一、计算机目前的发展和最新技术1.计算机目前的发展：从第一代的电子管计算机到第二代晶体管计算机再到第三代集成电路计算机，现在的大规模集成电路计算机已是计算机家族的第四代继承者了。

现代计算机历经60余年的发展，如今的大规模集成电路 (LSI) 可以在一个芯片上容纳几百个元件。

到了 80 年代，超大规模集成电路 (VLSI) 在芯片上容纳了几十万个元件，后来的 (ULSI) 将数字扩充到百万级。

可以在硬币大小的芯片上容纳如此数量的元件使得计算机的体积和价格不断下降，而功能和可靠性不断增强。

然而经过30多年的发展，计算机芯片的微型化已接近极限。

计算机技术的进一步发展只能寄希望于全新的技术，如新材料、新的晶体管设计方法和分子层次的计算技术。

过去30多年来，半导体工业的发展基本上遵循穆尔法则，即安装在硅芯片上的晶体管数目每隔18个月就翻一番。

芯片体积越来越小，包含的晶体管数目越来越多，蚀刻线宽越来越小；计算机的性能也因而越来越高，同时价格越来越低。

但有人提出，这种发展趋势最多只能再持续10到15年的时间。

美国最大的芯片生产厂商英特尔公司的科学家保罗·A·帕坎最近在美国《科学》杂志上撰文说，穆尔法则（1965年提出的预测半导体能力将以几何速度增长的法则）也许在未来10年里就会遇到不可逾越的障碍：芯片的微型化已接近极限。

人们尚未找到超越该极限的方法，一些科学家将其称之为“半导体产业面临的最大挑战”。

目前最先进的超大规模集成电路芯片制造技术所能达到的最小线宽约为0.18微米，即一根头发的5％那样宽。

晶体管里的绝缘层只有4到5个原子那样厚。

日本将于2000年初开始批量生产线宽只有0. 13微米的芯片。

预计这种芯片将在未来两年得到广泛应用。

下一步是推出线宽0. 1微米的的芯片。

帕坎说，在这样小的尺寸上，晶体管只能由不到100个原子构成。

芯片线宽小到一定程度后，线路与线路之间就会因靠得太近而容易互相干扰。

而如果通过线路的电流微弱到只有几十个甚至几个电子，信号的背景噪声将大到不可忍受。

尺寸进一步缩小，量子效应就会起作用，使传统的计算机理论完全失效。

在这种情况下，科学家必须使用全新的材料、设计方法乃至运算理论，使半导体业和计算机业突破传统理论的极限，另辟蹊径寻求出路。

当前计算机发展的主流是什么呢？国内外比较一致的看法是——（1）、RISCRISC是精简指令系统计算机（Reduced Instruction Set Computer）的英文缩写。

所谓指令系统计算机所能执行的操作命令的集合。

程序最终要变成指令的序列，计算机能执行。

计算机都有自己的指令系统，对于本机指令系统的指令，计算机能识别并执行，识别就是进行译码——把代表操作的二进制码变成操作所对应的控制信号，从而进行指令要求的操作。

一般讲，计算机的指令系统约丰富，它的功能也约强。

RISC系统将指令系统精简，使系统简单，目的在于减少指令的执行时间，提高计算机的处理速度。

传统的计算机一般都是每次取一条指令，而RISC系统采用多发射结构，在同一时间发射多条指令，当然这必须增加芯片上的执行部件。

（2）、并行处理技术并行处理技术也是提高计算机处理速度的重要方向，传统的计算机，一般只有一个中央处理器，中央处理器中执行的也只是一个程序，程序的执行是一条接一条地顺序进行，通过处理器反映程序的数据也是一个接一个的一串，所以叫串行执行指令。

并行处理技术可在同一时间内多个处理器中执行多个相关的或独立的程序。

目前并行处理系统分两种：一种具有4个、8个甚至32个处理器集合在一起的并行处理系统，或称多处理机系统；另一种是将100个以上的处理器集合在一起，组成大规模处理系统。

这两种系统不仅是处理器数量多少之分，其内部互连方式、存储器连接方式、操作系统支持以及应用领域都有很大的不同。

曾经有一段时间，超级计算机是利用与普通计算机不同的材料制造的。

最早的克雷1号计算机是利用安装在镀铜的液冷式电路板上的奇形怪状的芯片、通过手工方式制造的。

而克雷2号计算机看起来更加奇怪，它在一个盛有液态碳氟化合物的浴器中翻腾着气泡———采用的是“人造血液”冷却。

并行计算技术改变了所有这一切。

现在，世界上速度最快的计算机是美国的“Asci Red”，这台计算机的运算速度为每秒钟2·1万亿次，它就是利用与个人计算机和工作站相同的元件制造的，只不过超级计算机采用的元件较多而已，内部配置了9000块标准奔腾芯片。

鉴于目前的技术潮流，有一点是千真万确的，那就是超级计算机与其它计算机的差别正在开始模糊。

至少在近期，这一趋势很明显将会继续下去。

那么，哪些即将到来的技术有可能会扰乱计算技术的格局，从而引发下一次超级计算技术革命呢？2.计算机的最新技术：（1）、光子计算机光子计算机可能是这三种新技术中最接近传统的一种。

几十年来，这种技术已经得到了有限的应用，尤其是在军用信号处理方面。

在光子计算技术中，光能够像电一样传送信息，甚至传送效果更好，，光束在把信息从一地传送至另一地的效果要优于电，这也就是电话公司利用光缆进行远距离通信的缘故。

光对通信十分有用的原因，在于它不会与周围环境发生相互影响，这是它与电不同的一点。

两束光线可以神不知鬼不觉地互相穿透。

光在长距离内传输要比电子信号快约100倍，光器件的能耗非常低。

预计，光子计算机的运算速度可能比今天的超级计算机快1000到10000倍。

令人遗憾的是，正是这种极端的独立性使得人们难以制造出一种全光子计算机，因为计算处理需要利用相互之间的影响。

要想制造真正的光子计算机，就必须开发出光学晶体管，这样就可以用一条光束来开关另一条光束了。

这样的装置已经存在，但是要制造具有适合的性能特征的光学晶体管，还需要仰仗材料科学领域的重大突破。

（2）、生物计算机与光子计算技术相比，大规模生物计算技术实现起来更为困难，不过其潜力也更大。

不妨设想一种大小像柚子，能够进行实时图像处理、语音识别及逻辑推理的超级计算机。

这样的计算机已经存在：它们就是人脑。

自本世纪70年代以来，人们开始研究生物计算机（也叫分子计算机），随着生物技术的稳步发展，我们将开始了解并操纵制造大脑的基因学机制。

生物计算机将具有比电子计算机和光学计算机更优异的性能。

如果技术进步继续保持目前的速度，可以想像在一二十年之后，超级计算机将大量涌现。

这听起来也许像科幻小说，但是实际上已经出现了这方面的实验。

例如，硅片上长出排列特殊的神经元的“生物芯片”已被生产出来。

在另外一些实验室里，研究人员已经利用有关的数据对DNA的单链进行了编码，从而使这些单链能够在烧瓶中实施运算。

这些生物计算实验离实用还很遥远，然而1958年时我们对集成电路的看法也不过如此。

（3）、量子计算机量子力学是第三种有潜力创造超级计算革命的技术。

这一概念比光子计算或生物计算的概念出现得晚，但是却具有更大的革命潜力。

由于量子计算机利用了量子力学违反直觉的法则，它们的潜在运算速度将大大快于电子计算机。

事实上，它们速度的提高差不多是没有止境的。

一台具有5000个左右量子位的量子计算机可以在大约3 0秒内解决传统超级计算机需要100亿年才能解决的素数问题。

眼下恰好有一项重要的用途适合这种貌似深奥的作业。

通过对代表数据的代码进行加密，计算机数据得到保护。

而解密的数学“钥匙”是以十分巨大的数字——一般长达250位——及其素数因子的形式出现的。

这样的加密被认为是无法破译的，因为没有一台传统计算机能够在适当的时间里计算出如此巨大数字的素数因子。

但是，至少在理论上，量子计算机可以轻易地处理这些素数加密方案。

因此，量子计算机黑客将不仅能够轻而易举地获得常常出没于各种计算机网络（包括因特网）中的信用卡号码及其他个人信息，而且能够轻易获取政府及军方机密。

这也正是某些奉行“宁为人先、莫落人后”这一原则的政府机构一直在投入巨资进行量子计算机研究的原因。

##############量子超级网络引擎#############量子计算机将不大可能破坏因特网的完整性，不仅如此，它们到头来还可能给因特网带来巨大的好处。

两年前，贝尔实验室的研究人员洛夫·格罗弗发现了用量子计算机处理我们许多人的一种日常事务的方法———搜寻隐藏在浩如烟海的庞大数据库内的某项信息。

寻找数据库中的信息就像是在公文包里找东西一样。

如果各不相同的量子位状态组合分别检索数据库不同的部分，那么其中的一种状态组合将会遭遇到所需查找的信息。

由于某些技术的限制，量子搜索所能带来的速度提高并没有预计的那么大，例如，如果要在1亿个地址中搜索某个地址，传统计算机需要进行大约5000万次尝试才能找到该地址；而量子计算机则需大约1万次尝试，不过这已经是很大的改善了，如果数据库增大的话，改善将会更大。

此外，数据库搜索是一种十分基础的计算机任务，任何的改善都很可能对大批的应用产生影响。

#########################################迄今为止，很少有研究人员愿意预言量子计算机是否将会得到更为广泛的应用。

尽管如此，总的趋势一直是喜人的。

尽管许多物理学家————如果不是全部的话———一开始曾认为量子力学扑朔迷离的本性必定会消除实用量子计算技术面临的难以捉摸而又根深蒂固的障碍，但已经进行的深刻而广泛的理论研究却尚未能造就一台实实在在的机器。

那么，量子计算机的研究热潮到底意味着什么？计算技术的历史表明，总是先有硬件和软件的突破，然后才出现需要由它们解决的问题。

或许，到我们需要检索那些用普通计算机耗时数月才能查完的庞大数据库时，量子计算机才将会真正开始投入运行。

研究将能取代电子计算机的技术并非易事。

毕竟，采用标准微处理器技术的并行计算机每隔几年都会有长足的进步。

因此，任何要想取代它的技术必须极其出色。

不过，计算技术领域的进步始终是十分迅速的，并且充满了意想不到的事情。

对未来的预测从来都是靠不住的，事后看来，那些断言“此事不可行”的说法，才是最最愚蠢的。

PS：除了超级计算机外，未来计算机还会在哪些方面进行发展呢？（1）、多媒体技术多媒体技术是进一步拓宽计算机应用领域的新兴技术。

它是把文字、数据、图形、图像和声音等信息媒体作为一个集成体有计算机来处理，把计算机带入了一个声、文、图集成的应用领域。

多媒体必须要有显示器、键盘、鼠标、操纵杆、视频录象带／盘、摄象机、输入／输出、电讯传送等多种外部设备。

多媒体系统把计算机、家用电器、通信设备组成一个整体由计算机统一控制和管理。

多媒体系统将对人类社会产生巨大的影响。

（2）、网络当前的计算机系统多是连成网络的计算机系统。

所谓网络，是指在地理上分散布置的多台独立计算机通过通信线路互连构成的系统。

根据联网区域的大小，计算机网络可分成居域网和远程网。