1.1.5　计算机的发展方向

21世纪是人类走向信息社会的世纪、是网络的时代。现代计算机的发展表现在两个方面：一是电子计算机的发展趋势更加趋向于巨型化、微型化、网络化和智能化；二是非冯·诺依曼结构化。

1.电子计算机的发展趋势

（1）巨型化

巨型化是指计算机的运算速度更快、存储容量更大、功能更强，而不是指计算机的体积大。巨型计算机运算速度通常在每秒一亿次以上，存储容量超过太字节。例如，1997年中国成功研制了“银河-Ⅲ”巨型计算机，如图1-2所示，其运算速度已达到130亿次/s。巨型机主要应用于天文、军事、仿真等需要进行大量科学计算的领域。

图1-2　银河系列巨型计算机

（2）微型化

微型化是指进一步提高集成度，目的是利用超大规模集成电路研制质量更加可靠、性能更加优良、价格更加低廉、整机更加小巧的微型计算机。微型计算机现在已大量应用于仪器、仪表、家用电器等小型仪器设备中，同时也作为工业控制过程的心脏，使仪器设备实现“智能化”。

（3）网络化

网络化就是用通信线路将各自独立的计算机连接起来，以便进行协同工作和资源共享。例如，通过Internet，人们足不出户就可以获取大量的信息，进行网上交易等。今天，网络技术已经从计算机技术的配角地位上升到与计算机紧密结合、不可分割的地位，产生了“网络电脑”的概念。

（4）智能化

计算机的智能化就是要求计算机具有人的智能。能够像人一样思维，使计算机能够进行图像识别、定理证明、研究学习、探索、联想、启发和理解人的语言等，它是新一代计算机要实现的目标。智能化使计算机突破了“计算”这一初级的含义，从本质上扩充了计算机的能力，可以越来越多地代替人类的脑力劳动。

2.非冯·诺依曼结构计算机

近年来通过进一步的深入研究发现，由于电子电路的局限性，理论上基于冯·诺依曼原理的电子计算机的发展也有一定的局限，因此人们提出了制造非冯·诺依曼结构计算机的想法。该研究主要有两大方向：一是创造新的程序设计语言，即所谓的“非冯·诺依曼”语言；二是从计算机元件方面进行研究，如研究生物计算机、光计算机、量子计算机等。

1982年，日本提出了“第五代计算机”，其核心思想是设计一种所谓的“非冯·诺依曼”语言——PROLOG语言。PROLOG语言是一种逻辑程序设计语言，主要是将程序设计变成逻辑设计，突破传统的程序设计概念。

20世纪80年代初，人们着手研究由蛋白质分子或传导化合物元件组成的生物计算机。研究人员发现，遗传基因——脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋结构能容纳大量信息，其存储量相当于半导体芯片的数百万倍。两个蛋白质分子就是一个存储体，而且阻抗低、能耗小、发热量极小。人们基于这一特点，研究如何利用蛋白质分子制造基因芯片。尽管目前生物计算实验距离使用还很遥远，但是鉴于人们对集成电路的认识，其前景十分看好。

光计算机是用光子代替电子来传递信息。1984年5月，欧洲研制出世界上第一台光计算机。光计算机有三大优势：①光子的传播速度非常快，电子在导线中的运行速度与其无法相比，采用硅、光混合技术后，其传送速度可达到每秒万亿字节；②光子不像带电的电子那样相互作用，因此经过同样窄小的空间通道可以传送更多数据；③光无须物理连接。如果能将普通的透镜和激光器做得很小，以至能安装在微芯片的背面，那么未来的计算机就可以通过稀薄的空气传送信号。

量子计算机是一种基于量子力学原理，利用质子、电子等亚原子微粒的某些特性，采用深层次计算模式的计算机。这一模式只由物质世界中一个原子的行为决定，而不是像传统的二进制计算机那样将信息分为0和1（对应于晶体管的开和关）来进行处理。在量子计算机中最小的信息单元是一个量子比特，量子比特不止有开和关两种状态，而是能以多种状态同时出现，这种数据结构对使用并行结构计算机来处理信息是非常有利的。量子计算机还具有一些近乎神奇的性质：信息传输几乎不需要时间（超距作用），信息处理所需的能量可以接近于零。