计算机未来的发展趋势陆志一 吴学庆（黑龙江省工程咨询评审中心，黑龙江哈尔滨150008）摘要：自从1946年世界上第一台电子计算机诞生以来，计算机的体积不断变小，但性能、速度却在不断提高。然而，人类的追求是无止境的，科学家们一刻也没有停止研究更好、更快、功能更强的计算机。关键词：计算机；发展历程；发展趋势1 计算机的发展历程世界上第一台计算机是1946年问世的。半个世纪以来，计算机获得突飞猛进的发展。在人类科技史上还没有一种学科可以与电子计算机的发展相提并论。人们根据计算机的性能和当时的硬件技术状况，将计算机的发展分成几个阶段，每一阶段在技术上都是一次新的突破，在性能上都是一次质的飞跃。1.1 第一阶段。电子管计算机（19461957年）主要特点是：a. 采用电子管作为基本逻辑部件，体积大，耗电量大，寿命短，可靠性大，成本高。b.采用电子射线管作为存储部件，容量很小，后来外存储器使用了磁鼓存储信息，扩充了容量。c.输入输出装置落后，主要使用穿孔卡片，速度慢，容易出去使用十分不便。d.没有系统软件，只能用机器语言和汇编语言编程。1.2 第二阶段。晶体管计算机（19581964年）主要特点是：a. 采用晶体管制作基本逻辑部件，体积减小，重量减轻，能耗降低，成本下降，计算机的可靠性和运算速度均得到提高。b.普遍采用磁芯作为贮存器，采用磁盘/磁鼓作为外存储器。c.开始有了系统软件（监控程序），提出了操作系统概念，出现了高级语言。1.3 第三阶段。集成电路计算机（19651969年）主要特点是：a.采用中，小规模集成电路制作各种逻辑部件，从而使计算机体积小，重量更轻，耗电更省，寿命更长，成本更低，运算速度有了更大的提高。b.采用半导体存储器作为主存，取代了原来的磁芯存储器，使存储器容量的存取速度有了大幅度的提高，增加了系统的处理能力。c.系统软件有了很大发展，出现了分时操作系统，多用户可以共享计算机软硬件资源。d.在程序设计方面上采用了结构化程序设计，为研制更加复杂的软件提供了技术上的保证。1.4 第四阶段。大规模、超大规模集成电路计算机（1970年至今）主要特点是：a.基本逻辑部件采用大规模，超大规模集成电路，使计算机体积，重量，成本均大幅度降低，出现了微型机。b.作为主存的半导体存储器，其集成度越来越高，容量越来越大；外存储器除广泛使用软，硬磁盘外，还引进了光盘。c.各种使用方便的输入输出设备相继出现。d.软件产业高度发达，各种实用软件层出不穷，极大地方便了户。e.计算机技术与通信技术相结合，计算机网络把世界紧密地联系在一起。f.多媒体技术崛起，计算机集图象，图形，声音，文字，处理与一体，在信息处理领域掀起了一场革命，与之对应的信息高速公路正在紧锣密鼓地筹划实施当中。从20 世纪80 年代开始，日本，美国，欧洲等发达国家都宣布开始新一代计算机的研究。普遍认为新一代计算机应该是智能型的，它能模拟日的智能行为，理解人类自然语言，并继续向着微型化，网络化发展。2 计算机今后的发展趋势许多科学家认为以半导体材料为基础的集成技术日益走向它的物理极限，要解决这个矛盾，必须开发新的材料，采用新的技术。于是人们努力探索新的计算材料和计算技术，致力于研制新一代的计算机，如生物计算机、光计算机和量子计算机等。自从1946年世界上第一台电子计算机诞生以来，电子计算机已经走过了半个多世纪的历程。从第一代电子管计算机到现在正在开发的第六代神经网络计算机，计算机的体积不断变小，但性能、速度却在不断提高。然而，人类的追求是无止境的，科学家们一刻也没有停止研究更好、更快、功能更强的计算机。从目前的研究方向看，未来电脑将向着以下几个方面发展。2.1 高速电脑浮出水面。美国最近发明了一种利用空气的绝缘性能来成倍地提高计算机运行速度的新技术。美国纽约伦斯雷尔保利技术公司的科学家已经生产出一套新型电脑微电路，该电路的芯片或晶体管之间由胶滞体包裹的导线连接，这种胶滞体90%的物质是空气，而空气是不导电的，是一种非常优良的绝缘体。研究表明，计算机运行速度的快慢与芯片之间信号传输的速度直接相关，然而，目前普遍使用的硅二氧化物在传输信号的过程中会吸收掉一部分信号，从而延长了信息传输的时间。保利技术公司研制的“空气胶滞体”导线几乎不吸收任何信号，因而能够更迅速地传输各种信息。此外，它还可以降低电耗，而且不需要对计算机的芯片进行任何改造，只需换上“空气胶滞体”导线，就可以成倍地提高计算机的运行速度。不过，这种“空气胶滞体”导线也有不足之处，主要是其散热效果较差，不能及时将计算机中电路产生的热量散发出去。为了解决这个问题，保利技术公司的科研小组研究出电脑芯片冷却技术，它在电脑电路里内置了许多装着液体的微型小管，用来吸收电路散发出的热量。当电路发热时，热量将微型管内的液体汽化，当这些汽化物扩散到管子的另一端之后，又重新凝结，流到管子底部。据悉，美国宇航局（NASA）将对该项技术进行太空失重状态下的实验，如果实验成功，这种新技术将被广泛应用于未来计算机，使计算机的运算速度得以大大提高。2.2 生物计算机兴起。生物计算机在20世纪80年代中期开始研制，其最大的特点是采用了生物芯片，它由生物工程技术产生的蛋白质分子构成。在这种芯片中，信息以波的形式传播，运算速度比当今最新一代计算机快10 万倍，能量消耗仅相当于普通计算机的十分之一，并且拥有巨大的存储能力。由于蛋白质分子能够自我组合，再生新的微型电路，使得生物计算机具有生物体的一些特点，如能发挥生物本身的调节机能自动修复芯片发生的故障，还能模仿人脑的思考机制。国首次公诸于世的生物计算机被用来模拟电子计算机的逻辑运算，解决虚构的7 城市间最佳路径问题。不久前，200多名各国计算机学者齐聚美国普林斯顿大学，联名呼吁向生物计算机领域进军。科学家们在生物计算机研究领域已经有了新的进展，预计在不久的将来，就能制造出分子元件，即通过在分子水平上的物理化学作用对信息进行检测、处理、传输和存储。目前，科学家们已经在超微技术领域取得了某些突破，制造出了微型机器人。科学家们的长远目标是让这种微型机器人成为一部微小的生物计算机，它们不仅小巧玲珑，而且可以像微生物那样自我复制和繁殖，可以钻进人体里杀死病毒,修复血管、心脏、肾脏等内部器官的损伤，或者使引起癌变的DNA突变发生逆转，从而使人们延年益寿。2.3 光学计算机前景光明。所谓光学计算机，就是利用光作为信息的传输媒体。与电子相比，光子具有许多独特的优点：它的速度永远等于光速、具有电子所不具备的频率及偏振特征，从而大大提高了传载信息的能力。此外，光信号传输根本不需要导线，即使在光线交会时也不会互相干扰、互相影响。一块直径仅2厘米的光棱镜可通过的信息比特率可以超过全世界现有全部电缆总和的300多倍。光学计算机的智能水平也将远远超过电子计算机的智能水平，是人们梦寐以求的理想计算机。20世纪90年代中期，光脑的研究成果像雨后春笋般地不断涌现，各国科研机构、大学都投入了大量的人力物力从事此项技术的研究，其中最显著的研究成果是由法国、德国、英国、意大利等国60多名科学家联合研发成功的世界上第一台光脑。该台光脑的运算速度比目前速度最快的超级计算机快1000多倍，并且准确性极高。此外，光脑的并行处理能力非常强，具有超高速的运算速度，在这方面电脑真是望尘莫及。在工作环境要求方面，超高速的电脑只能在低温条件下工作，而光脑在室温下就能正常工作。另外，光脑的信息存储量大，抗干扰能力非常强，在任何恶劣环境条件下都可以开展工作。光脑还具有与人脑相似的容错性，如果系统中某一元件遭到损坏或运算出现局部错误时，并不影响最终的计算结果。目前光脑的许多关键技术，如光存储技术、光存储器、光电子集成电路（OIC）等都已取得重大突破。2.4 量子计算机呼之欲出。在人类刚进入21世纪之际，量子力学花开二度，科学家们根据量子力学理论，在研制量子计算机的道路上取得了新的突破。美国科学家宣布，他们已经成功地实现了4量子位逻辑门，取得了4个锂离子的量子缠结状态。这一成果意味着量子计算机如同含苞欲放的蓓蕾，必将开出绚丽的花朵。