刍议计算机科学与计算机发展的认识与思考

【摘 要】计算机（Computer）是20世纪最伟大的科学技术发明之一，其应用领域最初从军事科研领域扩展到社会的各个领域，对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响，并以强大的生命力飞速发展，带给人类发展史上的重大突破。它是人类进入信息时代的重要标志。

【关键词】计算机；变革；发展

1.计算机发展的历史沿革

1.1在20世纪40-50年代，此阶段被称为大型主机阶段

（即第一代电子管计算机）。期间经历了电子管数字计算机、晶体管数字计算机、集成电路数字计算机和大规模集成电路数字计算机的发展历程，计算机技术逐渐走向成熟。

1.2在20世纪60-70年代，此阶段被称为小型计算机阶段

其实就是对大型主机进行的第一次“缩小化”变革，其成本低廉，价格易被接受。而且可以满足息处理的要求。

1.3微型计算机阶段

是20世纪70-80年代的主流，也是对大型主机进行的第二次“缩小化”变革。期间，美国苹果公司推出了AppleII计算机，并此后对它经行了若干次的演进，最终打开了个人计算机市场，为个人计算机的普及奠定了根基。

1.4客户机/服务器阶段

其标志阶段是在1964年，IBM与美国航空公司将2000多个订票的终端用电话线连接在了一起，建立了全球第一个联机订票系统，此举标志着计算机进入了客户机/服务器阶段。在其网络中，网络的核心部分就是服务器，网络的基础就是客户机，服务器不断给客户机提供所需要的网络资源。客户机/服务器结构的最大优点是能让客户端PC的处理能力得到最大充分发挥，经过客户端处理过工作后，再提交给服务器，使得服务器的压力能够得到大幅度降低。

1.5 Internet阶段，也称互联网阶段

互联网始于1969年，最初是因为加利福尼亚大学洛杉机分校、史坦福大学研究学院、加利福尼亚大学、犹他州大学四所大学在ARPA制定的协定下，将四台主要的计算机按照一定的通讯协议连接起来，此举标志着互联网的诞生。至今为止，互联网的功能越来越强大，带宽速度也越来越快。其交互性、即时性、多媒体性、全球性、海量性的特性突显。互联网的意义不应低估。它是人类迈向地球村坚实的一步。

1.6从2008年起，云计算时代来临

云计算（Cloud Computing）概念逐渐流行起来，它正在成为一个通俗和大众化的词语。云计算被视为“革命性的计算模型”，因为它使得超级计算能力通过互联网自由流通成为了可能。企业与个人用户无需再投入昂贵的硬件购置成本，只需要通过互联网来购买租赁计算力，用户只用为自己需要的功能付钱，同时消除传统软件在硬件，软件，专业技能方面的花费。云计算让用户脱离技术与部署上的复杂性而获得应用。云计算囊括了开发、架构、负载平衡和商业模式等，是软件业的未来模式。它基于Web的服务，以互联网为中心。

2.计算机的未来发展模式

2.1分子计算机

分子计算机体积小、耗电少、运算快、存储量大。分子计算机的运行是吸收分子晶体上以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。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。转换开关为酶，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。生物分子组成的计算机具备能在生化环境下，甚至在生物有机体中运行，并能以其它分子形式与外部环境交换。因此它将在医疗诊治、遗传追踪和仿生工程中发挥无法替代的作用。分子芯片体积可比现在的芯片大大减小，而效率大大提高， 分子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。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1万亿亿的二进制数据。分子计算机消耗的能量非常小，只有电子计算机的十亿分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白质分子，所以分子计算机既有自我修复的功能，又可直接与分子活体相联。

2.2量子计算机

量子计算机是利用原子所具有的量子特性进行信息处理的一种全新概念的计算机。量子理论认为，非相互作用下，原子在任一时刻都处于两种状态，称之为量子超态。原子会旋转，即同时沿上、下两个方向自旋，这正好与电子计算机0与1完全吻合。如果把一群原子聚在一起，它们不会像电子计算机那样进行的线性运算，而是同时进行所有可能的运算，例如量子计算机处理数据时不是分步进行而是同时完成。只要40个原子一起计算，就相当于今天一台超级计算机的性能。量子计算机以处于量子状态的原子作为中央处理器和内存，其运算速度可能比目前的奔腾4芯片快10亿倍，就像一枚信息火箭，在一瞬间搜寻整个互联网。

2.3光子计算机

光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。光子计算机的基本组成部件是集成光路，要有激光器、透镜和核镜。 由于光子比电子速度快，光子计算机的运行速度可高达一万亿次。它的存贮量是现代计算机的几万倍，还可以对语言、图形和手势进行识别与合成。

2.4纳米计算机

纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机。纳米管元件尺寸在几到几十纳米范围, 质地坚固,有着极强的导电性, 能代替硅芯片制造计算机。“纳米”是一个计量单位, 一个纳米等于10-9米, 大约是氢原子直径的10倍。纳米技术是从20世纪80年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域，最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子，制造出具有特定功能的产品。现在纳米技术正从微电子机械系统起步，把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上而构成一个系统。应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积只有数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源， 而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。

2.5生物计算机

20世纪80年代以来，生物工程学家对人脑、神经元和感受器的研究倾注了很大精力，以期研制出可以模拟人脑思维、低耗、高教的第六代计算机——生物计算机。用蛋白质制造的电脑芯片，存储量可以达到普通电脑的10亿倍。生物电脑元件的密度比大脑神经元的密度高100万倍，传递信息的速度也比人脑思维的速度快100万倍。

2.6神经计算机

其特点是可以实现分布式联想记忆．并能在一定程度上模拟人和动物的学习功能。它是一种有知识、会学习、能推理的计算机，具有能理解自然语言、声音、文字和图像的能力，并且具有说话的能力，使人机能够用自然语言直接对话，它可以利用已有的和不断学习到的知识，进行思维、联想、推理，并得出结论，能解决复杂问题，具有汇集、记忆、检索有关知识的能力。

3.结语

随着计算机信息技术不断渗入经济社会生活中的各个领域中，全球正逐步进入信息产业为主导的新经济时代。计算机的发展必将实现人类发展史上的重大突破，为人类跨向更加美好的明天，提供无穷的力量。

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