量子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)

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1、淺析計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.　現(xiàn)代計(jì)算機(jī)：發(fā)展史：第一代電子管時(shí)代(1942年--1956年)第二代晶體管時(shí)代(1955年--1964年)第三代成電路時(shí)代(1964年--1970年)第四代大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路時(shí)代(1971年--現(xiàn)在)發(fā)展方向——只能夠通過(guò)擴(kuò)大規(guī)模的方式加強(qiáng)性能電子計(jì)算機(jī)——工作原理：主要以大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路為電子元器件的計(jì)算機(jī)工作性能：主要取決于他的核心器件——處理器（ＣＰＵ）的性能現(xiàn)在的處理器基本是由半導(dǎo)體材料——硅做成的性能極限：目前是中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)研制的天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)與普通電子計(jì)算機(jī)工作原理一樣，只是規(guī)模和功能不同，這貨的計(jì)算核心總數(shù)達(dá)

2、3120000（我家４核），每秒可以進(jìn)行33.86千萬(wàn)億次的浮點(diǎn)運(yùn)算簡(jiǎn)介：目前以集成電路為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)已經(jīng)快要發(fā)展到極限。按照目前的速度，計(jì)算機(jī)發(fā)展遵循的“摩爾定律”（每18個(gè)月芯片速度翻一番，價(jià)格降低一半）將會(huì)失效一旦芯片上線條的寬度達(dá)到納米數(shù)量級(jí)時(shí)，相當(dāng)于只有幾個(gè)分子的大小，這種情況下材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作。。從技術(shù)的角度看，隨著硅片上線路密度的增加，其復(fù)雜性和差錯(cuò)率也將呈指數(shù)增長(zhǎng)，同時(shí)也使全面而徹底的芯片測(cè)試幾乎成為不可能。一旦芯片上線條的寬度達(dá)到納米數(shù)量級(jí)時(shí)，相當(dāng)于只有幾個(gè)分子的大小，這種情況下材料的物

3、理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作。目前最先進(jìn)的集成電路已含有17億個(gè)晶體管。再增加是很困難的，必須想別的出路。２．未來(lái)計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向：目前主要分為三種：１．生物計(jì)算機(jī)２．量子計(jì)算機(jī)３．光子計(jì)算機(jī)１．生物計(jì)算機(jī)：工作原理：DNA電腦的工作原理是以瞬間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，通過(guò)和酶的相互作用，將發(fā)生過(guò)程進(jìn)行分子編碼，把二進(jìn)制數(shù)翻譯成遺傳密碼的片段，每一個(gè)片段就是著名的雙螺旋的一個(gè)鏈，然后對(duì)問(wèn)題以新的DNA編碼形式加以解答。以生物芯片取代在半導(dǎo)體硅片上集成數(shù)以萬(wàn)計(jì)的晶體管制成的計(jì)算機(jī)。它的主要原材料是生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子，并以此

4、作為生物芯片，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的高度集成。優(yōu)點(diǎn)：主要是存貯容量和運(yùn)算速度。①集成度、功效更高?生物計(jì)算機(jī)的電路以分子為單位，在一平方毫米的面積上，可容納幾億個(gè)電路，相比于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的半導(dǎo)體硅片制成的芯片，生物芯片能容納電路的電路數(shù)量級(jí)提高了不只一個(gè)層次。?②可靠性高，壽命更長(zhǎng)?　　具有生物性質(zhì)的生物計(jì)算機(jī)能做到自我修復(fù)，并且可以編碼設(shè)置其自我再生和復(fù)制的功能，因此有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所沒(méi)有的高可靠性和超長(zhǎng)使用壽命。?③耗能少?　　生物計(jì)算機(jī)的元件是由有機(jī)分子組成的生物化學(xué)元件，只需很少的能量就能就行所需的化學(xué)反應(yīng)，耗能比傳統(tǒng)的消耗電能并不斷產(chǎn)生熱能的計(jì)算機(jī)大大減少，并且能量利用率

5、大幅度提高。?④方便適用?　　生物計(jì)算機(jī)由于體積下且具有生物特性，可以置于很多傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法置放的地方，可以隨意設(shè)置在我們身邊的任何事物中，并且可以發(fā)揮其生物特性更方便地為生命體服務(wù)。?⑤性能大幅度提升?　　生物計(jì)算機(jī)由于其蛋白質(zhì)分子可以并行工作的原理，可以輕松實(shí)現(xiàn)大量的并行運(yùn)算，28.3g?DNA的運(yùn)行速度超過(guò)了現(xiàn)代超級(jí)計(jì)算機(jī)的10萬(wàn)倍且速度提高了10萬(wàn)倍以上這里指的１０萬(wàn)倍速度指的是超級(jí)計(jì)算機(jī)的速度，不是家用的ＰＣ電腦．．．．．．現(xiàn)在最快超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度大約是一秒鐘可以運(yùn)算１０的１４次方次，生物計(jì)算機(jī)則可以達(dá)到每秒鐘１０的２０次方次，同時(shí)DNA作為儲(chǔ)存信息的媒

6、介，其占用空間也大幅縮小，僅占傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的百億億分之一。?缺點(diǎn)：①提取信息不方便一種生物計(jì)算機(jī)可以在２４小時(shí)內(nèi)完成人類迄今全部的計(jì)算量，但提取一個(gè)信息卻花了一周的時(shí)間②以遺傳物質(zhì)為基礎(chǔ)的生物計(jì)算機(jī)會(huì)受環(huán)境的干擾、計(jì)算結(jié)果難以檢測(cè)、生物化學(xué)反應(yīng)不是百分之百成功未來(lái)的實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用：①可以用于未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中，進(jìn)行各種龐大的數(shù)據(jù)的處理計(jì)算以及模擬。如：感受氣流變化進(jìn)行飛行的技術(shù)；進(jìn)行多星體甚至是星系之間的碰撞計(jì)算；②進(jìn)行人機(jī)結(jié)合生物計(jì)算機(jī)的主要原材料是生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子，生物計(jì)算機(jī)具有生物活性，能夠和人體的組織有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，尤其是能夠與大腦和神經(jīng)系統(tǒng)相連。（注：這方面的相

7、關(guān)資料較少，可以適當(dāng)ＹＹ一下。比如在人腦中加入了微型生物計(jì)算器后，人就獲得了相當(dāng)驚人的計(jì)算能力，如果身體機(jī)能足夠強(qiáng)大（不是群里有人想要強(qiáng)化人嗎？），躲子彈，甚至是根據(jù)炮彈落點(diǎn)周圍的環(huán)境來(lái)計(jì)算沖擊力的大小從而選取最佳躲藏地點(diǎn)（近距離）也不成問(wèn)題）注：其他的功能就看大家自己的腦洞大小了，也別猛的太離譜，雖然生物計(jì)算機(jī)非常猛，它的計(jì)算速度比人腦快出了很多，但綜合能力還是不能取代人腦的。２．量子計(jì)算機(jī)工作原理：量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子