未来的计算机.ppt

作者:金佳妍
未来的计算机
未来的计算机?会是什么样子的呢?^_^
教科院附中分校
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这是世界上第
一台计算机
按照摩尔定律,每过18个月,微
处理器硅芯片上晶体管的数量就会
翻一番。随着大规模集成电路工艺
的发展,芯片的集成度越来越高,
也越来越接近工艺甚至物理的上限,
最终,晶体管会变得只有几个分子
那样小。在这样小的距离内,起作
用的将是“古怪”的量子定律,电子
从一个地方跳到另一个地方,甚至
越过导线和绝缘层,从而发生致命
的短路。
以摩尔速度发展的微处理器使全世界的微电子技术专家面临着新的挑战。尽管传统的、基于集成电路的计算机短期内还不会退出历史舞台,但旨在超越它的超导计算机、纳米计算机、光计算机、DNA计算机和量子计算机正在跃跃欲试。
未来
计算机的
由来
超导计算机
是用一种被称作“约瑟夫逊器件”的超导元件制成的计算机。耗电仅为用半导体元件制成的计算机的儿子分之一,执行一个指令只需十亿分之一秒,比用半导体元件制成的计算机快10倍。
纳米计算机
科学家发现,(100纳米)以下时,半导体晶体管赖以工作的基本原理将受到很大限制。研究人员需另辟蹊径,,实现纳米级器件。(即350纳米),而纳米计算机的基本元器件尺寸只有几到几十纳米。
目前,在以不同原理实现纳米级计算方面,科学家提出四种工作机制:电子式纳米计算技术,基于生物化学物质与DNA的纳米计算机,机械式纳米计算机,量子波相干计算。它们有可能发展成为未来纳米计算机技术的基础。
像硅微电子计算技术一样,电子式纳米计算技术仍然利用电子运动对信息进行处理。不同的是:前者利用固体材料的整体特性,根据大量电子参与工作时所呈现的统计平均规律;后者利用的是在一个很小的空间(纳米尺度)内,有限电子运动所表现出来的量子效应。
光计算机
与传统硅芯片计算机不同,光计算机用光束代替电子进行运算和存储:它以不同波长的光代表不同的数据,以大量的透镜、棱镜和反射镜将数据从一个芯片传送到另一个芯片。

研制光计算机的设想早在20世纪50年代后期就已提出。1986年,贝尔实验室的戴维·米勒研制出小型光开关,为同实验室的艾伦·黄研制光处理器提供了必要的元件。1990年1月,黄的实验室开始用光计算机工作。
从采用的元器件看,光计算机有全光学型和光电混合型。1990年贝尔实验室研制成功的那台机器就采用了混合型结构。相比之下,全光学型计算机可以达到更高的运算速度。
然而,要想研制出光计算机,需要开发出可用一条光束控制另一条光束变化的光学“晶体管”。现有的光学“晶体管”庞大而笨拙,若用它们造成台式计算机将有一辆汽车那么大。因此,要想短期内使光计算机实用化还很困难。
DNA计算机
1994年11月,美国南加州大学的阿德勒曼博士提出一个奇思妙想,即以DNA碱基对序列作为信息编码的载体,利用现代分子生物技术,在试管内控制酶的作用下,使DNA碱基对序列发生反应,以此实现数据运算。阿德勒曼在《科学》上公布了DNA计算机的理论,引起了各国学者的广泛关注。
在过去的半个世纪里,计算机的意义几乎完全等同于物理芯片。然而,阿德勒曼提出的DNA计算机拓宽了人们对计算现象的理解,从此,计算不再只是简单的物理性质的加减操作,而又增添了化学性质的切割、复制、粘贴、插入和删除等种种方式。
DNA计算机的最大优点在于其惊人的存贮容量和运算速度:1立方厘米的DNA存储的信息比1万亿张光盘存储的还多;十几个小时的DNA计算,就相当于所有电脑问世以来的总运算量。更重要的是,它的能耗非常低,只有电子计算机的一百亿分之一。不过,与传统的“看得见、摸得着”,并有着精致外型的硅电子计算机不同,目前的DNA计算机都还是躺在试管里的液体。科学家预计,10到20年后,DNA计算机将进入实用阶段。当然,也有不少科学家对此提出质疑。毕竟,要想看清可能对未来产生重大影响的技术的前途,9年的时间实在太短!
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,利用原子的量子特性进行信息处理。
由于原子具有在同一时间处于两个不同位置的奇妙特性,即处于量子位的原子既可以代表0或1,也能同时代表0和1以及0和1之间的中间值,故无论从数据存储还是处理的角度,量子位的能力都是晶体管电子位的两倍。
对此,有人曾经作过这样一个比喻:假设一只老鼠准备绕过一只猫,根据经典物理学理论,它要么从左边过,要么从右边过,而根据量子理