淺論計算機發(fā)展的相關論文2000字(2)
淺論計算機發(fā)展的相關論文2000字
計算機發(fā)展的相關論文篇二
試論計算機發(fā)展
[摘要]：通過對計算機的發(fā)展歷史和人類對計算本質認識的回顧，提出量子計算系統(tǒng)的發(fā)展和成熟，并且提出了人類認識未知世界的規(guī)律。
[關鍵詞]：計算科學;計算工;具圖靈模型;量子計算
1、“摩爾定律”與“計算的極限”
人類是否可以將電子計算機的運算速度永無止境地提升?傳統(tǒng)計算機計算能力的提高有沒有極限?對此問題，學者們在進行嚴密論證后給出了否定的答案。如果電子計算機的計算能力無限提高，最終地球上所有的能量將轉換為計算的結果――造成熵的降低，這種向低熵方向無限發(fā)展的運動被哲學界認為是禁止的，因此，傳統(tǒng)電子計算機的計算能力必有上限。
而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)為代表的理論科學家認為到21世紀30年代，芯片內(nèi)導線的寬度將窄到納米尺度(1納米=10-9米)，此時。導線內(nèi)運動的電子將不再遵循經(jīng)典物理規(guī)律――牛頓力學沿導線運行，而是按照量子力學的規(guī)律表現(xiàn)出奇特的“電子亂竄”的現(xiàn)象，從而導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(約5納米)后，晶體管也將受到量子效應干擾而呈現(xiàn)出奇特的反常效應。
哲學家和科學家對此問題的看法十分一致：摩爾定律不久將不再適用。也就是說，電子計算機計算能力飛速發(fā)展的可喜景象很可能在21世紀前30年內(nèi)終止。著名科學家，哈佛大學終身教授威爾遜(EdwardO.Wilson)指出：“科學代表著一個時代最為大膽的猜想(形而上學)。它純粹是人為的。但我們相信，通過追尋“夢想一發(fā)現(xiàn)―解釋―夢想”的不斷循環(huán)，我們可以開拓一個個新領域，世界最終會變得越來越清晰，我們最終會了解宇宙的奧妙。所有的美妙都是彼此聯(lián)系和有意義的。
2、量子計算系統(tǒng)
量子計算最初思想的提出可以追溯到20世紀80年代。物理學家費曼RichardP0Feynman曾試圖用傳統(tǒng)的電子計算機模擬量子力學對象的行為。他遇到一個問題：量子力學系統(tǒng)的行為通常是難以理解同時也是難以求解的。以光的干涉現(xiàn)象為例，在干涉過程中，相互作用的光子每增加一個，有可能發(fā)生的情況就會多出―倍，也就是問題的規(guī)模呈指數(shù)級增加。模擬這樣的實驗所需的計算量實在太大了，不過。在費曼眼里，這卻恰恰提供一個契機。因為另一方面，量子力學系統(tǒng)的行為也具有良好的可預測性：在干涉實驗中，只要給定初始條件，就可以推測出屏幕上影子的形狀。費曼推斷認為如果算出干涉實驗中發(fā)生的現(xiàn)象需要大量的計算，那么搭建這樣一個實驗，測量其結果，就恰好相當于完成了一個復雜的計算。因此，只要在計算機運行的過程中，允許它在真實的量子力學對象上完成實驗，并把實驗結果整合到計算中去，就可以獲得遠遠超出傳統(tǒng)計算機的運算速度。
在費曼設想的啟發(fā)下，1985年英國牛津大學教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理學定律推導出一種超越傳統(tǒng)的計算概念的方法即推導出更強的丘奇一圖靈論題。費曼指出使用量子計算機時，不需要考慮計算是如何實現(xiàn)的，即把計算看作由“神諭”來實現(xiàn)的：這類計算在量子計算中被稱為“神諭”(Oracle)。種種跡象表明：量子計算在一些特定的計算領域內(nèi)確實比傳統(tǒng)計算更強，例如，現(xiàn)代信息安全技術的安全性在很大程度上依賴于把一個大整數(shù)(如1024位的十進制數(shù))分解為兩個質數(shù)的乘積的難度。這個問題是一個典型的“困難問題”，困難的原因是目前在傳統(tǒng)電子計算機上還沒有找到一種有效的辦法將這種計算快速地進行。目前，就是將全世界的所有大大小小的電子計算機全部利用起來來計算上面的這個1024位整數(shù)的質因子分解問題，大約需要28萬年，這已經(jīng)遠遠超過了人類所能夠等待的時間。而且，分解的難度隨著整數(shù)位數(shù)的增多指數(shù)級增大，也就是說如果要分解2046位的整數(shù)，所需要的時間已經(jīng)遠遠超過宇宙現(xiàn)有的年齡。而利用一臺量子計算機，我們只需要大約40分鐘的時間就可以分解1024位的整數(shù)了。
3、量子計算中的神諭
人類的計算工具，從木棍、石頭到算盤，經(jīng)過電子管計算機，晶體管計算機，到現(xiàn)在的電子計算機，再到量子計算。筆者發(fā)現(xiàn)這其中的過程讓人思考：首先是人們發(fā)現(xiàn)用石頭或者棍棒可以幫助人們進行計算，隨后，人們發(fā)明了算盤，來幫助人們進行計算。當人們發(fā)現(xiàn)不僅人手可以搬動“算珠”。機器也可以用來搬動“算珠”，而且效率更高，速度更快。隨后，人們用繼電器替代了純機械，最后人們用電子代替了繼電器。就在人們改進計算工具的同時，數(shù)學家們開始對計算的本質展開了研究，圖靈機模型告訴了人們答案。
量子計算的出現(xiàn)，則徹底打破了這種認識與創(chuàng)新規(guī)律。它建立在對量子力學實驗的在現(xiàn)實世界的不可計算性。試圖利用一個實驗來代替一系列復雜的大量運算。可以說，這是一種革命性的思考與解決問題的方式。
因為在此之前，所有計算均是模擬一個快速的“算盤”，即使是最先進的電子計算機的CPU內(nèi)部。64位的寄存器(register)，也是等價于一個有著64根軸的二進制算盤。量子計算則完全不同，對于量子計算的核心部件，類似于古代希臘中的“神諭”，沒有人弄清楚神諭內(nèi)部的機理，卻對“神諭”內(nèi)部產(chǎn)生的結果深信不疑。人們可以把它當作一個黑盒子，人們通過輸入，可以得到輸出，但是對于黑盒子內(nèi)部發(fā)生了什么和為什么這樣發(fā)生確并不知道。
4、“神諭”的挑戰(zhàn)與人類自身的回應人類的
思考能力，隨著計算工具的不斷進化而不斷加強。電子計算機和互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，大大加強了人類整體的科研能力，那么，量子計算系統(tǒng)的產(chǎn)生，會給人類整體帶來更加強大的科研能力和思考能力，并最終解決困擾當今時代的量子“神諭”。不僅如此，量子計算系統(tǒng)會更加深刻的揭示計算的本質，把人類對計算本質的認識從牛頓世界中擴充到量子世界中。
如果觀察歷史，會發(fā)現(xiàn)人類文明不斷增多的“發(fā)現(xiàn)”已經(jīng)構成了我們理解世界的“公理”，人們的公理系統(tǒng)在不斷的增大，隨著該系統(tǒng)的不斷增大，人們認清并解決了許多問題。人類的認識模式似乎符合下面的規(guī)律：
“計算工具不斷發(fā)展一整體思維能力的不斷增強―公理系統(tǒng)的不斷擴大一舊的神諭被解決一新的神諭不斷產(chǎn)生”不斷循環(huán)。
無論量子計算的本質是否被發(fā)現(xiàn)，也不會妨礙量子計算時代的到來。量子計算是計算科學本身的一次新的革命，也許許多困擾人類的問題，將會隨著量子計算機工具的發(fā)展而得到解決，它將“計算科學”從牛頓時代引向量子時代，并會給人類文明帶來更加深刻的影響。思考能力，隨著計算工具的不斷進化而不斷加強。電子計算機和互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，大大加強了人類整體的科研能力，那么，量子計算系統(tǒng)的產(chǎn)生，會給人類整體帶來更加強大的科研能力和思考能力，并最終解決困擾當今時代的量子“神諭”。不僅如此，量子計算系統(tǒng)會更加深刻的揭示計算的本質，把人類對計算本質的認識從牛頓世界中擴充到量子世界中。
如果觀察歷史，會發(fā)現(xiàn)人類文明不斷增多的“發(fā)現(xiàn)”已經(jīng)構成了我們理解世界的“公理”，人們的公理系統(tǒng)在不斷的增大，隨著該系統(tǒng)的不斷增大，人們認清并解決了許多問題。人類的認識模式似乎符合下面的規(guī)律：
“計算工具不斷發(fā)展一整體思維能力的不斷增強―公理系統(tǒng)的不斷擴大一舊的神諭被解決一新的神諭不斷產(chǎn)生”不斷循環(huán)。
無論量子計算的本質是否被發(fā)現(xiàn)，也不會妨礙量子計算時代的到來。量子計算是計算科學本身的一次新的革命，也許許多困擾人類的問題，將會隨著量子計算機工具的發(fā)展而得到解決，它將“計算科學”從牛頓時代引向量子時代，并會給人類文明帶來更加深刻的影響。
計算機發(fā)展的相關論文篇三
試論計算機發(fā)展趨勢展望
一、 前言
計算機的發(fā)展將趨向超高速、超小型、并行處理和智能化。自從1944年世界上第一臺電子計算機誕生以來，計算機技術迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)計算機的性能受到挑戰(zhàn)，開始從基本原理上尋找計算機發(fā)展的突破口，新型計算機的研發(fā)應運而生。未來量子、光子和分子計算機將具有感知、思考、判斷、學習以及一定的自然語言能力，使計算機進人人工智能時代。這種新型計算機將推動新一輪計算技術革命，對人類社會的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。
二、智能化的超級計算機
超高速計算機采用平行處理技術改進計算機結構，使計算機系統(tǒng)同時執(zhí)行多條指令或同時對多個數(shù)據(jù)進行處理，進一步提高計算機運行速度。超級計算機通常是由數(shù)百數(shù)千甚至更多的處理器(機)組成，能完成普通計算機和服務器不能計算的大型復雜任務。從超級計算機獲得數(shù)據(jù)分析和模擬成果，能推動各個領域高精尖項目的研究與開發(fā)，為我們的日常生活帶來各種各樣的好處。最大的超級計算機接近于復制人類大腦的能力，具備更多的智能成份.方便人們的生活、學習和工作。世界上最受歡迎的動畫片、很多耗巨資拍攝的電影中，使用的特技效果都是在超級計算機上完成的。日本、美國、以色列、中國和印度首先成為世界上擁有每秒運算1萬億次的超級計算機的國家，超級計算機已在科技界內(nèi)引起開發(fā)與創(chuàng)新狂潮。
三、新型高性能計算機問世
硅芯片技術高速發(fā)展的同時，也意味看硅技術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，計算機的體系結構與技術都將產(chǎn)生一次量與質的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、分子計算機、納米計算機等，將會在二十一世紀走進我們的生活，遍布各個領域。
1.量子計算機
量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究，量子計算機是一類遵循量子力學規(guī)律進行高速數(shù)學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機是基于量子效應基礎上開發(fā)的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài).使信息沿著聚合物移動.從而進行運算。量子計算機中的數(shù)據(jù)用量子位存儲。由于量子疊加效應，一個量子位可以是0或1，也可以既存儲0又存儲1。因此，一個量子位可以存儲2個數(shù)據(jù)，同樣數(shù)量的存儲位，量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。同時量子計算機能夠實行量子并行計算，其運算速度可能比目前計算機的Pentium DI晶片快10億倍。除具有高速并行處理數(shù)據(jù)的能力外，量子計算機還將對現(xiàn)有的保密體系、國家安全意識產(chǎn)生重大的沖擊。
無論是量子并行計算還是量子模擬計算，本質上都是利用了量子相干性。世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。目前已經(jīng)提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導量子干涉等。量子編碼采用糾錯、避錯和防錯等。量子計算機使計算的概念煥然一新。
2.光子計算機
光子計算機是利用光子取代電子進行數(shù)據(jù)運算、傳翰和存儲。光子計算機即全光數(shù)字計算機，以光子代替電子，光互連代替導線互連，光硬件代替計算機中的電子硬件，光運算代替電運算。在光子計算機中，不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù)，可以對復雜度高、計算量大的任務實現(xiàn)快速地并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎上呈指數(shù)上升。
3.分子計算機
分子計算機體積小、耗電少、運算快、存儲量大。分子計算機的運行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進行組織排列。分子計算機的運算過程就是蛋白質分子與周圍物理化學介質的相互作用過程。轉換開關為酶，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質的結構中極其明顯地表示出來。生物分子組成的計算機具備能在生化環(huán)境下，甚至在生物有機體中運行，并能以其它分子形式與外部環(huán)境交換。因此它將在醫(yī)療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發(fā)揮無法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自動機模型、仿生算法、分子化學反應算法等幾種類型。
分子芯片體積可比現(xiàn)在的芯片大大減小，而效率大大提高，分子計算機完成一項運算，所需的時間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬倍。分子計算機具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液可存儲1萬億億的二進制數(shù)據(jù)。分子計算機消耗的能量非常小，只有電子計算機的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質分子，所以分子計算機既有自我修復的功能，又可直接與分子活體相聯(lián)。美國已研制出分子計算機分子電路的基礎元器件，可在光照幾萬分之一秒的時間內(nèi)產(chǎn)生感應電流。以色列科學家已經(jīng)研制出一種由DNA分子和酶分子構成的微型分子計算機。預計20年后，分子計算機將進人實用階段。
4.納米計算機
納米計算機是用納米技術研發(fā)的新型高性能計算機。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍，質地堅固，有著極強的導電性，能代替硅芯片制造計算機。“納米”是一個計量單位，大約是氫原子直徑的10倍。納米技術是從20世紀80年代初迅速發(fā)展起來的新的前沿科研領域，最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品。現(xiàn)在納米技術正從微電子機械系統(tǒng)起步，把傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構成一個系統(tǒng)。應用納米技術研制的計算機內(nèi)存芯片，其體積只有數(shù)百個原子大小，相當于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。
納米計算機不僅幾乎不需要耗費任何能源，而且其性能要比今天的計算機強大許多倍。美國正在研制一種連接納米管的方法，用這種方法連接的納米管可用作芯片元件，發(fā)揮電子開關、放大和晶體管的功能。專家預測，10年后納米技術將會走出實驗室，成為科技應用的一部分。納米計算機體積小、造價低、存量大、性能好，將逐漸取代芯片計算機，推動計算機行業(yè)的快速發(fā)展。
我們相信，新型計算機與相關技術的研發(fā)和應用，是二十一世紀科技領域的重大創(chuàng)新，必將推進全球經(jīng)濟社會高速發(fā)展，實現(xiàn)人類發(fā)展史上的重大突破?？茖W在發(fā)展，人類在進步，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家們的不斷努力，未來的計算機一定會是更加方便人們的工作、學習、生活的好伴侶。
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