浅谈计算机关键技术和移动技术的发展

摘要:未来的计算机技术将向超高速、超小型、平行处理、智能化的方向发展。超高速计算机将采用平行处理技术,使计算机系统同时执行多条指令或同时对多个数据进行处理,这是改进计算机结构、提高计算机运行速度的关键技术。随着因特网的迅猛发展和广泛应用,移动计算正是为提高工作效率和随时能够交换和处理信息所提出,业已成为产业发展的重要方向。

关键词:计算机技术;关键技术;移动技术;发展趋势

中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)04-0997-02

Key Technologies of Computer and Mobile Technology Development

LI Xue-yan1,2, ZHU Qian2

(1.Wuhan University, Wuhan 430072, China; 2.Wuhan University of Science and Technology City College, Wuhan 430083, China)

Abstract: The future of computer technology will provide ultra-fast, super-small, parallel processing, intelligent direction. Ultra-high-speed computers will use parallel processing technology that enables computer systems execute multiple instructions at the same time, or simultaneously to multiple data processing, which is to improve computer architecture, make the computer speed the key technologies. With the rapid development of Internet and wide applications, mobile computing is to enhance work efficiency and ready to exchange and process information by the proposed industrial development has become an important direction.

Key words: computer technology; key technology; mobile technology; development trend

随着计算机技术的迅猛发展,新型计算机系统不断涌现,硅芯片技术的高速发展同时也意味着硅技术越来越近其物理极限,为此,世界各国的研究人员正在加紧研究开发新型计算机,计算机从体系结构的变革到器件与技术革命都要产生一次量的乃至质的飞跃。新型的量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等将会在21世纪走进我们的生活,遍布各个领域。

1计算机关键技术的发展

1)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。

量子计算机中数据用量子位存储。由于量子叠加效应,一个量子位可以是0或1,也可以既存储0又存储1。因此一个量子位可以存储2个数据,同样数量的存储位,量子计算机的存储量比通常计算机大许多。同时量子计算机能够实行量子并行计算,其运算速度可能比目前个人计算机的PentiumⅢ晶片快10亿倍。目前正在开发中的量子计算机有3种类型:核磁共振(NMR)量子计算机、硅基半导体量子计算机、离子阱量子计算机。预计2030年将普及量子计算机。

2)即全光数字计算机,以光子代替电子,光互连代替导线互连,光硬件代替计算机中的电子硬件,光运算代替电运算。

目前,世界上第一台光计算机已由欧共体的英国、法国、比利时、德国、意大利的70多名科学家研制成功,其运算速度比电子计算机快1000倍。科学家们预计,光计算机的进一步研制将成为21世纪高科技课题之一。

3)生物计算机(分子计算机)的运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。计算机的转换开关由酶来充当,而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。

蛋白质分子比硅晶片上电子元件要小得多,彼此相距甚近,生物计算机完成一项运算,所需的时间仅为10微微秒,比人的思维速度快100万倍。DNA分子计算机具有惊人的存贮容量,1立方米的DNA溶液,可存储1万亿亿的二进制数据。DNA计算机消耗的能量非常小,只有电子计算机的十亿分之一。由于生物芯片的原材料是蛋白质分子,所以生物计算机既有自我修复的功能,又可直接与生物活体相联。预计10～20年后,DNA计算机将进入实用阶段。

4)纳米计算机,“纳米”是一个计量单位,一个纳米等于10-9米,大约是氢原子直径的10倍。纳米技术是从80年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域,最终目标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。

现在纳米技术正从MEMS(微电子机械系统)起步,把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上而构成一个系统。应用纳米技术研制的计算机内存芯片,其体积不过数百个原子大小,相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源,而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。

目前,纳米计算机的成功研制已有一些鼓舞人心的消息,惠普实验室的科研人员已开始应用纳米技术研制芯片,一旦他们的研究获得成功,将为其他缩微计算机元件的研制和生产铺平道路。

2 移动计算技术的发展

今天人们谈到计算机必然地和网络联系起来,一方面孤立的未加入网络的计算机越来越难以见到,另一方面计算机的概念也被网络所扩展。二十世纪九十年代兴起的Internet在过去如火如荼地发展,其影响之广、普及之快是前所未有的。从没有一种技术能像Internet一样,剧烈地改变着我们的学习、生活和习惯方式。全世界几乎所有国家都有计算机网络直接或间接地与Internet相连,使之成为一个全球范围的计算机互联网络。人们可以通过Internet与世界各地的其它用户自由地进行通信,可从Internet中获得各种信息。

随着因特网的迅猛发展和广泛应用、无线移动通信技术的成熟以及计算机处理能力的不断提高,新的业务和应用不断涌现。移动计算正是为提高工作效率和随时能够交换和处理信息所提出,业已成为产业发展的重要方向。

移动计算包括三个要素:通信、计算和移动。这三个方面既相互独立又相互联系。移动计算概念提出之前,人们对它们的研究已经很长时间了,移动计算是第一次把它们结合起来进行研究。它们可以相互转化,例如,通信系统的容量可以通过计算处理(信源压缩,信道编码,缓存,预取)得到提高。

移动性可以给计算和通信带来新的应用,但同时也带来了许多问题。最大的问题就是如何面对无线移动环境带来的挑战。在无线移动环境中,信号要受到各种各样的干扰和衰落的影响,会有多径和移动,给信号带来时域和频域弥散、频带资源受限、较大的传输时延等等问题。这样一个环境下,引出了很多在移动通信网络和计算机网络中未遇到的问题。第一,信道可靠性问题和系统配置问题。有限的无线带宽、恶劣的通信环境使各种应用必须建立在一个不可靠的、可能断开的物理连接上。在移动计算网络环境下,移动终端位置的移动要求系统能够实时进行配置和更新。第二,为了真正实现在移动中进行各种计算,必须要对宽带数据业务进行支持。第三,如何将现有的主要针对话音业务的移动管理技术拓展到宽带数据业务。第四,如何把一些在固定计算网络中的成熟技术移植到移动计算网络中。

面向全球网络化应用的各类新型微机和信息终端产品将成为主要产品。便携计算机、数字基因计算机、移动手机和终端产品,以及各种手持式个人信息终端产品,将把移动计算与数字通信融合为一体,手机将被嵌入高性能芯片和软件,依据标准的无限通信协议(如蓝牙)上网,观看电视、收听广播。在Internet上成长起来的新一代自然不会把汽车仅作为代步工具,汽车将向用户提供上网、办公、家庭娱乐等功能,成为车轮上的信息平台。

3 结束语

畅想未来之时,我们不妨回顾本世纪人们对计算机的认识。计算机技术的发展让人们始料不及,Internet的辉煌令世人惊叹不已。有史以来,从来就没有一种技术能象计算机技术这样日新月异;数千年的人类文明史,唯有今天的Internet深刻地改变着整个世界。信息社会概念新颖的服务意识,获取信息同时又提供信息的互助观念,既是竞争对手又是合作伙伴的业界思想,正所谓水可载舟,也可覆舟,其中的取舍与平衡如何确立,将是未来计算机及其相关科技的发展与应用的重要关键所在。我们在技术上要精益求精,网络运行上不断完善,才能走得更远!

参考文献:

[1] M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputation and Quantum Information[M].Cambridge University Press,2000.

[2] A.M.Turing.On computable numbers,with an application to the Entscheidungsproblem,Proc. Lond,1936(42):230-265.