计算机作为人类最伟大的发明之一,其技术发展深刻地影响着人们生产和生活。特别是随着处理器结构的微型化,计算机的应用从之前的国防军事领域开始向社会各个行业发展,如教育系统、商业领域、家庭生活等。计算机的应用在我国越来越普遍,改革开放以后,我国计算机用户的数量不断攀升,应用水平不断提高,特别是互联网、通信、多媒体等领域的应用取得了骄人的成绩。据统计,2019年1月至2019年11月,全国电子计算机累计产量达到32 277万台,截至2019年11月中国移动互联网活跃用户高达8.54亿人,截至2019年12月我国网站数量为497万个。

计算机从出现至今,经历了机器语言、程序语言、简单操作系统和Linux、Macos、BSD、Windows等现代操作系统,运行速度也得到了极大的提升,第四代计算机的运算速度已经达到几十亿秒。计算机也由原来的仅供军事、科研使用发展到人人拥有。由于计算机强大的应用功能,从而产生了巨大的市场需要,未来计算机性能应向着巨型化、微型化、网络化、智能化、网格化和非冯·诺依曼式计算机等方向发展。

(1)巨型化

巨型化是指研制速度更快、存储量更大和功能更强大的巨型计算机。主要应用于天文、气象、地质和核技术、航天飞机和卫星轨道计算等尖端科学技术领域,研制巨型计算机的技术水平是衡量一个国家科学技术和工业发展水平的重要标志。

(2)微型化

微型化是指利用微电子技术和超大规模集成电路技术,将计算机的体积进一步缩小,价格进一步降低。计算机的微型化已成为计算机发展的重要方向,各种笔记本电脑和PDA的大量面世和使用,是计算机微型化的一个标志。

(3)多媒体化

多媒体化是对图像、声音的处理,是目前计算机普遍需要具有的基本功能。

(4)网络化

计算机网络是通信技术与计算机技术相结合的产物。计算机网络是将不同地点、不同计算机之间在网络软件的协调下共享资源。为适应网络上通信的要求,计算机对信息处理速度、存储量均有较高的要求,计算机的发展必须适应网络发展。

(5)智能化

计算机智能化是指使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力。智能化的研究包括模拟识别、物形分析、自然语言的生成和理解、博弈、定理自动证明、自动程序设计、专家系统、学习系统和智能机器人等。目前,已研制出多种具有人的部分智能的机器人,可代替人在一些危险的岗位上工作。如今家庭智能化的机器人将是继PC机之后下一个家庭普及的信息化产品。

(6)网格化(www.daowen.com)

网格技术可以更好地管理网上的资源,它将整个互联网虚拟成一个空前强大的一体化信息系统,犹如一台巨型机,在这个动态变化的网络环境中,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享,从而让用户从中享受可灵活控制的、智能的、协作式的信息服务,并获得前所未有的使用方便性和超强能力。

(7)非冯·诺依曼式计算机

随着计算机应用领域的不断扩大,采用存储方式进行工作的冯·诺依曼式计算机逐渐显露出局限性,从而出现了非冯·诺依曼式计算机的构想。在软件方面,非冯·诺依曼语言主要有LISP,PROLOG和F.P,而在硬件方面,提出了与人脑神经网络类似的新型超大规模集成电路——分子芯片。

基于集成电路的计算机短期内还不会退出历史舞台,而一些新的计算机正在跃跃欲试地加紧研究,这些计算机是能识别自然语言的计算机、高速超导计算机、纳米计算机、激光计算机、DNA计算机、量子计算机、生物计算机、神经元计算机等。

1)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”是计量单位,1 nm=10-9m,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科研前沿领域,最终目标是让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。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1/1 000。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许多倍。

2)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大量精力,以期研制出可以模拟人脑思维、低耗、高效的生物计算机。用蛋白质制造的电脑芯片,存储量可达普通电脑的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。

3)神经元计算机

神经元计算机的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方式。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,并且还能够用自然语言与人直接对话,它可以利用已有的和不断学习的知识,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。

在IBM Think 2018大会上,IBM展示了号称是全球最小的电脑,需要显微镜才能看清,因为这部电脑比盐粒还要小很多,只有1 mm2大小,而且这个微型电脑的成本只有10美分。麻雀虽小,也是五脏俱全。这是一个货真价实的电脑,里面有几十万个晶体管,搭载了SRAM(静态随机存储芯片)芯片和光电探测器。这部电脑不同于人们常见的个人电脑,其运算能力只相当于40多年前的X86电脑。不过这个微型电脑也不是用于常见的领域,而是用在数据的监控、分析和通信上。实际上,这个微型电脑是用于区块链技术的,可以用作区块链应用的数据源,追踪商品的发货,预防偷窃和欺骗,还可以进行基本的人工智能操作。