计算机技术的发展趋势研究

摘 要：计算机自问世以来，在运算速度、增进性能、缩小性强、降低成本以及开发应用等方面得到了空前发展。随着知识经济的不断深入，计算机的发展趋势不仅继续深化，而且节奏加快。在计算机本身发展的同时，它的应用领域从过去的单一化走向了多元化。在日常生活中，计算机的应用已无处不在，无论是军事领域、教育领域、工业领域还是其他商业领域，它已渗透到国民经济各个部门及社会生活的各个方面。

关键词：计算机；技术；发展趋势

1 计算机技术发展迅速的原因

1.1 现实需求的驱动，持续不断的创新，使计算机技术发展迅速

持续不断的创新是在需求的驱动下发生的，二战对信息的紧迫需求减少了创造的障碍，使得资源可以运用于基本的技术试验，促进了计算机的出现。早期阶段各研究所、大公司、大学和政府部门对科学运算的需求导致了计算机迅速地转为民用、转为工业产品，促进了计算机工业的发展。随着计算机在尖端科学技术和其他科学技术与工程设计方面的普遍应用，对计算机的性能、容量也提出了更高的要求，使创造活动经常性、连续性的出现。在计算机行业，按照技术轨道领先一步推出新计算机技术产品意味着可能提前占有市场。竞争的压力和对利润最大化的要求往往在技术的发展上表现为：计算机技术的进步比市场实际需求发展的更快。这无疑给创造活动的速度、时间快慢提出了更高的要求。

1.2 超大型集成电路的发展，使计算机技术发展成为可能

集成电路对计算机技术的发展起决定性的作用。计算机性能的提高、功耗的降低、计算方法的进步，都是集成电路发展的结果。

因为超大规模集成电路出现，才导致计算机的体积逐渐缩小，性能得到飞跃，随后才是网络的普及，多媒体的需求，人工智能方面。超大规模集成电路（VLSI）在芯片上容纳了几十万个元件，后来的甚大规模集成电路（ULSI）上将数量扩充到百万级。计算机的逻辑元件和主存储器都采用了大规模集成电路（LSI），因而可以在硬币大小的芯片上容纳如此数量的元件使得计算机的体积和价格不断下降。这使得计算机发展到了微型化、耗电极少、可靠性很高的阶段。大规模集成电路使军事工业、空间技术、原子能技术得到发展，这些领域的蓬勃发展对计算机提出了更高的要求，有力地促进了计算机工业的空前大发展。

1.3 信息共享思想是计算机技术发展的关键

计算机技术（准确说是自PC机以后）越来越建立在共享信息的基础上。如同恩格尔巴特所认为的那样，这种信息共享思想是科学技术进步的关键，这使得创造活动可以建立在最新信息的平台上，极大的缩短研制时间、提高了研发的质量。

2 计算机科学计算发展趋势

2.1 智能化的超级计算机

超级计算机通常是由数百数千甚至更多的处理器（机）组成，能完成普通计算机和服务器不能计算的大型复杂任务。从超级计算机获得数据分析和模拟成果，能推动各个领域高精尖项目的研究与开发，为我们的日常生活带来各种各样的好处。最大的超级计算机接近于复制人类大脑的能力，具备更多的智能成份，方便人们的生活、学习和工作。世界上最受欢迎的动画片、很多耗巨资拍摄的电影中，使用的特技效果都是在超级计算机上完成的。超级计算机已在科技界内引起开发与创新狂潮。

2.2 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。量子计算机能够实行量子并行计算，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。

2.3 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。

2.4 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。预计20年后，分子计算机将进人实用阶段。

2.5 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。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。

3 计算机发展中可能出现的趋势

3.1 模块化

PC之所以有今天这么大的普及度，就是因为他的通用模块化设计起了决定性的推动作用，未来，不但在内置板卡中实现模块化，甚至可以提供多个外接插槽，以供使用人加入新的模块，增加性能或功能。同时利用它的热插拔原理我们可以设计出模块化的概念机。也许未来的计算机将是一个密封设备，所有外设都将通过USB其他外部接口连接。

3.2 无线化

追求自由一直是人类的梦想，计算机的无线化风潮同样也是人们梦寐以求的，和现在笔记本讲的“无线你的无限”有所不同的是：未来的计算机将实现网络和设备间的无线连接，这将意味着未来在家中使用台式机比现在的笔记本还方便，因为显示器（当然不会是CRT的）与主机之间也是通过无线来连接的。无线显示器实现这种梦想的技术称为 UWB（Ultra Wideband）技术，它是一种与其它技术有很大不同的无线通信技术，它可以为无线局域网 WLAN 和个人局域网 PAN 的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术，所以 INTEL 称他为无线 USB，希望能够成为计算机与计算机或是计算机与消费电子产品（如数字相机）间的高频宽的无线连结。

3.3 专门化

未来的计算机由于从事的工作不同，在性能上在外形上都会有很大的不同。通用 PC 将逐渐由专用设备（软硬件一体化的计算机）所代替，以提高工作效率。如果您仔细留意的话，其实目前在我们的身边也正在发生这样的变化，比如售卖彩票的终端、商场里的收银机、银行的终端等等，多是为了提高某一项工作的效率和减少成本，逐渐由通用PC逐渐演变而来的。

3.4 网络化

计算机已经越来越普及，各种家用电器也开始具备了智能化，这些现象将促进家电与计算机的网络化进程，家庭网络分布式系统将逐渐取代目前单机操作的模式，计算机可以通过网络控制着各种家电的运行，并通过互联网下载各种新的家电应用程序，以增加家电的功能，改善家电的性能等等。也可以通过互联网远程遥控家中的家电，在办公室的时候就可以提前让家中的电器做好饭，煮好菜，开空调等等。

3.5 环保化

随着计算机的性能的提高，计算机在家庭生活中的扮演的角色越来越重要，运行的时间也将变长。为了不让计算机成为家中用电量最大的电器，技术人员采用各种方法让计算机的能耗降低，比如通过上面提到的专门化的计算机，让计算机的效率大幅提高，从而可以让低性能的硬件系统具备专业的功能，减少能耗。

环保型的计算机的另一个特点是，制造计算机的材料方面有很大的变化，重金属和不可回收的材料的比例将会进一步降低，可再生材料大行其道。

3.6 智能化

人工智能是以模糊逻辑为基础，计算机可以主动进行分析执行过程中碰到的困难，自动选择最优的解决方案。最成功的智能化应用应该是在航天技术方面，随着机遇号和勇气号先后成功登陆火星，不但宣示人类又往外太空行进了一步，同时宣示人工智能的成功，火星与地球的距离约为5576万公里，即使是采用无线电进行通信，一个信号来回就需要6.2分钟，根本没有办法对身处火星的机器人进行实时操控。这就要求机器人本身具备一定的智能，以应付各种突发事件。随着计算机的计算能力的增强，民用化的计算机也开始具备某种程度的智能化，以帮助处理日常生活中的琐事，甚至出现专门做家务活的机器人，让人们可以腾出更多的时间来学习、娱乐、交际等。

4 结语

综上所述，计算机技术将朝着高、深、广的方向发展，“高”是指性能越来越高，速度越来越快，主要表现在计算机的主频越来越高；“广”是指计算机发展的趋势无处不在，以至于像“没有计算机一样”；“深”是指向信息的智能化发展。

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