计算机发展史与展望

塔里木大学信息工程学院专题报告论文

计算机发展史与展望

摘要:计算机技术的发展速度是其它科学行业不可比拟的,现代计算机是采用先进的电子技术来代替陈旧落后的机械或继电器技术,随着大规模和超大规模集成电路的发展,应用到计算机上,使计算机的体积越来越小,计算机的运算速度越来越快,价格越来越低。但要想大幅度提高计算机的性能必将遇到难以逾越的障碍,科学家们把目光投向了最基本的物理原理上,未来光子、量子和分子计算机为代表的新技术将推动新一轮超级计算技术革命。 关键词:计算机发展;原理;新技术

1引言

随着 21世纪的到来,信息化时代已经向我们走来,这个时代的最重要的标志就是计算机的广泛应用。如今社会上计算机应用已经达到非常普及的程度,随处都可以见到计算机的身影。我们也熟悉了在社会各处遇见它们的环境,家庭娱乐,学校的机房,金融场所,以及到处可见的网吧,计算机如水银般无孔不入。我们甚至会怀疑计算机还将向哪里深入,还将控制哪个地方。当然这前景依然是乐观的。

2 计算机的发展历程

现在的计算机是由早期的电动计算器发展而来的。1945年,世界上出现了第一台电子数字计算机“ENI-AC”,用于计算弹道。是由美国宾夕法尼亚大学莫尔电工学院制造的,但它的体积庞大,占地面积 170多平方米,重量约 30吨,消耗近 100千瓦的电力。显然,这样的计算机成本很高,使用不便。1956年,晶体管电子计算机诞生了,这是第二代电子计算机。只要几个大一点的柜子就可将它容下,运算速度也大大地提高了。1959年出现的是第三代集成电路计算机。从 20世纪 70年代开始,这是电脑发展的最新阶段。到 1976年,由大规模集成电路和超大规模集成电路制成的“克雷一号”,使电脑进入了第四代。超大规模集成电路的发明,使电子计算机不断向着 小型化、微型化、低功耗、智能化、系统化的方向更新换代。20世纪 90年代,电脑向“智能”方向发展,制造出与人脑相似的电脑,可以进行思维、学习、记忆、网络通信等工作。 进入 21世纪,电脑更是笔记本化、微型化和专业化,每秒运算速度超过 100万次,不但操作简易、价格便宜,而且可以代替人们的部分脑力劳动,甚至在某些方面扩展了人的智能。于是,今天的

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微型电子计算机就被形象地称作电脑了。

2.1现代计算机

现代计算机的基本原理:现代计算机是指采用先进的电子技术来代替陈旧落后的机械或继电器技术。现代计算机经历了半个多世纪的发展,这一时期的杰出代表人物是英国科学家图灵和美籍匈牙利科学家冯·诺依曼。

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。 2.1.1 企业网络技术的发展

从80年代初开始，企业局域网经历了两个主要发展阶段，即共享主干网（如单一局域网、桥式局域网和路由局域网等）和交换主干网（如以太网、快速以太网、FDDI交换网、ATM交换网）。总的发展趋势是从共享式主干网向交换式主干网方向发展。目前，企业网主要面临着以下问题：

· 网络的规模越来越大，企业内部用户增多，信息量增大，处理模式也趋于复杂，因而对响应时间和运算精度的需求也越来越高。网络结构、通信介质和

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方式越来越复杂，既有广域通信和移动通信，也有局域通信，既有拨号低速通信介质，也有高速光纤介质。

· Internet/Intranet的应用增加了对网络带宽的需求，特别是对多媒体通信的要求越来越迫切。

· 网上应用越来越多，这一切都对网络的带宽、速度、可靠性和灵活性提出了越来越高的要求。虚拟网具有允许建立独立于物理位置的逻辑网、通过软件进行网络配置等功能，以及简化网络管理、优化带宽使用等一系列优点，代表了网络技术今后的发展方向。

2.2 基于Internet的中文信息处理技术

·中文信息处理平台。

·中文信息处理关键技术，包括中文需求信息的输入、中文文本的自动生成、语义理解、快速检索、双向翻译、Internet多媒体中文信息处理、基于WWW的语境类似度的研究。

·基于Internet的现代汉语语料库的建立。 ·中文界面的可视化、可听化、可操作化技术。 ·Internet URL的中文分类、对照索引和内容提要。

2.3、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。 2.3.1 量子计算机

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PentiumⅢ晶片快10

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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。 2.3.2 光子计算机

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。

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。 2.3.3生物计算机

生物计算机（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。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。反应前的基因代码相当于输入数据，反应后的基因代码相当于输出数据。如果能控制这一反应过程，那么就可以制作成功DNA计算机。

蛋白质分子比硅晶片上电子元件要小得多，彼此相距甚近，生物计算机完成一项运算，所需的时间仅为10微微秒，比人的思维速度快100万倍。DNA分子计算机具有惊人的存贮容量，1立方米的DNA溶液，可存储1万亿的二进制数据。DNA计算机消耗的能量非常小，只有电子计算机的十亿分之一。由于生物芯片的原材料是蛋白质分子，所以生物计算机既有自我修复的功能，又可直接与生物活体相联。预计10～20年后，DNA计算机将进入实用阶段。

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