计算机发展趋势与信息技术基础

现代计算机的发展表现在两个方面：一是朝着巨（型化）、微（型化）、多（媒体化）、网（络化）和智（能化）5种趋向发展；二是朝着非冯·诺依曼结构发展。

1.计算机发展的5种趋向

（1）巨型化

巨型化是指发展高速度、大存储容量和强功能的超级巨型计算机。这既是诸如天文、气象、原子、核反应等尖端科学及进一步探索新兴科学的需要，同时也是为了让计算机具有人脑学习、推理的复杂功能。当今知识信息犹如核裂变一样不断膨胀，记忆、存储和处理这些信息是必要的。

（2）微型化

由于超大规模集成电路技术的发展，计算机的体积越来越小、功耗越来越低、性能越来越强、性价比越来越高，微型计算机已广泛应用到社会各个领域。除了台式微型计算机外，还出现了笔记本型、掌上型。随着微处理器的不断发展，微处理器已应用到仪表、家用电器、导弹弹头等中、小型计算机无法进入的领域。

（3）多媒体化

多媒体是“以数字技术为核心的图像、声音与计算机、通信等融为一体的信息环境”的总称。多媒体技术的目标是无论何时何地，只需要简单的设备就能自由自在地以交互和对话方式收发所需要的信息。多媒体技术的实质就是让人们利用计算机，以更接近自然的方式交换信息。

（4）网络化

网络化就是用通信线路把各自独立的计算机连接起来，形成各计算机用户之间可以相互通信并使用公共资源的网络系统。一方面能使众多用户共享信息资源，另一方面能使各计算机之间通过传递信息进行通信，把国家、地区、单位和个人连成一体，提供方便、及时、可靠、广泛、灵活的信息服务。

（5）智能化(www.xing528.com)

智能化是指使计算机具有人的智能，能够像人一样思维，让计算机能够进行图像识别、定理证明、研究学习、探索、联想、启发和理解人的语言等，是新一代计算机要实现的目标。随着计算机的计算能力的不断增强，通用计算机也开始具备一定的智能化，如各种专家系统的出现就是用计算机模仿人类专家的工作。智能化从本质上扩充了计算机的能力，能越来越多地代替人类的脑力与体力劳动。

2.非冯·诺依曼结构模式

随着计算机技术的发展、计算机应用领域的开拓更新，冯·诺依曼的工作方式已不能满足需要，所以出现了制造非冯·诺依曼计算机的想法。自20世纪60年代开始，除了创造新的程序设计语言，即所谓的非冯·诺依曼语言外，还从计算机元件方面提出了发明与人脑神经网络相类似的新型大规模集成电路的设想，即分子芯片。

（1）光子计算机

光子计算机是用光子取代电子进行信息传递。在光子计算机中，光的速度是电子的300多倍。2003年10月，全球首枚嵌入光核心的商用向量光学处理器问世，其运算速度是8万亿次／s，预示着计算机将进入光学时代。

（2）生物计算机

生物计算机（分子计算机）在20世纪80年代中期开始研制，其特点是采用生物芯片，它由生物工程技术产生的蛋白质分子构成。在这种生物芯片中，信息以波的形式传播，运算速度比当今最新一代计算机快10万倍，并拥有巨大的存储能力。由于蛋白质分子能够自我组合，再生新的微型电路，使得生物计算机具有生物体的一些特点，如能发挥生物体本身的调节机能，从而自动修复芯片发生的故障，还能模仿人脑的思考机制。目前，生物计算机研究领域已经有了新的进展，预计在不久的将来就能制造出分子元件，即通过在分子水平上的物理化学作用对信息进行检测、处理、传输和存储。

（3）量子计算机

量子计算机是指处于多现实态下的原子进行运算的计算机，这种多现实态是量子力学的标志。在某种条件下，原子世界存在着多现实态，即原子和亚原子粒子可以同时存在于此处和彼处，可以同时表现出高速和低速，可以同时向上和向下运动。如果这些不同的原子状态分别代表不同的数字或数据，就可以利用一组具有不同潜在状态组合的原子，在同一时间对某一问题的所有答案进行探寻，寻找正确答案。量子计算机具有解题速度快、存储量大、搜索功能强和安全性较高等优点。

美国的研究人员已经成功实现了4量子位逻辑门，取得了4个锂离子的量子缠结状态，获得了新的突破。