文档介绍：计算机未来发展趋势
随着计算机技术的发展,PC将成为我们工作上的工具,生活中的控制中心是必然的事情。计算机的未来充满了变数。性能的大幅度提高是不可置疑的,而实现性能的飞跃却有多种途径。不过性能的大幅提升并不是计算机发展的唯一路线,计算机的发展,还应当变得越来越人性化,同时也要注重环保等等。基于集成电路的计算机短期内还不会退出历史舞台。但一些新的计算机正在跃跃欲试地加紧研究,这些计算机是:超导计算机、纳米计算机、光计算机、DNA计算机和量子计算机等。
超导计算机
芯片的集成度越高,计算机的体积越小,这样才不致因信号传输而降低整机速度。但这样一来就使机器发热严重。解决问题的出路是研制超导计算机。电流在超导体中流过时,电阻为零,介质不发热。1962年,英国物理学家约瑟夫逊提出了“超导隧道效应”,即由超导体—绝缘体—超导体组成的器件(约瑟夫逊元件),当对其两端加电压时,电子就会像通过隧道一样无阻挡地从绝缘介质穿过,形成微小电流,而该器件两端的压降几乎为零。与传统的半导体计算机相比,使用约瑟夫逊器件的超导计算机的耗电量仅为其几千分之一,而执行一条指令所需的时间却要快100倍。 1999年11月,日本超导技术研究所与企业合作,制作了由1万个约瑟夫逊元件组成的超导集成电路芯片。据悉,该所定于2003年生产这种超导芯片,2010年前后制造出这种超导计算机。
纳米计算机
在纳米尺度下,由于有量子效应,硅微电子芯片便不能工作。其原因是这种芯片的工作,依据的是固体材料的整体特性,即大量电子参与工作时所呈现的统计平均规律。如果在纳米尺度下,利用有限电子运动所表现出来的量子效应,可能就能克服上述困难。可以用不同的原理实现纳米级计算,目前已提出了四种工作机制:
(1)电子式纳米计算技术;
(2)基于生物化学物质与DNA的纳米计算机;
(3)机械式纳米计算机;
(4)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。
光子计算机
与传统硅芯片计算机不同,光计算机用光束代替电子进行计算和存储: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,,。1990年1月,黄的实验室开始用光计算机工作。光计算机有全光学型和光电混合型。上述贝尔实验室的光计算机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。研制光计算机,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辆汽车那么大。因此,要想短期内使光学计算机实用化还很困难。
光子计算机
DNA计算机
1994年11月,美国南加州大学的阿德勒曼博士用DNA碱基对序列作为信息编码的载体,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。阿德勒曼在《科学》上公布了DNA计算机的理论,引起了各国学者的广泛关注。阿德勒曼的计算机的计算与传统的计算机不同,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。 DNA计算机的最大优点在于其惊人的存储容量和运算速度:1立方厘米的DNA存储的信息比一万亿张光盘存储的还多;十几个小时的DNA计算,就相当于所有电脑问世以来的总运算量。更重要的是,它的能耗非常低,只有电子计算机的一百亿分之一。与传统的“看得见、摸得着”计算机不同,目前的DNA计算机还是躺在试管里的液体。它离开发、实际应用还有相当的距离,尚有许多现实的技术性问题需要去解决。如生物操作的困难,有时轻微的振荡就会使DNA断裂;有些DNA会粘在试管壁、抽筒尖上,从而就在计算中丢失了预计,10到20年后,DNA计算机才可能进入实用阶段。
DNA计算机
DNA计算机在与人对玩游戏中取胜
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,有人曾经作过这样的比喻: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在外形上有较大差异,它没有盒式外壳;看起来像是一个被其它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。如何实现量子计算,方案并不少,问题是在实验上实现对微观量子态的操纵确