浅析计算机科学与技术发展

张亚青

摘 要：计算机科学技术的飞速发展，体现着人类社会对科技生活的美好向往，在不久的明天，计算机科学技术的应用一定会更加普及，智能生产、智能生活将变成现实，人们通过计算机对远程设备进行智能遥控，并且会不断改变人们的生活方式，让人们的生活变得更加丰富多彩。

关键词：计算机发展；新型计算机；研究策略

计算机是20世纪人类最伟大的发明之一。在这个世纪之交，知识经济时代呼啸而来，作为知识和信息的处理、传输和存储之载体的计算机。在即将来临的21世纪，将会不断地开发出新的品种。而这些新颖的计算机的发展将趋向超高速、超小型 并行处理和智能化。为达到预想的目的各种新型材料将被运用到新型计算机的开发当中，如量子、光子 分子等。未来量子、光子和分子计算机将具有感知、思考、判断、学习以及一定的自然语言能力，使计算机进入人工智能时代。这种新型计算机将推动新一轮计算技术革命，对人类社会的发展产生深远的影响。

1 计算机科学与技术发展宏观分析

計算机科学与技术变化日新月异，如此大的变化势必会带来更大的挑战，我们一定要把握好计算机科学与技术的发展趋势，不断地完善和发展，才能使自身站在不败之地，对计算机科学与技术发展趋势的分析显得尤为重要。整体来讲，可以将计算机科学与技术的发展趋势归纳为“广”、“高”、“深”三个方面。

首先，在“广”这一方面，随着计算机的快速发展和普及，几乎已经成为大家生活中的日用品，其不断的影响和改变着人们的生活，到处可见。就比如我们当时发明的发动机一样，现在已经普及千家万户，大的不管是飞机、汽车，小的是冰箱等，几乎都有发动机的影子，因此完全有可能在将来的一天，我们所有用到的东西都可以靠计算机来实现，比如现在学生用的教科书，将来就完全有可能被计算机替代，学生所需要的所有知识资料都可以靠计算机去查找到，并且方便快捷。

然后，在“高”这一方面，主要表现在计算机的运算，也就是主频，主频不断地完善，计算机的运算也就会越来越快，各方面的性能也就会越来越好，就作者知道的而言，目前，英特尔公司早已开发出一高性能的处理器，该处理器集成了超过10亿的晶体管，这也就代表着一台计算机的运行不在单单使用一个处理器来工作，还会存在若干处理器共同工作，即我们常讲的并行处理。

最后，在“深”这一方面，计算机越来越智能化，也就是向着人工智能的方向不断地进步，就比如我们平时在书本上看到的由于的信息，如何快速方便的被利用，这就要讲到计算机的人机互动模式了。人机互动、人机智能讲的浅显的就是计算机越来越智能，甚至会具备一定的和人一样的感知能力、逻辑思维能力等，人们的表情、手势甚至是内心的想法完全能够被计算机感知到，人机互动更加方便。除此之外，目前人类已经发明出虚拟计算机场景，在其中，人们可以感受到身临其境的感觉，等等。这些都不断地被人类开发，朝着越来越深的方向发展。

2摩尔定律”与“计算的极限”

人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升？传统计算机计算能力的提高有没有极限？对此问题，学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高，最终地球上所有的能量将转换为计算的结果―造成熵的降低，这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的，因此，传统电子计算机的计算能力必有上限。而以IBM研究中心朗道（R.Landauer）为代表的理论科学家认为到21世纪30年代，芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度，此时，导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律―牛顿力学沿导线运行，而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象，从而导致芯片无法正常工作；同样，芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸后，晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。

3各种新型计算机

硅芯片技术高速发展的同时，也意味着硅技术越来越接近其物理极限。为此，世界各国的研究人员正在加紧研究开发新型计算机，计算机的体系结构与技术都将产生一次量与质的飞跃。新型的量子计算机、光子计算机、分子计算机、纳米计算机等，将会在二十一世纪走进我们的生活，遍布各个领域。

3.1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（quantum computer）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。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机是通过量子分裂式、量子修补式来进行一系列的大规模高精确度的运算的。其浮点运算性能是普通家用电脑的CPU所无法比拟的。量子计算机大规模运算的方式其实就类似于普通电脑的批处理程序，其运算方式简单来说就是通过大量的量子分裂，再进行高速的量子修补，但是其精确度和速度是普通电脑望尘莫及的。

3.2光子计算机

现有的计算机是由电子来传递和处理信息。电场在导线中传播的速度虽然比我们看到的任何运载工具运动的速度都快。但是，从发展高速率计算机来说，采用电子做输运信息载体还不能满足快的要求，提高计算机运算速度也明显表现出能力有限了。而光子计算机以光子作为传递信息的载体，光互连代替导线互连，以光硬件代替电子硬件，以光运算代替电运算，利用激光来传送信号，并由光导纤维与各种光学元件等构成集成光路，从而进行数据运算、传输和存储。在光子计算机中，不同波长、频率、偏振态及相位的光代表不同的数据，这远胜于电子计算机中通过电子状态变化进行的二进制运算，可以对复杂度高，计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。

3.3分子计算机

分子计算计划就是尝试利用分子计算的能力进行信息的处理。分子计算机的运行靠的是分子晶体可以吸收以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。凭借着分子纳米级的尺寸，分子计算机的体积将剧减。此外，分子计算机耗电可大大减少并能更长期地存储大量数据。我们相信，新型计算机与相关技术的研发和应用，是二十一世纪科技领域的重大创新。必将推进全球经济社会高速发展，实现人类发展史上的重大突破。科学在发展，人类在进步历史上的新生事物都要经过一个从无到有的艰难历程，随着一代又一代科学家们的不断努力，未来的计算机一定会是更加方便人们的工作、学习、生活的好伙伴。

4探究研究策略的依据

笔者认为开展计算机发展史研究的一种思路是：本着实用主义的态度，分阶段提取计算机发展过程中的关键问题。围绕这些问题展开研究，尤其要着力于问题解决过程中碰到的困难，以及问题解决后发现的新问题。

4.1“实用主义”无褒贬之分

弥补对计算机发展的历史认知，不宜再去重做实验，推倒人类已有的技术规范重来：只能进一步的学习和研究，在研究和学习中发现问题，找出规律。同时，“实用”也是发挥后发优势的应有之义。

4.2紧紧围绕“问题”

在科学发展的历史进程中，问题要比问题的解决更重要，“一个好的问题堪比一所好的大学”计算机的发展也是在不断地提出问题、解决问题中发展进步，每一次问题的提炼和解决都促进了计算机水平得到一次升华和提高。

4.3事物的发展是动态的，已有问题的解决必然带来新的问题

新的问题是对已有问题解决方法的挑战与审视，抑或是新科学新技术寻找用武之地发挥作用的要求，尝试主动提出可预见的问题并设法解决是现代思维方式的一个显著特征，爱冈斯坦曾说：提出一个问题往往比解决一个问题更重要，正是这个意思。提新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，这一切需要有创造性的想象力。往往是获得认识突破的契机，这种习惯或者素养是极其宝贵的。

5结语

随着中国的开放，科学技术的国际交流日益深入，现代化意义上的计算机产品与技术被不断介绍并引入到国内，在短时间内取得了迅猛的发展。作为一名计算机工作者深切地感受到：计算机是一种多学科共同研究和推动的科研成果，哲学、数学、物理学、人工智能等都对其发展起到巨大的推动作用，当下的学习者受到各种客观与主观因素的影响，主要是对计算机产品的一种自我环境下的适应性使用。

参考文献 ：

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[2]王延汀.谈谈光子计算机.现代物理知识，2004，（16）.

[3]陈连水，袁凤辉，邓放.分子计算机.分子信.E-学，2005（3）

[4]谌谦.难以忘却的―计算机发展史UI.中国计算机现代远程教育.2004（7）：45―47