1.1.5　計算機的發展方向

21世紀是人類走向信息社會的世紀、是網絡的時代?，F代計算機的發展表現在兩個方面：一是電子計算機的發展趨勢更加趨向于巨型化、微型化、網絡化和智能化；二是非馮·諾依曼結構化。

1.電子計算機的發展趨勢

（1）巨型化

巨型化是指計算機的運算速度更快、存儲容量更大、功能更強，而不是指計算機的體積大。巨型計算機運算速度通常在每秒一億次以上，存儲容量超過太字節。例如，1997年中國成功研制了“銀河-Ⅲ”巨型計算機，如圖1-2所示，其運算速度已達到130億次/s。巨型機主要應用于天文、軍事、仿真等需要進行大量科學計算的領域。

（2）微型化

微型化是指進一步提高集成度，目的是利用超大規模集成電路研制質量更加可靠、性能更加優良、價格更加低廉、整機更加小巧的微型計算機。微型計算機現在已大量應用于儀器、儀表、家用電器等小型儀器設備中，同時也作為工業控制過程的心臟，使儀器設備實現“智能化”。

（3）網絡化

網絡化就是用通信線路將各自獨立的計算機連接起來，以便進行協同工作和資源共享。例如，通過Internet，人們足不出戶就可以獲取大量的信息，進行網上交易等。今天，網絡技術已經從計算機技術的配角地位上升到與計算機緊密結合、不可分割的地位，產生了“網絡電腦”的概念。

（4）智能化

計算機的智能化就是要求計算機具有人的智能。能夠像人一樣思維，使計算機能夠進行圖像識別、定理證明、研究學習、探索、聯想、啟發和理解人的語言等，它是新一代計算機要實現的目標。智能化使計算機突破了“計算”這一初級的含義，從本質上擴充了計算機的能力，可以越來越多地代替人類的腦力勞動。

2.非馮·諾依曼結構計算機

近年來通過進一步的深入研究發現，由于電子電路的局限性，理論上基于馮·諾依曼原理的電子計算機的發展也有一定的局限，因此人們提出了制造非馮·諾依曼結構計算機的想法。該研究主要有兩大方向：一是創造新的程序設計語言，即所謂的“非馮·諾依曼”語言；二是從計算機元件方面進行研究，如研究生物計算機、光計算機、量子計算機等。

1982年，日本提出了“第五代計算機”，其核心思想是設計一種所謂的“非馮·諾依曼”語言——PROLOG語言。PROLOG語言是一種邏輯程序設計語言，主要是將程序設計變成邏輯設計，突破傳統的程序設計概念。

20世紀80年代初，人們著手研究由蛋白質分子或傳導化合物元件組成的生物計算機。研究人員發現，遺傳基因——脫氧核糖核酸（DNA）的雙螺旋結構能容納大量信息，其存儲量相當于半導體芯片的數百萬倍。兩個蛋白質分子就是一個存儲體，而且阻抗低、能耗小、發熱量極小。人們基于這一特點，研究如何利用蛋白質分子制造基因芯片。盡管目前生物計算實驗距離使用還很遙遠，但是鑒于人們對集成電路的認識，其前景十分看好。

光計算機是用光子代替電子來傳遞信息。1984年5月，歐洲研制出世界上第一臺光計算機。光計算機有三大優勢：①光子的傳播速度非?？?，電子在導線中的運行速度與其無法相比，采用硅、光混合技術后，其傳送速度可達到每秒萬億字節；②光子不像帶電的電子那樣相互作用，因此經過同樣窄小的空間通道可以傳送更多數據；③光無須物理連接。如果能將普通的透鏡和激光器做得很小，以至能安裝在微芯片的背面，那么未來的計算機就可以通過稀薄的空氣傳送信號。

量子計算機是一種基于量子力學原理，利用質子、電子等亞原子微粒的某些特性，采用深層次計算模式的計算機。這一模式只由物質世界中一個原子的行為決定，而不是像傳統的二進制計算機那樣將信息分為0和1（對應于晶體管的開和關）來進行處理。在量子計算機中最小的信息單元是一個量子比特，量子比特不止有開和關兩種狀態，而是能以多種狀態同時出現，這種數據結構對使用并行結構計算機來處理信息是非常有利的。量子計算機還具有一些近乎神奇的性質：信息傳輸幾乎不需要時間（超距作用），信息處理所需的能量可以接近于零。