浅谈计算机科学技术的发展历程

李伟

【摘 要】随着信息高速路的日益发展，计算机科学技术也在不断的更新换代中发展壮大。本文主要就计算机科学技术的历史发展与快速发展的原因，计算机科学技术的发展现状，以及计算机在未来社会中的发展方向进行了探讨。

【关键词】计算机；科学技术；发展；历程

计算机的发明与应用，标志着人类社会一个新的里程碑。计算机的发明与应用将人类社会带入了以信息科技为主导的第三次科技革命，并使人类步入了“知识经济时代”。计算机科学技术在将人类生活日益信息化的更新改进中，也实现了其自身逐渐向多元化的转变。

1.计算机科学发展历史与快速发展原因

1.1计算机科学的发展历史

图灵在1936年发表了题为“论可计算及其在判定问题中的应用”的论文，从此开启了计算机科学技术的新纪元。1946年至1969年是计算机使用电子管的阶段，国际首台通用电子数字计算机——埃尼阿克在1946年诞生，这个时期的计算机体积较大较重，花费成本大，运行并不快，它主要提供科学计算服务。 1959年到1964年是计算机晶体管阶段，在发展计算机科学计算的基础上，出现了中、小型计算机，开始大量生产低成本廉小型数据处理计算机。从1964年起，随着集成电路的不断发展，计算机步入了产品系列化阶段，应用范围越来越大。从1990以来，计算机科学技术日益微型化、智能化，它在社会发展中的作用越来越大。计算机科学技术以其超强的生命力和不可替代性，在社会发展中不断更新换代，发展前景一片大好。

1.2促进计算机科学技术快速发展的因素

社会需求的驱动。二战时期对信息的紧迫需求，大大的促进了计算机科学技术的发展，并将计算机科学技术应用于军事领域。后来，计算机因为其强大的运算能力，从研究所和政府部门转向民间，被发展为广泛的民用，并且被广泛应用于尖端科学领域，随着各行业对计算机高性能和大容量的需求，带动了计算机科学技术的进一步发展。

1.3芯片制作、软件开发

计算机芯片和软件的不断开发，使得计算机辅助设计得到了很大的发展，它们的运用加速了计算机的研发，使得计算机科学创新技术日益加快。

1.4共享信息促进了计算机的发展

信息共享使得计算机科学技术日益大众化，大大促进了科学技术的进步，在最新信息的平台基础上进行计算机的创新，缩短了研发周期。

1.5选择机制促进了计算机的发展

在选择机制下，认识的提高会带动选择判据的提升。计算机在人们的日常应用中被广泛接纳，得以在一次次的历史抉择中占据绝对的优势，所以，人们会想方设法的解决好计算机技术发展过程中出现的问题和障碍。选择机制为计算机技术的发展提供了绝好的契机，促进了计算机科学技术的快速发展。

2.计算机技术的发展现状

2.1微处理器的发展遇到新问题

正如我们所了解到的，开发和使用微处理器，使计算机性能得到了大大的提高， 它就如同化学反应中的一剂催化剂，促进了计算机技术发展更新。而改善微处理器性能的关键在于能否进一步减小芯片内晶体管的尺寸和宽度，这需要曝光光源的波长更短，从而将晶体管做得更小。但是UV（紫外线）已经无法使晶体管更小化，短时间内微处理器性能无法实现很大提升。这就在一定程度上阻碍了微处理器的发展。

2.2纳米电子技术崭露头角

一直以来，电子元件都是计算机技术发展的一大推动力，在计算机技术的发展历程中发挥了重要作用。然而，近年来，随着信息技术的迅猛发展，计算机技术微型化、智能化、超高速化的倾向越来越明显，与此同时，电子元件技术却没有获得同样的发展，目前来看已很难适应计算机技术进一步的发展需求，如同一双大小不合且过了时的鞋子，已无法跟上计算机的前进步伐。此时，纳米电子技术的出现，无疑成了摆脱这种僵局的一个突破口。纳米电子技术，凭借自身的优势和特点，很好地解决了计算机集成度和处理速度的双重限制，为计算机的发展前景提供了无限可能。

3.计算机科学技术未来发展趋势

计算机技术的发展史是一段光辉的历程，随着科学技术的日渐发展，计算机必定会迎来更好的春天，计算机在以后的发展中必将朝着高速化、智能化、多元化的方向发展，更好的与人类生活的紧密联系。

3.1纳米技术

纳米技术跟传统的电子元件相比，优势明显，不仅能冲破计算机集成度和处理速度的两度限制，而且将在未来的发展道路上越走越好。随着纳米技术的发展和普及，一方面，量子计算机的储存容量和运算速度均得到了显著的增强，另一方面，生物计算机在集成度、存储容量等方面具有极大的优势，处理速度更相当于普通电子计算机的几百倍。

当前所使用的计算机硅芯片物理极限已经无法再突破，无论是在体积方面还是耗电量上都无法再少了，也无法再提高通电和断电的频率。有专家预言要解决此问题必须采用纳米晶体管制作“纳米计算机”。据估计，纳米计算机的运算速度将会是现在的硅芯片计算机的 1.5万倍，但其所耗能量却少很多。纳米技术是从20世纪80年代初才迅速发展起来的新的前沿科研领域，最终的目的是人类按照自己的意志直接操纵单个原子，制造出具有特定功能的产品出来。

3.2 3D异类器件集成

两股不同的力量正推动着 3D阵列中集成半导体器件向不同方向发展。

一种方向是在公共平台上集成不同技术来提供最佳信息处理解决方案的需要。显而易见，微缩的CMOS之外的新兴技术通过混合搭配应用需要适应特定的技术，在性能上具有很大的改进潜力。不同技术的组合需要功能不同技术的3D集成，这些技术下至微处理器、ASIC和DRAM，上到RF、模拟、光学和MEMS。这类不同的技术包括将分子、塑料和快速单磁通（single—flux）量子超导体以及其他新兴技术直接3D集成到硅的平台上。

另一个重要驱动力是减少全局互联的延时，更好的提高系统性能。在同等条件下，器件的3D集成比平面排列的晶体管互联延时更少。因为3D集成的表面比平面电路低，必须解决3D集成的散热问题。3D集成中内存与处理器的集成前景广阔。

3.3量子胞自动开关

在量子胞自动开关（QCA）当中，包含了多个量子点规则排列的细胞构成了一种局部互联的架构。用静电互想的感应的作用，来给细胞之间提供联系，而并不是依靠线路。在向细胞内注入一对电子的时候，这一对电子的方向就决定着单元的状态。磁 QCA是另外一个刚刚发展起来的技术，目前电子QCA正处于主导地位，暂时还不能对它的性能来进行评价分析。将这些QCA 组合在一起，可以实现和使用布尔逻辑门电路完全不一样的电路功能。

3.4量子计算机

量子计算机是基于量子效应基础上开发的，它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算。一个量子位可以存储2个数据（0和1可同时存取），同样数量的存储位，量子计算机的存储量比普通计算机要大得多，而且能够实行量子并行计算，其运算速度可能比现有的个人计算机的奔腾3的晶片快将近10亿倍。

3.5生物计算机与光子计算机

生物计算机的运算就是实现周围物理化学介质与蛋白质分子的相互作用的过程。由酶来充当计算机的转换开关，而程序则表示在酶合成系统本身和蛋白质的结构。20世纪90年代，相关学者发现脱氧核糖核酸 DNA在不同状态下代表不同信息。DNA分子中的遗传密码就相当于存储的数据，DNA分子间再通过生化反应，从一种基因代玛转变成另外一种基因的代码。反应前的基因代码相当于输入的数据，反应后的基因代码则相当于输出的数据。如果能控制这一个反应的过程，那么我们就可以成功的制作DNA计算机了。蛋白质分子彼此之间的距离很近，比硅晶片上电子元件要小得多，生物计算机完成一项运算所需要的时间仅仅可以用微微秒还计算，所以，它要快于人的思维上百万倍。

【参考文献】

[1]陈相吉.未来计算机与计算机技术的发展[J].法制与社会，2007，10.

[2]张瑞.计算机科学与技术的发展趋势探析[J].制造业自动化，2010，8.

[3]曲昕.计算机科学与技术的发展趋势浅谈[J].黑龙江科技信息，2012，28.