1.2.2　計算機的發展趨勢

計算機的應用有力地推動了國民經濟的發展和科學技術的進步，同時也對計算機技術提出了更高的要求，從而促進了計算機的進一步發展。以超大規模集成電路為基礎，未來的計算機將向巨型化、微型化、網絡化與智能化的方向發展。

未來計算機的研究目標是打破計算機現有的體系結構，使得計算機能夠具有像人那樣的思維、推理和判斷能力。盡管傳統的、基于集成電路的計算機短時間內不會退出歷史舞臺，但旨在超越它的光子計算機、生物計算機、超導計算機、納米計算機和量子計算機正在躍躍欲試。

1.光子計算機

光子（Photon）計算機利用光子取代電子進行數據運算、傳輸和存儲。在光子計算機中，不同波長的光表示不同的數據，可快速完成復雜的計算工作。與電子計算機相比，光子計算機具有以下優點：超高速的運算速度、強大的并行處理能力、大存儲量、非常強的抗干擾能力等。據推測，未來光子計算機的運算速度可能比今天的超級計算機快1000倍以上。

2.生物計算機

生物（DNA）計算機使用生物芯片。生物芯片是由生物工程技術產生的蛋白質分子制成，存儲能力巨大，單次運算時間為10-11s，比巨型計算機還要快十萬倍，能量消耗則為巨型計算機的十億分之一。由于蛋白質分子具有自組織、自調節、自修復和再生能力，使得生物計算機具有生物體的一些特點，如自動修復芯片發生的故障，還能模仿人腦的思考機制。

3.超導計算機

超導（Superconductor）計算機是由特殊性能的超導開關器件、超導存儲器等元器件和電路制成的計算機。1911年，荷蘭物理學家昂內斯首先發現了超導現象——某些鋁系、鈮系、陶瓷合金等材料，當它們冷卻到接近-273.15℃時，會失去電阻值而成為導體。目前制成的超導開關器件的開關速度，已達到微微秒（10-12s）級的高水平，比集成電路快幾百倍，電能消耗僅是大規模集成電路的千分之一。

4.納米計算機

納米（Nanometer）計算機指將納米技術運用于計算機領域所研制出的一種新型計算機。納米技術是從20世紀80年代初發展起來的新的科研領域，最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，制造出具有特定功能的產品。“納米”本是一個計量單位，1nm=10-9m，大約是氫原子直徑的10倍。應用納米技術研制的計算機內存芯片，其體積不過數百個原子大小，相當于人的頭發絲直徑的千分之一。納米計算機幾乎不需要耗費任何能源，而且其性能要比目前的計算機強大，運算速度將是使用硅芯片計算機的1.5萬倍。

5.量子計算機

量子（Quantum）計算機以處于量子狀態的原子作為中央處理器和內存，利用原子的量子特性進行信息處理。由于原子具有在同一時間處于兩個不同位置的奇妙特性，即處于量子位的原子既可以代表0或1，也能同時代表0和1以及0和1之間的中間值，故無論從數據存儲還是處理的角度，量子位的能力都是晶體管電子位的兩倍。目前，量子計算機只能利用大約5個原子做最簡單的計算。要想做任何有意義的工作都必須使用數百萬個原子，但其高效的運算能力使量子計算機具有廣闊的應用前景。

未來的計算機技術將向超高速、超小型、智能化的方向發展。超高速計算機將采用平行處理技術，使計算機系統同時執行多條指令或同時對多個數據進行處理，這是改進計算機結構、提高計算機運行速度的關鍵技術。同時計算機還將具備更多的智能成分，將具有多種感知能力、一定的思考與判斷能力及一定的自然語言能力。除了提供自然的輸入手段（如按鍵輸入、手寫輸入、語音輸入）外，讓人能產生身臨其境感覺的各種交互設備已經出現，虛擬現實技術就是這一領域發展的集中表現。有預言家預測，到2045年計算機的智能將超過人類智能。