量子计算机、生物计算机、光子计算机.pdf

《量子计算机、生物计算机、光子计算机.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《量子计算机、生物计算机、光子计算机.pdf（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、浅析法算机的覆展1.现代计算机:发展史：第一代 电子管时代（1942年-1956年）第二代晶体管时代（1955年-1964年）第三代成电路时代（1964年-1970年）第四代大规模和超大规模集成电路时代（1971年-现在）电子计算机一一工作原理：主要以大规模或超大规模集成电路为电子元器件的计算机工作性能：主要取决于他的核心器件一一处 理 器（C P U）的性能性能极限：目前是中国国防科技大学研制的天河二号超级计算机，每秒可以进行33.861 万亿次的浮点运算简介：目前以集成电路为基础的传统计算机已经快要发展到极限。按照目前的速度，计算机发展遵循的“摩尔定律”（每 18个月芯片速度翻一番，价格降

2、低一半）将会失效。从技术的角度看，随着硅片上线路密度的增加，其复杂性和差错率也将呈指数增长，同时也使全面而彻底的芯片测试几乎成为不可能。一旦芯片上线条的宽度达到纳米数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作。目前最先进的集成电路已含有17亿个晶体管。再增加是很困难的，必须想别的出路。2 .未来计算机的发展方向：1.生物计算机：工作原理：以生物芯片取代在半导体硅片上集成数以万计的晶体管制成的计算机。它的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子，并以此作为生物芯片，实现更大规模的高度集成。优点：集成度、功效更高生物计算

3、机的电路以分子为单位，在一平方毫米的面积上，可容纳几亿个电路，相比于传统计算机的半导体硅片制成的芯片，生物芯片能容纳电路的电路数量级提高了不只一个层次。可靠性高,寿命更长具有生物性质的生物计算机能做到自我修复，并且可以编码设置其自我再生和复制的功能，因此有传统计算机所没有的高可靠性和超长使用寿命。耗能少生物计算机的元件是由有机分子组成的生物化学元件，只需很少的能量就能就行所需的化学反应，耗能比传统的消耗电能并不断产生热能的计算机大大减少，并且能量利用率大幅度提高。方便适用生物计算机由于体积下且具有生物特性，可以置于很多传统计算机无法置放的地方，可以随意设置在我们身边的任何事物中，并且可以发挥其

4、生物特性更方便地为生命体服务。性能大幅度提升生物计算机由于其蛋白质分子可以并行工作的原理，可以轻松实现大量的并行运算，28.3g DNA的运行速度超过了现代超级计算机的10万倍且速度提高了 10万倍以上，同时DNA作为储存信息的媒介，其占用空间也大幅缩小，仅占传统计算机的百亿亿分之一。缺 点：提取信息不方便一种生物计算机可以在2 4 小时内完成人类迄今全部的计算量，但提取一个信息却花了一周的时间以遗传物质为基础的生物计算机会受环境的干扰、计算结果难以检测、生物化学反应不是百分之百成功未来的实战运用：可以用于未来战争中,进行各种庞大的数据的处理计算以及模拟。进行人机结合（注：这方面的相关资料较少

5、，可以适当Y Y 一下。比如在人脑中加入了微型生物计算器后，人就获得了相当惊人的计算能力，如果身体机能足够强大（不是群里有人想要强化人吗？），躲子弹，甚至是根据炮弹落点周围的环境来计算冲击力的大小从而选取最佳 躲 藏 地 点（近距离）也不成问题）注：其他的功能就看大家自己的脑洞大小了，也别猛的太离谱，虽然生物计算机非常猛，它的计算速度比人脑快出了很多，但综合能力还是不能取代人脑的。2.量子计算机工 作 原 理：量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。计算法则：半导体靠控制集成电

6、路来记录及运算信息，量子计算机则希望控制原子或小分子的状态，记录和运算信息。主要运用的是量子态的叠加性和相干性。在经典计算机中，基本信息单位为比特，运算对象是各种比特序列。与此类似，在量子计算机中，基本信息单位是量子比特，运算对象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上，而且还可以处于纠缠态上。这些特殊的量子态，不仅提供了量子并行计算的可能，而且还将带来许多奇妙的性质。优 点：大规模、高精度的高速浮点运算的工作。（就两个字，快、准！）（量子计算机应该是最快的）缺 点：恐怖的能耗不怎么长的使用寿命（一般是两年）恐 怖 的 热 量（必须要在接近绝对零度的环境温度下才

7、能正常运行）高 昂 的 造 价（注定不可平民化）未来实战运用：进行生物计算机都难以处理的计算，可以把它Y Y成只要量子位足够高,就可以模拟宇宙的东西.侦 探“死 水”的运动。（实在很难想象出还有什么更难得东西了）3.光子计算机这个就简写吧 直接维基了简介：光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。它由激光器、光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备构成，靠激光束进入反射镜和透镜组成的阵列进行信息处理，以光子代替电子，光运算代替电运算。优点：光子不带电荷它们之间不存在电磁场相互作用在自由空间中几束光平行传播、相互交叉传播，彼此之间不发生干扰，千万条光束可以同时穿

8、越一只光学元件而不会相互影响。一 只 20 x20c nf的光学系统，能够提供5X10”条并行传输信息通道；一只质量好的透镜能够提供10A8条信息通道。如果用光波导传输，光波导也可以相互穿越，只要它们的交叉角大于10左右就不会有明显的交叉耦合。上述的性质又称光信号传输的并行性。超高速的运算速度光子计算机并行处理能力强，因而具有更高的运算速度。电子的传播速度是593km/s,而光子的传播速度却达3x10八 5km/s,对于电子计算机来说，电子是信息的载体，它只能通过一些相互绝缘的导线来传导，即使在最佳的情况下，电子在固体中的运行速度也远远不如光速，尽管目前的电子计算机运算速度不断提高，但它的能力

9、极限还是有限的；此外，随着装配密度的不断提高，会使导体之间的电磁作用不断增强，散发的热量也在逐渐增加，从而制约了电子计算机的运行速度；而光子计算机的运行速度要比电子计算机快得多，对使用环境条件的要求也比电子计算机低得多。超大规模的信息存储容量与电子计算机相比，光子计算机具有超大规模的信息存储容量。光子计算机具有极为理想的光辐射源激光器，光子的传导是可以不需要导线的，而且即使在相交的情况下，它们之间也不会产生丝毫的相互影响。光子计算机无导线传递信息的平行通道，其密度实际上是无限的，一枚五分硬币大小的枚镜，它的信息通过能力竟是全世界现有电话电缆通道的许多倍。能量消耗小，散发热量低是一种节能型产品。

10、光子计算机的驱动，只需要同类规格的电子计算机驱动能量的一小部分，这不仅降低了电能消耗，大大减少了机器散发的热量，而且为光子计算机的微型化和便携化研制，提供了便利的条件。科学家们正试验将传统的电子转换器和光子结合起来,制造一种“杂交”的计算机，这种计算机既能更快地处理信息，又能克服巨型电子计算机运行时内部过热的难题。总结：以上三种计算机都非常高级，量子计算机运行快；生物计算机可以和人脑互通：光子计算机虽然比量子计算机慢，但是由于运行环境要求较低，所以比较实用。目前，能够最快代替现代的电子计算机的就只有光子计算机了。光子计算机保守预计3。年以内便可以取代电子计算机（还有可能更快）生物计算机应该在2 1世纪以内会批量生产，量子计算机随着量子位数的不同难度也成倍增长，虽然现在谷歌已经有量子计算机上市出售了，但是离高量子位的量子计算机还很遥远。未来起码也得来个1 2 8 或者2 5 6 什么的，模拟模拟宇宙吧