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計算科學(xué)發(fā)展范文第1篇

關(guān)鍵詞：科學(xué)發(fā)展模式；計算機(jī)科學(xué)；改革

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 14-0000-01

To See the Development of Computer Science from Scientific Development Mode

Zhang Baoyu1,Yu Gan2

(1.School of Computer Science&Engineering,Anhui University of Science&Technology,Huainan232001,China;2.Fuyang Normal College,Information Engineering College,Fuyang236041,China)

Abstract:The development mode is a scientific philosophy of science one of the core issues of concern.This paper describes Kuhn's classic theory of scientific development model based on the path of development of computer science for a detailed analysis,description,and the continued development of computer science is given to the necessity of reform,reform of computer science is given a few suggestions.

Keywords:Scientific development mode;Computer Science;Reform

本文主要介紹庫恩的科學(xué)發(fā)展模式：前科學(xué)常規(guī)科學(xué)反常和危機(jī)科學(xué)革命新的常規(guī)科學(xué)，庫恩的模式是以“范式”的變革為核心的。庫恩的科學(xué)發(fā)展模式中，科學(xué)是在周期式的循環(huán)中發(fā)展，通過科學(xué)革命，從一個常規(guī)科學(xué)過渡到另一個常規(guī)科學(xué)。既有常規(guī)科學(xué)時期的一般知識累積的過程，又有科學(xué)革命時期的范式新舊更替的過程。

一、前科學(xué)階段。所謂前科學(xué)，就是尚未形成該學(xué)科“范式”的原始科學(xué)階段。在計算機(jī)科學(xué)形成具體的理論科學(xué)之前，計算機(jī)科學(xué)當(dāng)屬于前科學(xué)階段。在這一階段中，機(jī)械計算機(jī)拓荒的時代，那些所謂的“計算機(jī)”都是基于機(jī)械運(yùn)行方式，盡管有個別產(chǎn)品開始引入一些電學(xué)內(nèi)容，卻都是從屬與機(jī)械的，還沒有進(jìn)入計算機(jī)的靈活：邏輯運(yùn)算領(lǐng)域。

二、常規(guī)科學(xué)階段。科學(xué)家們經(jīng)過長期的研究和爭論，形成了公認(rèn)的“范式”，并依靠共同信仰的范式把大家統(tǒng)一為一個科學(xué)共同體。可以說，這一范式的形成，是前人不斷摸索，不斷進(jìn)行理論研究，后人在前人的理論基礎(chǔ)上，將理論與實(shí)踐相結(jié)合的偉大成果。在此之后計算機(jī)科學(xué)已經(jīng)形成了一套完整的理論體系，為后人繼續(xù)對計算機(jī)進(jìn)行科學(xué)研究提供指明了方向。也使得計算機(jī)科學(xué)傲然屹立于自然科學(xué)領(lǐng)域之中。為人們的生產(chǎn)，生活提供不可思意的幫助。

三、反常階段。科學(xué)探索中新事物是層出不窮的，當(dāng)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了范式預(yù)期之外的新事物、新現(xiàn)象、新發(fā)現(xiàn)，用范式難以解釋，這就是反常現(xiàn)象。反常的出現(xiàn)，推動更多科學(xué)家通過觀察實(shí)驗(yàn)搜集更多的反常去證實(shí)反常。在當(dāng)今社會我們可以清楚的看到，人們的需要不再是單純的學(xué)會使用計算機(jī)，了解什么是計算機(jī)？而是如何使得人們再使用計算機(jī)時舒適，方便，如何使計算機(jī)更好的與其他學(xué)科結(jié)合，解決其他學(xué)科中的難題等等。計算機(jī)的研究者們應(yīng)該將計算機(jī)的相關(guān)理論與其他學(xué)科的特點(diǎn)結(jié)合起來，深入研究。新技術(shù)革命的浪潮對計算機(jī)科學(xué)而言是挑戰(zhàn)，也是機(jī)遇，計算機(jī)科學(xué)工作者應(yīng)抓住機(jī)遇，不要囿于前人的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，應(yīng)大膽提出異議，促進(jìn)計算機(jī)學(xué)理論的更新和革命。

四、危機(jī)階段。當(dāng)反常現(xiàn)象大量出現(xiàn)，并成為常規(guī)科學(xué)無法解決的難題時，人們開始懷疑范式，失去對范式的信任，科學(xué)共同體開始分化，這時才有可能打破舊范式的統(tǒng)治轉(zhuǎn)向接受新范式。由于受舊范式支配的常規(guī)科學(xué)面臨生死存亡的考驗(yàn)，反常勢必導(dǎo)致危機(jī)。隨著反常現(xiàn)象的不斷出現(xiàn)，計算機(jī)的發(fā)展方向成為計算機(jī)工作者最為關(guān)心的問題。計算機(jī)以后究竟向著什么方向發(fā)展，計算機(jī)界還未形成同一的共識。有識之士認(rèn)識到計算機(jī)只有向其他的學(xué)科滲透，與其他的學(xué)科相結(jié)合，才是計算機(jī)發(fā)展的唯一正確的道路，才能跟上時展的步伐。單純的為了發(fā)展計算機(jī)而發(fā)展計算機(jī)已沒有什么有意義的前景。為此，計算機(jī)工作者在危機(jī)面前必須樹立堅(jiān)定的信念，做大量艱巨而細(xì)致的工作，以迎接計算機(jī)科學(xué)革命的到來。

五、科學(xué)革命階段。大規(guī)模，超大規(guī)模計算機(jī)的出現(xiàn)，是計算機(jī)科學(xué)與當(dāng)時最先進(jìn)的自然科學(xué)和社會科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，其所取得的成就對于計算機(jī)的以后發(fā)展起到非常重要的作用。我們今天所處的時代與大規(guī)模，超大規(guī)模計算機(jī)時代雖有不同，但也有很大的相似，我們擁有現(xiàn)代最科學(xué)的哲學(xué)―哲學(xué)的指導(dǎo)，自然科學(xué)飛速發(fā)展，各學(xué)科之間聯(lián)系日益廣泛。特別是近數(shù)十年來，自然科學(xué)在高度分化的基礎(chǔ)上開始轉(zhuǎn)向重新綜合的趨勢。現(xiàn)代系統(tǒng)論、信息論、控制論、協(xié)同學(xué)、耗散結(jié)構(gòu)理論等邊緣學(xué)科、綜合學(xué)科理論的興起，計算機(jī)領(lǐng)域中已由原有的計算機(jī)硬件向計算機(jī)軟件，硬件的轉(zhuǎn)變，同時“人工智能”，“通訊工程”等的出現(xiàn)，都為計算機(jī)科學(xué)革命提供可能和有利條件。

六、新常規(guī)科學(xué)階段。科學(xué)革命以后，科學(xué)即轉(zhuǎn)入新的常規(guī)科學(xué)，進(jìn)入了在新范式指導(dǎo)下的漸進(jìn)式發(fā)展。科學(xué)史就是常規(guī)科學(xué)和科學(xué)革命不斷交替的過程，循環(huán)往復(fù)，永無止境。跟上了時代步伐的新的中醫(yī)理論體系（新范式）會隨著社會科學(xué)和自然科學(xué)的發(fā)展而不斷地向前發(fā)展。這一新的理論是以現(xiàn)代語言描述的，因而容易被世界人民所接受，并因?yàn)槠湔w辯證的特色而廣泛受到歡迎，且使這一學(xué)科本身蘊(yùn)藏著無窮的發(fā)展?jié)摿ΑＰ碌挠嬎銠C(jī)理論體系還會給未來社會科學(xué)和自然科學(xué)以反饋，產(chǎn)生深刻的影響，從而有助于未來社會科學(xué)和自然科學(xué)的發(fā)展。作為以實(shí)踐應(yīng)用為主要研究目標(biāo)的計算機(jī)科學(xué)體系，在發(fā)展的過程中，也會找到與其他學(xué)科越來越多的交叉點(diǎn)和結(jié)合點(diǎn)，在相互取長補(bǔ)短，各自克服缺陷的前提下，經(jīng)過各自一次又一次的科學(xué)革命，最終一定能夠達(dá)到完全融合。

既然計算機(jī)科學(xué)即將面臨一場危機(jī)，我們就要想辦法解決危機(jī)。要解決危機(jī)，必須進(jìn)行革命，拋棄舊范式，建立新范式。要創(chuàng)建新范式，就需要批判精神與創(chuàng)造精神。對計算機(jī)科學(xué)進(jìn)行革命，可從以下幾個方面著手。首先要繼續(xù)深化本學(xué)科的發(fā)展，向高層次，深層次發(fā)展。要對計算機(jī)科學(xué)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的深化發(fā)展。其次，要拓寬本學(xué)科的發(fā)展方向，建立新的發(fā)展方向，如現(xiàn)在新興的人工智能，通訊工程等。最后，要加強(qiáng)同別的學(xué)科的聯(lián)系，將計算機(jī)科學(xué)努力滲透到其他自然科學(xué)領(lǐng)域，才能使得計算機(jī)科學(xué)在自然科學(xué)日新月異的當(dāng)今社會繼續(xù)存在，發(fā)展，強(qiáng)大。

參考文獻(xiàn)：

[1]遠(yuǎn)德玉.科學(xué)技術(shù)發(fā)展簡史[M].沈陽:東北大學(xué)出版社,2000

計算科學(xué)發(fā)展范文第2篇

關(guān)鍵詞：計算科學(xué) 計算工具 DNA計算

1 計算的本質(zhì)

計算的本質(zhì)是什么？應(yīng)該說人類對其已經(jīng)有了一個基本的清晰的認(rèn)識：計算就是依據(jù)一定的法則對有關(guān)符號串的變換過程。一切可計算的函數(shù)都是遞歸函數(shù)。抽象地說，計算的本質(zhì)就是遞歸。它是一種可一步一步進(jìn)行的符號串變換操作。也就是從己知符號( 串) 開始, 一步一步地改變符號( 串) , 經(jīng)過有限步驟, 最后得到一個滿足預(yù)先規(guī)定的符號( 串) 的變換過程。至于這種符號變換的操作方式如何，以及符號的載體或其外在表現(xiàn)形式如何，都不是本質(zhì)性的東西，無不處于一種不斷變革或進(jìn)化的過程之中。它們在本質(zhì)上是等價的、一致的, 即二者是密切關(guān)聯(lián)的, 可以相互轉(zhuǎn)化, 具有共同的計算本質(zhì)。符號可以用一組竹棍表征、用一組算珠表征、用一組字母表征，也可以用齒輪表征、還可以分子表征、電子表征等等。不同表征下的符號變換有著不同的操作方式，甚至同一種表征下的符號變換都可以有不同的操作方式。在此，計算本質(zhì)的統(tǒng)一性與計算方式的多樣性得到了深刻的體現(xiàn)。我們相信，隨著科學(xué)技術(shù)和數(shù)學(xué)的不斷發(fā)展，計算方式的多樣性還會有新的表現(xiàn)。還可能出現(xiàn)新的計算類型。

2 古代的計算方式

人們從開始產(chǎn)生計算之日, 便不斷尋求能方便進(jìn)行和加速計算的工具。因此,計算和計算工具是息息相關(guān)的。

早在公元前5 世紀(jì), 中國人已開始用算籌作為計算工具, 相對于后來的機(jī)器計算方式，這些計算的方式均可歸結(jié)為“手工計算方式”，其特點(diǎn)是用手工操作符號，實(shí)施符號的變換——擺排竹棍或書寫符號。它在公元前3 世紀(jì)得到普遍的采用, 一直沿用了二千年。后來, 人們發(fā)明了算盤, 并在15 世紀(jì)得到普遍采用, 取代了算籌。它是在算籌基礎(chǔ)上發(fā)明的, 比算籌更加方便實(shí)用,從而加快了計算速度。

3 近代計算系統(tǒng)的發(fā)展

近代的科學(xué)發(fā)展促進(jìn)了計算工具的發(fā)展: 在1 6 1 4 年,  當(dāng)年18歲的法國數(shù)學(xué)家帕斯卡爾從機(jī)械時鐘得到啟示——齒輪也能計數(shù)，成功地制作了一臺齒輪傳動的八位加法計算機(jī)。這使人類計算方式、計算技術(shù)進(jìn)入了一個新的階段。1 6 2 0 年, 岡特最先利用對數(shù)計算尺來計算乘除。1 8 5 0 年, 曼南在計算尺上裝上光標(biāo),受到當(dāng)時科學(xué)工作者廣泛采用。1642 年帕斯卡發(fā)明了帕斯卡加法器。1671 年,萊布尼茨發(fā)明了一種能作四則運(yùn)算的手搖計算器。自此以后, 經(jīng)過人們在這方面多年的艱辛努力,出現(xiàn)了各式各樣的手搖計算器,　英國的巴貝奇于1 8 3 4 年, 設(shè)計了一部完全程序控制的分析機(jī),包含了現(xiàn)代計算的基本思想和主要的組成部分了。此后,電動式計算器慢慢取代以人工為動力的計算器。1 9 4 1 年, 德國的楚澤采用了繼電器, 制成了第一部過程控制計算器, 實(shí)現(xiàn)了1 0 0 多年前巴貝奇的理想。

4 電子計算機(jī)

2 0 世紀(jì)初, 電子管的出現(xiàn), 使計算器的改革有了新的發(fā)展,在1 9 4 6 年成功地研制出了世界上第一臺電子計算機(jī)。使人類進(jìn)入了一個全新的時代。這時計算表現(xiàn)為一種物理性質(zhì)的機(jī)械的操作過程。但是，無論是手工計算還是機(jī)器計算，其計算方式——操作的基本動作都是一種物理性質(zhì)的符號變換，具體是由“加”和“減”這種基本動作構(gòu)成的。二者的區(qū)別就在于前者是手工的，后者是自動的

5 “摩爾定律”與“計算的極限”

在電子計算機(jī)和信息技術(shù)高速發(fā)展過程中，芯片的集成度和電子計算機(jī)的計算速度飛速發(fā)展, 而價格卻不斷降低。這種奇跡般的發(fā)展速度被公認(rèn)為“摩爾定律”。然而人類是否可以將電子計算機(jī)的運(yùn)算速度永無止境地提升 傳統(tǒng)計算機(jī)計算能力的提高有沒有極限 對此問題, 學(xué)者們在進(jìn)行嚴(yán)密論證后給出了否定的答案。如果電子計算機(jī)的計算能力無限提高, 最終地球上所有的能量將轉(zhuǎn)換為計算的結(jié)果——造成熵的降低, 這種向低熵方向無限發(fā)展的運(yùn)動被哲學(xué)界認(rèn)為是禁止的, 因此, 傳統(tǒng)電子計算機(jī)的計算能力必有上限。摩爾定律不久將不再適用。

6 DNA計算系統(tǒng)

科學(xué)代表著一個時代最為大膽的猜想。我們相信, 通過追尋“夢想—發(fā)現(xiàn)—解釋—夢想”的不斷循環(huán), 我們可以開拓一個個新領(lǐng)域, 如今出現(xiàn)的DNA計算便有了更大的本質(zhì)性的變化。計算不再是一種物理性質(zhì)的符號變換，而是一種化學(xué)性質(zhì)的符號變換，即不再是物理性質(zhì)的‘“加”、“減”操作，而是化學(xué)性質(zhì)的切割和粘貼、插入和刪除。這種計算方式的變革是前所未有的，具有劃時代的意義。它將徹底改變計算機(jī)硬件的性質(zhì)，改變計算機(jī)基本的運(yùn)作方式，其意義將是極為深遠(yuǎn)的。

DNA計算最初思想的提出可以追溯到1994年11月,美國計算機(jī)科學(xué)家 L．阿德勒曼（L．Adleman）在《科學(xué)》上公布了DNA計算機(jī)的理論，并成功的運(yùn)用DNA計算機(jī)解決了一個有向哈密爾頓路徑問題[1]。這一成果迅速在國際上產(chǎn)生了巨大反響[2]，一些人相信，DNA計算蘊(yùn)含的理念可使計算的方式產(chǎn)生“進(jìn)化”。

理論上DNA計算機(jī)具有現(xiàn)代電子計算機(jī)同樣的計算能力，但它具有的巨大潛力（功能）卻是電子計算機(jī)不可比擬的：DNA計算機(jī)運(yùn)算速度極快，其幾天的運(yùn)算量就相當(dāng)于計算機(jī)問世以來世界上所有計算機(jī)的總運(yùn)算量；它的貯存容量非常大，1立方分米的DNA溶液可以存儲1萬億億位二進(jìn)制的數(shù)據(jù)，超過目前所有計算機(jī)的存儲容量；它的能量消耗只有一臺普通計算機(jī)的十億分之一。如此優(yōu)越的分子計算機(jī)當(dāng)然是激動人心的。然而它離開發(fā)、實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x，尚有許多現(xiàn)實(shí)的技術(shù)性問題需要去解決，如生物操作的困難。盡管DNA計算機(jī)面對著許許多多的質(zhì)疑，但它的提出者阿德勒曼教授依然是極其樂觀的，在他看來，提出DNA計算機(jī)并不就是要與電子計算機(jī)競爭。在計算本質(zhì)上，它同人類有史以來的一切計算都是等價的、一致的。這就是說，DNA計算也是一種遞歸計算。這一結(jié)論有著重要的數(shù)學(xué)意義。它使人們認(rèn)識了DNA計算的本質(zhì)；相信它所蘊(yùn)涵的理念可以使計算的方式發(fā)生進(jìn)化。

7 總結(jié)

人類的計算工具, 從木棍、石頭到算盤, 經(jīng)過電子管計算機(jī), 晶體管計算機(jī), 到現(xiàn)在的電子計算機(jī), 再到DNA計算。

我們發(fā)展計算工具在不斷進(jìn)化、不斷加強(qiáng)。而DNA計算系統(tǒng)的產(chǎn)生, 將會給人類整體帶來更加強(qiáng)大的科研能力和思考能力,更加深刻的揭 示計算的本質(zhì)。也許許多困擾人類的問題, 將會隨著DNA計算機(jī)工具的發(fā)展而得到解決, 并會給人類文明帶來更加深刻的影響。

參考資料

[1] M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputation and Quantum Information[M].Cambridge University Press,2000.

[2]Lila Kari． DNA Computing： Arrival of Biological Mathematics［J］． The Mathematical Intelligencer．1997（2）．   

計算科學(xué)發(fā)展范文第3篇

【關(guān)鍵詞】計算機(jī)；科學(xué)技術(shù)；發(fā)展；歷程

計算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用，標(biāo)志著人類社會一個新的里程碑。計算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用將人類社會帶入了以信息科技為主導(dǎo)的第三次科技革命，并使人類步入了“知識經(jīng)濟(jì)時代”。計算機(jī)科學(xué)技術(shù)在將人類生活日益信息化的更新改進(jìn)中，也實(shí)現(xiàn)了其自身逐漸向多元化的轉(zhuǎn)變。

1.計算機(jī)科學(xué)發(fā)展歷史與快速發(fā)展原因

1.1計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展歷史

圖靈在1936年發(fā)表了題為“論可計算及其在判定問題中的應(yīng)用”的論文，從此開啟了計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元。1946年至1969年是計算機(jī)使用電子管的階段，國際首臺通用電子數(shù)字計算機(jī)――埃尼阿克在1946年誕生，這個時期的計算機(jī)體積較大較重，花費(fèi)成本大，運(yùn)行并不快，它主要提供科學(xué)計算服務(wù)。 1959年到1964年是計算機(jī)晶體管階段，在發(fā)展計算機(jī)科學(xué)計算的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了中、小型計算機(jī)，開始大量生產(chǎn)低成本廉小型數(shù)據(jù)處理計算機(jī)。從1964年起，隨著集成電路的不斷發(fā)展，計算機(jī)步入了產(chǎn)品系列化階段，應(yīng)用范圍越來越大。從1990以來，計算機(jī)科學(xué)技術(shù)日益微型化、智能化，它在社會發(fā)展中的作用越來越大。計算機(jī)科學(xué)技術(shù)以其超強(qiáng)的生命力和不可替代性，在社會發(fā)展中不斷更新?lián)Q代，發(fā)展前景一片大好。

1.2促進(jìn)計算機(jī)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的因素

社會需求的驅(qū)動。二戰(zhàn)時期對信息的緊迫需求，大大的促進(jìn)了計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，并將計算機(jī)科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。后來，計算機(jī)因?yàn)槠鋸?qiáng)大的運(yùn)算能力，從研究所和政府部門轉(zhuǎn)向民間，被發(fā)展為廣泛的民用，并且被廣泛應(yīng)用于尖端科學(xué)領(lǐng)域，隨著各行業(yè)對計算機(jī)高性能和大容量的需求，帶動了計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

1.3芯片制作、軟件開發(fā)

計算機(jī)芯片和軟件的不斷開發(fā)，使得計算機(jī)輔助設(shè)計得到了很大的發(fā)展，它們的運(yùn)用加速了計算機(jī)的研發(fā)，使得計算機(jī)科學(xué)創(chuàng)新技術(shù)日益加快。

1.4共享信息促進(jìn)了計算機(jī)的發(fā)展

信息共享使得計算機(jī)科學(xué)技術(shù)日益大眾化，大大促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在最新信息的平臺基礎(chǔ)上進(jìn)行計算機(jī)的創(chuàng)新，縮短了研發(fā)周期。

1.5選擇機(jī)制促進(jìn)了計算機(jī)的發(fā)展

在選擇機(jī)制下，認(rèn)識的提高會帶動選擇判據(jù)的提升。計算機(jī)在人們的日常應(yīng)用中被廣泛接納，得以在一次次的歷史抉擇中占據(jù)絕對的優(yōu)勢，所以，人們會想方設(shè)法的解決好計算機(jī)技術(shù)發(fā)展過程中出現(xiàn)的問題和障礙。選擇機(jī)制為計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供了絕好的契機(jī)，促進(jìn)了計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展。

2.計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1微處理器的發(fā)展遇到新問題

正如我們所了解到的，開發(fā)和使用微處理器，使計算機(jī)性能得到了大大的提高， 它就如同化學(xué)反應(yīng)中的一劑催化劑，促進(jìn)了計算機(jī)技術(shù)發(fā)展更新。而改善微處理器性能的關(guān)鍵在于能否進(jìn)一步減小芯片內(nèi)晶體管的尺寸和寬度，這需要曝光光源的波長更短，從而將晶體管做得更小。但是UV（紫外線）已經(jīng)無法使晶體管更小化，短時間內(nèi)微處理器性能無法實(shí)現(xiàn)很大提升。這就在一定程度上阻礙了微處理器的發(fā)展。

2.2納米電子技術(shù)嶄露頭角

一直以來，電子元件都是計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的一大推動力，在計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程中發(fā)揮了重要作用。然而，近年來，隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)微型化、智能化、超高速化的傾向越來越明顯，與此同時，電子元件技術(shù)卻沒有獲得同樣的發(fā)展，目前來看已很難適應(yīng)計算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展需求，如同一雙大小不合且過了時的鞋子，已無法跟上計算機(jī)的前進(jìn)步伐。此時，納米電子技術(shù)的出現(xiàn)，無疑成了擺脫這種僵局的一個突破口。納米電子技術(shù)，憑借自身的優(yōu)勢和特點(diǎn)，很好地解決了計算機(jī)集成度和處理速度的雙重限制，為計算機(jī)的發(fā)展前景提供了無限可能。

3.計算機(jī)科學(xué)技術(shù)未來發(fā)展趨勢

計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展史是一段光輝的歷程，隨著科學(xué)技術(shù)的日漸發(fā)展，計算機(jī)必定會迎來更好的春天，計算機(jī)在以后的發(fā)展中必將朝著高速化、智能化、多元化的方向發(fā)展，更好的與人類生活的緊密聯(lián)系。

3.1納米技術(shù)

納米技術(shù)跟傳統(tǒng)的電子元件相比，優(yōu)勢明顯，不僅能沖破計算機(jī)集成度和處理速度的兩度限制，而且將在未來的發(fā)展道路上越走越好。隨著納米技術(shù)的發(fā)展和普及，一方面，量子計算機(jī)的儲存容量和運(yùn)算速度均得到了顯著的增強(qiáng)，另一方面，生物計算機(jī)在集成度、存儲容量等方面具有極大的優(yōu)勢，處理速度更相當(dāng)于普通電子計算機(jī)的幾百倍。

當(dāng)前所使用的計算機(jī)硅芯片物理極限已經(jīng)無法再突破，無論是在體積方面還是耗電量上都無法再少了，也無法再提高通電和斷電的頻率。有專家預(yù)言要解決此問題必須采用納米晶體管制作“納米計算機(jī)”。據(jù)估計，納米計算機(jī)的運(yùn)算速度將會是現(xiàn)在的硅芯片計算機(jī)的 1.5萬倍，但其所耗能量卻少很多。納米技術(shù)是從20世紀(jì)80年代初才迅速發(fā)展起來的新的前沿科研領(lǐng)域，最終的目的是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品出來。

3.2 3D異類器件集成

兩股不同的力量正推動著 3D陣列中集成半導(dǎo)體器件向不同方向發(fā)展。

一種方向是在公共平臺上集成不同技術(shù)來提供最佳信息處理解決方案的需要。顯而易見，微縮的CMOS之外的新興技術(shù)通過混合搭配應(yīng)用需要適應(yīng)特定的技術(shù)，在性能上具有很大的改進(jìn)潛力。不同技術(shù)的組合需要功能不同技術(shù)的3D集成，這些技術(shù)下至微處理器、ASIC和DRAM，上到RF、模擬、光學(xué)和MEMS。這類不同的技術(shù)包括將分子、塑料和快速單磁通（single―flux）量子超導(dǎo)體以及其他新興技術(shù)直接3D集成到硅的平臺上。

另一個重要驅(qū)動力是減少全局互聯(lián)的延時，更好的提高系統(tǒng)性能。在同等條件下，器件的3D集成比平面排列的晶體管互聯(lián)延時更少。因?yàn)?D集成的表面比平面電路低，必須解決3D集成的散熱問題。3D集成中內(nèi)存與處理器的集成前景廣闊。

3.3量子胞自動開關(guān)

在量子胞自動開關(guān)（QCA）當(dāng)中，包含了多個量子點(diǎn)規(guī)則排列的細(xì)胞構(gòu)成了一種局部互聯(lián)的架構(gòu)。用靜電互想的感應(yīng)的作用，來給細(xì)胞之間提供聯(lián)系，而并不是依靠線路。在向細(xì)胞內(nèi)注入一對電子的時候，這一對電子的方向就決定著單元的狀態(tài)。磁 QCA是另外一個剛剛發(fā)展起來的技術(shù)，目前電子QCA正處于主導(dǎo)地位，暫時還不能對它的性能來進(jìn)行評價分析。將這些QCA 組合在一起，可以實(shí)現(xiàn)和使用布爾邏輯門電路完全不一樣的電路功能。

3.4量子計算機(jī)

量子計算機(jī)是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開發(fā)的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動，從而進(jìn)行運(yùn)算。一個量子位可以存儲2個數(shù)據(jù)（0和1可同時存取），同樣數(shù)量的存儲位，量子計算機(jī)的存儲量比普通計算機(jī)要大得多，而且能夠?qū)嵭辛孔硬⑿杏嬎悖溥\(yùn)算速度可能比現(xiàn)有的個人計算機(jī)的奔騰3的晶片快將近10億倍。

3.5生物計算機(jī)與光子計算機(jī)

生物計算機(jī)的運(yùn)算就是實(shí)現(xiàn)周圍物理化學(xué)介質(zhì)與蛋白質(zhì)分子的相互作用的過程。由酶來充當(dāng)計算機(jī)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，而程序則表示在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)90年代，相關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)脫氧核糖核酸 DNA在不同狀態(tài)下代表不同信息。DNA分子中的遺傳密碼就相當(dāng)于存儲的數(shù)據(jù)，DNA分子間再通過生化反應(yīng)，從一種基因代瑪轉(zhuǎn)變成另外一種基因的代碼。反應(yīng)前的基因代碼相當(dāng)于輸入的數(shù)據(jù)，反應(yīng)后的基因代碼則相當(dāng)于輸出的數(shù)據(jù)。如果能控制這一個反應(yīng)的過程，那么我們就可以成功的制作DNA計算機(jī)了。蛋白質(zhì)分子彼此之間的距離很近，比硅晶片上電子元件要小得多，生物計算機(jī)完成一項(xiàng)運(yùn)算所需要的時間僅僅可以用微微秒還計算，所以，它要快于人的思維上百萬倍。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳相吉.未來計算機(jī)與計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展[J].法制與社會，2007，10.

計算科學(xué)發(fā)展范文第4篇

1.計算機(jī)發(fā)展的歷史沿革

1.1在20世紀(jì)40-50年代，此階段被稱為大型主機(jī)階段

（即第一代電子管計算機(jī)）。期間經(jīng)歷了電子管數(shù)字計算機(jī)、晶體管數(shù)字計算機(jī)、集成電路數(shù)字計算機(jī)和大規(guī)模集成電路數(shù)字計算機(jī)的發(fā)展歷程，計算機(jī)技術(shù)逐漸走向成熟。

1.2在20世紀(jì)60-70年代，此階段被稱為小型計算機(jī)階段

其實(shí)就是對大型主機(jī)進(jìn)行的第一次“縮小化”變革，其成本低廉，價格易被接受。而且可以滿足息處理的要求。

1.3微型計算機(jī)階段

是20世紀(jì)70-80年代的主流，也是對大型主機(jī)進(jìn)行的第二次“縮小化”變革。期間，美國蘋果公司推出了appleii計算機(jī)，并此后對它經(jīng)行了若干次的演進(jìn)，最終打開了個人計算機(jī)市場，為個人計算機(jī)的普及奠定了根基。

1.4客戶機(jī)/服務(wù)器階段

其標(biāo)志階段是在1964年，ibm與美國航空公司將2000多個訂票的終端用電話線連接在了一起，建立了全球第一個聯(lián)機(jī)訂票系統(tǒng)，此舉標(biāo)志著計算機(jī)進(jìn)入了客戶機(jī)/服務(wù)器階段。在其網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的核心部分就是服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)就是客戶機(jī)，服務(wù)器不斷給客戶機(jī)提供所需要的網(wǎng)絡(luò)資源。客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是能讓客戶端pc的處理能力得到最大充分發(fā)揮，經(jīng)過客戶端處理過工作后，再提交給服務(wù)器，使得服務(wù)器的壓力能夠得到大幅度降低。

1.5 internet階段，也稱互聯(lián)網(wǎng)階段

互聯(lián)網(wǎng)始于1969年，最初是因?yàn)榧永Ｄ醽喆髮W(xué)洛杉機(jī)分校、史坦福大學(xué)研究學(xué)院、加利福尼亞大學(xué)、猶他州大學(xué)四所大學(xué)在arpa制定的協(xié)定下，將四臺主要的計算機(jī)按照一定的通訊協(xié)議連接起來，此舉標(biāo)志著互聯(lián)網(wǎng)的誕生。至今為止，互聯(lián)網(wǎng)的功能越來越強(qiáng)大，帶寬速度也越來越快。其交互性、即時性、多媒體性、全球性、海量性的特性突顯。互聯(lián)網(wǎng)的意義不應(yīng)低估。它是人類邁向地球村堅(jiān)實(shí)的一步。

1.6從2008年起，云計算時代來臨

云計算（cloud computing）概念逐漸流行起來，它正在成為一個通俗和大眾化的詞語。云計算被視為“革命性的計算模型”，因?yàn)樗沟贸売嬎隳芰νㄟ^互聯(lián)網(wǎng)自由流通成為了可能。企業(yè)與個人用戶無需再投入昂貴的硬件購置成本，只需要通過互聯(lián)網(wǎng)來購買租賃計算力，用戶只用為自己需要的功能付錢，同時消除傳統(tǒng)軟件在硬件，軟件，專業(yè)技能方面的花費(fèi)。云計算讓用戶脫離技術(shù)與部署上的復(fù)雜性而獲得應(yīng)用。云計算囊括了開發(fā)、架構(gòu)、負(fù)載平衡和商業(yè)模式等，是軟件業(yè)的未來模式。它基于web的服務(wù)，以互聯(lián)網(wǎng)為中心。

2.計算機(jī)的未來發(fā)展模式

2.1分子計算機(jī)

分子計算機(jī)體積小、耗電少、運(yùn)算快、存儲量大。分子計算機(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。生物分子組成的計算機(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， 分子計算機(jī)完成一項(xiàng)運(yùn)算，所需的時間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬倍。分子計算機(jī)具有驚人的存貯容量，1立方米的dna溶液可存儲1萬億億的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。分子計算機(jī)消耗的能量非常小，只有電子計算機(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)。

2.2量子計算機(jī)

量子計算機(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算機(jī)。量子理論認(rèn)為，非相互作用下，原子在任一時刻都處于兩種狀態(tài)，稱之為量子超態(tài)。原子會旋轉(zhuǎn)，即同時沿上、下兩個方向自旋，這正好與電子計算機(jī)0與1完全吻合。如果把一群原子聚在一起，它們不會像電子計算機(jī)那樣進(jìn)行的

轉(zhuǎn)貼于

線性運(yùn)算，而是同時進(jìn)行所有可能的運(yùn)算，例如量子計算機(jī)處理數(shù)據(jù)時不是分步進(jìn)行而是同時完成。只要40個原子一起計算，就相當(dāng)于今天一臺超級計算機(jī)的性能。量子計算機(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，在一瞬間搜尋整個互聯(lián)網(wǎng)。

2.3光子計算機(jī)

光子計算機(jī)是一種由光信號進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型計算機(jī)。光子計算機(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，光子計算機(jī)的運(yùn)行速度可高達(dá)一萬億次。它的存貯量是現(xiàn)代計算機(jī)的幾萬倍，還可以對語言、圖形和手勢進(jìn)行識別與合成。

2.4納米計算機(jī)

納米計算機(jī)是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計算機(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算機(jī)。“納米”是一個計量單位, 一個納米等于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、電動機(jī)和各種處理器都放在一個硅芯片上而構(gòu)成一個系統(tǒng)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計算機(jī)內(nèi)存芯片，其體積只有數(shù)百個原子大小，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米計算機(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算機(jī)強(qiáng)大許多倍。

2.5生物計算機(jī)

20世紀(jì)80年代以來，生物工程學(xué)家對人腦、神經(jīng)元和感受器的研究傾注了很大精力，以期研制出可以模擬人腦思維、低耗、高教的第六代計算機(jī)——生物計算機(jī)。用蛋白質(zhì)制造的電腦芯片，存儲量可以達(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100萬倍，傳遞信息的速度也比人腦思維的速度快100萬倍。

2.6神經(jīng)計算機(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物的學(xué)習(xí)功能。它是一種有知識、會學(xué)習(xí)、能推理的計算機(jī)，具有能理解自然語言、聲音、文字和圖像的能力，并且具有說話的能力，使人機(jī)能夠用自然語言直接對話，它可以利用已有的和不斷學(xué)習(xí)到的知識，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)知識的能力。

3.結(jié)語

計算科學(xué)發(fā)展范文第5篇

1專業(yè)化和智能化發(fā)展

計算機(jī)在社會中的應(yīng)用體現(xiàn)出了智能化和專業(yè)化的特點(diǎn)。隨著計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其他科學(xué)技術(shù)不斷的進(jìn)步，計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)融合了集成電路、微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)等，計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)顯得更加智能化和專業(yè)化。計算機(jī)的智能化可以按照人類的思維方式而展開活動，包括信息的提取、儲存和傳送等，可以對用戶提出的問題進(jìn)行分析，從而完成相應(yīng)的活動。計算機(jī)的智能化分析和解決問題的思路是相同的，但是因?yàn)槊媾R的問題不同，其解決方案和相應(yīng)的活動也是不同的，因此，計算機(jī)技術(shù)將不同的解決方案集合起來，可以構(gòu)建成為一個可以為社會所運(yùn)用的信息技術(shù)平臺，這是計算機(jī)智能化的重要體現(xiàn)。隨著計算機(jī)智能化的發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)智能化已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的人工操作，可以有效的提高人們的生活質(zhì)量。

2納米技術(shù)和微處理器

計算機(jī)的重要發(fā)展體現(xiàn)在計算機(jī)的微處理器和納米技術(shù)。隨著計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器的尺寸也在不斷的縮小中，可以有效的縮小計算機(jī)的體積，并且微處理器的發(fā)展能夠有效的提高計算機(jī)的使用性能，現(xiàn)在的計算機(jī)晶體管制作更為小巧精細(xì)，從而有效的促進(jìn)了計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)在的計算機(jī)表現(xiàn)出了諸多的優(yōu)點(diǎn)，例如運(yùn)行速度變得更快，與傳統(tǒng)計算機(jī)相比其運(yùn)行速度呈幾何倍數(shù)增長；計算機(jī)的體積也變得更加微型，比較適合人們的應(yīng)用和攜帶；同時計算機(jī)的操作更加智能化，可以更加有效的讓人們解決問題。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)逐步運(yùn)用在計算機(jī)中，計算機(jī)利用納米技術(shù)，將會使計算機(jī)的尺寸變得更加微型，其運(yùn)算速度將會變得更加迅速，能夠有效的解決人們面臨的各種難題。

3計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展展望

3.1計算機(jī)技術(shù)向著生物計算機(jī)方向發(fā)展

隨著計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新，必然向著生物計算機(jī)的方向發(fā)展。美國的一位博士在二十世紀(jì)九十年代就曾提出生物計算機(jī)的概念，所謂的生物計算機(jī)是指用DNA的序列來做信息編碼的載體，使用分子技術(shù)和控制酶等促使DNA序列發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)計算機(jī)數(shù)據(jù)的運(yùn)算。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，DNA生物計算機(jī)科學(xué)技術(shù)必然會實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)算速度將會遠(yuǎn)大于人腦的思維速度。在2013年，英國科學(xué)家將莎士比亞的作品編入了DNA序列，其儲存密度竟然達(dá)到了2.2PB每克，這一重大發(fā)現(xiàn)給計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶來希望的曙光，生物計算機(jī)的發(fā)展必將成為一種趨勢。

3.2計算機(jī)技術(shù)向著量子計算機(jī)方向發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，量子計算機(jī)也必然成為計算機(jī)的一種發(fā)展趨勢，所謂的量子計算機(jī)是指，將量子狀態(tài)的原子做為計算機(jī)的內(nèi)存和中央處理器，原子具有可以在同一個時間點(diǎn)出現(xiàn)在不同位置的特性，可以有效的提高計算機(jī)的運(yùn)算效率，可以加強(qiáng)計算機(jī)的存儲，可以將現(xiàn)在計算機(jī)中的二進(jìn)制代碼替換，可以極大程度的加快計算機(jī)的運(yùn)算效率。其運(yùn)算速度將比傳統(tǒng)的計算機(jī)快上幾億倍。目前，很多科學(xué)家都實(shí)現(xiàn)了對原子的操作，這為計算機(jī)科學(xué)技術(shù)向著量子化的方向發(fā)展提供了無限的動力，使得計算機(jī)科學(xué)技術(shù)向著量子計算機(jī)發(fā)展成為了可能。

3.3計算機(jī)技術(shù)向著光子計算機(jī)方向發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光子計算機(jī)必將成為計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的一種發(fā)展趨勢，光子計算機(jī)是使用光路來做為計算機(jī)的基本元件，用光子信號進(jìn)行信息處理和存儲可以較大程度的提高計算機(jī)的運(yùn)行效率。與現(xiàn)在的計算機(jī)相比，光子計算機(jī)具有較高的集成密度，不會受到介質(zhì)的干擾，并且將以幾何的倍數(shù)提高計算機(jī)的運(yùn)行效率。目前，科學(xué)家已經(jīng)研制出了光電混合的計算機(jī)，其運(yùn)行速度快，同時可以對圖形等進(jìn)行識別，但是，光電混合計算機(jī)的體積較大，還不適用于推廣和普及，還需要科學(xué)家努力發(fā)展研究，但是光電混合計算機(jī)帶給了我們實(shí)現(xiàn)光子計算機(jī)的可能性。

3.4計算機(jī)技術(shù)向著模糊計算機(jī)方向發(fā)展

現(xiàn)在社會的發(fā)展中，存在著一系列無法界定的概念，例如好和壞，我們無法用語言去對其進(jìn)行劃分，針對這一系列無法界定的概念，科學(xué)家設(shè)計出模糊計算機(jī)，此計算機(jī)可以進(jìn)行思考和判斷，這是未來計算機(jī)發(fā)展的趨勢，雖然科學(xué)家已經(jīng)設(shè)計出了模糊計算機(jī)，但是其功能還有待提高，模糊計算機(jī)的完善發(fā)展，還需要多門學(xué)科的融入，例如社會學(xué)、心理學(xué)和電子學(xué)等，模糊計算機(jī)是計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢，對其進(jìn)行研制，將會對人們的生活產(chǎn)生重大的影響。

4結(jié)語