毕业论文-计算机最新技术发展趋势

2024年10月24日发(作者：)

【摘要】计算机的发展将趋向超高速、超小型、平行处理和智能化，量子、光子、

分子和纳米计算机将具有感知、思考、判断、学习及一定的自然语言能力，使计

算机进入人工智能时代。这种新型计算机将推动新一轮计算技术革命，并带动光

互联网的快速发展，对人类社会的发展产生深远的影响。

【关链词】计算机发展趋势；智能化的超级计算机；新型高性能计算机问世；

XXXXXXXX毕业论文

计算机最新技术发展趋势

计算机的发展将趋向超高速、超小型、并行处理和智能化。自从1944年世

界上第一台电子计算机诞生以来，计算机技术迅猛发展，传统计算机的性能受到

挑战，开始从基本原理上寻找计算机发展的突破口，新型计算机的研发应运而生。

未来量子、光子和分子计算机将具有感知、思考、判断、学习以及一定的自然语

言能力，使计算机进人人工智能时代。这种新型计算机将推动新一轮计算技术革

命，对人类社会的发展产生深远的影响。

一、智能化的超级计算机

超高速计算机采用平行处理技术改进计算机结构，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，进一步提高计算机运行速度。超级计算机通

常是由数百数千甚至更多的处理器(机)组成，能完成普通计算机和服务器不能计

算的大型复杂任务。从超级计算机获得数据分析和模拟成果，能推动各个领域高

精尖项目的研究与开发，为我们的日常生活带来各种各样的好处。最大的超级计

算机接近于复制人类大脑的能力，具备更多的智能成份.方便人们的生活、学习

和工作。世界上最受欢迎的动画片、很多耗巨资拍摄的电影中，使用的特技效果

都是在超级计算机上完成的。日本、美国、以色列、中国和印度首先成为世界上

拥有每秒运算1万亿次的超级计算机的国家，超级计算机已在科技界内引起开发

与创新狂潮。

二、新型高性能计算机问世

硅芯片技术高速发展的同时，也意味看硅技术越来越接近其物理极限。为此，

世界各国的研究人员正在加紧研究开发新型计算机，计算机的体系结构与技术都

将产生一次量与质的飞跃。新型的量子计算机、光子计算机、分子计算机、纳米

计算机、生物计算机等，将会在二十一世纪走进我们的生活，遍布各个领域。

1.量子计算机

量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究，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。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。

量子计算机中的数据用量子位存储。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计算机的PentiumDI晶片快10亿倍。

除具有高速并行处理数据的能力外，量子计算机还将对现有的保密体系、国家安

全意识产生重大的冲击。

无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。世

界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。目前已经提出的方案主

要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、

超导量子干涉等。量子编码采用纠错、避错和防错等。量子计算机使计算的概念

焕然一新。

2.光子计算机

光子计算机是利用光子取代电子进行数据运算、传翰和存储。光子计算机即

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。在光子计算机中，不同波长的光代表不同的数

据，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速地并行处理。光子计算机将使运

算速度在目前基础上呈指数上升。

3.分子计算机

分子计算机体积小、耗电少、运算快、存储量大。分子计算机的运行是吸收

分子晶体上以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。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。转换开关为

酶，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。生物分

子组成的计算机具备能在生化环境下，甚至在生物有机体中运行，并能以其它分

子形式与外部环境交换。因此它将在医疗诊治、遗传追踪和仿生工程中发挥无法

替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自动机模型、仿生

算法、分子化学反应算法等几种类型。分子芯片体积可比现在的芯片大大减小，

而效率大大提高，分子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。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。分子计算机消耗的能量非常小，只有电子计算

机的十亿分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白质分子，所以分子计算机既有自

我修复的功能，又可直接与分子活体相联。美国已研制出分子计算机分子电路的

基础元器件，可在光照几万分之一秒的时间内产生感应电流。以色列科学家已经

研制出一种由 DNA分子和酶分子构成的微型分子计算机。预计20年后，分子计

算机将进人实用阶段。

4.纳米计算机

纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机。纳米管元件尺寸在几到

几十纳米范围，质地坚固，有着极强的导电性，能代替硅芯片制造计算机。“纳

米”是一个计量单位，大约是氢原子直径的10倍。纳米技术是从20世纪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，其体积只有数百个原子大小，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。美国正在研制一种连接纳米管的方法，用这种方法连

接的纳米管可用作芯片元件，发挥电子开关、放大和晶体管的功能。专家预测，

10年后纳米技术将会走出实验室，成为科技应用的一部分。纳米计算机体积小、

造价低、存量大、性能好，将逐渐取代芯片计算机，推动计算机行业的快速发展。

5. 生物计算机

生物计算机也称仿生计算机，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来替代半导体硅片，利用有机化合物存储数据。信息以

波的形式传播，当波沿着蛋白质分子链传播时，会引起蛋白质分子链中单键、双

键结构顺序的变化。运算速度要比当今最新一代计算机快10万倍，它具有很强

的抗电磁干扰能力，并能彻底消除电路间的干扰。能量消耗仅相当于普通计算机

的十亿分之一，且具有巨大的存储能力。生物计算机具有生物体的一些特点，如

能发挥生物本身的调节机能，自动修复芯片上发生的故障，还能模仿人脑的机制

等

三、计算机最新发展多样化

无线化

追求自由一直是人类的梦想，计算机的无线化风潮同样也是人们梦寐以求

的。与现在笔记本讲的“无线你的无限”有所不同的是:未来的计算机将实现网

络和设备间的无线连接，这将意味着未来在家中使用台式机比现在的笔记本还方

便，因为显示器与主机之间也是通过无线来连接的，使用起来有点像现在的

TabletPC。实现这种梦想的技术称为UWB(UltraWideband)技术，它是一种与其它

技术有很大不同的无线通信技术，可以为无线局域网WLAN和个人局域网PAN

的接口卡和接人

技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术，所以INTEL公司称

其为无线USB"，希望能够成为计算机与计算机，或是计算机与消费电子产品(如

数字相机)间高频宽的无线连结。UWB的传输速度在相对较短的距离内(大约是

15英尺)可达400 至50obps之间，目前超级宽带技术已经能够使两个相距30英

尺的设备通过无线方式以100MbPs的速度传播信号。在最近进行的实验中，

xtremespectrum利用其芯片同时向6台电视机传送不同的数字化电视信号。但是

目前只有30 英尺的传输距离，使得UTB技术还无法与802.11等其他技术竞争

家用网络市场。UWB的研发并没有放弃，技术人员正在进行增强UTWB信号的

研究，希望使其有效作用距离能够覆盖家庭。同时UWB将会定义用于各种计算

机装置和部件间的沟通，而不单单应用在计算机的网络上。

专业化

其实并不是每一件工作都需要一部高性能的PC才能完成，有时候采用高性

能的计算机甚至还有可能带来麻烦，因为高性能势必带来高能耗、高发热量等不

良的负面效应。将来的计算机由于从事的工作不同，在性能上、外形上都会有很

大的不同。通用PC将逐渐由专用设备(软硬件—体化的计算机)所代替，以提高

工作效率。目前我们的身边也正在发生这样的变化，比如售卖彩票的终端、商场

里的收银机、银行的终端等等，多是为了提高某一项工作的效率和减少成本，由

通用PC 逐渐演变而来的。也许这样的趋势出现在我们的家庭生活中，专用的“家

庭调控计算机”将成为家中的电器控制中心，为我们控制家中的电灯、冰箱、微

波炉、空调等等，把我们的家变成一个智能的家。

环保化

随着计算机性能的提高，能耗也将越来越大，而且计算机在家庭生活中扮演

的角色越来越重要，运行的时间也将变长。为了不让计算机成为家中用电量最大

的电器，技术人员也研究各种方法让计算机的能耗降低，比如通过上面提到的专

门化的计算机，让计算机的效率大幅提高，从而可以让低性能的硬件系统具备专

业的功能,减少能耗。另外通过采用新的架构,比如采用“量子”、“光子”、“DNA”

方式代替现有的硅架构的计算机，大幅降低计算机的能耗。耗电的第二大户一显

示系统，也将因为LCD、OLED等显示器的普及，而不再成为用电大户。环保型

计算机的另一个特点是，制造计算机的材料方面有很大的变化，重金属和不可回

收材料的比例将会进一步降低，可再生材料大行其道，到了那个时候，PC也像

现在的报纸—样，可以在失去使用价值以后，还能卖钱(有人专门进行回收)。

人性化

作为未来人类的工具和家中的控制中心,计算机需要与使用者进行非常多的

交流，才能更好地为使用者服务。这就要求计算机与人之间的交流要人性化，才

能让使用者真正乐意使用计算机。为了实现这个目标，未来的计算机的交互方式

将会多样化，不但可以通过书写控制，还可以通过语言控制，甚至可以通过眼睛

进行控制。因为智能化的提高，多数工作计算机可以自动选择操作的流程，其过

程无需人们参与，所以软件的界面也越来越简单，使用起来就像现在家用电器或

者手机一样简单，使用者无需再进行专门的学习，就连老人也都能运用自如。智

能化Al的研究已进行了很多年，人工智能是以模糊逻辑为基础，计算机可以主

动分析执行过程中碰到的困难，自动选择最优的解决方案。最成功的智能化应用

是在航天技术方面，随着机遇号和勇气号先后成功登陆火星，不但宣示人类又往

外太空行进了一步，同时宣示人工智能的成功。火星与地球的距离约为5576万

公里，即使是采用无线电进行通信，一个信号来回就需要6.2分钟，根本没有办

法对身处火星的机器人进行实时操控。这就要求机器人本身具备一定的智能，以

应付各种突发事件。随着计算机计算能力的增强，民用化的计算机也开始具备某

种程度的智能化，以帮助处理日常生活中的琐事，甚至出现专门做家务的机器人，

让人们可以腾出更多的时间来学习、娱乐、交际等。电子化宠物也开始大行其道，

因为电子化的宠物饲养更加方便，并可以进行更新换代，更容易与主人进行交流，

甚至可以模拟多种宠物，可以与计算机之间进行通信等等。这些优势将让电子宠

物取代一部分真正的宠物，成为未来人类的新伙伴。

四、结束语

关于计算机未来的发展趋势，不同的人有不同的看法，不同的人也会从不同

的方面去探讨，但无论如何，出发点都是为了能够更好地帮助人学习、工作、计

算、娱乐等等，为了更能方便人的生活，更好地完成更加艰巨复杂的任务，所以，

计算机会基于这些进行不断地改造与创新，当一种技术或基本架构遭遇瓶颈时，

新的技术就会诞生，这就是计算机不断改进和创新的动力。

以上对于计算机的展望并不是全面的，也只是从一些侧面简单谈—谈计算机可能

发展的方向，从第一台计算机诞生的那一天起，计算机就将注定改变人类的历史;

从第一台个人计算机诞生的那一天起，计算机便注定与我们的生活有着密切联

系。在当今社会，计算机已经渗透到社会的每一个角落，未来的计算机将发挥更

大的作用，计算机技术也将带动各行各业的迅猛发展，为共同推动人类社会的进

步做出贡献。

参考文献：

[1]

徐伟，冷静.现代计算机技术的发展方向与趋势

[EB/OL]./kcms/detail/?dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAS

T2019&filename=DZRU201915075&v=0bu%25mmd2B6DDMudSyng5RDQFSTRYaDNQaWGftYRifxerP0

0IJfueskyzGvmp8XvFnykRO.2019.8.14

[2]

申浩男.浅析计算机的发展历史及未来趋势

[EB/OL]./kcms/detail/?dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAS

T2019&filename=DNZS201903109&v=vQlR5l2T%25mmd2BFN4%25mmd2B0jGar2VAYd5tuk1C%25mm

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