计算机技术的发展及未来趋势

周小鹏 长沙市实验中学

计算机技术的发展及未来趋势

周小鹏 长沙市实验中学

基于集成电路的计算机短期内还不会退出历史舞台，新的计算机正在跃跃欲试地加紧研究。目前推出的一种新的超级计算机采用世界上速度最快的微处理器之一，并通过一种创新的水冷系统进行冷却，科学家已经制造出世界上最小的计算机逻辑电路，也就是一个由单分子碳组成的双晶体管元件。这一成果将使未来的电脑芯片变得更小、传输速度更快、耗电量更少。本论文从技术机的发展历史、发展过程的瓶颈、以及未来发展的趋势。

计算机技术 发展历程 计算机瓶颈

计算机是20世纪最先进的科学技术发明之一，对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响，并以强大的生命力飞速发展。它的应用领域从最初的军事科研应用扩展到社会的各个领域，已形成了规模巨大的计算机产业，带动了全球范围的技术进步，由此引发了深刻的社会变革，计算机已遍及一般学校、企事业单位，进入寻常百姓家，成为信息社会中必不可少的工具。

1 计算机技术发展历程

电子管计算机时代(1943—1957年)

20世纪40年代是电子计算机的诞生期。1943年英国推出了一款可编程的计算机，主要用于破译德国的密码，该装置包括了2400个真空电子管，每秒能解译5000个字符。

晶体管计算机时代(1958—1964年)

1947年，贝尔实验室的威廉.肖克利、约翰.巴丁和沃尔特☒布拉顿发明了晶体管，开辟了电子时代新纪元。

集成电路计算机时代(1964--1972年)

1958年美国得克萨斯州的工程师杰克.基尔比发明了集成电路(IC)，多种电子元件被集成到单一的半导体芯片上。

大规模集成电路计算机时代(1972一至今)

1971年11月15 日，霍夫在INTEL公司开发成功第一块微处理器4004，含2300个晶体管，这是一个4位系统，时钟频率108kHz，每秒执行6万条指令。

这标志着大规模集成电路(LSI)时代的开始。

从技术机技术发展历程不难看出，电子管计算机时代的跨度在14年，晶体管计算机时代的跨度为6年，集成电路计算机时代的跨度6年，而大规模集成电路计算机时代已经经历了45年，大规模集成电路的发展推动半导体芯片的集成度更高，每块芯片可容纳数万乃至数百万个晶体管，并且可以把运算器和控制器都集中在一个芯片上、从而出现了微处理器，并且可以用微处理器和大规模、超大规模集成电路组装成微型计算机，这才能让计算机普及到我们生活。当代计算机的革新所面临的问题，所遇到的瓶颈，也是需要研究和深思。

2 计算机技术的发展瓶颈

（1）CPU运行速速与载体之间的传输媒介之间的瓶颈。

CPU和主板之间传输材质,新型材料的引入、主板之间的合理的布局，元器件的优化等方式解决。

（2）随机存储器RAM存储速度和CPU运行速度的瓶颈。

虽然半导体设计制造工艺越来越先进，单个芯片内部能集成的存贮单元越来越多，但是RAM的绝对存取速度并没有明显地提高。目前大部分计算机通过采用静态RAM代替动态RAM以提高速度。相比动态RAM而言静态RAM的集成度低,对于同样的存储容量占用的空间大,但它不像动态RAM芯片需定时刷新。

（3）高速超导、激光、分子、量子的引入将革新计算速度和存储方式。

（4）采用多CPU以提高整机的运行速度。

多CPU系统某一时刻虽然都在运行,但它们完成的是各自独立的操作。而并行机中的各CPU交互并行地协同工作,即在同一时刻应完成相同的操作，多处理器计算机虽然使整机运行速度大为提高,但与并行机不属于同一概念。

（5）生物计算机主要是以生物电子元件构建的计算机。它利用蛋白质有开关特性，用蛋白质分子作元件从而制成的生物芯片。生物电子原件的引入将使运算速度大大超过人脑的思维速度。

(6)液冷、存储制冷、高效能电源、高效能散热也是提升CPU运行速度的因素。

(7)外部负载情况动态调整系统状态、实施部分节点或部件的休眠；根据各进程能耗的不同对CPU任务队列进行调整，如将一些产生较多热量的任务从温度较高的CPU上迁移到温度较低的CPU上从而实现能耗的均衡。

3 计算机技术发展未来趋势

（1）巨型化。为满足国防、气象、地质等领域的尖端需要，计算机的性能将会逐步提高，不断出现速度更快、精度更高、容量更大的巨型计算机。

（2）微型化。随着集成电路技术及存储技术的发展，计算机元器件的体积可以变得越来越小，目前已出现了具有文件存储和联网功能的“掌上电脑”。

（3）网络化。网络化可以满足人们信息共享的需要，使地球真正变成一个村落。目前，32位的网络地址资源很快即将耗尽，人们正在开发128位地址的“下一代互联网”。在不久的将来，不仅可以实现计算机之间的联网，还会实现计算机与家庭轿车、家用冰箱、电视、楼宇门窗等生活设施的联网。

（4）智能化。尽管智能化技术目前还不成熟，但这是计算机技术发展的必然趋势。一些发达国家正在开发研制以智能化为特征的第五代计算机，随着人脑秘密的破解，第五代计算机将会发生一个质的飞跃。

（5）多媒体技术。多媒体技术目前已经有了较广泛的应用，但仍是一个研究热点。未来计算机的发展将会更便捷地处理各类媒体信息，以满足人们信息共享的需要。

（6）并行处理计算机。冯.诺依曼结构体系结构的“程序存储和控制”是一种串行机制，已成为进一步提高计算机性能的制约因素，采用并行处理结构可大大提高计算机性能。“DNA计算机”“光子计算机”和“神经元计算机”都属于研制中的并行处理计算机。

4 结语

随着经济政治制度的不断发展，相应推动计算机的发展，计算机技术给社会带来了巨大的变革，给人们的生活、工作、学习带来了极大的便利。虽然计算机技术已经相当成熟，但是它仍具有很大的发展空间。

[1]杨剑编.数字边疆的权力与财富[M].上海：上海人民出版社，2012：16.

[2]魏权利.微型计算机技术的发展与瓶颈[J].青岛科技大学学报，2000：2.

[3]崔发周.计算机应用基础教程[M].天津：天津科学技术出版社 ,2008：2.

周小鹏，姓别：男，民族：汉族，籍贯：湖南省株洲市，单位：长沙市实验中学，职称：学生，学历：高中，研究方向：专业经济学方面。