20 世纪 70 年代，人们发现脱氧核糖核酸 (DNA)处于不同状态时可以代表信息的有或无。 DNA分 子中的遗传密码相当于存储的数据， DNA 分子间通过生化反应，从一种基因代玛转变为另一种基因 代码