【大科普】你所不知道将在未来的出现计算机技术

野鹤007

1.超导计算机
      目前制成的超导开关器件的开关速度，已达到几微微秒（0.000000000001秒）的高水平。这是当今所有电子、半导体、光电器件都无法比拟的，比集成电路要快几百倍。超导计算机运算速度比现在的电子计算机快100倍，而电能消耗仅是电子计算机的千分之一，如果目前一台大中型计算机，每小时耗电10千瓦，那么，同样一台的超导计算机只需一节干电池就可以工作了。
什么是超导？这是一个迷人的自然现象，在1911年，被荷兰物理学家昂内斯发现。有一些材料，当它们冷却到接近零下273.15摄氏度时，会失去电阻，流入它们中的电流会畅通无阻，不会白白消耗掉。这种情况，好比一群人拥入广场，如果大家不听招呼，各行其是，就会造成相互碰撞，使得行进受阻；但如果有人喊口令，大家服从命令听指挥，列队前进，就能顺利进入广场，超导体的情况就像这样。
可是，超导现象发现以后，超导研究进展一直不快，因为，它可望而不可及。

超导计算机
实现超导的温度太低，要制造出这种低温，消耗的电能远远超过超导节省的电能。在80年代后期，情况发生了逆转。科学家取消了休假，把帆布床搬进实验室，研究超导热突然席卷全世界。科学家发现了一种陶瓷合金在零下238摄氏度时；出现了超导现象。我国物理学家找到一种材料，在零下141摄氏度出现超导现象。目前，科学家还在为此奋斗。企图寻找出一种“高温”超导材料，甚至一种室温超导材料。一旦这些材料找到后，人们可以利用它制成超导开关器件和超导存贮器，再利用这些器件制成超导计算机。

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2.生物计算机
生物计算机又称仿生计算机，是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产生的蛋白质分子，并以此作为生物芯片。生物计算机芯片本身还具有并行处理的功能，其运算速度要比当今最新一代的计算机快10万倍，能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一，存储信息的空间仅占百亿亿分之一。
生物计算机（ biological computer）又称仿生计算机(bionic computer)。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。涉及计算机科学、脑科学、神经生物学、分子生物学、生物物理、生物工程、电子工程、物理学和化学等有关学科。1986年日本开始

生物计算机
研究生物芯片，研究有关大脑和神经元网络结构的信息处理、加工原理，以及建立全新的生物计算机原理，探讨适于制作芯片的生物大分子的结构和功能。以及如何通过生物工程(用脱氧核糖核酸重组技术和蛋白质工程)来组装这些生物分子功能元件
优点
生物计算机有很多优点，主要表现在以下几个方面：
首先，它体积小，功效高。在一平方毫米的面积上，可容纳几亿个电路，比目前的集成电路小得多，用它制成的计算机，已经不像现在计算机的形状了，可以隐藏在桌角、墙壁或地板等地方。

生物计算机
其次，当我们在运动中，不小心碰伤了身体，有的上点儿药；有的年轻人甚至药都不上，过几天，伤口就愈合了。这是因为人体具有自我修复功能。同样，生物计算机也有这种功能，当它的内部芯片出现故障时，不需要人工修理，能自我修复，所以，生物计算机具有永久性和很高的可靠性。
再者，生物计算机的元件是由有机分子组成的生物化学元件，它们是利用化学反应工作的，所以；只需要很少的能量就可以工作了，因此，不会像电子计算机那样，工作一段时间后，机体会发热，而生物计算机的电路间也没有信号干扰。
1983年，美国公布了研制生物计算机的设想之后，立即激起了发达国家的研制热潮。当前，美国、日本、德国和俄罗斯的科学家正在积极开展生物芯片的开发研究。从1984年开始，日本每年用于研制生物计算机的科研投资为86亿日元。
目前，生物芯片仍处于研制阶段，但在生物元件，特别是在生物传感器的研制方面已取得不少实际成果。这将会促使计算机、电子工程和生物工程这三个学科的专家通力合作，加快研究开发生物芯片。
生物计算机一旦研制成功，可能会在计算机领域内引起一场划时代的革命。
生物计算机是以生物界处理问题的方式为模型的计算机。目前主要有：生物分子或超分子芯片、自动机模型、仿生算法、生物化学反应算法等几种类型。
计算机工业在近几十年内飞速发展，其速度令人瞠目。然而目前晶体管的密度已近当前所用技术的理论极限，晶体管计算机能否继续发展下去；所以，人们在不断寻找新的计算机结构。另一方面，人们在研究人工智能的同时，借鉴生物界的各种处理问题的方式，即所谓生物算法，提出了一些生物计算机的模型，部分模型已经解决了一些经典计算机难以解决的问题。
缺点
生物计算机作为即将完善的新一代计算机，其优点是十分明显的。但它也有自身难以克服的缺点。其中最主要的便是从中提取信息困难。一种生物计算机24小时就完成了人类迄今全部的计算量，但从中提取一个信息却花费了1周。这也是目前生物计算机没有普及的最主要原因。

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3.激光计算机
激光计算机的产生

1990年1月29日，美国电话电报公司贝尔实验室的科学家宣布，贝尔实验室以美籍华裔科学家黄庚珏为首的小组，研制成功了第一代计算机，这种计算机利用激光光束而非电波进行数据计算和资料处理，它的速度比当今最先进的超级电子计算机要快1000多倍，世界计算机科技将发生革命性的突破。
贝尔实验室最早发现了晶体管，它使电子技术进入了一个崭新的阶段，改变了人们的生活。现在，这个公司又把激光计算机与晶体管的发现相媲美。美国霍尔代尔研究中心信息系统研究室主任宁克认为，激光计算机的研制成功是人类技术史上的一件大事，同莱克兄弟制成世界上第一架飞机相比。美国“硅谷”的计算机专家誉它为“新的计算机里程碑”。
第一台激光计算机

这台激光处理机像餐桌面一样大小，不到30厘米厚，同传统的电脑中的电子处理器不同，不再用大量的集成电路和硅片，只是由激光开关、透镜和平镜镜片等一套激光装置组成。光开关或激光计算的工作原理是，当电压升到一定程度，光开关即激光发射器变得透明了，随即从中射出一束激光光波，光波由透镜加以聚集，再经平镜引导、反射到另外的光开关上，实现数据转换。然后原有光波马上减弱，射光停止，一轮光波转换结束，下一轮以同样的原理和程序接着开始。这种作为光学处理器核心的光晶体管，被称为“对称自光电效应”，它的开关速度一秒可高达100万次，科学家预计，将来可能制成运算速度每秒几亿次的激光计算机。
激光计算机的核心部分处理机是用激光产生的光波代替电波进行电脑基本0和1的转换。处理机是计算机的心脏，它接收各种信号或资料，根据程式指令加以处理，然后以新的形式输出。
由于光本身比电能携带更多的信号，而且不易受外界干扰，在传导途中可以同其他光波交叉，但又不会使它处理的数据或资料遭到破坏。同时，各种激光计算机也更容易相互结合，处理互为交叉的各种问题。由此可见，激光计算机的资料处理与再处理能力以及储存量等等，都大大超过传统的电子计算机了。
光计算机的分类和局限性

光计算机有全光学型和光电混合型。上述贝尔实验室的光计算机就采用了混合型结构。相比之下，全光学型计算机可以达到更高的运算速度。研制光计算机，需要开发出可用一条光束控制另一条光束变化的光学“晶体管”。现有的光学“晶体管”庞大而笨拙，若用它们造成台式计算机将有辆汽车那么大。因此，要想短期内使光学计算机实用化还很困难。

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4.光子计算机
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。光的并行、高速，天然地决定了光子计算机的并行处理能力很强，具有超高运算速度。光子计算机还具有与人脑相似的容错性，系统中某一元件损坏或出错时，并不影响最终的计算结果。光子在光介质中传输所造成的信息畸变和失真极小，光传输、转换时能量消耗和散发热量极低，对环境条件的要求比电子计算机低得多。
简要介绍
现有的计算机是由电子来传递和处理信息。电场在导线中传播的速度虽然比我们看到的任何运载工具运动的速度都快，但是，从发展高速率计算机来说，采用电子做输运信息载体还不能满足快的要求，提高计算机运算速度也明显表现出能力有限了。而光子计算机以光子作为传递信息的载体，光互连代替导线互连，以光硬件代替电子硬件，以光运算代替电运算，利用激光来传送信号，并由光导纤维与各种光学元件等构成集成光路，从而进行数据运算、传输和存储。在光子计算机中，不同波长、频率、偏振态及相位的光代表不同的数据，这远胜于电子计算机中通过电子“0”、“1”状态变化进行的二进制运算，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。
1990年初，美国贝尔实验室制成世界上第一台光子计算机。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。光子计算机的基本组成部件是集成光路，要有激光器、透镜和核镜。
由于光子比电子速度快，光子计算机的运行速度可高达一万亿次。它的存贮量是现代计算机的几万倍，还可以对语言、图形和手势进行识别与合成。
目前，许多国家都投入巨资进行光子计算机的研究。随着现代光学与计算机技术、微电子技术相结合，在不久的将来，光子计算机将成为人类普遍的工具。
优势
不用电子，用光子做传递信息的载体，就有可能克服前面谈到的那些限制，制造出性能更优异的计算机。用光子做传递信息的载体有以下几方面的好处：

光子计算机
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、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20×20c㎡的光学系统，能够提供5×10^5条并行传输信息通道；一只质量好的透镜能够提供10^8条信息通道。如果用光波导传输，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。
光子没有静止质量
它既可以在半真空中传播，也可以在介质中传播，传播速度比电子在导线中的传播速度快得多（约1000倍），也就是说，光子携带信息传递的速度比电子快计算机内的芯片之间用光子互连不受电磁干扰影响，互连的密度可以很高。在自由空间进行互连，每平方毫米面积上的连接线数目可以达到5万条，如果用光波导方式互连，可以有万条。所以，用光子做信息处理载体，会制造出运算速度极高的计算机，理论上可以达到每秒1000亿次，信息存储量达到10^18位。这种计算机称为光子计算机。
超高速的运算速度
光子计算机并行处理能力强，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3×10^5km/s，对于电子计算机来说，电子是信息的载体，它只能通过一些相互绝缘的导线来传导，即使在最佳的情况下，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，但它的能力极限还是有限的；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强，散发的热量也在逐渐增加，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，对使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理想的光辐射源——激光器，光子的传导是可以不需要导线的，而且即使在相交的情况下，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，其密度实际上是无限的，一枚五分硬币大小的枚镜，它的信息通过能力竟是全世界现有电话电缆通道的许多倍。
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，只需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，大大减少了机器散发的热量，而且为光子计算机的微型化和便携化研制，提供了便利的条件。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。

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5.量子计算机
20世纪60年代至70年代，人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。研究发现，能耗来源于计算过程中的不可逆操作。那么，是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢？问题的答案是：所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机，而且不影响运算能力。既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作，那么在量子力学中，它就可以用一个幺正变换来表示。早期量子计算机，实际上是用量子力学语言描述的经典计算机，并没有用到量子力学的本质特性，如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。这些特殊的量子态，不仅提供了量子并行计算的可能，而且还将带来许多奇妙的性质。与经典计算机不同，量子计算机可以做任意的幺正变换，在得到输出态后，进行测量得出计算结果。因此，量子计算对经典计算作了极大的扩充，在数学形式上，经典计算可看作是一类特殊的量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换，所有这些变换同时完成，并按一定的概率幅叠加起来，给出结果，这种计算称作量子并行计算。除了进行并行计算外，量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统，这项工作是经典计算机无法胜任的。无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。遗憾的是，在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统，它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性的衰减，即消相干。因此，要使量子计算成为现实，一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的方法。主要的几种量子编码方案是：量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比，是目前研究的最多的一类编码，其优点为适用范围广，缺点是效率不高。

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6.机械计算机----现代计算机的老祖宗
现今世界已进入到计算机时代，电子计算机更新换代日新月异，从386到奔腾到双核，从台式机到笔记本到掌上电脑目不暇接。但是，这些未曾见过的机械计算机图片，它们是工业革命的产物，比古老的算盘已跨出了很大的一步，比计算尺也有了革命性的改进！科技无止境，有质的改变才能有大的飞跃，这是科技步步循进中的规律。
1642年，法国哲学家和数学家帕斯卡（Blaise Pascal）发明了世界上第一台加减法计算机。它是利用齿轮传动原理制成的机械式计算机，通过手摇方式操作运算。他称“这种算术机器所进行的工作，比动物的行为更接近人类的思维”。这一思想对以后计算机的发展产生了重大的影响。1671年，著名的德国数学家莱布尼兹（G.W.Leibnitz）制成了第一台能够进行加、减、乘、除四则运算的机械式计算机。最后，机械式l计算机发展成为不久前还能见到的手摇或电动的台式计算机。1833年，英国科学家巴贝奇（Charles Babbage）提出了制造自动化计算机的设想，他所设计的分析机，引进了程序控制的概念。尽管由于当时技术上和工艺上的局限性，这种机器未能完成制造，但它的设计思想，可以说是现代计算机的雏型。
20世纪初期。随着机电工业的发展，出现了一些具有控制功能的电器元件，并逐渐为计算工具所采用。1925年，美国麻省理工学院由布什（Vannever Bush）领导的一个小组制造了第一台机械模拟式计算机。1942年，又制成了采用继电器、速度更快的模拟式计算机。1944年，艾肯（HowardAiken）在美国国际商用机器公司（IBM）的赞助下领导研制成功了世界上第一台数字式自动计算机Mark I，实现了当年巴贝奇的设想。这台机器使用了三千多个继电器，故有继电器计算机之称。

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6.DNA计算机
DNA计算机是一种生物形式的计算机。它是利用DNA（脱氧核糖核酸）建立的一种完整的信息技术形式，以编码的DNA序列（通常意义上计算机内存）为运算对象，通过分子生物学的运算操作以解决复杂的数学难题


DNA计算机
与传统的电子计算机相比，DNA计算机有着很多优点，比如：
1）体积小。其体积之小，可同时容纳1万亿个此类计算机于一支试管中。
2）存贮量大。1立方米的DNA溶液，可以存贮1万亿亿的二进制数据。1立方厘米空间的DNA可储存的资料量超过1兆片CD容量。
3）运算快。其运算速度可以达到每秒10亿次，十几个小时的DNA计算，相当于所有电脑问世以来的总运算量。
4）耗能低。DNA计算机的能耗非常低，仅相当于普通电脑的10亿分之一。如果放置在活体细胞内，能耗还会更低。
5）并行性。普通电脑采用的都是以顺序执行指令的方式运算，由于DNA独特的数据结构，数以亿计的DNA计算机可以同时从不同角度处理一个问题，工作一次可以进行10亿次运算，即并行的方式工作，大大提高了效率。
此外，DNA计算机能够使科学观察与化学反应同步，节省大笔的科研经费。

基本原理

机器计算的历史可以追溯到1641年，当年18岁的法国数学家帕斯卡尔成功地制造了一台齿轮传动的八位加法计算机。这使人类计算方式、计算技术进入了一个新的阶段。后经过人们数百年的艰辛努力，终于在1945年成功地研制出了世界上第一台电子计算机。从此，人类进入了一个全新的计算技术时代。
从最早的帕斯卡尔齿轮机到今天最先进的电子计算机，其计算方式都是一种物理性质的符号变换，具体是由“加”和“减”这种基本动作构成的。然而，目前的DNA计算则有了本质性的变化。计算不再是一种物理性质的符号变换，而是一种化学性质的符号变换，即不再是物理性质的“加”、“减”操作而是化学性质的切割和粘贴、插入和删除。这种计算方式的变革是前所未有的。具有划时代的意义。
我们知道，DNA分子是一条双螺旋的长链，上面布满了“珍珠”即核苷酸，其上拥有四种碱基，分别为：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。DNA分子通过这些核苷酸的不同排列，能够表达出生物体各种细胞拥有的大量信息。数学家、生物学家、化学家以及计算机专家从中得到启迪。他们利用DNA能够编码信息的特点，先合成具有特定序列的DNA分子，使它们代表要求解的问题，然后通过生物酶的作用（相当于加减乘除运算），使他们相互反应，形成各种组合，最后过滤掉非正确的组合而得到的编码分子序列就是正确答案。

野鹤007

7.分子计算机

分子计算机就是尝试利用分子计算的能力进行信息的处理。分子计算机的运行靠的是分子晶体可以吸收以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。凭借着分子纳米级的尺寸，分子计算机的体积将剧减。此外，分子计算机耗电可大大减少并能更长期地存储大量数据。
分子计算机就是尝试利用分子计算的能力进行信息的处理。分子计算机的运行靠的是分子晶体可以吸收以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。凭借着分子纳米级的尺寸，分子计算机的体积将剧减。此外，分子计算机耗电可大大减少并能更长期地存储大量数据。

野鹤007

看帖不回帖的小弟弟会瞬间凹进去用望远镜都看不到

破ID

我只是路过打酱油的。

xiawb

野鹤007 发表于 2014-8-18 22:22
看帖不回帖的小弟弟会瞬间凹进去用望远镜都看不到

不得不回帖了

野鹤007

xiawb 发表于 2014-8-19 11:55
不得不回帖了

Roc_Lu

支持楼主一个吧，给我来个DNA计算机

so。

楼主加油，鱼C加油！我们都看好你哦！

最爱造梦

我是VIP，我骄傲！

tqinglei2014

激动人心，无法言表！

兰陵啸天

好激动，我期待长生不死:lol::lol::lol::lol:

漫珠沙华

厉害哇！

小人

好邪恶的 诅咒    
超导或许有办法实现 ,就是时间的问题, 社会进步辣么快