律師回復

• 
  智能法律助手

  月幫助201720人

  未來的計算機 按照摩爾定律，每過18個月，微處理器硅芯片上晶體管的數量就會翻一番。隨著大規模集成電路工藝的發展，芯片的集成度越來越高，也越來越接近工藝甚至物理的上限，最終，晶體管會變得只有幾個分子那樣小。在這樣小的距離內，起作用的將是“古怪”的量子定律，電子從一個地方跳到另一個地方，甚至越過導線和絕緣層，從而發生致命的短路。 以摩爾速度發展的微處理器使全世界的微電子技術專家面臨著新的挑戰。盡管傳統的、基于集成電路的計算機短期內還不會退出歷史舞臺，但旨在超越它的超導計算機、納米計算機、光計算機、DNA計算機和量子計算機正在躍躍欲試。 超導計算機 當電子開關元件的速度達到納秒級時，整個計算機必須容納在邊長小于3厘米的立體中，才不會因信號傳輸而降低整機速度。可是，芯片的集成度越高，計算機的體積越小，機器發熱的后果就越嚴重。解決問題的出路是研制超導計算機。 所謂超導，是指在接近絕對零度的溫度下，電流在某些介質中傳輸時所受阻力為零的現象。1962年，英國物理學家約瑟夫遜提出了“超導隧道效應”，即由超導體——絕緣體——超導體組成的器件（約瑟夫遜元件），當對其兩端加電壓時，電子就會像通過隧道一樣無阻擋地從絕緣介質中穿過，形成微小電流，而該器件的兩端電壓為零。與傳統的半導體計算機相比，使用約瑟夫遜器件的超導計算機的耗電量僅為其幾千分之一，而執行一條指令所需時間卻要快上100倍。 1999年11月，日本超導技術研究所與企業合作，在超導集成電路芯片上密布了1萬個約瑟夫遜元件。此項成果使日本朝著制造超導計算機的方向邁進了一大步。據悉，這家研究所定于2003年生產這種超導集成電路，在2010年前后制造出使用這種集成電路的超導計算機。 納米計算機 科學家發現，當晶體管的尺寸縮小到0.1微米（100納米）以下時，半導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，實現納米級器件。現代商品化大規模集成電路上元器件的尺寸約在0.35微米（即350納米），而納米計算機的基本元器件尺寸只有幾到幾十納米。 目前，在以不同原理實現納米級計算方面，科學家提出四種工作機制：電子式納米計算技術，基于生物化學物質與DNA的納米計算機，機械式納米計算機，量子波相干計算。它們有可能發展成為未來納米計算機技術的基礎。 像硅微電子計算技術一樣，電子式納米計算技術仍然利用電子運動對信息進行處理。不同的是：前者利用固體材料的整體特性，根據大量電子參與工作時所呈現的統計平均規律；后者利用的是在一個很小的空間（納米尺度）內，有限電子運動所表現出來的量子效應。 光計算機 與傳統硅芯片計算機不同，光計算機用光束代替電子進行運算和存儲：它以不同波長的光代表不同的數據，以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數據從一個芯片傳送到另一個芯片。 研制光計算機的設想早在20世紀50年代后期就已提出。1986年，貝爾實驗室的戴維·米勒研制出小型光開關，為同實驗室的艾倫·黃研制光處理器提供了必要的元件。1990年1月，黃的實驗室開始用光計算機工作。 從采用的元器件看，光計算機有全光學型和光電混合型。1990年貝爾實驗室研制成功的那臺機器就采用了混合型結構。相比之下，全光學型計算機可以達到更高的運算速度。 然而，要想研制出光計算機，需要開發出可用一條光束控制另一條光束變化的光學“晶體管”。現有的光學“晶體管”龐大而笨拙，若用它們造成臺式計算機將有一輛汽車那么大。因此，要想短期內使光計算機實用化還很困難。 DNA計算機 1994年11月，美國南加州大學的阿德勒曼博士提出一個奇思妙想，即以DNA堿基對序列作為信息編碼的載體，利用現代分子生物技術，在試管內控制酶的作用下，使DNA堿基對序列發生反應，以此實現數據運算。阿德勒曼在《科學》上公布了DNA計算機的理論，引起了各國學者的廣泛關注。 在過去的半個世紀里，計算機的意義幾乎完全等同于物理芯片。然而，阿德勒曼提出的DNA計算機拓寬了人們對計算現象的理解，從此，計算不再只是簡單的物理性質的加減操作，而又增添了化學性質的切割、復制、粘貼、插入和刪除等種種方式。 DNA計算機的最大優點在于其驚人的存貯容量和運算速度：1立方厘米的DNA存儲的信息比1萬億張光盤存儲的還多；十幾個小時的DNA計算，就相當于所有電腦問世以來的總運算量。更重要的是，它的能耗非常低，只有電子計算機的一百億分之一。 不過，與傳統的“看得見、摸得著”，并有著精致外型的硅電子計算機不同，目前的DNA計算機都還是躺在試管里的液體。科學家預計，10到20年后，DNA計算機將進入實用階段。當然，也有不少科學家對此提出質疑。畢竟，要想看清可能對未來產生重大影響的技術的前途，9年的時間實在太短！ 量子計算機 量子計算機以處于量子狀態的原子作為中央處理器和內存，利用原子的量子特性進行信息處理。由于原子具有在同一時間處于兩個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，也能同時代表0和1以及0和1之間的中間值，故無論從數據存儲還是處理的角度，量子位的能力都是晶體管電子位的兩倍。對此，有人曾經作過這樣一個比喻：假設一只老鼠準備繞過一只貓，根據經典物理學理論，它要么從左邊過，要么從右邊過，而根據量子理論，它卻可以同時從貓的左邊和右邊繞過。 量子計算機與傳統計算機在外形上有較大差異：它沒有傳統計算機的盒式外殼，看起來像是一個被其他物質包圍的巨大磁場；它不能利用硬盤實現信息的長期存儲……但高效的運算能力使量子計算機具有廣闊的應用前景，這使得眾多國家和科技實體樂此不疲。盡管目前量子計算機的研究仍處于實驗室階段，但不可否認，終有一天它會取代傳統計算機進入尋常百姓家。 顯然，以上這些新思想和新設計都還不夠完美，而且，即使有了工作樣機，離真正的商業化應用也還有相當差距，根本無法與硅電子計算機的便利性與有效性相比。但是，誰又能保證，我們未來的生活不會因為它們而發生翻天覆地的變化？ 另外一些人則認為以下幾個將是未來趨勢！ 生物計算機：用生物大分子為材料制造的高度集成的分子電路系統，稱為生物芯片，用生物芯片制造的計算機稱為生物計算機。它有諸多優點：體積小，一平方毫米芯片擁有數億個電路，存儲容量大，可達到普通計算機的10億倍，運算快，運算速度比現在的集成電路快1萬倍，耗能少，相當于一般計算機的10億分之一，易解決散熱問題，工作穩定，無運動部件，工作溫度可達150℃，可靠性高，具有自我組織、自我修復功能，不工作時仍可保存數據，成本低，可用基因工程進行生產制造。 混合型計算機：科學家們認為，數年后，可望出現生物芯片與硅片混合制造的混合型計算機；約在2015年，混合型計算機將會得到大發展，成為計算機領域中的主流品種，甚至起決定性作用。 光計算機：這種不久將出現的計算機，運算速度快，光開關每秒可進行1萬億次邏輯動作，很容易實現并行處理信息，光信息在交叉時也不會發生干擾，在空間可實現幾十萬條光同時傳遞，不產生熱，噪聲小。 超導計算機：是用一種被稱作“約瑟夫遜器件”的超導元件制成的計算機。耗電僅為用半導體元件制成的計算機的兒子分之一，執行一個指令只需十億分之一秒，比用半導體元件制成的計算機快10倍。 原問題：《跪求，《電子計算機與多媒體》課后2.3題解答》

  回復于 2022-12-04 03:38:25