管窥计算机科学技术

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1计算机科学技术现状

1.1计算机科学技术在生活中应用广泛

在这个信息化时代，计算机网络作为人们社会生活的重要部分，已经进入千家万户。人们不用出门就可以通过计算机了解国内外新闻、天气预报资讯、股市行情、世界地图、收发电子邮件、检索信息等；不用逛街就可以通过互联网中的购物网站买到喜欢的东西；通过计算机可以与相隔较远的朋友在线聊天、视频聊天等，加强人们之间的交流和沟通，促进友谊；人们可以通过计算机网络订购飞机票、火车票等，节省排队时间；教师可以通过计算机科学技术实现对学生的在线授课，更及时、更方便；动漫工作者可以使用计算机科学技术制作动漫；政府机关也可以通过计算机科学技术建立城市网站，及时了解市民反映的问题，通过计算机与各个行业的工作人员在线交流；很多企业使用计算机来处理大量数据和信息，代替传统的人工处理，提高工作效率。计算机科学技术潜移默化的影响着人们的生产、工作和学习。

1.2计算机科学技术更加智能化和专业化

计算机科学技术的快速发展和广泛应用，推动了集成电路、微电子和半导体晶体管的发展，计算机科学技术更加智能化和专业化。计算机能根据使用对象的不同个体需要进行改装、更新，对于有更高需求的用户可以专门定做计算机，用户可以根据使用环境的不同选择台式计算机、笔记本计算机、掌上电脑和平板电脑等。计算机科学技术在其他特殊领域也能发挥自己的优势，如智能化家用电器和智能手机，家庭式网络分布系统代替了传统的单机操作系统，满足人们的生活需求。

1.3计算机的微处理器和纳米技术

微处理器能提高计算机的使用性能，缩小传统处理器芯片中的晶体管线宽和尺寸。利用光刻技术，波长更短的曝光光源经过掩膜的曝光，将晶体管在硅片上制作的更精巧，将晶体管导线制作的更细小。计算机科学技术的快速发展使计算机运算速度更快，体积更微型，操作更智能，传统的电子元件不能适应计算机的发展。纳米技术是一种用分子射程物质和单个原子的毫微技术，可以研究0.1～100纳米范围内的材料应用和性质。计算机科学技术中利用纳米技术，可以使计算机尺寸变小，解决运算速度和集成度的问题。

2计算机科学技术的未来发展

现如今，计算机科学技术的应用越来越广，人们对计算机科学技术的要求越来越高，促使数学家和计算机学家们不断研究计算机科学技术，使计算机科学技术在各个领域、各个行业发挥更大的作用，满足人们的不同需求。下面从DNA生物计算机、光计算机和量子计算机三方面来探究计算机科学技术的发展前景。

2.1DNA生物计算机DNA生物计算机用生物蛋白质芯片代替传统的半导体硅芯片。1994年，美国科学家阿德勒曼率先提出关于生物计算机的设想。在计算机运算数据时，将生物DNA碱基序列作为信息编码载体，运用分子生物学技术和控制酶，改变DNA碱基序列，从而反映信息，处理数据。这一设想增加了计算机操作方式，改变了传统的、单一的物理操作性质，拓宽了人们对计算机的了解视野。DNA生物计算机元件密度比大脑神经元的密度高100万倍，信息数据的传递速度也比人脑思维快100万倍，生物计算机的蛋白质芯片存储量是传统计算机的10亿倍。2001年，以色列科学家研制出世界上第一台DNA生物计算机，体积较小，仅有一滴水的体积。2013年，英国生物信息研究院的科学家们使用DNA碱基序列对文学家莎士比亚154首作品的音乐文件格式和相关照片进行编制，增加了储存密度，使储存密度达到2.2PB/克（1024TB=1PB），提高了人们对信息储存的认识，这一重大突破使生物计算机的设想有望成为现实。

2.2光信号和光子计算机

光子计算机是一种由光子信号进行信息处理、信息存储、逻辑操作和数字运算的新型计算机。集成光路是光子计算机的基本构成部件，包括核镜、透镜和激光器。光子计算机和传统计算机相比较，有以下几点好处：

(1)光计算机的光子互联芯片集成密度更高。在高密度下，光子可以不受量子效应的影响，在自由空间将光子互联，就能提高芯片的集成密度。

(2)光子没有质量，不受介质干扰，可以在各种介质和真空中传播。

(3)光自身不带电荷，是一种电磁波，可以在自由空间中相互交叉传播，传播时各自不发生干扰。

(4)光子在导线中的传播速度更快，是电子传播速度的1000倍，光计算机的运算速度比传统计算机更快。20世纪50年代末，科学家提出光计算机的设想，即利用光速完成计算机运算和储存等工作。与芯片计算机相比较，光子计算机可以提高计算机运行速度。1896年，戴维•米勒首先研制出光开关，体型较小。1990年，贝尔实验室的光计算机工作计划正式开启。根据元器件的不同，光子计算机可以分为全光学型计算机和光电混合型计算机。全光学型计算机比光电混合型计算机运算速度快，还可以对手势、图形、语言等进行合成和识别。贝尔实验室已经成功研制出光电混合型计算机，采用的是混合型元器件。研发制作全光学型计算机的重要工作就是研制晶体管，这种晶体管与现存的光学“晶体管”不同，它能用一条光线控制另一条光线。现存的光学“晶体管”体积较大较笨拙，满足不了全光学型计算机的研发要求。

2.3量子理论计算机

量子计算机将处于量子状态的原子作为计算机CPU和内存，处于量子状态的原子在同一时间内能处于不同位置，根据这一特性可以提高计算机处理信息的精确度，提高处理数据的运算速度，有利于数据储存。量子计算机处理信息时的基本数据单元是量子比特，取代了传统的“1”和“0”，具有极强的运算能力，运算速度比传统计算机快10亿倍。中国和美国的科学家们在实验室里成功实现了同时对多个量子比特进行操作，为制造量子计算机提供了可能。相信在科学技术的不断发展和世界各国的科学家们共同努力下，量子计算机会成为现实。

3结束语

计算机科学技术是一个具有广阔发展前景的领域。从1946年到现在，计算机科学技术经历了巨大的变革，计算机物理元器件、集成电路、外存储器等都有较大的发展。计算机科学技术具有存储容量大、运算处理能力强、运算速度快、性价比高、计算数据精准、自动化程度高等特点。计算机科学技术已经涉及到社会生活的各个方面，改变了人们传统的生活、工作、学习方式，推动社会的全面发展。随着网络和科技的不断进步，未来计算机科学技术势必会朝着高性能、环保化、功能化的方向发展。

作者：冯昌林 单位：广西钦州商贸学校