律師回復(fù)

• 
  智能法律助手

  月幫助201720人

  未來(lái)的計(jì)算機(jī) 按照摩爾定律，每過18個(gè)月，微處理器硅芯片上晶體管的數(shù)量就會(huì)翻一番。隨著大規(guī)模集成電路工藝的發(fā)展，芯片的集成度越來(lái)越高，也越來(lái)越接近工藝甚至物理的上限，最終，晶體管會(huì)變得只有幾個(gè)分子那樣小。在這樣小的距離內(nèi)，起作用的將是“古怪”的量子定律，電子從一個(gè)地方跳到另一個(gè)地方，甚至越過導(dǎo)線和絕緣層，從而發(fā)生致命的短路。 以摩爾速度發(fā)展的微處理器使全世界的微電子技術(shù)專家面臨著新的挑戰(zhàn)。盡管傳統(tǒng)的、基于集成電路的計(jì)算機(jī)短期內(nèi)還不會(huì)退出歷史舞臺(tái)，但旨在超越它的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、DNA計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)正在躍躍欲試。 超導(dǎo)計(jì)算機(jī) 當(dāng)電子開關(guān)元件的速度達(dá)到納秒級(jí)時(shí)，整個(gè)計(jì)算機(jī)必須容納在邊長(zhǎng)小于3厘米的立體中，才不會(huì)因信號(hào)傳輸而降低整機(jī)速度。可是，芯片的集成度越高，計(jì)算機(jī)的體積越小，機(jī)器發(fā)熱的后果就越嚴(yán)重。解決問題的出路是研制超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。 所謂超導(dǎo)，是指在接近絕對(duì)零度的溫度下，電流在某些介質(zhì)中傳輸時(shí)所受阻力為零的現(xiàn)象。1962年，英國(guó)物理學(xué)家約瑟夫遜提出了“超導(dǎo)隧道效應(yīng)”，即由超導(dǎo)體——絕緣體——超導(dǎo)體組成的器件（約瑟夫遜元件），當(dāng)對(duì)其兩端加電壓時(shí)，電子就會(huì)像通過隧道一樣無(wú)阻擋地從絕緣介質(zhì)中穿過，形成微小電流，而該器件的兩端電壓為零。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體計(jì)算機(jī)相比，使用約瑟夫遜器件的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的耗電量?jī)H為其幾千分之一，而執(zhí)行一條指令所需時(shí)間卻要快上100倍。 1999年11月，日本超導(dǎo)技術(shù)研究所與企業(yè)合作，在超導(dǎo)集成電路芯片上密布了1萬(wàn)個(gè)約瑟夫遜元件。此項(xiàng)成果使日本朝著制造超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的方向邁進(jìn)了一大步。據(jù)悉，這家研究所定于2003年生產(chǎn)這種超導(dǎo)集成電路，在2010年前后制造出使用這種集成電路的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。 納米計(jì)算機(jī) 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)晶體管的尺寸縮小到0.1微米（100納米）以下時(shí)，半導(dǎo)體晶體管賴以工作的基本原理將受到很大限制。研究人員需另辟蹊徑，才能突破0.1微米界，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)器件。現(xiàn)代商品化大規(guī)模集成電路上元器件的尺寸約在0.35微米（即350納米），而納米計(jì)算機(jī)的基本元器件尺寸只有幾到幾十納米。 目前，在以不同原理實(shí)現(xiàn)納米級(jí)計(jì)算方面，科學(xué)家提出四種工作機(jī)制：電子式納米計(jì)算技術(shù)，基于生物化學(xué)物質(zhì)與DNA的納米計(jì)算機(jī)，機(jī)械式納米計(jì)算機(jī)，量子波相干計(jì)算。它們有可能發(fā)展成為未來(lái)納米計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)。 像硅微電子計(jì)算技術(shù)一樣，電子式納米計(jì)算技術(shù)仍然利用電子運(yùn)動(dòng)對(duì)信息進(jìn)行處理。不同的是：前者利用固體材料的整體特性，根據(jù)大量電子參與工作時(shí)所呈現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)平均規(guī)律；后者利用的是在一個(gè)很小的空間（納米尺度）內(nèi)，有限電子運(yùn)動(dòng)所表現(xiàn)出來(lái)的量子效應(yīng)。 光計(jì)算機(jī) 與傳統(tǒng)硅芯片計(jì)算機(jī)不同，光計(jì)算機(jī)用光束代替電子進(jìn)行運(yùn)算和存儲(chǔ)：它以不同波長(zhǎng)的光代表不同的數(shù)據(jù)，以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數(shù)據(jù)從一個(gè)芯片傳送到另一個(gè)芯片。 研制光計(jì)算機(jī)的設(shè)想早在20世紀(jì)50年代后期就已提出。1986年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的戴維·米勒研制出小型光開關(guān)，為同實(shí)驗(yàn)室的艾倫·黃研制光處理器提供了必要的元件。1990年1月，黃的實(shí)驗(yàn)室開始用光計(jì)算機(jī)工作。 從采用的元器件看，光計(jì)算機(jī)有全光學(xué)型和光電混合型。1990年貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功的那臺(tái)機(jī)器就采用了混合型結(jié)構(gòu)。相比之下，全光學(xué)型計(jì)算機(jī)可以達(dá)到更高的運(yùn)算速度。 然而，要想研制出光計(jì)算機(jī)，需要開發(fā)出可用一條光束控制另一條光束變化的光學(xué)“晶體管”。現(xiàn)有的光學(xué)“晶體管”龐大而笨拙，若用它們?cè)斐膳_(tái)式計(jì)算機(jī)將有一輛汽車那么大。因此，要想短期內(nèi)使光計(jì)算機(jī)實(shí)用化還很困難。 DNA計(jì)算機(jī) 1994年11月，美國(guó)南加州大學(xué)的阿德勒曼博士提出一個(gè)奇思妙想，即以DNA堿基對(duì)序列作為信息編碼的載體，利用現(xiàn)代分子生物技術(shù)，在試管內(nèi)控制酶的作用下，使DNA堿基對(duì)序列發(fā)生反應(yīng)，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算。阿德勒曼在《科學(xué)》上公布了DNA計(jì)算機(jī)的理論，引起了各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。 在過去的半個(gè)世紀(jì)里，計(jì)算機(jī)的意義幾乎完全等同于物理芯片。然而，阿德勒曼提出的DNA計(jì)算機(jī)拓寬了人們對(duì)計(jì)算現(xiàn)象的理解，從此，計(jì)算不再只是簡(jiǎn)單的物理性質(zhì)的加減操作，而又增添了化學(xué)性質(zhì)的切割、復(fù)制、粘貼、插入和刪除等種種方式。 DNA計(jì)算機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于其驚人的存貯容量和運(yùn)算速度：1立方厘米的DNA存儲(chǔ)的信息比1萬(wàn)億張光盤存儲(chǔ)的還多；十幾個(gè)小時(shí)的DNA計(jì)算，就相當(dāng)于所有電腦問世以來(lái)的總運(yùn)算量。更重要的是，它的能耗非常低，只有電子計(jì)算機(jī)的一百億分之一。 不過，與傳統(tǒng)的“看得見、摸得著”，并有著精致外型的硅電子計(jì)算機(jī)不同，目前的DNA計(jì)算機(jī)都還是躺在試管里的液體。科學(xué)家預(yù)計(jì)，10到20年后，DNA計(jì)算機(jī)將進(jìn)入實(shí)用階段。當(dāng)然，也有不少科學(xué)家對(duì)此提出質(zhì)疑。畢竟，要想看清可能對(duì)未來(lái)產(chǎn)生重大影響的技術(shù)的前途，9年的時(shí)間實(shí)在太短！ 量子計(jì)算機(jī) 量子計(jì)算機(jī)以處于量子狀態(tài)的原子作為中央處理器和內(nèi)存，利用原子的量子特性進(jìn)行信息處理。由于原子具有在同一時(shí)間處于兩個(gè)不同位置的奇妙特性，即處于量子位的原子既可以代表0或1，也能同時(shí)代表0和1以及0和1之間的中間值，故無(wú)論從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還是處理的角度，量子位的能力都是晶體管電子位的兩倍。對(duì)此，有人曾經(jīng)作過這樣一個(gè)比喻：假設(shè)一只老鼠準(zhǔn)備繞過一只貓，根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)理論，它要么從左邊過，要么從右邊過，而根據(jù)量子理論，它卻可以同時(shí)從貓的左邊和右邊繞過。 量子計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在外形上有較大差異：它沒有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的盒式外殼，看起來(lái)像是一個(gè)被其他物質(zhì)包圍的巨大磁場(chǎng)；它不能利用硬盤實(shí)現(xiàn)信息的長(zhǎng)期存儲(chǔ)……但高效的運(yùn)算能力使量子計(jì)算機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景，這使得眾多國(guó)家和科技實(shí)體樂此不疲。盡管目前量子計(jì)算機(jī)的研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，但不可否認(rèn)，終有一天它會(huì)取代傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)進(jìn)入尋常百姓家。 顯然，以上這些新思想和新設(shè)計(jì)都還不夠完美，而且，即使有了工作樣機(jī)，離真正的商業(yè)化應(yīng)用也還有相當(dāng)差距，根本無(wú)法與硅電子計(jì)算機(jī)的便利性與有效性相比。但是，誰(shuí)又能保證，我們未來(lái)的生活不會(huì)因?yàn)樗鼈兌l(fā)生翻天覆地的變化？ 另外一些人則認(rèn)為以下幾個(gè)將是未來(lái)趨勢(shì)！ 生物計(jì)算機(jī)：用生物大分子為材料制造的高度集成的分子電路系統(tǒng)，稱為生物芯片，用生物芯片制造的計(jì)算機(jī)稱為生物計(jì)算機(jī)。它有諸多優(yōu)點(diǎn)：體積小，一平方毫米芯片擁有數(shù)億個(gè)電路，存儲(chǔ)容量大，可達(dá)到普通計(jì)算機(jī)的10億倍，運(yùn)算快，運(yùn)算速度比現(xiàn)在的集成電路快1萬(wàn)倍，耗能少，相當(dāng)于一般計(jì)算機(jī)的10億分之一，易解決散熱問題，工作穩(wěn)定，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，工作溫度可達(dá)150℃，可靠性高，具有自我組織、自我修復(fù)功能，不工作時(shí)仍可保存數(shù)據(jù)，成本低，可用基因工程進(jìn)行生產(chǎn)制造。 混合型計(jì)算機(jī)：科學(xué)家們認(rèn)為，數(shù)年后，可望出現(xiàn)生物芯片與硅片混合制造的混合型計(jì)算機(jī)；約在2015年，混合型計(jì)算機(jī)將會(huì)得到大發(fā)展，成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的主流品種，甚至起決定性作用。 光計(jì)算機(jī)：這種不久將出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度快，光開關(guān)每秒可進(jìn)行1萬(wàn)億次邏輯動(dòng)作，很容易實(shí)現(xiàn)并行處理信息，光信息在交叉時(shí)也不會(huì)發(fā)生干擾，在空間可實(shí)現(xiàn)幾十萬(wàn)條光同時(shí)傳遞，不產(chǎn)生熱，噪聲小。 超導(dǎo)計(jì)算機(jī)：是用一種被稱作“約瑟夫遜器件”的超導(dǎo)元件制成的計(jì)算機(jī)。耗電僅為用半導(dǎo)體元件制成的計(jì)算機(jī)的兒子分之一，執(zhí)行一個(gè)指令只需十億分之一秒，比用半導(dǎo)體元件制成的計(jì)算機(jī)快10倍。 原問題：《跪求，《電子計(jì)算機(jī)與多媒體》課后2.3題解答》

  回復(fù)于 2022-12-04 03:38:25