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1、量子计算机、生物计算机、光子计算机 浅析计算机的发展 1.现代计算机： 发展史：第一代 电子管时代 (1942年-1956年) 其次代 晶体管时代 (1955年-1964年) 第三代 成电路时代 (1964年-11010年) 第四代 大规模和超大规模集成电路时代 (11011年-现在)发展方向只能够 发展方向只能够通过扩大规模的方式加强性能 电子计算机 工作原理：主要以大规模或超大规模集成电路为电子元器件的计算机 工作性能：主要取决于他的核心器件处理器（）的性能现在的处理器基本 现在的处理器基本是由半导体材料硅做成的 性能极限：目前是中国国防科技高校研制的天河二号超级计算机与一般电子计算机工作
2、原理一样，只是规模和功能 与一般电子计算机工作原理一样，只是规模和功能不同，这货的计算核心总数达3120000（我家核） 简介：目前以集成电路为基础的传统计算机已经快要发展到极限。根据目前的速度，计算机发展遵循的“摩尔定律”（每18个月芯片速度翻一番，价格降低一半）将会失效一旦芯片上线条的宽度达到纳米数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种状况下材料的物理、化学性能将发生质的改变，致使采纳现行工艺的半导体器件不能正常工作。 一旦芯片上线条的宽度达到纳米数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种状况下材料的物理、化学性能将发生质的改变，致使采纳现行工艺的半导体器件不能正常工作。 从技术的角度看，随
3、着硅片上线路密度的增加，其困难性和差错率也将呈指数增长，同时也使全面而彻底的芯片测试几乎成为不行能。 一旦芯片上线条的宽度达到纳米数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种状况下材料的物理、化学性能将发生质的改变，致使采纳现行工艺的半导体器件不能正常工作。目前最先进的集成电路已含有17亿个晶体管。再增加是很困难的，必需想别的出路。 将来计算机的发展方向：目前主要分为三种：生物计算机 目前主要分为三种： 生物计算机 量子计算机 光子计算机 生物计算机： 工作原理：DNA电脑的工作原理是以瞬间发生的化学反应为基础，通过和酶的相互作用，将发生过程进行分子编码，把二进制数翻译成遗传密码的片段，每一个片段
4、就是闻名的双螺旋的一个链，然后对问题以新的DNA编码形式加以解答。以生物芯片取代在半导体硅片上集成数以万计的晶体管制成的计算机。它的主要原材料是 生物工程技术 DNA电脑的工作原理是以瞬间发生的化学反应为基础，通过和酶的相互作用，将发生过程进行分子编码，把二进制数翻译成遗传密码的片段，每一个片段就是闻名的双螺旋的一个链，然后对问题以新的DNA编码形式加以解答。 优点：主要是存贮容量和运算速度。 主要是存贮容量和运算速度。 集成度、功效更高? 生物计算机的电路以分子为单位，在一平方毫米的面积上，可容纳几亿个电路，相比于传统计算机的半导体硅片制成的芯片，生物芯片能容纳电路的电路数量级提高了不只一个
5、层次。? 牢靠性高，寿命更长? 具有生物性质的生物计算机能做到自我修复，并且可以编码设置其自我再生和复制的功能，因此有传统计算机所没有的高牢靠性和超长运用寿命。? 耗能少? 生物计算机的元件是由有机分子组成的生物化学元件，只需很少的能量就能就行所需的化学反应，耗能比传统的消耗电能并不断产生热能的计算机大大削减，并且能量利用率大幅度提高。? 便利适用? 生物计算机由于体积下且具有生物特性，可以置于许多传统计算机无法置放的地方，可以随意设置在我们身边的任何事物中，并且可以发挥其生物特性更便利地为生命体服务。? 性能大幅度提升? 生物计算机由于其蛋白质分子可以并行工作的原理，可以轻松实现大量的并行运
6、算，28.3g?DNA的运行速度超过了现代超级计算机的10万倍且速度提高了10万倍以上这里指的万倍速度指的是超级计算机的速度，不是家用的电脑现在最快超级计算机的运行速度大约是一秒钟 这里指的万倍速度指的是超级计算机的速度，不是家用的电脑现在最快超级计算机的运行速度大约是一秒钟可以运算的次方次，生物计算机则可以达到每秒钟的次方次 缺点： 提取信息不便利 一种生物计算机可以在小时内完成人类迄今全部的计算量，但提取一个信息却花了一周的时间 以遗传物质为基础的生物计算机会受环境的干扰、计算结果难以检测、生物化学反应不是一百零一分之一百零一胜利 将来的实战运用： 可以用于将来斗争中，进行各种浩大的数据的
7、处理计算以及模拟。如：感受气流改变进行飞行的技术；进行多 如：感受气流改变进行飞行的技术；进行多星体甚至是星系之间的碰撞计算； 进行人机结合生物计算机的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子，生物计算机具有生物活性， 生物计算机的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子，生物计算机具有生物活性，能够和人体的组织有机地结合起来，尤其是能够与大脑和神经系统相连。 （注：这方面的相关资料较少，可以适当一下。比如在人脑中加入了微型生物计算器后，人就获得了相当惊人的计算实力，假如身体机能足够强大（不是群里有人想要强化人吗？），躲子弹，甚至是依据炮弹落点四周的环境来计算冲击力的大小从而选取最佳躲藏地点（
8、近距离）也不成问题） 注：其他的功能就看大家自己的脑洞大小了，也别猛的太离谱，虽然生物计算机特别猛，它的计算速度比人脑快出了许多，但综合实力还是不能取代人脑的。 量子计算机 工作原理：量子计算机是一类遵循 量子力学规律进行高速数学和 逻辑运算、存储及处理 量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是 量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。 计算法则：半导体靠限制集成电路来记录及运算信息，量子计算机则希望限制原子或小分子的状态，记录和运算信息。?主要运用的是量子态的叠加性和相干性。在经典计算机中，基本信息单位为比特，运算对象是各种比特序列。与此类似，在量子计算机中，基本信息单位是量子比
9、特，运算对象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上，而且还可以处于纠缠态上。这些特别的量子态，不仅供应了量子并行计算的可能，而且还将带来很多奇异的性质。简而言之，就是量子计算机可以进行叠加式的运算，打个比方： 简而言之，就是量子计算机可以进行叠加式的运算，打个比方：假如一般的电子计算机是从加到的话就要经过次运算； 而量子计算机则是甚至是来计算！想这种问题量子计算机往往只用几步就能搞定！ 有个新闻量子计算机和超级计算机竞赛解线性方程组，结果10秒比101年 优点： 大规模、高精度的高速浮点运算的工作。传统超级计算机只运用1和0两种状态来记录数据和进行计算，而量子
10、计算机可将现实世界中的上一百零一个变量和约束条件，“视作”能量状态（量子态）来考虑，用量子物理快速找到一个能满意全部变量和条件的最低能量结果。（就两个字，快 传统超级计算机只运用1和0两种状态来记录数据和进行计算，而量子计算机可将现实世界中的上一百零一个变量和约束条件，“视作”能量状态（量子态）来考虑，用量子物理快速找到一个能满意全部变量和条件的最低能量结果。 缺点： 恐怖的能耗 不怎么长的运用寿命（一般是两年） 恐怖的热量（必需要在接近肯定零度的环境温度下才能正常运行） 昂扬的造价（注定不行平民化） 将来实战运用： 进行生物计算机都难以处理的计算，可以把它成只要量子位足够高当然量子位越高，那
11、么就越难制造，因为量子位越高所须要的 当然量子位越高，那么就越难制造，因为量子位越高所须要的环境温度就越接近肯定零度，当然随着科技的发展，量子计算机所须要的环境温度的要求也会逐步降低 侦探“死水”的运动。 （实在很难想象出还有什么更难得东西了） 光子计算机 这个就简写吧干脆一百零一度一百零一科了 简介： 光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。它由激光器、光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备构成，靠激光束进入反射镜和透镜组成的阵列进行信息处理，以光子代替电子，光运算代替电运算。 优点： 光子不带电荷 它们之间不存在电磁场相互作用在自由空间中几束光平行传播
12、、相互交叉传播，彼此之间不发生干扰，千万条光束可以同时穿越一只光学元件而不会相互影响。一只2020c的光学系统，能够供应5105条并行传输信息通道；一只质量好的透镜能够供应108条信息通道。假如用光波导传输，光波导也可以相互穿越，只要它们的交叉角大于10左右就不会有明显的交叉耦合。上述的性质又称光信号传输的并行性。 超高速的运算速度是量子计算机、生物计算机、光子计算机中最慢的 是量子计算机、生物计算机、光子计算机中最慢的 光子计算机 并行处理实力强，因而具有更高的运算速度。电子的传播速度是593km/s，而 光子的传播速度却达3105km/s，对于电子计算机来说，电子是信息的载体，它只能通过一
13、些相互绝缘的导线来传导，即使在最佳的状况下，电子在固体中的运行速度也远远不如光速，尽管目前的电子计算机运算速度不断提高，但它的实力极限还是有限的；此外，随着装配密度的不断提高，会使导体之间的电磁作用不断增加，散发的热量也在渐渐增加，从而制约了电子计算机的运行速度；而光子计算机的运行速度要比电子计算机快得多，对运用环境条件的要求也比电子计算机低得多。 超大规模的信息存储容量 与电子计算机相比，光子计算机具有超大规模的信息存储容量。光子计算机具有极为志向的光辐射源激光器，光子的传导是可以不须要导线的，而且即使在相交的状况下，它们之间也不会产生丝毫的相互影响。光子计算机无导线传递信息的平行通道，其密
14、度事实上是无限的，一枚五分硬币大小的枚镜，它的信息通过实力竟是全世界现有电话电缆通道的很多倍。 能量消耗小，散发热量低 是一种节能型产品。 光子计算机的驱动，只须要同类规格的电子计算机驱动能量的一小部分，这不仅降低了电能消耗，大大削减了机器散发的热量，而且为光子计算机的微型化和便携化研制，供应了便利的条件。科学家们正试验将传统的电子转换器和光子结合起来，制造一种“杂交”的计算机，这种计算机既能更快地处理信息，又能克服巨型电子计算机运行时内部过热的难题。 总结： 以上三种计算机都特别高级，量子计算机运行快；生物计算机可以和人脑互通；光子计算机虽然比量子计算机慢，但是由于运行环境要求较低，所以比较
15、好用。 目前，能够最快代替现代的电子计算机的就只有光子计算机了。光子计算机保守预料年以内便可以取代电子计算机（还有可能更快） 生物计算机应当在世纪以内会批量生产，量子计算机随着量子位数的不同难度也成倍增长，虽然现在谷歌已经有量子计算机量子位上市出售了，但是离高量子位的量子计算机还很遥远。 量子位 将来至少也得来个或者什么的，模拟模拟宇宙吧 第13页 共13页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页