《計(jì)算機(jī)的發(fā)展》PPT課件

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1、計(jì) 算 機(jī) 的 發(fā) 展 計(jì) 算 機(jī) 發(fā) 展 簡(jiǎn) 史 未 來(lái) 的 計(jì) 算 機(jī) 計(jì) 算 機(jī) 改 變 生 活 古典計(jì)算機(jī)器時(shí)代 計(jì) 算 設(shè) 備 還 不 是 科 學(xué) ， 而 是 工 具 。 出 現(xiàn) 一 些 具 備 計(jì) 算 和 存 儲(chǔ) 信 息 能 力 的 設(shè) 備 。 輔 助 計(jì) 算 的 基 本 手 段 出 現(xiàn) ， 主 要 針 對(duì) 的 是數(shù) 字 。 主要特點(diǎn)：計(jì)算設(shè)備作為人腦計(jì)算的輔助工具，不具備自動(dòng)計(jì)算能力。 早期的計(jì)算機(jī)器帕 斯 卡 的 加 法 機(jī) 萊 布 尼 茲 的 乘 法 機(jī) 巴 貝 奇 差 分 機(jī)巴 貝 奇 分 析 機(jī)古 老 的 計(jì) 算 工 具 算 盤(pán) 早期的計(jì)算機(jī)器 哈 佛 大 學(xué) 研 制 的

2、 機(jī) 電 式 自 動(dòng) 順 序 控 制 計(jì) 算 機(jī)MARK I 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)-第一代計(jì)算機(jī)主 要 特 點(diǎn) 邏 輯 元 件 電 子 管 主 存 磁 鼓 輔 存 磁 帶 軟 件 機(jī) 器 語(yǔ) 言 、 符 號(hào) 語(yǔ) 言 應(yīng) 用 科 學(xué) 計(jì) 算主 要 成 就 數(shù) 字 電 子 計(jì) 算 機(jī) 的 出 現(xiàn) ， 揭 開(kāi) 了 人 類(lèi) 歷 史 新 篇 章 。 1946年 6月 ， 馮 諾 依 曼 提 出 了 “ 存 儲(chǔ) 程 序 ” 的 概 念 以 及計(jì) 算 機(jī) 組 成 和 框 架 ， 奠 定 了 現(xiàn) 代 計(jì) 算 機(jī) 的 基 礎(chǔ) 。 圖靈、圖靈機(jī)及圖靈測(cè)試圖靈是計(jì)算機(jī)邏輯的奠基者，許多人工智能的重要方法也源自這位偉大的科學(xué)家

3、：l24歲 ， 提 出 圖 靈 機(jī) 理 論 ；l 31歲 ， 參 與 Colossus（ 二 戰(zhàn) 時(shí) 英 國(guó) 破 解 德 國(guó) 通 信 密 碼 的計(jì) 算 機(jī) ） 的 研 制 ；l33歲 ， 構(gòu) 思 了 仿 真 系 統(tǒng) ；l35歲 ， 提 出 自 動(dòng) 程 序 設(shè) 計(jì) 概 念 ；l38歲 ， 設(shè) 計(jì) 了 “ 圖 靈 測(cè) 試 ” ；l在 后 來(lái) 還 創(chuàng) 造 了 一 門(mén) 新 學(xué) 科 非 線 性 力 學(xué) ；l 計(jì) 算 機(jī) 與 人 工 智能 之 父 ， 英 國(guó) 數(shù)學(xué) 家 、 邏 輯 學(xué) 家 阿 蘭 圖 靈（ Alan Turing， 1912-1954） 阿 塔 納 索 夫 及 ABC計(jì) 算 機(jī) 被 “ 遺

4、 忘 ” 的 電 子 計(jì) 算 機(jī) 之 父 約 翰 阿 塔 納 索 夫（ John Atanasoff， 1903-1995） 存 放 在 衣 阿 華 州 立 大 學(xué) 的 ABC計(jì) 算 機(jī)(Atanasoff-Berry Computer) 馮諾伊曼及馮諾伊曼結(jié)構(gòu)l 1945年6月30日，馮諾依曼發(fā)表“101頁(yè)報(bào)告”First Draft of a Report on the EDVAC；l 1946年7、8月間，馮諾依曼又提出了一個(gè)更加完善的設(shè)計(jì)報(bào)告“電子計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)初探”（Preliminary discussion of the the logical design of an elec

5、tronic computing instrument）。 現(xiàn) 代 電 子 計(jì) 算 機(jī) 之 父 馮 諾 伊 曼 這兩篇報(bào)告的綜合設(shè)計(jì)思想，便是著名的“馮諾依曼結(jié)構(gòu)（von Neumann Architecture）”。報(bào)告明確指出：l 采用二進(jìn)制，不但數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制，指令也采用二進(jìn)制；l 計(jì)算機(jī)由5部分構(gòu)成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出裝置；l 程序由指令組成并和數(shù)據(jù)一起存放在存儲(chǔ)器中，機(jī)器按程序指定的邏輯順序，把指令從存儲(chǔ)器中讀出來(lái)并逐條執(zhí)行，從而自動(dòng)完成程序描述的處理工作。(即，“存儲(chǔ)程序”思想) 電子管計(jì)算機(jī) 1946年 世 界 上 第 一 臺(tái) 電 子 計(jì) 算 機(jī) ENIAC（ E

6、lectronic Numerical Integrator And Computer， 注 意） 在 美 國(guó) 賓 夕 法 尼 亞 大 學(xué) 研 制 成 功 。5000次 加 法 /秒體 重 30噸占 地 170m218800只 電 子 管1500個(gè) 繼 電 器功 率 150KW 第二代電子計(jì)算機(jī) 主 要 特 點(diǎn) 邏 輯 元 件 晶 體 管 主 存 磁 芯 輔 存 磁 盤(pán) 軟 件 高 級(jí) 程 序 設(shè) 計(jì) 語(yǔ) 言 、 操 作 系 統(tǒng) 應(yīng) 用 除 科 學(xué) 計(jì) 算 外 ， 已 應(yīng) 用 于 數(shù) 據(jù) 處 理 、 過(guò) 程 控 制 主 要 成 就 首 次 將 晶 體 管 用 于 計(jì) 算 機(jī) ， 使 計(jì) 算 機(jī)

7、 縮 小 了 體 積 ， 減 低 了功 耗 ， 提 高 了 速 度 和 可 靠 性 。 發(fā) 明 了 高 級(jí) 語(yǔ) 言 。 首 次 提 出 了 計(jì) 算 機(jī) 的 兼 容 問(wèn) 題 ， 包 括 硬 件 兼 容 和 軟 件 兼 容 。 晶體管計(jì)算機(jī)晶 體 管 與 電 子 管 的 比 較 ： 體 積 比 電 子 管 小 很 多 耗 電 大 大 降 低 穩(wěn) 定 性 有 很 大 提 高 1955年 ， 貝 爾 實(shí) 驗(yàn) 室 使 用 800 只 晶 體 管 組 裝 了 世 界 上 第 一臺(tái) 晶 體 管 計(jì) 算 機(jī) TRADIC。(Transistor Digital Computer) 集成電路計(jì)算機(jī)集 成 電 路

8、 與 晶 體 管 的 比 較 ： 1964年 4月 7日 ， 在 IBM公 司 成立 50周 年 之 際 ， 由 年 僅 40歲 的吉 恩 阿 姆 達(dá) 爾 (Gene Amdahl)擔(dān) 任 主 設(shè) 計(jì) 師 ， 歷 時(shí) 四 年 研 發(fā)的 IBM360計(jì) 算 機(jī) 問(wèn) 世 ， 標(biāo) 志 著 第 三 代 計(jì) 算 機(jī) 的 全 面 登 場(chǎng) ， 這也 是 IBM歷 史 上 最 為 成 功 的 機(jī)型 之 一 。 第四代電子計(jì)算機(jī) 主 要 特 點(diǎn) 邏 輯 元 件 大 規(guī) 模 /超 大 規(guī) 模 集 成 電 路 （ LSI/VLSI） 主 存 LSI/VLSI半 導(dǎo) 體 芯 片 輔 存 磁 盤(pán) 、 光 盤(pán) 軟 件 高

9、 級(jí) 程 序 設(shè) 計(jì) 語(yǔ) 言 、 操 作 系 統(tǒng) 應(yīng) 用 科 學(xué) 計(jì) 算 、 數(shù) 據(jù) 處 理 、 過(guò) 程 控 制 ， 并 進(jìn) 入 以 計(jì) 算 機(jī)網(wǎng) 絡(luò) 為 特 征 的 應(yīng) 用 時(shí) 代 各種第四代計(jì)算機(jī) 我國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展 1958年 研 制 出 第 一 臺(tái) 電 子 管 計(jì) 算 機(jī) 1964年 研 制 出 第 二 代 晶 體 管 計(jì) 算 機(jī) 1971年 研 制 出 第 三 代 集 成 電 路 計(jì) 算 機(jī) 1977年 研 制 出 第 一 臺(tái) 微 機(jī) DJS050 1983年 研 制 成 功 銀 河 億 次 機(jī) （ 第 四 代 計(jì) 算 機(jī) ） 2002年 9月 聯(lián) 想 集 團(tuán) 研 制 成 功 “ 深

10、騰 1800” 計(jì) 算 機(jī) ， 運(yùn) 算速 度 超 過(guò) 1萬(wàn) 億 次 /秒 2003年 12月 ， 我 國(guó) 自 主 研 發(fā) 出 國(guó) 內(nèi) 最 快 、 世 界 第 三 的 10萬(wàn)億 次 曙 光 4000A高 性 能 計(jì) 算 機(jī) 2010年 ， 中 國(guó) 國(guó) 防 科 大 研 制 的 “ 天 河 一 號(hào) ” 在 高 性 能 計(jì) 算機(jī) 排 行 榜 上 位 列 第 一 ， 曙 光 公 司 部 署 在 深 圳 計(jì) 算 中 心 的“ 星 云 ” 排 行 第 三 ； 我國(guó)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問(wèn)題 自 主 創(chuàng) 新 能 力 不 足 ； 核 心 技 術(shù) 缺 失 （ CPU制 造 技 術(shù) ， 高 科 技 材 料 技 術(shù) ，

11、 操作 系 統(tǒng) 技 術(shù) ， 高 性 能 網(wǎng) 絡(luò) 服 務(wù) 器 技 術(shù) ） ； 大 規(guī) 模 軟 件 幾 乎 空 白 ； 發(fā) 展 體 制 存 在 缺 陷 ； 相 關(guān) 法 律 法 規(guī) 不 夠 健 全 ， 知 識(shí) 產(chǎn) 權(quán) 保 護(hù) 存 在 漏 洞 ； 計(jì) 算 機(jī) 分 類(lèi) 1 按 照 處 理 數(shù) 據(jù) 信 息 形 式 分 類(lèi)（ 1） 數(shù) 字 計(jì) 算 機(jī)（ 2） 模 擬 計(jì) 算 機(jī)（ 3） 數(shù) 字 模 擬 混 合 計(jì) 算 機(jī) 2 按 照 規(guī) 模 分 類(lèi)（ 1） 巨 型 機(jī) （ 2） 大 型 機(jī)（ 3） 小 型 機(jī) （ 4） 微 型 機(jī) 按 照 功 能 分 類(lèi) 按 照 計(jì) 算 機(jī) 功 能 ， 一 般 可 分 為

12、專(zhuān) 用 計(jì)算 機(jī) 和 通 用 計(jì) 算 機(jī) 。 1.1.4 計(jì)算機(jī)特點(diǎn)1 運(yùn) 算 速 度 快2 計(jì) 算 精 度 高3 邏 輯 判 斷 能 力4 海 量 存 儲(chǔ) 能 力5 高 度 自 動(dòng) 控 制 功 能 1.1.5 計(jì)算機(jī)應(yīng)用1 科 學(xué) 計(jì) 算2 信 息 處 理3 過(guò) 程 控 制4 計(jì) 算 機(jī) 輔 助 系 統(tǒng)5 網(wǎng) 絡(luò) 通 信6 人 工 智 能7 多 媒 體 應(yīng) 用 未來(lái)的計(jì)算機(jī) 巨 型 化 ： 天 文 、 軍 事 、 仿 真 、 科 學(xué) 計(jì) 算 等 領(lǐng) 域 需 要 進(jìn) 行 大 量 的計(jì) 算 ， 要 求 計(jì) 算 機(jī) 有 更 高 的 運(yùn) 算 速 度 、 更 大 的 存 儲(chǔ) 量 ， 這 就 需要 研

13、制 功 能 更 強(qiáng) 的 巨 型 計(jì) 算 機(jī) ； 專(zhuān) 業(yè) 化 ： 工 業(yè) 計(jì) 算 機(jī) 、 嵌 入 式 設(shè) 備 在 工 業(yè) 上 和 專(zhuān) 業(yè) 領(lǐng) 域 應(yīng) 用 前景 廣 闊 ， 車(chē) 載 電 腦 、 工 控 計(jì) 算 機(jī) 、 銀 行 系 統(tǒng) 等 ； 微 型 化 ： 專(zhuān) 用 微 型 機(jī) 已 經(jīng) 大 量 應(yīng) 用 于 儀 器 、 儀 表 和 家 用 電 器 中 。筆 記 本 電 腦 已 經(jīng) 大 量 進(jìn) 入 辦 公 室 和 家 庭 ， 但 是 便 攜 性 、 續(xù) 航 能力 仍 不 夠 人 們 全 天 候 使 用 ， 應(yīng) 運(yùn) 而 生 的 便 攜 式 互 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 備（ MID） 、 智 能 手 機(jī) 、 平 板 電

14、 腦 不 斷 涌 現(xiàn) ， 迅 速 普 及 ； 網(wǎng) 絡(luò) 化 ： 移 動(dòng) 通 信 和 互 聯(lián) 網(wǎng) 成 為 當(dāng) 今 世 界 發(fā)展 最 快 、 市 場(chǎng) 潛 力 最 大 、 前 景 最 誘 人 的 兩大 業(yè) 務(wù) ， 它 們 的 增 長(zhǎng) 速 度 都 是 任 何 預(yù) 測(cè) 家未 曾 預(yù) 料 到 的 ， 所 以 移 動(dòng) 互 聯(lián) 網(wǎng) 可 以 預(yù) 見(jiàn)將 會(huì) 創(chuàng) 造 怎 樣 的 經(jīng) 濟(jì) 神 話 ； 智 能 化 ： 目 前 的 計(jì) 算 機(jī) 已 能 夠 部 分 地 代 替 人的 腦 力 勞 動(dòng) ， 但 是 人 們 希 望 計(jì) 算 機(jī) 具 有 更多 人 的 智 能 ， 比 如 ： 自 行 思 考 ， 智 能 識(shí) 別 ，自

15、動(dòng) 升 級(jí) 等 等 ； 下一代計(jì)算機(jī) 隨 著 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 它 已 經(jīng) 成 為 我 們 工 作 上 的工 具 ， 生 活 中 的 控 制 中 心 是 必 然 的 事 情 。 計(jì) 算 機(jī) 的 未 來(lái)充 滿(mǎn) 了 變 數(shù) 。 性 能 的 大 幅 度 提 高 是 不 可 置 疑 的 ， 而 實(shí) 現(xiàn)性 能 的 飛 躍 卻 有 多 種 途 徑 。 不 過(guò) 性 能 的 大 幅 提 升 并 不 是計(jì) 算 機(jī) 發(fā) 展 的 唯 一 路 線 ， 計(jì) 算 機(jī) 的 發(fā) 展 ， 還 應(yīng) 當(dāng) 變 得 越來(lái) 越 人 性 化 ， 同 時(shí) 也 要 注 重 環(huán) 保 等 等 。 基 于 集 成 電 路 的 計(jì)

16、算 機(jī) 短 期 內(nèi) 還 不 會(huì) 退 出 歷 史 舞 臺(tái) 。但 一 些 新 的 計(jì) 算 機(jī) 正 在 躍 躍 欲 試 地 加 緊 研 究 ， 這 些 計(jì) 算機(jī) 是 ： 超 導(dǎo) 計(jì) 算 機(jī) 、 納 米 計(jì) 算 機(jī) 、 光 計(jì) 算 機(jī) 、 DNA計(jì) 算機(jī) 和 量 子 計(jì) 算 機(jī) 等 。 摩爾定律微芯片上集成的晶體管數(shù)目每18個(gè)月翻一番，價(jià)格降低一半 第五代電子計(jì)算機(jī) 從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，日本、美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家都宣布開(kāi)始新一代計(jì)算機(jī)的研究。人們普遍認(rèn)為新一代計(jì)算機(jī)應(yīng)該是智能型的，它能模擬人的智能行為，理解人類(lèi)自然語(yǔ)言，并繼續(xù)向著微型化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。綜合起來(lái)大概有以下幾個(gè)研究方向。 人工智能計(jì)算機(jī)

17、巨型計(jì)算機(jī)多處理機(jī)激光計(jì)算機(jī)超導(dǎo)計(jì)算機(jī)生物晶體計(jì)算機(jī)（DNA計(jì)算機(jī)）量子計(jì)算 分 子 計(jì) 算 機(jī) 分 子 計(jì) 算 機(jī) 體 積 小 、 耗 電 少 、 運(yùn) 算 快 、 存 儲(chǔ) 量 大 。 分 子 計(jì) 算機(jī) 的 運(yùn) 行 是 吸 收 分 子 晶 體 上 以 電 荷 形 式 存 在 的 信 息 ， 并 以 更 有 效的 方 式 進(jìn) 行 組 織 排 列 。 分 子 計(jì) 算 機(jī) 的 運(yùn) 算 過(guò) 程 就 是 蛋 白 質(zhì) 分 子 與周 圍 物 理 化 學(xué) 介 質(zhì) 的 相 互 作 用 過(guò) 程 。 轉(zhuǎn) 換 開(kāi) 關(guān) 為 酶 ， 而 程 序 則 在酶 合 成 系 統(tǒng) 本 身 和 蛋 白 質(zhì) 的 結(jié) 構(gòu) 中 極 其 明

18、 顯 地 表 示 出 來(lái) 。 生 物 分子 組 成 的 計(jì) 算 機(jī) 具 備 能 在 生 化 環(huán) 境 下 ， 甚 至 在 生 物 有 機(jī) 體 中 運(yùn) 行 ，并 能 以 其 它 分 子 形 式 與 外 部 環(huán) 境 交 換 。 因 此 它 將 在 醫(yī) 療 診 治 、 遺傳 追 蹤 和 仿 生 工 程 中 發(fā) 揮 無(wú) 法 替 代 的 作 用 。 分 子 芯 片 體 積 可 比 現(xiàn)在 的 芯 片 大 大 減 小 ， 而 效 率 大 大 提 高 ， 分 子 計(jì) 算 機(jī) 完 成 一 項(xiàng) 運(yùn) 算 ，所 需 的 時(shí) 間 僅 為 10微 微 秒 ， 比 人 的 思 維 速 度 快 100萬(wàn) 倍 。 分 子 計(jì)算

19、機(jī) 具 有 驚 人 的 存 貯 容 量 ， 1立 方 米 的 DNA溶 液 可 存 儲(chǔ) 1萬(wàn) 億 億 的二 進(jìn) 制 數(shù) 據(jù) 。 分 子 計(jì) 算 機(jī) 消 耗 的 能 量 非 常 小 ， 只 有 電 子 計(jì) 算 機(jī) 的 十 億 分 之 一 。 超導(dǎo)計(jì)算機(jī) 芯 片 的 集 成 度 越 高 ， 計(jì) 算 機(jī) 的 體 積 越 小 ， 這 樣 才 不 致 因 信號(hào) 傳 輸 而 降 低 整 機(jī) 速 度 。 但 這 樣 一 來(lái) 就 使 機(jī) 器 發(fā) 熱 嚴(yán) 重 。 解 決問(wèn) 題 的 出 路 是 研 制 超 導(dǎo) 計(jì) 算 機(jī) 。 電 流 在 超 導(dǎo) 體 中 流 過(guò) 時(shí) ， 電 阻為 零 ， 介 質(zhì) 不 發(fā) 熱 。 1

20、962年 ， 英 國(guó) 物 理 學(xué) 家 約 瑟 夫 遜 提 出 了“ 超 導(dǎo) 隧 道 效 應(yīng) ” ， 即 由 超 導(dǎo) 體 絕 緣 體 超 導(dǎo) 體 組 成 的 器 件（ 約 瑟 夫 遜 結(jié) ） ， 當(dāng) 對(duì) 其 兩 端 加 電 壓 時(shí) ， 電 子 就 會(huì) 像 通 過(guò) 隧 道一 樣 無(wú) 阻 擋 地 從 絕 緣 介 質(zhì) 穿 過(guò) ， 形 成 微 小 電 流 ， 而 該 器 件 兩 端的 壓 降 幾 乎 為 零 。 與 傳 統(tǒng) 的 半 導(dǎo) 體 計(jì) 算 機(jī) 相 比 ， 使 用 約 瑟 夫 遜器 件 的 超 導(dǎo) 計(jì) 算 機(jī) 的 耗 電 量 僅 為 其 幾 千 分 之 一 ， 而 執(zhí) 行 一 條 指令 所 需 的

21、 時(shí) 間 卻 要 快 100倍 。 1999年 11月 ， 日 本 超 導(dǎo) 技 術(shù) 研 究 所 與 企 業(yè) 合 作 ， 制 作 了由 1萬(wàn) 個(gè) 約 瑟 夫 遜 元 件 組 成 的 超 導(dǎo) 集 成 電 路 芯 片 。 據(jù) 悉 ， 該 所定 于 2003年 生 產(chǎn) 這 種 超 導(dǎo) 芯 片 ， 2010年 前 后 制 造 出 這 種 超 導(dǎo) 計(jì)算 機(jī) 。 納米計(jì)算機(jī) 在 納 米 尺 度 下 ， 由 于 有 量 子 效 應(yīng) ， 硅 微 電 子 芯 片 便 不 能 工作 。 其 原 因 是 這 種 芯 片 的 工 作 ， 依 據(jù) 的 是 固 體 材 料 的 整 體 特性 ， 即 大 量 電 子 參 與

22、工 作 時(shí) 所 呈 現(xiàn) 的 統(tǒng) 計(jì) 平 均 規(guī) 律 。 如 果 在納 米 尺 度 下 ， 利 用 有 限 電 子 運(yùn) 動(dòng) 所 表 現(xiàn) 出 來(lái) 的 量 子 效 應(yīng) ， 可能 就 能 克 服 上 述 困 難 。 可 以 用 不 同 的 原 理 實(shí) 現(xiàn) 納 米 級(jí) 計(jì) 算 ，目 前 已 提 出 了 四 種 工 作 機(jī) 制 ：（ 1） 電 子 式 納 米 計(jì) 算 技 術(shù) ；（ 2） 基 于 生 物 化 學(xué) 物 質(zhì) 與 DNA的 納 米 計(jì) 算 機(jī) ；（ 3） 機(jī) 械 式 納 米 計(jì) 算 機(jī) ；（ 4） 量 子 波 相 干 計(jì) 算 。 它 們 有 可 能 發(fā) 展 成 為 未 來(lái) 納 米 計(jì) 算 機(jī)技 術(shù)

23、 的 基 礎(chǔ) 。 光子計(jì)算機(jī) 光 子 計(jì) 算 機(jī) 是 一 種 由 光 信 號(hào) 進(jìn) 行 數(shù) 字 運(yùn) 算 、 邏 輯 操作 、 信 息 存 貯 和 處 理 的 新 型 計(jì) 算 機(jī) 。 光 子 計(jì) 算 機(jī) 的基 本 組 成 部 件 是 集 成 光 路 ， 要 有 激 光 器 、 透 鏡 和 核鏡 。 由 于 光 子 比 電 子 速 度 快 ， 光 子 計(jì) 算 機(jī) 的 運(yùn) 行 速度 可 高 達(dá) 一 萬(wàn) 億 次 。 它 的 存 貯 量 是 現(xiàn) 代 計(jì) 算 機(jī) 的 幾萬(wàn) 倍 ， 還 可 以 對(duì) 語(yǔ) 言 、 圖 形 和 手 勢(shì) 進(jìn) 行 識(shí) 別 與 合 成。 目 前 ， 許 多 國(guó) 家 都 投 入 巨 資 進(jìn)

24、 行 光 子 計(jì) 算 機(jī) 的研 究 。 隨 著 現(xiàn) 代 光 學(xué) 與 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 、 微 電 子 技 術(shù) 相結(jié) 合 ， 在 不 久 的 將 來(lái) ， 光 子 計(jì) 算 機(jī) 將 成 為 人 類(lèi) 普 遍的 工 具 。 研 制 光 計(jì) 算 機(jī) 的 設(shè) 想 早 在 20世 紀(jì) 50年 代 后 期 就 已 提 出 。 1986年 ，貝 爾 實(shí) 驗(yàn) 室 的 戴 維 .米 勒 研 制 成 功 小 型 光 開(kāi) 關(guān) ， 為 同 實(shí) 驗(yàn) 室 的 艾倫 .黃 研 制 光 處 理 器 提 供 了 必 要 的 元 件 。 1990年 1月 ， 黃 的 實(shí) 驗(yàn)室 開(kāi) 始 用 光 計(jì) 算 機(jī) 工 作 。 光 計(jì) 算 機(jī)

25、有 全 光 學(xué) 型 和 光 電 混 合 型 。上 述 貝 爾 實(shí) 驗(yàn) 室 的 光 計(jì) 算 機(jī) 就 采 用 了 混 合 型 結(jié) 構(gòu) 。 相 比 之 下 ， 全 光 學(xué) 型 計(jì) 算 機(jī) 可 以 達(dá) 到 更 高 的 運(yùn) 算 速 度 。 研制 光 計(jì) 算 機(jī) ， 需 要 開(kāi) 發(fā) 出 可 用 一 條 光 束 控 制 另 一 條 光 束 變 化 的光 學(xué) “ 晶 體 管 ” 。 現(xiàn) 有 的 光 學(xué) “ 晶 體 管 ” 龐 大 而 笨 拙 ， 若 用 它們 造 成 臺(tái) 式 計(jì) 算 機(jī) 將 有 輛 汽 車(chē) 那 么 大 。 因 此 ， 要 想 短 期 內(nèi) 使 光學(xué) 計(jì) 算 機(jī) 實(shí) 用 化 還 很 困 難 。 生

26、 物 計(jì) 算 機(jī) 20世 紀(jì) 80年 代 以 來(lái) ， 生 物 工 程 學(xué) 家 對(duì) 人 腦 、 神 經(jīng) 元 和感 受 器 的 研 究 傾 注 了 很 大 精 力 ， 以 期 研 制 出 可 以 模 擬 人 腦思 維 、 低 耗 、 高 效 的 第 六 代 計(jì) 算 機(jī) 生 物 計(jì) 算 機(jī) 。 用 蛋白 質(zhì) 制 造 的 電 腦 芯 片 ， 存 儲(chǔ) 量 可 以 達(dá) 到 普 通 電 腦 的 10億 倍 。生 物 電 腦 元 件 的 密 度 比 大 腦 神 經(jīng) 元 的 密 度 高 100萬(wàn) 倍 ， 傳遞 信 息 的 速 度 也 比 人 腦 思 維 的 速 度 快 100萬(wàn) 倍 。 DNA計(jì)算機(jī) 1994年

27、 11月 ， 美 國(guó) 南 加 州 大 學(xué) 的 阿 德 勒 曼 博 士 用 DNA堿 基 對(duì) 序 列 作 為 信 息編 碼 的 載 體 ， 在 試 管 內(nèi) 控 制 酶 的 作 用 下 ， 使 DNA堿 基 對(duì) 序 列 發(fā) 生 反 應(yīng) ， 以 此 實(shí)現(xiàn) 數(shù) 據(jù) 運(yùn) 算 。 阿 德 勒 曼 在 科 學(xué) 上 公 布 了 DNA計(jì) 算 機(jī) 的 理 論 ， 引 起 了 各 國(guó) 學(xué)者 的 廣 泛 關(guān) 注 。 阿 德 勒 曼 的 計(jì) 算 機(jī) 的 計(jì) 算 與 傳 統(tǒng) 的 計(jì) 算 機(jī) 不 同 ， 計(jì) 算 不 再 只 是 簡(jiǎn) 單 的 物理 性 質(zhì) 的 加 減 操 作 ， 而 又 增 添 了 化 學(xué) 性 質(zhì) 的 切

28、割 、 復(fù) 制 、 粘 貼 、 插 入 和 刪 除等 種 種 方 式 。 DNA計(jì) 算 機(jī) 的 最 大 優(yōu) 點(diǎn) 在 于 其 驚 人 的 存 儲(chǔ) 容 量 和 運(yùn) 算 速 度 ： 1立方 厘 米 的 DNA存 儲(chǔ) 的 信 息 比 一 萬(wàn) 億 張 光 盤(pán) 存 儲(chǔ) 的 還 多 ； 十 幾 個(gè) 小 時(shí) 的 DNA計(jì) 算 ，就 相 當(dāng) 于 所 有 電 腦 問(wèn) 世 以 來(lái) 的 總 運(yùn) 算 量 。 更 重 要 的 是 ， 它 的 能 耗 非 常 低 ， 只有 電 子 計(jì) 算 機(jī) 的 一 百 億 分 之 一 。 與 傳 統(tǒng) 的 “ 看 得 見(jiàn) 、 摸 得 著 ” 計(jì) 算 機(jī) 不 同 ， 目 前 的 DNA計(jì) 算

29、 機(jī) 還 是 躺 在 試 管 里 的 液 體 。 它 離 開(kāi) 發(fā) 、 實(shí) 際 應(yīng) 用 還 有 相 當(dāng) 的 距 離 ， 尚 有 許 多 現(xiàn) 實(shí) 的 技 術(shù)性 問(wèn) 題 需 要 去 解 決 。 DNA 計(jì)算機(jī)在與人對(duì)玩游戲中取勝 模 仿 人 類(lèi) 大 腦 功 能 的 神 經(jīng) 計(jì) 算 機(jī) 已 經(jīng) 開(kāi) 發(fā) 成 功 ， 它 標(biāo) 志 著 電 子計(jì) 算 機(jī) 的 發(fā) 展 進(jìn) 入 第 六 代 。 第 六 代 電 子 計(jì) 算 機(jī) 是 模 仿 人 的 大 腦 判 斷能 力 和 適 應(yīng) 能 力 ， 并 具 有 可 并 行 處 理 多 種 數(shù) 據(jù) 功 能 的 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 計(jì) 算機(jī) 。 與 以 邏 輯 處 理 為 主 的

30、 第 五 代 計(jì) 算 機(jī) 不 同 ， 它 本 身 可 以 判 斷 對(duì) 象的 性 質(zhì) 與 狀 態(tài) ， 并 能 采 取 相 應(yīng) 的 行 動(dòng) ， 而 且 它 可 同 時(shí) 并 行 處 理 實(shí) 時(shí)變 化 的 大 量 數(shù) 據(jù) ， 并 引 出 結(jié) 論 。 以 往 的 信 息 處 理 系 統(tǒng) 只 能 處 理 條 理清 晰 ， 經(jīng) 絡(luò) 分 明 的 數(shù) 據(jù) 。 而 人 的 大 腦 卻 具 有 能 處 理 支 離 破 碎 ， 含 糊不 清 信 息 的 靈 活 性 ， 第 六 代 電 子 計(jì) 算 機(jī) 將 類(lèi) 似 人 腦 的 智 慧 和 靈 活 性 。電 子 計(jì) 算 機(jī) 的 發(fā) 展 已 經(jīng) 進(jìn) 入 了 第 六 代 ，

31、這 種 發(fā) 展 可 能 僅 僅 是 剛 起 步 ，前 途 沒(méi) 有 止 境 。 用 許 多 微 處 理 機(jī) 模 仿 人 腦 的 神 經(jīng) 元 結(jié) 構(gòu) ， 采 用 大 量 的 并 行 分 布 式網(wǎng) 絡(luò) 就 構(gòu) 成 了 神 經(jīng) 電 腦 。 神 經(jīng) 電 腦 除 有 許 多 處 理 器 外 ， 還 有 類(lèi) 似 神經(jīng) 的 節(jié) 點(diǎn) ， 每 個(gè) 節(jié) 點(diǎn) 與 許 多 點(diǎn) 相 連 。 若 把 每 一 步 運(yùn) 算 分 配 給 每 臺(tái) 微處 理 器 ， 它 們 同 時(shí) 運(yùn) 算 ， 其 信 息 處 理 速 度 和 智 能 會(huì) 大 大 提 高 。 其 特 點(diǎn) 是 可 以 實(shí) 現(xiàn) 分 布 式 聯(lián) 想 記 憶 并 能 在 一

32、定 程 度上 模 擬 人 和 動(dòng) 物 的 學(xué) 習(xí) 功 能 。 它 是 一 種 有 知 識(shí) 、 會(huì) 學(xué)習(xí) 、 能 推 理 的 計(jì) 算 機(jī) ， 具 有 能 理 解 自 然 語(yǔ) 言 、 聲 音 、文 字 和 圖 像 的 能 力 ， 并 且 具 有 說(shuō) 話 的 能 力 ， 使 人 機(jī) 能夠 用 自 然 語(yǔ) 言 直 接 對(duì) 話 ， 它 可 以 利 用 已 有 的 和 不 斷 學(xué)習(xí) 到 的 知 識(shí) ， 進(jìn) 行 思 維 、 聯(lián) 想 、 推 理 ， 并 得 出 結(jié) 論 ，能 解 決 復(fù) 雜 問(wèn) 題 ， 具 有 匯 集 、 記 憶 、 檢 索 有 關(guān) 知 識(shí) 的能 力 。 量子計(jì)算機(jī) 量 子 計(jì) 算 機(jī) 以 處

33、 于 量 子 狀 態(tài) 的 原 子 作 為 中 央 處 理 器 和 內(nèi) 存 ， 利 用 原 子 的量 子 特 性 進(jìn) 行 信 息 處 理 。 由 于 原 子 具 有 在 同 一 時(shí) 間 處 于 兩 個(gè) 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(shí) 代 表 0和 1以 及 0和 1之間 的 中 間 值 ， 故 無(wú) 論 從 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 還 是 處 理 的 角 度 ， 量 子 位 的 能 力 都 是 晶 體 管電 子 位 的 兩 倍 。 對(duì) 此 ， 有 人 曾 經(jīng) 作 過(guò) 這 樣 的 比 喻 ： 假 設(shè) 一 只 老 鼠 準(zhǔn)

34、 備 繞 過(guò) 一 只 貓 ， 根據(jù) 經(jīng) 典 物 理 學(xué) 理 論 ， 它 要 么 從 左 邊 過(guò) ， 要 么 從 右 邊 過(guò) ， 而 根 據(jù) 量 子 理 論 ， 它卻 可 以 同 時(shí) 從 貓 的 左 邊 和 右 邊 繞 過(guò) 量 子 計(jì) 算 機(jī) 在 外 形 上 有 較 大 差 異 ， 它 沒(méi) 有盒 式 外 殼 ； 看 起 來(lái) 像 是 一 個(gè) 被 其 它 物 質(zhì) 包 圍 的 巨 大 磁 場(chǎng) ； 它 不 能 利 用 硬 盤(pán) 實(shí)現(xiàn) 信 息 的 長(zhǎng) 期 存 儲(chǔ) ； 但 高 效 的 運(yùn) 算 能 力 使 量 子 計(jì) 算 機(jī) 具 有 廣 闊 的 應(yīng) 用 前 景 。 如 何 實(shí) 現(xiàn) 量 子 計(jì) 算 ， 方 案 并

35、 不 少 ， 問(wèn) 題 是 在 實(shí) 驗(yàn) 上 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 微 觀 量 子 態(tài) 的操 縱 確 實(shí) 太 困 難 了 。 這 些 計(jì) 算 機(jī) 機(jī) 異 常 敏 感 ， 哪 怕 是 最 小 的 干 擾 -比 如 一 束 從 旁 邊 經(jīng) 過(guò) 的 宇 宙 射 線 -也 會(huì) 改 變 機(jī) 器 內(nèi) 計(jì) 算 原 子 的 方 向 ， 從 而 導(dǎo) 致 錯(cuò) 誤 的結(jié) 果 。 目 前 ， 量 子 計(jì) 算 機(jī) 只 能 利 用 大 約 5個(gè) 原 子 做 最 簡(jiǎn) 單 的 計(jì) 算 。 要 想 做 任 何有 意 義 的 工 作 都 必 須 使 用 數(shù) 百 萬(wàn) 個(gè) 原 子 Orion量 子 計(jì) 算 機(jī) 用 于 將 量 子 計(jì) 算 機(jī) 冷

36、卻 在 5K 溫 度 下 的 散 熱 裝 置 集 成 了 16個(gè) 量 子比 特 的 計(jì) 算 機(jī) 量 子 計(jì) 算 機(jī) 納 米 計(jì) 算 機(jī) 納 米 計(jì) 算 機(jī) 是 用 納 米 技 術(shù) 研 發(fā) 的 新 型 高 性 能 計(jì) 算 機(jī) 。 納 米管 元 件 尺 寸 在 幾 到 幾 十 納 米 范 圍 , 質(zhì) 地 堅(jiān) 固 ,有 著 極 強(qiáng) 的 導(dǎo) 電 性 , 能 代 替 硅 芯 片 制 造 計(jì) 算 機(jī) 。 “ 納 米 ” 是 一 個(gè) 計(jì) 量 單 位 , 一 個(gè) 納米 等 于 10-9米 , 大 約 是 氫 原 子 直 徑 的 10倍 。 納 米 技 術(shù) 是 從 20世紀(jì) 80年 代 初 迅 速 發(fā) 展 起

37、來(lái) 的 新 的 前 沿 科 研 領(lǐng) 域 ， 最 終 目 標(biāo) 是 人類(lèi) 按 照 自 己 的 意 志 直 接 操 縱 單 個(gè) 原 子 ， 制 造 出 具 有 特 定 功 能 的產(chǎn) 品 。 現(xiàn) 在 納 米 技 術(shù) 正 從 微 電 子 機(jī) 械 系 統(tǒng) 起 步 ， 把 傳 感 器 、 電動(dòng) 機(jī) 和 各 種 處 理 器 都 放 在 一 個(gè) 硅 芯 片 上 而 構(gòu) 成 一 個(gè) 系 統(tǒng) 。 應(yīng) 用納 米 技 術(shù) 研 制 的 計(jì) 算 機(jī) 內(nèi) 存 芯 片 ， 其 體 積 只 有 數(shù) 百 個(gè) 原 子 大 小 ，相 當(dāng) 于 人 的 頭 發(fā) 絲 直 徑 的 千 分 之 一 。 納 米 計(jì) 算 機(jī) 不 僅 幾 乎 不 需

38、要 耗 費(fèi) 任 何 能 源 ， 而 且 其 性 能 要 比 今 天 的 計(jì) 算 機(jī) 強(qiáng) 大 許 多 倍 。 1.2 計(jì)算機(jī)熱點(diǎn)技術(shù)1.2.1 中 間 件 技 術(shù) 中 間 件 （ Middleware） 位 于 操 作 系 統(tǒng) 和應(yīng) 用 程 序 之 間 ， 向 各 種 應(yīng) 用 軟 件 提 供 服 務(wù) ， 使不 同 的 應(yīng) 用 進(jìn) 程 能 在 不 同 平 臺(tái) 下 通 過(guò) 網(wǎng) 絡(luò) 相 互通 信 。 1.2.2 普適計(jì)算 普 適 計(jì) 算 （ Ubiquitous computing） 是 無(wú) 所 不 在 的 ， 隨 時(shí) 隨 地可 以 進(jìn) 行 計(jì) 算 的 一 種 方 式 ， 其 目 的 是建 立 一 個(gè)

39、 充 滿(mǎn) 計(jì) 算 和 通 信 能 力 的 環(huán) 境 。在 普 適 計(jì) 算 環(huán) 境 下 ， 整 個(gè) 世 界 是 一 個(gè)網(wǎng) 絡(luò) 的 世 界 ， 為 不 同 目 的 服 務(wù) 的 計(jì) 算和 通 信 設(shè) 備 都 連 接 在 網(wǎng) 絡(luò) 中 ， 人 們 可以 便 捷 的 獲 得 需 要 的 信 息 和 服 務(wù) 。 1.2.3 網(wǎng)格計(jì)算 網(wǎng) 格 計(jì) 算 （ Grid computing） 是 利 用互 聯(lián) 網(wǎng) 把 分 散 在 不 同 地 理 位 置 的 計(jì) 算 機(jī) 組 織成 一 個(gè) “ 虛 擬 的 超 級(jí) 計(jì) 算 機(jī) ” ， 其 中 每 一 臺(tái)參 與 計(jì) 算 的 計(jì) 算 機(jī) 就 是 一 個(gè) “ 節(jié) 點(diǎn) ” ， 而

40、 整個(gè) 計(jì) 算 是 由 成 千 上 萬(wàn) 個(gè) “ 節(jié) 點(diǎn) ” 組 成 的 “ 一張 網(wǎng) 格 ” 。 網(wǎng) 格 計(jì) 算 的 優(yōu) 勢(shì) 是 具 有 超 強(qiáng) 的 數(shù)據(jù) 處 理 能 力 和 充 分 利 用 網(wǎng) 上 閑 置 的 處 理 能 力 。 1.2.4 云計(jì)算云 計(jì) 算 1 （ cloud computing） 是 基 于 互 聯(lián) 網(wǎng) 的 相 關(guān) 服 務(wù) 的增 加 、 使 用 和 交 付 模 式 ， 通 常 涉 及 通 過(guò) 互 聯(lián) 網(wǎng) 來(lái) 提 供 動(dòng) 態(tài) 易 擴(kuò)展 且 經(jīng) 常 是 虛 擬 化 的 資 源 。 云 計(jì) 算 （ Cloud computing） 是 分 布 式 計(jì) 算 、 網(wǎng) 格 計(jì) 算 、

41、 并 行 計(jì)算 、 網(wǎng) 絡(luò) 存 儲(chǔ) 及 虛 擬 化 計(jì) 算 機(jī) 和 網(wǎng) 絡(luò) 技 術(shù) 發(fā) 展 融 合 的 產(chǎn) 物 ， 或者 說(shuō) 是 它 們 的 商 業(yè) 實(shí) 現(xiàn) 。云 計(jì) 算 主 要 經(jīng) 歷 了 四 個(gè) 階 段 才 發(fā) 展 到 現(xiàn) 在 這 樣 比 較 成 熟 的 水 平 ，這 四 個(gè) 階 段 依 次 是 電 廠 模 式 、 效 用 計(jì) 算 、 網(wǎng) 格 計(jì) 算 和 云 計(jì) 算 。應(yīng) 用 ： 云 物 聯(lián) 、 云 安 全 、 云 存 儲(chǔ) 、 云 游 戲 、 云 計(jì) 算 1.2.5 物聯(lián)網(wǎng) 物 聯(lián) 網(wǎng) （ The Internet of Things） 顧 名 思 義 ， “ 物 聯(lián) 網(wǎng)就 是 物 物 相

42、 連 的 互 聯(lián) 網(wǎng) ” 。 這 里 有 兩 層 含 義 ： 第 一 ， 物 聯(lián) 網(wǎng) 的核 心 和 基 礎(chǔ) 仍 然 是 互 聯(lián) 網(wǎng) ， 是 互 聯(lián) 網(wǎng) 的 延 伸 和 擴(kuò) 展 ； 第 二 ， 其用 戶(hù) 端 延 伸 和 擴(kuò) 展 到 了 任 何 物 品 與 物 品 之 間 ， 進(jìn) 行 信 息 交 換 和通 信 。 最 初 在 1999年 提 出 ： 即 通 過(guò) 射 頻 識(shí) 別 （ RFID） (RFID+互 聯(lián)網(wǎng) ） 、 紅 外 感 應(yīng) 器 、 全 球 定 位 系 統(tǒng) 、 激 光 掃 描 器 、 氣 體 感 應(yīng) 器等 信 息 傳 感 設(shè) 備 ， 按 約 定 的 協(xié) 議 ， 把 任 何 物 品 與

43、互 聯(lián) 網(wǎng) 連 接 起來(lái) ， 進(jìn) 行 信 息 交 換 和 通 訊 ， 以 實(shí) 現(xiàn) 智 能 化 識(shí) 別 、 定 位 、 跟 蹤 、監(jiān) 控 和 管 理 的 一 種 網(wǎng) 絡(luò) 。在 物 聯(lián) 網(wǎng) 應(yīng) 用 中 有 三 項(xiàng) 關(guān) 鍵 技 術(shù) ： 1、 傳 感 器 技 術(shù) 2、 RFID標(biāo) 簽 3、嵌 入 式 系 統(tǒng) 技 術(shù) 1.2.6 大數(shù)據(jù) 大 數(shù) 據(jù) （ big data） ， 指 無(wú) 法 在 一 定 時(shí) 間 范 圍 內(nèi) 用 常 規(guī) 軟 件 工具 進(jìn) 行 捕 捉 、 管 理 和 處 理 的 數(shù) 據(jù) 集 合 ， 是 需 要 新 處 理 模 式 才 能 具 有更 強(qiáng) 的 決 策 力 、 洞 察 發(fā) 現(xiàn) 力 和

44、 流 程 優(yōu) 化 能 力 的 海 量 、 高 增 長(zhǎng) 率 和 多樣 化 的 信 息 資 產(chǎn) 。 大 數(shù) 據(jù) 必 然 無(wú) 法 用 單 臺(tái) 的 計(jì) 算 機(jī) 進(jìn) 行 處 理 ， 必 須 采 用 分 布式 架 構(gòu) 。 它 的 特 色 在 于 對(duì) 海 量 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 分 布 式 數(shù) 據(jù) 挖 掘 。 但 它 必 須依 托 云 計(jì) 算 的 分 布 式 處 理 、 分 布 式 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 和 云 存 儲(chǔ) 、 虛 擬 化 技 術(shù) 。 大 數(shù) 據(jù) 需 要 特 殊 的 技 術(shù) ， 以 有 效 地 處 理 大 量 的 容 忍 經(jīng) 過(guò)時(shí) 間 內(nèi) 的 數(shù) 據(jù) 。 適 用 于 大 數(shù) 據(jù) 的 技 術(shù) ， 包 括 大 規(guī)

45、 模 并 行 處 理 （ MPP）數(shù) 據(jù) 庫(kù) 、 數(shù) 據(jù) 挖 掘 、 分 布 式 文 件 系 統(tǒng) 、 分 布 式 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 、 云 計(jì) 算 平 臺(tái) 、互 聯(lián) 網(wǎng) 和 可 擴(kuò) 展 的 存 儲(chǔ) 系 統(tǒng) 。 大 數(shù) 據(jù) 技 術(shù) 的 戰(zhàn) 略 意 義 不 在 于 掌 握 龐 大 的 數(shù) 據(jù) 信息 ， 而 在 于 對(duì) 這 些 含 有 意 義 的 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 專(zhuān) 業(yè) 化 處 理 。換 而 言 之 ， 如 果 把 大 數(shù) 據(jù) 比 作 一 種 產(chǎn) 業(yè) ， 那 么 這 種 產(chǎn)業(yè) 實(shí) 現(xiàn) 盈 利 的 關(guān) 鍵 ， 在 于 提 高 對(duì) 數(shù) 據(jù) 的 “ 加 工 能 力 ” ，通 過(guò) “ 加 工 ” 實(shí) 現(xiàn) 數(shù) 據(jù)

46、的 “ 增 值 ” 。大 數(shù) 據(jù) 的 價(jià) 值 體 現(xiàn) 在 以 下 幾 個(gè) 方 面 ：1)對(duì) 大 量 消 費(fèi) 者 提 供 產(chǎn) 品 或 服 務(wù) 的 企 業(yè) 可 以 利 用 大 數(shù)據(jù) 進(jìn) 行 精 準(zhǔn) 營(yíng) 銷(xiāo)2) 做 小 而 美 模 式 的 中 小 微 企 業(yè) 可 以 利 用 大 數(shù) 據(jù) 做 服 務(wù)轉(zhuǎn) 型3) 面 臨 互 聯(lián) 網(wǎng) 壓 力 之 下 必 須 轉(zhuǎn) 型 的 傳 統(tǒng) 企 業(yè) 需 要 與 時(shí)俱 進(jìn) 充 分 利 用 大 數(shù) 據(jù) 的 價(jià) 值 1.3 計(jì)算機(jī)文化計(jì) 算 機(jī) 文 化 現(xiàn) 象1.計(jì) 算 機(jī) 文 化 所 謂 計(jì) 算 機(jī) 文 化 ， 就 是 人 類(lèi) 社 會(huì) 的 生存 方 式 因 使 用 計(jì) 算

47、機(jī) 而 發(fā) 生 根 本 性 變 化 而產(chǎn) 生 的 一 種 嶄 新 文 化 形 態(tài) 。2. 計(jì) 算 機(jī) 文 化 特 征 計(jì) 算 機(jī) 文 化 具 有 廣 泛 的 使 用 性 、 廣 泛的 延 展 性 、 廣 泛 的 資 源 共 享 等 特 征 。 1.3.2 計(jì) 算 機(jī) 文 化 素 養(yǎng) 根 據(jù) 目 前 國(guó) 內(nèi) 外 大 多 數(shù) 計(jì) 算 機(jī) 教 育 專(zhuān) 家的 意 見(jiàn) ， 最 能 體 現(xiàn) “ 計(jì) 算 機(jī) 文 化 ” 知 識(shí) 結(jié) 構(gòu)和 能 力 素 養(yǎng) 的 ， 應(yīng) 當(dāng) 是 思 維 方 式 以 及 與 信 息獲 取 、 信 息 分 析 和 信 息 加 工 有 關(guān) 的 基 礎(chǔ) 知 識(shí)和 利 用 計(jì) 算 機(jī) 解

48、決 實(shí) 際 問(wèn) 題 的 能 力 。 1.3.3 計(jì) 算 思 維1. 計(jì) 算 思 維 概 念 計(jì) 算 思 維 是 人 們 運(yùn) 用 計(jì) 算 機(jī) 科 學(xué) 的 基 礎(chǔ)概 念 去 求 解 問(wèn) 題 、 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 以 及 理 解 人 類(lèi) 行為 。 它 包 括 了 涵 蓋 計(jì) 算 機(jī) 科 學(xué) 之 廣 度 的 一 系列 思 維 活 動(dòng) 。2. 計(jì) 算 思 維 對(duì) 計(jì) 算 機(jī) 文 化 教 育 的 影 響 人工智能 人 工 智 能 是 人 造 的 智 能 ,是 計(jì) 算 機(jī) 科 學(xué) 、 邏 輯 學(xué) 、認(rèn) 知 科 學(xué) 交 叉 形 成 的 一 門(mén) 科 學(xué) 。 其 基 本 目 標(biāo) 就 是 使機(jī) 器 表 現(xiàn) 出 類(lèi) 似

49、 人 類(lèi) 的 智 慧 ,使 機(jī) 器 具 有 類(lèi) 似 人 類(lèi) 的智 能 行 為 ,使 機(jī) 器 思 維 (Making Machine“ Think” )。智 能 接 口 技 術(shù) 是 研 究 如 何 使 人 們 能 夠 方 便 自 然 地 與計(jì) 算 機(jī) 交 流 。 為 了 實(shí) 現(xiàn) 這 一 目 標(biāo) ， 要 求 計(jì) 算 機(jī) 能 夠看 懂 文 字 、 聽(tīng) 懂 語(yǔ) 言 、 說(shuō) 話 表 達(dá) ， 甚 至 能 夠 進(jìn) 行 不同 語(yǔ) 言 之 間 的 翻 譯 ， 而 這 些 功 能 的 實(shí) 現(xiàn) 又 依 賴(lài) 于 知識(shí) 表 示 方 法 的 研 究 。 因 此 ， 智 能 接 口 技 術(shù) 的 研 究 既 有 巨 大 的

50、應(yīng) 用 價(jià) 值 ， 又 有 基 礎(chǔ) 的 理 論 意 義 。目 前 ， 智 能 接 口 技 術(shù) 已 經(jīng) 取 得 了 顯 著 成 果 ， 文 字 識(shí) 別 、 語(yǔ) 音 識(shí) 別 、 語(yǔ) 音 合 成 、圖 像 識(shí) 別 、 機(jī) 器 翻 譯 以 及 自 然 語(yǔ) 言 理 解 等 技 術(shù) 已 經(jīng) 開(kāi) 始 實(shí) 用 化 。 未 來(lái) 的 計(jì) 算 機(jī) ， 首 先 便 攜 性 將 非常 突 出 ， 大 小 估 計(jì) 只 是 我 們 現(xiàn) 在的 IPHONE那 么 大 ， 但 卻 具 有 計(jì)算 機(jī) 的 所 有 功 能 。 因 為 未 來(lái) 計(jì) 算機(jī) 將 隨 時(shí) 隨 地 被 大 家 所 需 要 ， 他將 集 成 我 們 生 活 中

51、 基 本 應(yīng) 用 的 所有 需 求 。 打 電 話 、 上 網(wǎng) 聯(lián) 通 等 功能 都 將 是 基 本 功 能 ， 經(jīng) 過(guò) 加 密 的計(jì) 算 機(jī) 還 將 是 我 們 所 有 電 子 資 料的 儲(chǔ) 存 器 。 未 來(lái) 的 計(jì) 算 機(jī) 將 不 再 有 顯 示 屏 ， 移 動(dòng) 設(shè) 備 越小 ， 也 就 意 味 著 計(jì) 算 機(jī) 將 變 得 越 來(lái) 越 小 ， 而 越 小的 計(jì) 算 機(jī) 可 視 面 積 必 將 會(huì) 變 得 更 小 ， 超 別 攜 也 就必 須 犧 牲 相 應(yīng) 的 可 視 面 積 。 然 而 未 來(lái) 隨 著 投 影 技術(shù) 的 發(fā) 展 ， 我 們 曾 經(jīng) 在 科 幻 電 影 里 看 到 的 ，

52、 將 計(jì)算 機(jī) 投 影 到 空 氣 中 的 技 術(shù) 將 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 。 我 們 像 手 機(jī) 一 樣 大 小 的 計(jì) 算 機(jī) ， 將 不 再 需 要顯 示 屏 ， 而 顯 示 的 內(nèi) 容 將 以 一 個(gè) 非 常 小 的 鏡 頭 投影 到 空 氣 之 中 ， 或 者 人 們 可 以 戴 著 特 殊 的 眼 鏡 ，作 為 顯 示 屏 ， 那 樣 我 們 不 但 能 擁 有 超 級(jí) 小 的 主 機(jī) ，而 且 還 能 極 大 地 提 高 視 覺(jué) 效 果 。 人 機(jī) 交 互 將 不 再 依 賴(lài) 于 鼠 標(biāo) 和 鍵 盤(pán) ， 從 01編 碼 輸 入 到 鍵 盤(pán) 鼠 標(biāo) 可謂 是 計(jì) 算 機(jī) 人 機(jī)

53、 交 互 的 一 種 革 新 ， 但 如 果 我 們 的 計(jì) 算 機(jī) 像 手 機(jī) 那么 小 了 ， 我 們 卻 還 需 要 攜 帶 巨 大 的 鼠 標(biāo) 鍵 盤(pán) ， 或 者 依 靠 像 手 機(jī) 鍵盤(pán) 那 么 小 的 輸 入 設(shè) 備 極 其 困 難 的 輸 入 ， 那 將 對(duì) 我 們 的 應(yīng) 用 造 成 非常 大 的 麻 煩 。 所 以 我 們 的 科 學(xué) 家 已 經(jīng) 看 到 了 這 個(gè) 問(wèn) 題 ， 并 將 人 機(jī)交 互 作 為 一 個(gè) 重 點(diǎn) 研 究 對(duì) 象 。 這 次 IDF， 從 人 機(jī) 交 互 上 ， 發(fā) 布 了兩 項(xiàng) 新 技 術(shù) ， 一 個(gè) 是 人 們 可 以 通 過(guò) 一 根 筆 ， 在

54、 投 影 屏 幕 上 只 有 點(diǎn)擊 控 制 計(jì) 算 機(jī) ， 同 時(shí) 也 通 過(guò) 手 寫(xiě) 輸 入 ， 很 好 的 將 文 字 內(nèi) 容 命 令 輸入 計(jì) 算 機(jī) 。 另 外 就 是 發(fā) 布 了 一 個(gè) 能 感 知 人 腦 的 設(shè) 備 ， 計(jì) 算 機(jī) 可 以 通 過(guò) 這 個(gè) 感知 設(shè) 備 ， 明 白 人 腦 的 想 法 。 我 相 信 未 來(lái) ， 這 個(gè) 技 術(shù) 將 大 行 其 道 ，并 取 代 鍵 盤(pán) 鼠 標(biāo) 。 人 腦 和 電 腦 將 實(shí) 現(xiàn) 最 終 的 對(duì) 接 溝 通 ， 不 再 需 要人 腦 通 過(guò) 神 經(jīng) 在 通 過(guò) 手 的 動(dòng) 作 ， 然 后 敲 擊 鍵 盤(pán) 移 動(dòng) 鼠 標(biāo) 來(lái) 實(shí) 現(xiàn)

55、相應(yīng) 的 命 令 ， 輸 入 到 電 腦 里 面 。 無(wú) 縫 對(duì) 接 以 后 ， 我 們 腦 子 想 什 么 ，電 腦 就 能 完 全 根 據(jù) 我 們 所 想 ， 做 出 相 應(yīng) 的 反 饋 。 計(jì) 算 機(jī) 不 再 需 要 電 源 線 ， 在 這 次 的 IDF上 ， 賈 斯 汀 發(fā) 布 了無(wú) 線 電 源 這 個(gè) 裝 置 ， 將 來(lái) 的 計(jì) 算 機(jī) 進(jìn) 入 機(jī) 場(chǎng) 或 者 房 間 ， 它不 再 需 要 電 池 供 電 ， 反 而 能 給 電 池 充 電 ！ 根 據(jù) 麻 省 理 工 學(xué)院 的 物 理 學(xué) 家 們 提 出 的 原 理 ， 英 特 爾 研 究 人 員 一 直 在 研 究無(wú) 線 共 振

56、 能 量 鏈 接 （ WREL） 技 術(shù) 。 賈 斯 汀 演 示 了 無(wú) 需 任 何 插 頭 或 電 線 即 可 點(diǎn) 亮 60瓦 電 燈 泡 的精 彩 一 刻 ， 完 全 可 以 滿(mǎn) 足 一 般 筆 記 本 電 腦 的 電 源 需 求 。 WREL的 魅 力 在 于 它 能 夠 安 全 、 高 效 地 實(shí) 現(xiàn) 無(wú) 線 供 電 。 未 來(lái) 的 便 攜 計(jì) 算 機(jī) 將 像 變 形 金 剛 那 樣 能 夠 隨 意 變 形 和 變色 。 現(xiàn) 在 已 經(jīng) 有 很 多 技 術(shù) 人 員 正 在 研 究 一 種 材 料 ， 它 可 以 隨意 進(jìn) 行 物 理 重 組 ， 這 種 材 料 可 以 根 據(jù) 人 的

57、喜 好 隨 意 改 變 外 形和 顏 色 。 我 想 如 果 這 種 材 料 一 旦 能 夠 研 究 成 功 ， 必 將 給 計(jì) 算 機(jī) 外形 帶 來(lái) 一 個(gè) 質(zhì) 的 飛 躍 ， 不 知 道 那 個(gè) 時(shí) 候 ， 以 外 觀 吸 引 人 的apple公 司 是 否 還 有 生 存 空 間 。 因 為 人 們 可 以 完 全 靠 自 己 的 創(chuàng)意 來(lái) 定 制 計(jì) 算 機(jī) ， 甚 至 根 據(jù) 每 天 的 心 情 、 靈 感 以 及 放 入 口 袋 ，并 且 可 以 隨 意 調(diào) 整 為 手 機(jī) 或 者 耳 機(jī) 的 形 狀 ， 來(lái) 便 于 各 項(xiàng) 應(yīng) 用 。當(dāng) 然 這 種 技 術(shù) 一 定 意 義 上 還

58、 只 是 存 在 于 想 象 之 中 ， 但 也 有 了一 些 新 的 突 破 。 英 特 爾 研 究 人 員 也 在 研 究 如 何 利 用 數(shù) 以百 萬(wàn) 的 、 被 稱(chēng) 為 “ Catom”微 型 智 能 部 件來(lái) 制 造 可 改 變 形 狀 的 材 料 。 如 果 用 來(lái) 代替 計(jì) 算 設(shè) 備 的 外 殼 、 顯 示 屏 和 鍵 盤(pán) 等 部件 所 使 用 的 現(xiàn) 有 材 料 ， 該 技 術(shù) 將 能 夠 改變 設(shè) 備 的 物 理 形 狀 以 適 應(yīng) 特 定 的 使 用 方式 。 例 如 ， 需 要 放 入 口 袋 時(shí) ， 移 動(dòng) 計(jì) 算機(jī) 的 體 積 就 可 以 縮 小 ， 需 要 用 作

59、 手 機(jī) 時(shí)就 能 變 成 耳 機(jī) 的 形 狀 ， 而 在 瀏 覽 互 聯(lián) 網(wǎng)或 觀 看 電 影 時(shí) 形 狀 就 能 變 得 更 大 更 平 整 、還 能 變 出 鍵 盤(pán) 方 便 使 用 。 各 種 概 念 計(jì) 算 機(jī) 計(jì)算機(jī)正在改變我們的生活計(jì) 算 機(jī) 自 動(dòng) 控 制 技 術(shù)計(jì) 算 機(jī) 在 航 空 航 天 方 面 的 應(yīng) 用 計(jì) 算 機(jī) 在 軍 事 上 應(yīng) 用 廣 泛國(guó) 際 互 聯(lián) 網(wǎng) 讓 人 們生 活 聯(lián) 系 更 加 緊 密 你可能不知道的汽 車(chē) 碰 撞 試 驗(yàn) 風(fēng) 洞 實(shí) 驗(yàn)核 研 究 模 擬 宇 宙 大 爆 炸計(jì) 算 材 料 學(xué) 信 息 竊 取 技 術(shù) 嚴(yán) 重 侵害 了 人 們 的 正 常 生 活網(wǎng) 絡(luò) 電 話 在 提 供 方 便 的同 時(shí) ， 也 隱 藏 著 危 險(xiǎn) “ 熊 貓 燒 香 ” 病 毒 曾 猖 獗 一 時(shí)計(jì) 算 機(jī) 十 大 犯 罪 案 例 網(wǎng) 絡(luò) 欺 詐網(wǎng)絡(luò)犯罪