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新型計(jì)算機(jī)

發(fā)布時(shí)間: 2012/9/13 17:13:22

分子計(jì)算機(jī)

分子計(jì)算機(jī)體積小、耗電少、運(yùn)算快、存儲(chǔ)量大。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進(jìn)行組織排列。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算過程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)的相互作用過程。轉(zhuǎn)換開關(guān)為酶，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中極其明顯地表示出來(lái)。生物分子組成的計(jì)算機(jī)具備能在生化環(huán)境下，甚至在生物有機(jī)體中運(yùn)行，并能以其它分子形式與外部環(huán)境交換。因此它將在醫(yī)療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發(fā)揮無(wú)法替代的作用。分子芯片體積可比現(xiàn)在的芯片大大減小，而效率大大提高，分子計(jì)算機(jī)完成一項(xiàng)運(yùn)算，所需的時(shí)間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬(wàn)倍。分子計(jì)算機(jī)具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液可存儲(chǔ)1萬(wàn)億億的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。分子計(jì)算機(jī)消耗的能量非常小，只有電子計(jì)算機(jī)的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子，所以分子計(jì)算機(jī)既有自我修復(fù)的功能，又可直接與分子活體相聯(lián)。

量子計(jì)算機(jī)

據(jù)美國(guó)IBM公司科學(xué)家伊薩克、張介紹，量子計(jì)算機(jī)是利用原子所具有的量子特性進(jìn)行信息處理的一種全新概念的計(jì)算機(jī)。量子理論認(rèn)為，非相互作用下，原子在任一時(shí)刻都處于兩種狀態(tài)，稱之為量子超態(tài)。原子會(huì)旋轉(zhuǎn)，即同時(shí)沿上、下兩個(gè)方向自旋，這正好與電子計(jì)算機(jī)0與1完全吻合。如果把一群原子聚在一起，它們不會(huì)像電子計(jì)算機(jī)那樣進(jìn)行的線性運(yùn)算，而是同時(shí)進(jìn)行所有可能的運(yùn)算，例如量子計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)不是分步進(jìn)行而是同時(shí)完成。只要40個(gè)原子一起計(jì)算，就相當(dāng)于今天一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能。量子計(jì)算機(jī)以處于量子狀態(tài)的原子作為中央處理器和內(nèi)存，其運(yùn)算速度可能比目前的奔騰4芯片快10億倍，就像一枚信息火箭，在一瞬間搜尋整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)，可以輕易破解任何安全密碼，黑客任務(wù)輕而易舉，難怪美國(guó)中央情報(bào)局對(duì)它特別感興趣。

光子計(jì)算機(jī)

1990年初，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制成世界上第一臺(tái)光子計(jì)算機(jī)。

光子計(jì)算機(jī)

光子計(jì)算機(jī)是一種由光信號(hào)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型計(jì)算機(jī)。光子計(jì)算機(jī)的基本組成部件是集成光路，要有激光器、透鏡和核鏡。由于光子比電子速度快，光子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度可高達(dá)一萬(wàn)億次。它的存貯量是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的幾萬(wàn)倍，還可以對(duì)語(yǔ)言、圖形和手勢(shì)進(jìn)行識(shí)別與合成。

目前，許多國(guó)家都投入巨資進(jìn)行光子計(jì)算機(jī)的研究。隨著現(xiàn)代光學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)相結(jié)合，在不久的將來(lái)，光子計(jì)算機(jī)將成為人類普遍的工具。

光子計(jì)算機(jī)與電子計(jì)算機(jī)相比，主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)超高速的運(yùn)算速度。光子計(jì)算機(jī)并行處理能力強(qiáng)，因而具有更高的運(yùn)算速度。電子的傳播速度是593km/s，而光子的傳播速度卻達(dá)3×10^5km/s，對(duì)于電子計(jì)算機(jī)來(lái)說，電子是信息的載體，它只能通過一些相互絕緣的導(dǎo)線來(lái)傳導(dǎo)，即使在最佳的情況下，電子在固體中的運(yùn)行速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如光速，盡管目前的電子計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度不斷提高，但它的能力極限還是有限的；此外，隨著裝配密度的不斷提高，會(huì)使導(dǎo)體之間的電磁作用不斷增強(qiáng)，散發(fā)的熱量也在逐漸增加，從而制約了電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度；而光子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度要比電子計(jì)算機(jī)快得多，對(duì)使用環(huán)境條件的要求也比電子計(jì)算機(jī)低得多。

(2)超大規(guī)模的信息存儲(chǔ)容量。與電子計(jì)算機(jī)相比，光子計(jì)算機(jī)具有超大規(guī)模的信息存儲(chǔ)容量。光子計(jì)算機(jī)具有極為理想的光輻射源——激光器，光子的傳導(dǎo)是可以不需要導(dǎo)線的，而且即使在相交的情況下，它們之間也不會(huì)產(chǎn)生絲毫的相互影響。光子計(jì)算機(jī)無(wú)導(dǎo)線傳遞信息的平行通道，其密度實(shí)際上是無(wú)限的，一枚五分硬幣大小的枚鏡，它的信息通過能力竟是全世界現(xiàn)有電話電纜通道的許多倍。

(3)能量消耗小，散發(fā)熱量低，是一種節(jié)能型產(chǎn)品。光子計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)，只需要同類規(guī)格的電子計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)能量的一小部分，這不僅降低了電能消耗，大大減少了機(jī)器散發(fā)的熱量，而且為光子計(jì)算機(jī)的微型化和便攜化研制，提供了便利的條件。科學(xué)家們正試驗(yàn)將傳統(tǒng)的電子轉(zhuǎn)換器和光子結(jié)合起來(lái)，制造一種“雜交”的計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)既能更快地處理信息，又能克服巨型電子計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)內(nèi)部過熱的難題。

目前，光子計(jì)算機(jī)的許多關(guān)鍵技術(shù)，如光存儲(chǔ)技術(shù)、光互連技術(shù)、光電子集成電路等都已經(jīng)獲得突破，最大幅度地提高光子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力是當(dāng)前科研工作面臨的攻關(guān)課題。光子計(jì)算機(jī)的問世和進(jìn)一步研制、完善，將為人類跨向更加美好的明天，提供無(wú)窮的力量。

納米計(jì)算機(jī)

納米計(jì)算機(jī)是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計(jì)算機(jī)。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍, 質(zhì)地堅(jiān)固,有著極強(qiáng)的導(dǎo)電性, 能代替硅芯片制造計(jì)算機(jī)。“納米”是一個(gè)計(jì)量單位, 一個(gè)納米等于10-9米, 大約是氫原子直徑的10倍。納米技術(shù)是從20世紀(jì)80年代初迅速發(fā)展起來(lái)的新的前沿科研領(lǐng)域，最終目標(biāo)是人類按照自己的意志直接操縱單個(gè)原子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品。現(xiàn)在納米技術(shù)正從微電子機(jī)械系統(tǒng)起步，把傳感器、電動(dòng)機(jī)和各種處理器都放在一個(gè)硅芯片上而構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計(jì)算機(jī)內(nèi)存芯片，其體積只有數(shù)百個(gè)原子大小，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米計(jì)算機(jī)不僅幾乎不需要耗費(fèi)任何能源，而且其性能要比今天的計(jì)算機(jī)強(qiáng)大許多倍。

生物計(jì)算機(jī)

20世紀(jì)80年代以來(lái)，生物工程學(xué)家對(duì)人腦、神經(jīng)元和感受器的研究?jī)A注了很大精力，以期研制出可以模擬人腦思維、低耗、高效的第六代計(jì)算機(jī)——生物計(jì)算機(jī)。用蛋白質(zhì)制造的電腦芯片，存儲(chǔ)量可以達(dá)到普通電腦的10億倍。生物電腦元件的密度比大腦神經(jīng)元的密度高100萬(wàn)倍，傳遞信息的速度也比人腦思維的速度快100萬(wàn)倍。

神經(jīng)計(jì)算機(jī)

其特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)分布式聯(lián)想記憶．并能在一定程度上模擬人和動(dòng)物的學(xué)習(xí)功能。它是一種有知識(shí)、會(huì)學(xué)習(xí)、能推理的計(jì)算機(jī)，具有能理解自然語(yǔ)言、聲音、文字和圖像的能力，并且具有說話的能力，使人機(jī)能夠用自然語(yǔ)言直接對(duì)話，它可以利用已有的和不斷學(xué)習(xí)到的知識(shí)，進(jìn)行思維、聯(lián)想、推理，并得出結(jié)論，能解決復(fù)雜問題，具有匯集、記憶、檢索有關(guān)知識(shí)的能力。

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