管窺計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)
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1計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)狀
1.1計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在生活中應(yīng)用廣泛
在這個(gè)信息化時(shí)代，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為人們社會(huì)生活的重要部分，已經(jīng)進(jìn)入千家萬戶。人們不用出門就可以通過計(jì)算機(jī)了解國(guó)內(nèi)外新聞、天氣預(yù)報(bào)資訊、股市行情、世界地圖、收發(fā)電子郵件、檢索信息等；不用逛街就可以通過互聯(lián)網(wǎng)中的購(gòu)物網(wǎng)站買到喜歡的東西；通過計(jì)算機(jī)可以與相隔較遠(yuǎn)的朋友在線聊天、視頻聊天等，加強(qiáng)人們之間的交流和溝通，促進(jìn)友誼；人們可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)訂購(gòu)飛機(jī)票、火車票等，節(jié)省排隊(duì)時(shí)間；教師可以通過計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的在線授課，更及時(shí)、更方便；動(dòng)漫工作者可以使用計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)制作動(dòng)漫；政府機(jī)關(guān)也可以通過計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)建立城市網(wǎng)站，及時(shí)了解市民反映的問題，通過計(jì)算機(jī)與各個(gè)行業(yè)的工作人員在線交流；很多企業(yè)使用計(jì)算機(jī)來處理大量數(shù)據(jù)和信息，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工處理，提高工作效率。計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)潛移默化的影響著人們的生產(chǎn)、工作和學(xué)習(xí)。
1.2計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)更加智能化和專業(yè)化
計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了集成電路、微電子和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)展，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)更加智能化和專業(yè)化。計(jì)算機(jī)能根據(jù)使用對(duì)象的不同個(gè)體需要進(jìn)行改裝、更新，對(duì)于有更高需求的用戶可以專門定做計(jì)算機(jī)，用戶可以根據(jù)使用環(huán)境的不同選擇臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、掌上電腦和平板電腦等。計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在其他特殊領(lǐng)域也能發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，如智能化家用電器和智能手機(jī)，家庭式網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的單機(jī)操作系統(tǒng)，滿足人們的生活需求。
1.3計(jì)算機(jī)的微處理器和納米技術(shù)
微處理器能提高計(jì)算機(jī)的使用性能，縮小傳統(tǒng)處理器芯片中的晶體管線寬和尺寸。利用光刻技術(shù)，波長(zhǎng)更短的曝光光源經(jīng)過掩膜的曝光，將晶體管在硅片上制作的更精巧，將晶體管導(dǎo)線制作的更細(xì)小。計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展使計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度更快，體積更微型，操作更智能，傳統(tǒng)的電子元件不能適應(yīng)計(jì)算機(jī)的發(fā)展。納米技術(shù)是一種用分子射程物質(zhì)和單個(gè)原子的毫微技術(shù)，可以研究0.1～100納米范圍內(nèi)的材料應(yīng)用和性質(zhì)。計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中利用納米技術(shù)，可以使計(jì)算機(jī)尺寸變小，解決運(yùn)算速度和集成度的問題。
2計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的未來發(fā)展
現(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣，人們對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的要求越來越高，促使數(shù)學(xué)家和計(jì)算機(jī)學(xué)家們不斷研究計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，使計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)發(fā)揮更大的作用，滿足人們的不同需求。下面從DNA生物計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)三方面來探究計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展前景。
2.1DNA生物計(jì)算機(jī)DNA生物計(jì)算機(jī)用生物蛋白質(zhì)芯片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的半導(dǎo)體硅芯片。1994年，美國(guó)科學(xué)家阿德勒曼率先提出關(guān)于生物計(jì)算機(jī)的設(shè)想。在計(jì)算機(jī)運(yùn)算數(shù)據(jù)時(shí)，將生物DNA堿基序列作為信息編碼載體，運(yùn)用分子生物學(xué)技術(shù)和控制酶，改變DNA堿基序列，從而反映信息，處理數(shù)據(jù)。這一設(shè)想增加了計(jì)算機(jī)操作方式，改變了傳統(tǒng)的、單一的物理操作性質(zhì)，拓寬了人們對(duì)計(jì)算機(jī)的了解視野。DNA生物計(jì)算機(jī)元件密度比大腦神經(jīng)元的密度高100萬倍，信息數(shù)據(jù)的傳遞速度也比人腦思維快100萬倍，生物計(jì)算機(jī)的蛋白質(zhì)芯片存儲(chǔ)量是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的10億倍。2001年，以色列科學(xué)家研制出世界上第一臺(tái)DNA生物計(jì)算機(jī)，體積較小，僅有一滴水的體積。2013年，英國(guó)生物信息研究院的科學(xué)家們使用DNA堿基序列對(duì)文學(xué)家莎士比亞154首作品的音樂文件格式和相關(guān)照片進(jìn)行編制，增加了儲(chǔ)存密度，使儲(chǔ)存密度達(dá)到2.2PB/克（1024TB=1PB），提高了人們對(duì)信息儲(chǔ)存的認(rèn)識(shí)，這一重大突破使生物計(jì)算機(jī)的設(shè)想有望成為現(xiàn)實(shí)。
2.2光信號(hào)和光子計(jì)算機(jī)
光子計(jì)算機(jī)是一種由光子信號(hào)進(jìn)行信息處理、信息存儲(chǔ)、邏輯操作和數(shù)字運(yùn)算的新型計(jì)算機(jī)。集成光路是光子計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)成部件，包括核鏡、透鏡和激光器。光子計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比較，有以下幾點(diǎn)好處：
(1)光計(jì)算機(jī)的光子互聯(lián)芯片集成密度更高。在高密度下，光子可以不受量子效應(yīng)的影響，在自由空間將光子互聯(lián)，就能提高芯片的集成密度。
(2)光子沒有質(zhì)量，不受介質(zhì)干擾，可以在各種介質(zhì)和真空中傳播。
(3)光自身不帶電荷，是一種電磁波，可以在自由空間中相互交叉?zhèn)鞑?，傳播時(shí)各自不發(fā)生干擾。
(4)光子在導(dǎo)線中的傳播速度更快，是電子傳播速度的1000倍，光計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快。20世紀(jì)50年代末，科學(xué)家提出光計(jì)算機(jī)的設(shè)想，即利用光速完成計(jì)算機(jī)運(yùn)算和儲(chǔ)存等工作。與芯片計(jì)算機(jī)相比較，光子計(jì)算機(jī)可以提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度。1896年，戴維•米勒首先研制出光開關(guān)，體型較小。1990年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的光計(jì)算機(jī)工作計(jì)劃正式開啟。根據(jù)元器件的不同，光子計(jì)算機(jī)可以分為全光學(xué)型計(jì)算機(jī)和光電混合型計(jì)算機(jī)。全光學(xué)型計(jì)算機(jī)比光電混合型計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快，還可以對(duì)手勢(shì)、圖形、語(yǔ)言等進(jìn)行合成和識(shí)別。貝爾實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成功研制出光電混合型計(jì)算機(jī)，采用的是混合型元器件。研發(fā)制作全光學(xué)型計(jì)算機(jī)的重要工作就是研制晶體管，這種晶體管與現(xiàn)存的光學(xué)“晶體管”不同，它能用一條光線控制另一條光線?，F(xiàn)存的光學(xué)“晶體管”體積較大較笨拙，滿足不了全光學(xué)型計(jì)算機(jī)的研發(fā)要求。
2.3量子理論計(jì)算機(jī)
量子計(jì)算機(jī)將處于量子狀態(tài)的原子作為計(jì)算機(jī)CPU和內(nèi)存，處于量子狀態(tài)的原子在同一時(shí)間內(nèi)能處于不同位置，根據(jù)這一特性可以提高計(jì)算機(jī)處理信息的精確度，提高處理數(shù)據(jù)的運(yùn)算速度，有利于數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。量子計(jì)算機(jī)處理信息時(shí)的基本數(shù)據(jù)單元是量子比特，取代了傳統(tǒng)的“1”和“0”，具有極強(qiáng)的運(yùn)算能力，運(yùn)算速度比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快10億倍。中國(guó)和美國(guó)的科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里成功實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)多個(gè)量子比特進(jìn)行操作，為制造量子計(jì)算機(jī)提供了可能。相信在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和世界各國(guó)的科學(xué)家們共同努力下，量子計(jì)算機(jī)會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。
3結(jié)束語(yǔ)
計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)是一個(gè)具有廣闊發(fā)展前景的領(lǐng)域。從1946年到現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)經(jīng)歷了巨大的變革，計(jì)算機(jī)物理元器件、集成電路、外存儲(chǔ)器等都有較大的發(fā)展。計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)具有存儲(chǔ)容量大、運(yùn)算處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快、性價(jià)比高、計(jì)算數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)已經(jīng)涉及到社會(huì)生活的各個(gè)方面，改變了人們傳統(tǒng)的生活、工作、學(xué)習(xí)方式，推動(dòng)社會(huì)的全面發(fā)展。隨著網(wǎng)絡(luò)和科技的不斷進(jìn)步，未來計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)勢(shì)必會(huì)朝著高性能、環(huán)?；?、功能化的方向發(fā)展。
作者：馮昌林 單位：廣西欽州商貿(mào)學(xué)校