導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇量子計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】平面機(jī)構(gòu)；自由度計(jì)算；局部自由度；復(fù)合鉸鏈

計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的目的是判定一個(gè)已有的機(jī)構(gòu)是否正確，確定主動(dòng)件的個(gè)數(shù)在進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，必須通過(guò)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析才能進(jìn)行。如果機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算不正確，那么就無(wú)法進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)分析，所以平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算在機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中占有非常重要的地位。它是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須的步驟，但在實(shí)際計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)，常常存在一些難以確定的問(wèn)題。

1.復(fù)合鉸鏈

復(fù)合鉸鏈?zhǔn)侵竷蓚€(gè)以上的構(gòu)件在同一處組成的轉(zhuǎn)動(dòng)副。講授這部分內(nèi)容時(shí)，老師一般強(qiáng)調(diào)的是兩個(gè)以上構(gòu)件才能形成復(fù)合鉸鏈。導(dǎo)致很多學(xué)生在分析復(fù)合鉸鏈的時(shí)候出現(xiàn)問(wèn)題。復(fù)合鉸鏈一定是多構(gòu)件形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，倘若有兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處形成多個(gè)低副，而轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目小于3的時(shí)候，則不能算作復(fù)合鉸鏈。

移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副都是平面低副，由平面機(jī)構(gòu)的演化過(guò)程可知：移動(dòng)副是由轉(zhuǎn)動(dòng)副演化而來(lái)的，所以移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副的約束數(shù)相等，當(dāng)有多個(gè)構(gòu)件在一點(diǎn)形成多個(gè)低副時(shí)，此時(shí)低副的數(shù)目是多少呢？如圖1所示，機(jī)構(gòu)在C點(diǎn)和E點(diǎn)構(gòu)件各有多少個(gè)運(yùn)動(dòng)低副呢？現(xiàn)在來(lái)具體分析一下，在C點(diǎn)構(gòu)件2和3之間為轉(zhuǎn)動(dòng)副，3和 4之間為轉(zhuǎn)動(dòng)副，3與5之間為轉(zhuǎn)動(dòng)副， 4與8之間為移動(dòng)副，即在C 點(diǎn)共有五個(gè)構(gòu)件2、3、4、5、8，形成了兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，兩個(gè)移動(dòng)副，共 4個(gè)低副，同樣在 E點(diǎn)有 5、6、7、8，四個(gè)構(gòu)件形成了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，兩個(gè)移動(dòng)副，共三個(gè)低副C 點(diǎn)和E點(diǎn)符合復(fù)合鉸鏈的計(jì)算方法，所以我們不妨把復(fù)合鉸鏈的概念推廣到一般的情形。

若由兩個(gè)以上的構(gòu)件同時(shí)在一軸線上（或一點(diǎn)），用轉(zhuǎn)動(dòng)副和（或）移動(dòng)副連接就形成復(fù)合鉸鏈，若復(fù)合鉸鏈由k個(gè)構(gòu)件組成，則連接處形成 k-1 個(gè)低副。如圖 1所示， C 點(diǎn)共有2、3、4、5、8五個(gè)構(gòu)件形成，所以C點(diǎn)有5-1=4個(gè)低副，E點(diǎn)有4-1=3個(gè)低副。這樣，圖 1中：n=7 ，PL=10，F(xiàn)=1。F>0且F等于機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的個(gè)數(shù)，可以斷定該機(jī)構(gòu)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

這樣定義復(fù)合鉸鏈，對(duì)于學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，在計(jì)算自由度時(shí)就更方便、快捷、可以達(dá)到準(zhǔn)確無(wú)誤。

2.局部自由度

如圖2所示的凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪為主動(dòng)件，推桿為從動(dòng)件。凸輪機(jī)構(gòu)的功用是用從動(dòng)件推桿獲得預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，滾子是為減少磨損和摩擦而加入的從動(dòng)件，滾子與從動(dòng)件推桿間形成的自由度不會(huì)影響輸出件的運(yùn)動(dòng)，所以滾子與推桿間的自由度為多余的自由度，即局部自由度。在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)應(yīng)除去，如果不除去，機(jī)構(gòu)的自由度為2。（根據(jù)機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件：機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目等于機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件數(shù)目），所以機(jī)構(gòu)是具有不確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

滾子是局部自由度最常見(jiàn)的形式。但是，是不是說(shuō)我們?cè)谟?jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，一碰見(jiàn)滾子就把它視為局部自由度呢？答案是否定的，我們?cè)谟?jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)具體問(wèn)題具體分析。那么，什么條件下滾子是局部自由度，什么條件下滾子不是局部自由度呢？下面我們具體分析找出其確定條件。

如圖3所示這個(gè)機(jī)構(gòu)我們很熟悉，它是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，它把滑塊用一個(gè)滾子來(lái)代替，把滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦。若把構(gòu)件3視為局部自由度，則構(gòu)件 3與機(jī)架之間為高副：n=2、PL=2、PH=1由公式可知F=3×2-2×2-1=1。根據(jù)機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件，機(jī)構(gòu)主動(dòng)件數(shù)為1個(gè)，好像是正確的，若把構(gòu)件3視為滑塊，則構(gòu)件3與構(gòu)件4間為低副 ：n=3、PL=4，同樣 F=1，機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件也是一個(gè)，兩者的計(jì)算結(jié)果一樣，到底哪一種的計(jì)算更準(zhǔn)確呢？從實(shí)際運(yùn)動(dòng)分析出發(fā)，第二種計(jì)算更準(zhǔn)確因?yàn)檫@種機(jī)構(gòu)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)是把轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。從機(jī)構(gòu)分析的角度看，若構(gòu)件3與構(gòu)件4視為高副，則根據(jù)用低副代替高副的方法，其替代效果就是把構(gòu)件3轉(zhuǎn)化為滑塊。

從上述例子可以看出它們有共同之處，滾子不可以看作局部自由度，因?yàn)樗鼪](méi)有多余的自由度，相對(duì)于圖2的凸輪機(jī)構(gòu)，圖3的兩種計(jì)算中均沒(méi)有出現(xiàn)多余的機(jī)構(gòu)自由度，這說(shuō)明滾子的運(yùn)動(dòng)對(duì)從動(dòng)件的輸出運(yùn)動(dòng)有影響，所以不是局部自由度。滾子不可以去除掉，只能把滾子看作滑塊來(lái)處理，才是正確的，從而得出滾子不是局部自由度的條件為：（1）機(jī)構(gòu)沒(méi)有多余自由度出現(xiàn)；（2）滾子與其他構(gòu)件間有移動(dòng)導(dǎo)路。滿足上述兩個(gè)條件時(shí)：把滾子看作滑塊來(lái)計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度，把高副看作低副。

在實(shí)際生產(chǎn)中之所以把滑塊用滾子來(lái)代替，是為了減小摩擦和磨損，這種把滑塊用滾子來(lái)代替的機(jī)構(gòu)廣泛用于傳遞運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中。

3.結(jié)束語(yǔ)

總之，在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，要注意機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，具體問(wèn)題具體分析，才能正確計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，從而進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析。

【參考文獻(xiàn)】

篇2

關(guān)健詞：生物計(jì)算機(jī)；分子計(jì)算機(jī)；光計(jì)算機(jī)超導(dǎo)計(jì)算機(jī)；量子計(jì)算機(jī)

中圖分類號(hào)：TP38文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2007)04-11136-01

1 引言

自從1946年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)， 電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)走過(guò)了半個(gè)多世紀(jì)的歷程。從第一代電子管計(jì)算機(jī)到現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)的第六代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的體積不斷變小，但性能、速度卻在不斷提高。自計(jì)算機(jī)問(wèn)世50多年來(lái)，運(yùn)算速度已提高了約10億倍。在最新一代芯片中，晶體管之間的連接導(dǎo)線的厚度已被蝕刻到只有0.03微米，是人頭發(fā)的1/4500。然而，原有發(fā)展起來(lái)的以硅為基礎(chǔ)的芯片制造技術(shù)的發(fā)展不是無(wú)限的，由于存在磁場(chǎng)效應(yīng)、熱效應(yīng)、量子效應(yīng)以及制作上的困難，當(dāng)線寬低于0.1mm以后將不可避免地達(dá)到僅有單個(gè)分子大小的物理學(xué)極限。越來(lái)越多的專家認(rèn)識(shí)到，在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上大幅度提高計(jì)算機(jī)的性能必將遇到難以逾越的障礙，從其它技術(shù)方面尋找計(jì)算機(jī)發(fā)展的突破口才是正確的道路。目前至少有5種可能的技術(shù)來(lái)生產(chǎn)出未來(lái)的計(jì)算機(jī)，它們是：生物計(jì)算機(jī)，分子計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)。就像電子計(jì)算機(jī)對(duì)20世紀(jì)產(chǎn)生了重大影響一樣，各種新穎的計(jì)算機(jī)也必將對(duì)未來(lái)產(chǎn)生重大影響。

2 生物計(jì)算機(jī)

DNA生物計(jì)算機(jī)是美國(guó)南加州大學(xué)阿德拉曼博士1994年提出的奇思妙想。由于蛋白質(zhì)分子中的氫也有兩種電態(tài)。因此，一個(gè)蛋白質(zhì)分子就是一個(gè)開(kāi)關(guān)。從理論上講，用蛋白質(zhì)分子作為元件，就能制造出蛋白質(zhì)型的計(jì)算機(jī)，又被稱作“生物計(jì)算機(jī)”。科學(xué)家設(shè)計(jì)的生物計(jì)算機(jī)模型中DNA絕大多數(shù)都是懸浮于充滿液體的試管之內(nèi)來(lái)執(zhí)行運(yùn)算。與傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)以“0”和“1”來(lái)代表信息不同，在DNA計(jì)算機(jī)中，信息將以分子代碼的形式排列于DNA上，特定的酶可充當(dāng)“軟件”來(lái)完成所需的各種信息處理工作。DNA計(jì)算機(jī)技術(shù)的誘惑力，在于其和傳統(tǒng)硅技術(shù)相比所具有的巨大存儲(chǔ)能力：一克DNA所能存儲(chǔ)的信息量，估計(jì)可與1萬(wàn)億張CD光盤相當(dāng)；數(shù)百萬(wàn)億個(gè)DNA分子擁有可感受和回應(yīng)周圍環(huán)境的所有計(jì)算結(jié)構(gòu)，可在一個(gè)狹小的表面區(qū)域通過(guò)生物化學(xué)反應(yīng)來(lái)協(xié)調(diào)工作，這一并行處理能力據(jù)認(rèn)為可與目前功能最為強(qiáng)大的超級(jí)電子計(jì)算機(jī)媲美。

生物計(jì)算機(jī)具有三大顯著優(yōu)點(diǎn)：

(1)信息以波的形式傳播，運(yùn)算速度比當(dāng)今最新一代計(jì)算機(jī)快10萬(wàn)倍；

(2)只需很少能量就可工作，不存在發(fā)熱問(wèn)題。并且擁有巨大的存儲(chǔ)能力；

(3)由于蛋白質(zhì)分子能夠自我組合，再生新的微型電路，使得生物計(jì)算機(jī)具有生物體的一些特點(diǎn)，如能發(fā)揮生物本身的調(diào)節(jié)機(jī)能自動(dòng)修復(fù)芯片發(fā)生的故障，還能模仿人腦的思考機(jī)制。

3 分子計(jì)算機(jī)

分子計(jì)算機(jī)是在納米電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，現(xiàn)在的納米電子技術(shù)有望水到渠成地成為目前以硅等為基礎(chǔ)的微米級(jí)集成電路技術(shù)的“接班人”。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行靠的是分子晶體可以吸收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。憑借著分子納米級(jí)的尺寸，分子計(jì)算機(jī)的體積將劇減。此外，分子計(jì)算機(jī)耗電可大大減少并能更長(zhǎng)期地存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。

與目前的計(jì)算機(jī)相比，分子計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的電力將大大減少，并且有可能永久保存大量數(shù)據(jù)，從而使用戶不必進(jìn)行刪除文檔的操作。此外，這些計(jì)算機(jī)還能免受計(jì)算機(jī)病毒、系統(tǒng)死機(jī)或其他故障的影響。

4 光學(xué)計(jì)算機(jī)

所謂光計(jì)算機(jī)，就是利用光作為信息的傳輸媒體。未來(lái)的光計(jì)算機(jī)可能是混合型的，即把極細(xì)的激光束與快速的芯片相結(jié)合。那時(shí)，計(jì)算機(jī)將不采用金屬引線，而是以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數(shù)據(jù)從一個(gè)芯片傳送到另一個(gè)芯片。這種傳送方式稱為自由空間光學(xué)技術(shù)。

光計(jì)算機(jī)有三大優(yōu)勢(shì)：

(1)光子的傳播速度無(wú)與倫比，電子在導(dǎo)線中的運(yùn)行速度與其相比就像蝸牛爬行那樣。今天電子計(jì)算機(jī)的傳送速度最高為每秒109個(gè)字節(jié)，而采用硅－光混合技術(shù)后，其傳送速度就可達(dá)到每秒萬(wàn)億字節(jié)；

(2)更重要的是光子不像帶電的電子那樣相互作用，因此經(jīng)過(guò)同樣窄小的空間通道可以傳送更多數(shù)據(jù)；

(3)尤其值得一提的是光無(wú)須物理連接。如能將普通的透鏡和激光器做得很小，足以裝在微芯片的背面，那么明天的計(jì)算機(jī)就可以通過(guò)稀薄的空氣傳送信號(hào)了。

5 超導(dǎo)計(jì)算機(jī)

導(dǎo)體在溫度下降到某一值時(shí)，電阻會(huì)突然消失，這一奇妙的現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象。它是在1911年由荷蘭物理學(xué)家昂尼斯首先發(fā)現(xiàn)的。具有超導(dǎo)性的物質(zhì)稱之為超導(dǎo)體。超導(dǎo)體在超導(dǎo)狀態(tài)下電阻為零，可輸送大電流而不發(fā)熱、不損耗，具有高載流能力，可長(zhǎng)時(shí)間無(wú)損耗地儲(chǔ)存大量的電能以及能產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場(chǎng)。1962年，正在英國(guó)劍橋大學(xué)攻讀博士學(xué)位的研究生約瑟夫遜提出了超導(dǎo)效應(yīng)（亦稱約瑟夫遜效應(yīng)）的原理，超導(dǎo)技術(shù)自此開(kāi)始嶄露頭角，展現(xiàn)出引人注目的前景。利用約瑟夫遜效應(yīng)，在約瑟夫遜結(jié)上加電源，當(dāng)電流低于某一個(gè)臨界值時(shí)，絕緣層上不出現(xiàn)電壓降，此時(shí)結(jié)處于超導(dǎo)態(tài)；當(dāng)電流超過(guò)臨界值時(shí)，結(jié)呈現(xiàn)電阻，并產(chǎn)生幾毫伏的電壓降，即轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)。如在結(jié)上加一個(gè)控制極來(lái)控制通過(guò)結(jié)的電流或利用外加磁場(chǎng)，可使結(jié)在兩 個(gè)工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，這就成了典型的超導(dǎo)開(kāi)關(guān)。利用超導(dǎo)開(kāi)關(guān)可制成超導(dǎo)存儲(chǔ)器、超導(dǎo)大規(guī)模集成電路，這是計(jì)算機(jī)中理想的超高速器件。

利用超導(dǎo)器件制成的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)與普通計(jì)算機(jī)相比具有諸多優(yōu)勢(shì)：(1)運(yùn)行速度快。超導(dǎo)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)速度目前已達(dá)幾微微秒（1微微秒＝10的12次方秒），這使得超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度將比目前的計(jì)算機(jī)快100倍。二是功耗低，集成度高。由于電流在超導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)不發(fā)熱，也不損耗，超導(dǎo)集成電路的功耗僅為硅集成電路的幾百分之一，為一般晶體管的二千分之一，因此其集成度可望做得很高。目前已達(dá)到大規(guī)模集成電路的水平；(2)超導(dǎo)器件的結(jié)構(gòu)基本上可用現(xiàn)行大規(guī)模集成電路工藝制作，因而無(wú)需花費(fèi)大量的財(cái)力與人力；(3)利用超導(dǎo)傳輸線來(lái)完成計(jì)算機(jī)中元器件之間的信號(hào)傳輸時(shí)具有信號(hào)無(wú)損耗和低色散的特點(diǎn)。

6 量子計(jì)算機(jī)

什么是量子計(jì)算機(jī)呢？把量子力學(xué)和計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái)的可能性是在1982年由美國(guó)著名物理學(xué)家理查德?費(fèi)因曼首次提出的。隨后，英國(guó)牛津大學(xué)物理學(xué)家戴維?多伊奇于1985年初步闡述了量子計(jì)算機(jī)的概念。量子計(jì)算機(jī)是利用處于多現(xiàn)實(shí)態(tài)的原子作為數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，這是一種采用基于量子力量的深層次的計(jì)算模式的計(jì)算機(jī)。這一模式只由物質(zhì)世界中一個(gè)原子的行為所決定，而不是像傳統(tǒng)的二進(jìn)制計(jì)算機(jī)那樣將信息分為0和1，用晶體管的開(kāi)與關(guān)來(lái)處理這些信息。在量子計(jì)算機(jī)中最小的信息單元是一個(gè)量子比特(quantum bit)。量子比特不只是開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)，而是以多種狀態(tài)同時(shí)出現(xiàn)。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)使用并行結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)來(lái)處理信息是非常有利的。

與傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)相比，量子計(jì)算機(jī)有以下優(yōu)勢(shì)：(1)解題速度快。傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)用“1”和“0”表示信息，而量子粒子可以有多種狀態(tài)，使量子計(jì)算機(jī)能夠采用更為豐富的信息單位，從而大大加快了運(yùn)行速度。例如，電子計(jì)算機(jī)使用的RSA公鑰加密系統(tǒng)是以巨大數(shù)的質(zhì)因子非常難以分解為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一種多達(dá)400位長(zhǎng)的“天文數(shù)字”，如果要對(duì)其進(jìn)行因子分解，即使使用目前世界上運(yùn)算速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，也需要耗時(shí)10億年。如果用量子計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行因子分解，則只需10個(gè)月左右；(2)存儲(chǔ)量大。電子計(jì)算機(jī)用二進(jìn)制存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，量子計(jì)算機(jī)用量子位存儲(chǔ)，具有疊加效應(yīng)，有m個(gè)量子位就可以存儲(chǔ)2m個(gè)數(shù)據(jù)。因此，量子計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)能力比電子計(jì)算機(jī)大得多；(3)搜索功能強(qiáng)勁。美國(guó)朗訊科技公司貝爾實(shí)驗(yàn)室的洛夫?格羅佛教授發(fā)現(xiàn)，量子計(jì)算機(jī)能夠組成一種量子超級(jí)網(wǎng)絡(luò)引擎，可輕而易舉地從浩如煙海的信息海洋中快速搜尋出特定的信息。其方法是采用不同的量子位狀態(tài)組合，分別檢索數(shù)據(jù)庫(kù)里的不同部分，其中必然有一種狀態(tài)組合會(huì)找到所需的信息；(4)安全性較高。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，如果過(guò)往的原子因發(fā)生碰撞而導(dǎo)致信息丟失時(shí)，量子計(jì)算機(jī)能自動(dòng)擴(kuò)展信息，與家族伙伴成為一體，于是系統(tǒng)可以從其家族伙伴中找到替身而使丟失的信息得以恢復(fù)。

7 誰(shuí)將是未來(lái)的計(jì)算機(jī)

篇3

IBM近日慶祝在技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域取得的輝煌紀(jì)錄，以此慶賀公司百年華誕。IBM研制出了動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）、磁盤驅(qū)動(dòng)器、用在信用卡上的磁條，以及其他許多發(fā)明。IBM是世界上最富有創(chuàng)新精神的公司之一。

但計(jì)算機(jī)行業(yè)正在邁向新的未來(lái)技術(shù)，這項(xiàng)新技術(shù)具有與當(dāng)年推出的硅芯片一樣的顛覆性和革命性，那就是量子計(jì)算。量子計(jì)算系統(tǒng)利用亞原子粒子的行為，處理現(xiàn)在由芯片上晶體管處理的計(jì)算任務(wù)。

這個(gè)未來(lái)距離今天還有10年到20年，甚至更遙遠(yuǎn)。但如果能夠完全發(fā)揮量子計(jì)算的潛力，它也許會(huì)在芯片和硬件設(shè)計(jì)領(lǐng)域掀起一股開(kāi)發(fā)熱潮，讓人聯(lián)想起幾十年前硅谷經(jīng)歷的那一幕。

IBM的創(chuàng)新副總裁兼IBM院士Bernard Meyerson說(shuō)：“想一想我們?nèi)缃裨谥痔幚淼母淖冇螒蛞?guī)則的技術(shù)（指量子計(jì)算）。”Meyerson的職責(zé)就是有確保世人不會(huì)僅僅認(rèn)為IBM在過(guò)去100年的輝煌就是其最好的。那是他談?wù)撔酒袠I(yè)會(huì)出現(xiàn)變化的原因之一。

按照摩爾定律，將來(lái)這類晶體管的尺寸會(huì)比今天最先進(jìn)處理器上的晶體管再縮小10倍，變得實(shí)在太小了，“以至于進(jìn)入到量子力學(xué)操作的范疇――這方面根本沒(méi)有先例。”

Meyerson表示，一旦現(xiàn)有的技術(shù)達(dá)到尺寸縮小方面的極限――大概10年后，還會(huì)設(shè)法繼續(xù)取得進(jìn)步，因?yàn)楣こ處焸兪褂眉啥群芨叩男酒圃炀o密耦合系統(tǒng)，另外會(huì)在存儲(chǔ)器、緩存和速度處理方面有所改進(jìn)。

不斷發(fā)展的這種勢(shì)頭會(huì)延長(zhǎng)到20年，但之后，“你最好要有錦囊妙計(jì)。”Meyerson說(shuō)。而其中一個(gè)錦囊妙計(jì)也許就是量子計(jì)算。

IBM研究中心的量子計(jì)算高級(jí)經(jīng)理Bill Gallagher表示，IBM的研究人員多年來(lái)在研究量子計(jì)算的理論和潛力；最近他們一直在針對(duì)概念進(jìn)行試驗(yàn)。

Gallagher說(shuō)：“這是我們?cè)谘巯伦钪匾幕A(chǔ)性研究項(xiàng)目之一，可能也是規(guī)模最大的基礎(chǔ)性研究項(xiàng)目之一。”他說(shuō)，“已取得了良好的進(jìn)展，但還有很長(zhǎng)一段路要走。”

普通計(jì)算機(jī)由一組二進(jìn)制比特?cái)?shù)字組成，這個(gè)比特可能是0或1。但量子比特可以同時(shí)保存0和1這兩個(gè)狀態(tài)。量子計(jì)算機(jī)中的處理能力可以急劇增強(qiáng)，而不是一個(gè)接一個(gè)地執(zhí)行計(jì)算。兩個(gè)量子比特（qubit）可保存4個(gè)不同的狀態(tài)――這4個(gè)狀態(tài)可以同時(shí)處理；三個(gè)量子比特可保存8個(gè)狀態(tài)，十個(gè)量子比特可保存1024個(gè)狀態(tài)。研究人員期望有朝一日，研制出有數(shù)千個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)。

但量子計(jì)算的亞原子世界帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。要保持“量子相干性”（即運(yùn)行計(jì)算的原子和電子之間相互作用保持一種穩(wěn)定狀態(tài)）有多種方法，包括在-273℃攝氏度的溫度下進(jìn)行處理（接近絕對(duì)零度），以減少熱干擾；以及使用超導(dǎo)金屬。延長(zhǎng)可以保持相干狀態(tài)的時(shí)間是研究人員面臨的挑戰(zhàn)之一。

隨著研究的不斷繼續(xù)深入，量子計(jì)算市場(chǎng)正儼然形成。

關(guān)注的問(wèn)題之一是，量子計(jì)算機(jī)最終能夠突破密碼保護(hù)技術(shù)。Security Innovation這家公司之前就一直在考慮這個(gè)問(wèn)題，并研發(fā)出了公開(kāi)密鑰算法NTRUSign。該公司表示，這種算法能夠抵御量子計(jì)算攻擊。它最近獲得了專利。

Security Innovation的首席科學(xué)家William Whyte說(shuō)：“誰(shuí)要是在制造需要十年后安全，很難升級(jí)的系統(tǒng)，就應(yīng)該認(rèn)真考慮這個(gè)問(wèn)題：如果量子計(jì)算出現(xiàn)在世人面前，會(huì)發(fā)生什么。”

Whyte所在的公司是最早關(guān)注量子計(jì)算所帶來(lái)影響的一批公司之一。

Whyte關(guān)注量子計(jì)算市場(chǎng)的不斷發(fā)展，同時(shí)看到了業(yè)界在探索制造量子計(jì)算系統(tǒng)的種種想法和材料。

“我認(rèn)為，你會(huì)看到非常有創(chuàng)意的想法迸發(fā)出來(lái)，”Whyte說(shuō)；新公司如雨后春筍般地冒出來(lái)，有望“超越現(xiàn)有廠商”。

加拿大不列顛哥倫比亞省伯納比的D-Wave Systems就是這樣一家在制造量子計(jì)算系統(tǒng)的公司。D-Wave公司在上個(gè)月宣布，它已將第一套完整系統(tǒng)賣給了洛克希德?馬丁公司。該公司的研究成果上個(gè)月還發(fā)表在了《自然》科學(xué)雜志上。

D-Wave Systems的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Geordie Rose表示，經(jīng)營(yíng)了12年的這家公司在研制一種128量子比特的處理器，現(xiàn)已發(fā)展到了第23代。

量子系統(tǒng)旨在解決無(wú)法用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)很好地處理的一類問(wèn)題，如機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能和數(shù)理邏輯。Rose表示，這類問(wèn)題需要核查數(shù)量龐大的可能性，以便找到最佳答案。

在發(fā)展的初期階段， Rose認(rèn)為創(chuàng)業(yè)公司具有優(yōu)勢(shì)。他說(shuō)：“因?yàn)闂l條框框少得多，效率就高得多；遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)的人其角色重要得多。”

D-Wave這個(gè)例子還表明：即使在量子計(jì)算這個(gè)全新的領(lǐng)域，崛起的新興公司也會(huì)對(duì)傳統(tǒng)老牌公司構(gòu)成新的挑戰(zhàn)。

IBM的Myerson持有發(fā)明證書(shū)，擁有多項(xiàng)專利權(quán)，還為硅鍺技術(shù)的研發(fā)作出了卓越貢獻(xiàn)。

如今，Meyerson肩負(fù)在IBM促進(jìn)創(chuàng)新的重任，他及其團(tuán)隊(duì)致力于提供全面的、跨學(xué)科領(lǐng)域的集成，以便在新領(lǐng)域獲得重大突破，又要確保IBM有一套流程以便不斷改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)。

篇4

關(guān)鍵詞計(jì)算機(jī)；科學(xué)與技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1674-6708（2016）159-0085-03

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是當(dāng)前社會(huì)各界高度關(guān)注的內(nèi)容，不僅許多盈利性企事業(yè)單位對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的關(guān)注度較高，一些社會(huì)團(tuán)體也迫切需要通過(guò)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)進(jìn)行發(fā)展環(huán)境的改良，因此，很多社會(huì)團(tuán)隊(duì)都加強(qiáng)了對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的關(guān)注。

1分析計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的重要意義

電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)很大程度上改變了20世紀(jì)40年代以來(lái)的人類生活狀態(tài)，早在計(jì)算機(jī)技術(shù)誕生之初，人類就已經(jīng)進(jìn)入了信息化時(shí)代。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛存在與人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，能夠使用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)原有的工作形態(tài)進(jìn)行替代，就能夠很大程度上提升計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用水平[1]。在當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展完善的時(shí)代背景下，計(jì)算機(jī)技術(shù)下一步該如何發(fā)展是社會(huì)各界高度關(guān)注的問(wèn)題。總的來(lái)看，計(jì)算機(jī)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)必須同人類的發(fā)展需要相適應(yīng)，既要保證計(jì)算機(jī)的服務(wù)性能逐步提高，也要保證計(jì)算機(jī)的使用便捷程度越來(lái)于強(qiáng)，還要使計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠在更加廣闊的范圍內(nèi)對(duì)人類生活形成積極影響，因此，在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展速度較快的情況下，對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究，是提升計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展質(zhì)量的重要工作。

2當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)很大程度上提高了社會(huì)發(fā)展質(zhì)量

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)社會(huì)的很多領(lǐng)域使用計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行了工作方式的改良，并取得了良好的效果[2]。目前，電子計(jì)算機(jī)是我國(guó)公民生活的必備物品，不僅在具備盈利性質(zhì)的工作領(lǐng)域需要進(jìn)行計(jì)算機(jī)的操作，在生活休閑領(lǐng)域也很大程度上需要依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行生活水平的提升。因此，將計(jì)算機(jī)技術(shù)更好的應(yīng)用于生活的各個(gè)領(lǐng)域，可以使人們的生活質(zhì)量得到較大的提高。另外，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得很多工作環(huán)境得到了改變，僅僅在計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的提高方面，許多公司大量資料的管理效率和管理質(zhì)量就得到了較大程度的增強(qiáng)。另外，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也使得我國(guó)社會(huì)的精神娛樂(lè)活動(dòng)得到了較大程度的改良，目前，電子游戲已經(jīng)廣泛的存在于人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，并很大程度上改善著人們的精神娛樂(lè)生活。在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，社會(huì)各界對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的改良獲得了較大程度的認(rèn)同，人們?cè)谟?jì)算機(jī)的影響下轉(zhuǎn)變了生活的方式，使得社會(huì)的精神文明等級(jí)不斷的得到發(fā)展完善。另外，計(jì)算機(jī)技術(shù)在人性化建設(shè)方面處于較高的等級(jí)，很多新興技術(shù)不僅對(duì)一些社會(huì)事業(yè)進(jìn)行了工作效率的改良，也從人類生活習(xí)慣的角度出發(fā)，對(duì)提升人類生活質(zhì)量的機(jī)制進(jìn)行了構(gòu)建，使得當(dāng)前社會(huì)的人們更加喜愛(ài)使用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行生活水平的提升。計(jì)算機(jī)設(shè)備的整體體積較小，在運(yùn)行的過(guò)程中也具有較為便捷的特點(diǎn)，因此，計(jì)算機(jī)技術(shù)在提升人們生活便捷性的同時(shí)，不會(huì)為人們的生活帶來(lái)較大的負(fù)擔(dān)。計(jì)算機(jī)技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)處于較快的發(fā)展階段，早在70年前，計(jì)算機(jī)就已經(jīng)誕生，最初的計(jì)算機(jī)設(shè)備尚且需要通過(guò)電子管技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)性運(yùn)作，但是，在短短幾十年的發(fā)展過(guò)程中，計(jì)算機(jī)設(shè)備不僅很大程度上縮小的體積，也使得計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率得到了較大程度的提高，計(jì)算機(jī)的功能也更加豐富多樣，因此，在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)較為成熟的背景下，計(jì)算機(jī)設(shè)備在我國(guó)社會(huì)發(fā)揮了較為重要的積極影響。

2.2計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展引發(fā)了一些社會(huì)問(wèn)題

雖然計(jì)算機(jī)技術(shù)是20世紀(jì)人類的一項(xiàng)偉大發(fā)明，但是，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展還是對(duì)人類社會(huì)構(gòu)成了一定的負(fù)面影響。計(jì)算機(jī)技術(shù)帶來(lái)的安全性問(wèn)題就是計(jì)算機(jī)技術(shù)的主要負(fù)面影響之一[3]。例如，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)病毒的出現(xiàn)使得很多計(jì)算機(jī)設(shè)備遭受了嚴(yán)重的威脅，而一些對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)形成依賴的產(chǎn)業(yè)，一旦受到計(jì)算機(jī)病毒的威脅，將很容易出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展質(zhì)量受損，進(jìn)而導(dǎo)致很多社會(huì)事務(wù)不能按照既定的方案進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。另外，計(jì)算機(jī)技術(shù)具有較強(qiáng)的復(fù)雜性，一旦技術(shù)當(dāng)中的某一細(xì)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤，將會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)將問(wèn)題進(jìn)行擴(kuò)展，使更多的計(jì)算機(jī)設(shè)備受到不良影響，因此，計(jì)算機(jī)設(shè)備在技術(shù)層面的漏洞存在較大的脆弱性，如果遭到網(wǎng)絡(luò)病毒等因素的影響，將會(huì)在很大的社會(huì)范圍內(nèi)產(chǎn)生不良影響。

2.3計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)正處在規(guī)范方案的完善階段

良好的規(guī)劃設(shè)計(jì)是提升計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展質(zhì)量的重要因素，目前，我國(guó)的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃方案正處在快速完善的階段。我國(guó)的計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展方案科學(xué)的進(jìn)行了重要等級(jí)的劃分，首先，計(jì)算機(jī)技術(shù)需要讓步于公共安全事務(wù)，任何高科技手段只有在正義的掌握之中才能更好的為人類服務(wù)。因此，我國(guó)的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)需要首先服務(wù)于國(guó)防事業(yè)和公安事業(yè)，促進(jìn)我國(guó)社會(huì)的公平正義，使我國(guó)公民生活在更加安全和諧的環(huán)境當(dāng)中。另外，計(jì)算機(jī)技術(shù)需要服務(wù)于關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重大事業(yè)當(dāng)中，尤其在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要領(lǐng)域，目前已經(jīng)加強(qiáng)了對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的關(guān)注，并對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展方案進(jìn)行了完善，使得我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展可以得到技術(shù)層面的保障，提升我國(guó)社會(huì)的和諧等級(jí)。另外，我國(guó)很多規(guī)劃?rùn)C(jī)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的突出價(jià)值進(jìn)行了分析，并對(duì)計(jì)算機(jī)不同性能的社會(huì)影響進(jìn)行了全面的研究，根據(jù)當(dāng)前我國(guó)社會(huì)發(fā)展的需要，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的后續(xù)發(fā)展方案進(jìn)行了科學(xué)的設(shè)計(jì)，使計(jì)算機(jī)設(shè)備可以更好的結(jié)合現(xiàn)有的各項(xiàng)功能提升社會(huì)服務(wù)等級(jí)。另外，我國(guó)在計(jì)算機(jī)軟件和硬件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了高水平的規(guī)劃設(shè)計(jì)，使計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展能夠借助世界范圍內(nèi)的技術(shù)發(fā)展情況進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用水平的提升，使計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠更大程度上提升對(duì)社會(huì)的積極影響力。

3計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)

3.1巨型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和使用

首先，進(jìn)行計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)研究的人員，需要加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)分析，充分了解到計(jì)算機(jī)技術(shù)的高效便捷是計(jì)算機(jī)技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)，并從在這一思維出發(fā)，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的具體發(fā)展路徑進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃。要將巨型計(jì)算機(jī)作為提升計(jì)算機(jī)技術(shù)社會(huì)價(jià)值的重要研究方向，巨型計(jì)算機(jī)相比于普通計(jì)算機(jī)具有更加強(qiáng)大的運(yùn)算能力，能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并保證處理的準(zhǔn)確性。巨型計(jì)算機(jī)還擁有較強(qiáng)的信息儲(chǔ)存功能，在保證信息資源儲(chǔ)存安全性和完整性的同時(shí)，不會(huì)使存儲(chǔ)設(shè)備占據(jù)較大的體積空間，使巨型計(jì)算機(jī)能夠更好的使用于檔案管理等涉及到較大信息資源的領(lǐng)域。目前，已經(jīng)掌握的巨型計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)可以在一秒的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行百億次以上的運(yùn)算，因此，巨型計(jì)算機(jī)完全可以勝任藝術(shù)領(lǐng)域和尖端科技領(lǐng)域的信息存儲(chǔ)工作。另外，巨型計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量較大，能夠保持在百兆字節(jié)以上，因此，巨型計(jì)算機(jī)在氣相領(lǐng)域和地質(zhì)領(lǐng)域能夠得到較為廣泛的應(yīng)用。巨型計(jì)算機(jī)的發(fā)展正處于快速階段，大量的市場(chǎng)需求使得巨型計(jì)算機(jī)的技術(shù)研發(fā)獲得了大量的利益驅(qū)動(dòng)，因此，巨型計(jì)算機(jī)的發(fā)展必定在短時(shí)間內(nèi)替代傳統(tǒng)形式的計(jì)算機(jī)，并在許多重要的社會(huì)領(lǐng)域發(fā)揮建設(shè)性作用。另外，巨型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也會(huì)很大程度上帶動(dòng)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使更大社會(huì)范圍內(nèi)的事業(yè)得到計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持。

3.2智能型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和使用

目前，智能型計(jì)算機(jī)的技術(shù)正處在快速發(fā)展的過(guò)程中，智能型計(jì)算機(jī)最突出的優(yōu)勢(shì)是具備平行處理技術(shù)，因此，智能型計(jì)算機(jī)不僅能夠?qū)鹘y(tǒng)計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行保留，還能夠在相同的時(shí)間內(nèi)對(duì)多個(gè)信息指令進(jìn)行高效的處理。另外，智能型計(jì)算機(jī)擁有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析能力，能夠在固定的時(shí)間內(nèi)使用多個(gè)信息處理機(jī)制對(duì)信息資源實(shí)施高效處置，使信息資源的處理效率能夠?qū)崿F(xiàn)成倍增長(zhǎng)。另外，智能型計(jì)算機(jī)雖然進(jìn)行多種信息資源的操作，但是，并不會(huì)由于信息處理渠道的增加而產(chǎn)生數(shù)據(jù)處理時(shí)間的延長(zhǎng)。因此，智能型計(jì)算機(jī)目前已經(jīng)受到了我國(guó)尖端科技領(lǐng)域的高度重視，并且將智能型計(jì)算機(jī)的技術(shù)使用于復(fù)雜信息資源的管理領(lǐng)域，使大量的信息資源可以更加高質(zhì)量的完成推演和分析，降低尖端科技領(lǐng)域的信息管理成本。另外，智能型計(jì)算機(jī)在常規(guī)服務(wù)方面具有較強(qiáng)的人性化特點(diǎn)，因?yàn)橹悄苄陀?jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)理念方面同人類大腦有著較為相似的設(shè)計(jì)意圖，使得現(xiàn)有的智能型計(jì)算機(jī)的服務(wù)性能更加貼近人類生活和發(fā)展的需求，因此智能型計(jì)算機(jī)相比于普通形式的計(jì)算機(jī)擁有較強(qiáng)的人性化特點(diǎn)，在人性化需求較為強(qiáng)烈的社會(huì)環(huán)境中，依然具備較大的發(fā)展空間。

3.3量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展和使用

量子計(jì)算機(jī)科學(xué)的運(yùn)用了量子力學(xué)的科學(xué)原理對(duì)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了改良，使得計(jì)算機(jī)在處理大量信息資源的過(guò)程中能夠表現(xiàn)得更加高效。另外，量子計(jì)算機(jī)在信息處理方面也具有較強(qiáng)的性能，由于量子力學(xué)理論在技術(shù)層面可以進(jìn)行逆向處理，使得量子計(jì)算機(jī)可以在物理裝置的協(xié)同之下進(jìn)行信息儲(chǔ)存機(jī)制的完善。因此，量子計(jì)算機(jī)在進(jìn)行大量信息資源儲(chǔ)存的過(guò)程中，需要根據(jù)物理裝置的特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算機(jī)造作性能的提高，因此，量子計(jì)算機(jī)可以結(jié)合技術(shù)的研制需要，對(duì)技術(shù)發(fā)展的過(guò)程進(jìn)行細(xì)化處理，結(jié)合信息儲(chǔ)存功能的需求，對(duì)已經(jīng)掌握的技術(shù)進(jìn)行信息存儲(chǔ)層面的在開(kāi)發(fā)，使量子計(jì)算機(jī)能夠豐富信息資源的儲(chǔ)存形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)大量信息資源的高水平處理。當(dāng)前，已經(jīng)掌握的量子計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以高質(zhì)量的進(jìn)行激光脈沖的控制，使激光脈沖具備較強(qiáng)的靈活性特點(diǎn)。另外，量子計(jì)算機(jī)可以使用現(xiàn)有技術(shù)對(duì)鏈狀分子進(jìn)行深度控制，并使現(xiàn)有的鏈狀分子能夠按照計(jì)算機(jī)服務(wù)的需要進(jìn)行重新組合，并保證量子計(jì)算機(jī)能夠通過(guò)開(kāi)關(guān)裝置更好的進(jìn)行聚合物的處理，提升聚合物的移動(dòng)頻率。另外，量子計(jì)算機(jī)在技術(shù)層面具有量子理論的一些優(yōu)勢(shì)，可以通過(guò)量子的疊加效益進(jìn)行計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)機(jī)制的完善，使計(jì)算機(jī)的信息總存儲(chǔ)量可以得到擴(kuò)展。量子計(jì)算機(jī)當(dāng)前的信息存儲(chǔ)效率已經(jīng)較常規(guī)計(jì)算機(jī)設(shè)備高出十幾億倍，并且能夠保證信息存儲(chǔ)的安全性。

3.4光子計(jì)算機(jī)的發(fā)展和使用

計(jì)算機(jī)設(shè)備在進(jìn)行基礎(chǔ)性信息資源處理的過(guò)程中，大多使用電子形式進(jìn)行儲(chǔ)存機(jī)制的構(gòu)建，而光子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使得光子技術(shù)替代了電子技術(shù)，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域起到了較好的作用。例如，光子計(jì)算機(jī)傳遞信息不再需要使用實(shí)體導(dǎo)線進(jìn)行電子資源的連通，只需要使用光子技術(shù)對(duì)信息實(shí)施傳遞，使信息資源能夠更大程度上提升傳遞的便捷性。另外，信息資源的運(yùn)算也是決定計(jì)算機(jī)設(shè)備使用性能的重要因素，光子計(jì)算機(jī)在進(jìn)行信息運(yùn)算的過(guò)程中，可以利用光子技術(shù)對(duì)現(xiàn)代化信息運(yùn)算模式進(jìn)行操作，使光運(yùn)算的優(yōu)勢(shì)可以得到更大程度的發(fā)揮。光子計(jì)算機(jī)可以將計(jì)算機(jī)當(dāng)前處理的信息，以不同形式的光波進(jìn)行處理，并通過(guò)波長(zhǎng)的合理控制實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)質(zhì)量的提升，使光運(yùn)算技術(shù)能夠在更加快速的模式下進(jìn)行信息資源的處理，因此，光子計(jì)算機(jī)受到了信息技術(shù)領(lǐng)域尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的充分重視，目前正處于快速成熟的階段。

3.5納米計(jì)算機(jī)的發(fā)展和使用

納米計(jì)算機(jī)屬于技術(shù)等級(jí)較高的計(jì)算機(jī)，目前在我國(guó)一些社會(huì)領(lǐng)域并沒(méi)有得到普及，但在我國(guó)尖端科技領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。納米計(jì)算機(jī)不僅擁有納米技術(shù)的一系列優(yōu)勢(shì)，也能夠良好的整合傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的一系列優(yōu)勢(shì)，因此，納米計(jì)算機(jī)在技術(shù)層面能夠?qū)崿F(xiàn)新老技術(shù)的科學(xué)整合。此外，納米計(jì)算機(jī)能夠很好的進(jìn)行納米元件的使用，使納米計(jì)算機(jī)可以保證以較小的體積對(duì)豐富的信息資源進(jìn)行處理，因此，納米計(jì)算機(jī)在現(xiàn)實(shí)操作的過(guò)程中有著較強(qiáng)的便捷性特點(diǎn)。另外，在納米技術(shù)不斷完善的背景下，納米計(jì)算機(jī)的技術(shù)正處在快速變革的過(guò)程中，目前，很多納米計(jì)算機(jī)在導(dǎo)電性能方面已經(jīng)具備了較為理想的性能。在進(jìn)行納米計(jì)算機(jī)芯片使用的過(guò)程中，納米元件越來(lái)越多的受到了技術(shù)團(tuán)隊(duì)的關(guān)注，而傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在進(jìn)行硬件調(diào)整改造的過(guò)程中，也將納米技術(shù)使用于中央控制器和信息傳感裝置等多個(gè)方面。另外，納米計(jì)算機(jī)在進(jìn)行信息處理的過(guò)程中，可以將大量信息計(jì)算設(shè)備的功能利用芯片裝置進(jìn)行儲(chǔ)存，使計(jì)算機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)成果可以構(gòu)成一個(gè)整體的系統(tǒng)。在納米計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)施當(dāng)中，芯片所占的體積較小，但納米計(jì)算機(jī)由于納米技術(shù)的使用，能夠在增強(qiáng)信息處理質(zhì)量方面比傳統(tǒng)形式的計(jì)算機(jī)更具優(yōu)勢(shì)，因此，納米技術(shù)是提升納米計(jì)算機(jī)實(shí)用價(jià)值的重要技術(shù)，必定在未來(lái)的納米計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵性作用。

4結(jié)論

深入的研究計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的重要意義進(jìn)行分析，可以使社會(huì)各界更加清楚計(jì)算機(jī)的發(fā)展意義和發(fā)展必要性，因此，對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)實(shí)施科學(xué)分析，是提升計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展水平的重要工作。

參考文獻(xiàn)

[1]張瑞.計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)探析[J].制造業(yè)自化，2010（8）：237-240.

[2]陸楓，金海.計(jì)算機(jī)本科專業(yè)教學(xué)改革趨勢(shì)及其啟示——兼談華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的教改經(jīng)驗(yàn)[J].高等工程教育研究，2014（5）：180-186.

篇5

技術(shù)從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)前進(jìn)的步伐：新技術(shù)不斷被發(fā)明，進(jìn)行商業(yè)化，然后在企業(yè)中落地成為推動(dòng)企業(yè)前進(jìn)的新動(dòng)力，然后普及推廣，最后被新技術(shù)取代而淡出市場(chǎng)，這就是技術(shù)的演進(jìn)周期，這一周期也構(gòu)成社會(huì)前進(jìn)的動(dòng)力。而最新一批值得關(guān)注并有可能改變整個(gè)行業(yè)的技術(shù)就包括量子計(jì)算、游戲化、響應(yīng)式編程（Reactive programming）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、瞬態(tài)電子（Transient electronics）和命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（Named Data Networking）。

在這六個(gè)新技術(shù)中，響應(yīng)式編程和游戲化最可能接近商用或者說(shuō)在一定程度上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)還要等待更好的硬件出現(xiàn)，瞬態(tài)電子和命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)距離商用最為遙遠(yuǎn)，目前還停留在概念驗(yàn)證階段。至于量子計(jì)算，則有不同的看法，但普遍的看法是要投入商用還有不小距離。

量子計(jì)算

對(duì)量子計(jì)算的前景專家有兩種看法，一種認(rèn)為會(huì)成為主流，未來(lái)一代的計(jì)算機(jī)可能基于量子力學(xué)而不是電子理論，而另一種看法認(rèn)為量子計(jì)算將來(lái)可能只能在一些特定的場(chǎng)合使用，特別是考慮到量子世界的特殊性。

量子計(jì)算基于量子位或者量子比特（qubit）。加拿大滑鐵盧大學(xué)量子計(jì)算研究所副所長(zhǎng)米歇爾?莫斯解釋說(shuō)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中每一個(gè)比特位可以是0或者1，而在量子理論中由于有一種獨(dú)特的“疊加特性”，一個(gè)量子比特可以同時(shí)是1或0個(gè)，因此可以代表兩位。這使一個(gè)量子比特可以代表的數(shù)可從2個(gè)增至數(shù)個(gè)。

由于無(wú)需將數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)集包含的所有值進(jìn)行比較，因而可以很快提取到量子位所代表的數(shù)據(jù)。“對(duì)于某些問(wèn)題這種速度的提升是驚人的，而另一些其速度的提升也可以是指數(shù)級(jí)的。”莫斯卡提醒說(shuō)，“不過(guò)，對(duì)于少部分問(wèn)題已經(jīng)有非常快的經(jīng)典算法，你可能看不到速度的明顯提升。”

莫斯卡預(yù)計(jì)，通過(guò)結(jié)合量子比特與量子邏輯門，很有可能在來(lái)10～15年將會(huì)有通用的量子計(jì)算機(jī)推出。莫斯卡說(shuō)，對(duì)量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)他頗有擔(dān)心，因?yàn)橐粋€(gè)有可能從量子計(jì)算機(jī)速度提升方面受益的應(yīng)用是某些加密算法的解密，這使得那些過(guò)去看來(lái)很安全的數(shù)據(jù)在量子計(jì)算機(jī)面前就像是一本打開(kāi)的書(shū)，里邊的內(nèi)容唾手可得。他補(bǔ)充說(shuō)，現(xiàn)在安全官員需要開(kāi)始尋找“量子安全”級(jí)的加密方法。

加拿大量子計(jì)算硬件供應(yīng)商D-Wave公司是市場(chǎng)上為數(shù)不多的從事量子計(jì)算機(jī)生產(chǎn)和推廣的公司。公司總裁Jeremy Hilton認(rèn)為，通用量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)可能要在幾十年后，但是他的公司已經(jīng)在出售一些在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中加入了量子計(jì)算組件的產(chǎn)品，它們針對(duì)特定問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化。（不過(guò)，一些觀察家質(zhì)疑D-Wave的產(chǎn)品是真的量子計(jì)算機(jī)）。他說(shuō)，公司的D-Wave 2具有 512個(gè)量子比特，1000個(gè)量子比特的版本也將于今年推出，美國(guó)宇航局、Lockheed Martin和谷歌對(duì)D-Wave的產(chǎn)品感興趣，正在測(cè)試這些產(chǎn)品。

“第三方進(jìn)行的基準(zhǔn)測(cè)試顯示，我們的硬件與成熟的、通用的軟件解決方案相比要快上千倍。”Hilton說(shuō)，對(duì)高度優(yōu)化的經(jīng)典算法其產(chǎn)品也能有同樣的速度優(yōu)勢(shì)。

他補(bǔ)充說(shuō)，目前公司仍在摸索該技術(shù)的工作原理和應(yīng)用方法。

游戲化

你可以期望員工做你希望他們做的事情。為此，你會(huì)跟蹤他們做什么，發(fā)現(xiàn)他們做了你希望他們做的工作后，及時(shí)獎(jiǎng)勵(lì)他們，比如，給他們?cè)黾狱c(diǎn)數(shù)、徽章、提升級(jí)別，甚至提供獎(jiǎng)品。

這一種方法就稱為游戲化。它其實(shí)很難說(shuō)是一種新的方法，如果你經(jīng)常光顧一家商店，主要是為了得到它的會(huì)員積分，那你就是在體驗(yàn)游戲化。今天，這項(xiàng)技術(shù)方興未艾，主要用作激勵(lì)，許多不同類型的企業(yè)正以各種不同的形式利用它。“不管是激勵(lì)客戶還是員工，都有使用。”分析師 Rob Enderle說(shuō)。

“游戲化是把游戲中那些最好的想法用在娛樂(lè)和游戲之外。”游戲化顧問(wèn)公司Gabe的咨詢顧問(wèn)Zichermann 解釋說(shuō)，“但它不是純粹的娛樂(lè)，而是寓教于樂(lè)，讓客戶投入其中。其實(shí)，大多數(shù)人的日常工作是很無(wú)聊的，只把它們變成游戲不會(huì)令他們覺(jué)得很棒。游戲化的基本思路是讓用戶融入其中，并設(shè)法使他們感覺(jué)有趣。”

實(shí)際上，改善可用性和用戶體驗(yàn)正是游戲化很重要的一部分工作，游戲化解決供應(yīng)商 Qstream 的創(chuàng)始人和首席執(zhí)行官Duncan Lennox補(bǔ)充說(shuō)，一般而言，企業(yè)應(yīng)用程序的界面設(shè)計(jì)都比較差，幾乎是強(qiáng)加給用戶，因?yàn)樗麄儽仨毷褂茫螒蚧褪且苊膺@種情況。

Zichermann介紹說(shuō)，大多數(shù)企業(yè)在游戲化方面的努力都圍繞培訓(xùn)進(jìn)行。Lennox公司就為銷售人員提供一種培訓(xùn)工具――一個(gè)時(shí)長(zhǎng)為2分鐘的在線對(duì)話，這個(gè)2分鐘的互動(dòng)非常有趣，其競(jìng)爭(zhēng)性讓參與者欲罷不能。

除此之外，游戲化的努力還應(yīng)圍繞用戶或員工在日常工作中生成的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行。游戲化公司Bunchball的創(chuàng)始人兼首席產(chǎn)品官Rajat Paharia提醒說(shuō)，設(shè)計(jì)師必須小心，確保只對(duì)正確的行為進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，以激勵(lì)用戶積極響應(yīng)。同時(shí)，游戲化還應(yīng)旨在驅(qū)動(dòng)一個(gè)具體、可衡量的結(jié)果，如幫助銷售代表增加的訂單大小。

響應(yīng)式編程

在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下，硬件的性能每年都在翻倍，但軟件卻達(dá)不到這樣的效果，也一直沒(méi)有自己的摩爾定律。不過(guò)，響應(yīng)式編程可能會(huì)給軟件行業(yè)一個(gè)趕上來(lái)的機(jī)會(huì)。

篇6

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)技術(shù)；發(fā)展方向；趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TP338 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章號(hào)：1007-9416（2017）01-0242-01

1 計(jì)算機(jī)技術(shù)的概述

1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程

1946年，世界上誕生了第一代計(jì)算機(jī)，其中應(yīng)用了18800個(gè)真空管，體積占有幾個(gè)房間，它的出現(xiàn)在一定程度上改變了人類的思維和生活方式，為計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程主要包括四個(gè)階段，第一代計(jì)算機(jī)主要由真空管組成，由于真空管體自身的特性，體積大、內(nèi)存小，所以，第一代計(jì)算機(jī)不僅體積龐大，而且耗電量巨大。1954年，世界上第二代計(jì)算機(jī)誕生了，由美國(guó)科學(xué)家催迪克研制出來(lái)的晶體管計(jì)算機(jī)。信息產(chǎn)業(yè)作為技術(shù)與知識(shí)密集型產(chǎn)業(yè)，為了能適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)建設(shè)的需要，第四代計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。第四代計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)直接促進(jìn)了計(jì)算機(jī)的大量生產(chǎn)，計(jì)算機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)在人們的日常生活中。

1.2 我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，我們已進(jìn)入到了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)時(shí)代，我們可以直接從網(wǎng)上獲取信息資源，這也使我們的生活有了很大的改變。不少發(fā)達(dá)國(guó)家的政治、經(jīng)濟(jì)、及文化開(kāi)始過(guò)度依賴于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施，而同時(shí)又出現(xiàn)了強(qiáng)大的黑客攻擊，信息技術(shù)猶如新型的作戰(zhàn)技術(shù)，在當(dāng)前的形式下，計(jì)算機(jī)技術(shù)的安全問(wèn)題成為了各國(guó)面臨的巨大挑戰(zhàn)，因此，還需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的安全風(fēng)險(xiǎn)管理[1]。

2 我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

如今，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)已成為大家關(guān)注的一大焦點(diǎn)，連續(xù)創(chuàng)造活動(dòng)的出現(xiàn)、穩(wěn)定的選擇機(jī)制使得我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)有了迅速的發(fā)展。由于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展給我們的日常生活帶來(lái)了諸多便利，有效滿足了大家的日常及工作需求，不僅提升了個(gè)人的工作效率，還保障了整個(gè)社會(huì)的工作效率，這樣才能確保其為我國(guó)提供更好的信息服務(wù)。我國(guó)的計(jì)算機(jī)技術(shù)已成為了社會(huì)發(fā)展的主要潮流之一，有著廣闊的發(fā)展前景。

2.1 生物計(jì)算機(jī)

生物計(jì)算機(jī)，也被稱之為仿生計(jì)算機(jī)，主要是通過(guò)生物工程生產(chǎn)的蛋白質(zhì)分子作為生物芯片來(lái)代替半導(dǎo)體的硅片。由于生物的遺傳形狀主要是由DNA決定的，DNA是具有基因編碼的雙鏈大分子，且蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)等信息都儲(chǔ)存在DNA的雙鏈分子中，所以，生物計(jì)算機(jī)具有很強(qiáng)的信息儲(chǔ)存能力[2]。另外，由于通過(guò)控制脫氧核糖核酸的狀態(tài)可以有效控制DNA的信息，而且生物計(jì)算機(jī)具有很強(qiáng)的信息處理能力，這為生物計(jì)算機(jī)帶來(lái)了很多優(yōu)勢(shì)，不僅表現(xiàn)在功率高體積小，而且存儲(chǔ)和芯片也具有一定的可靠性。

2.2 量子計(jì)算機(jī)

在21世紀(jì)的信息社會(huì)中，先進(jìn)的信息科技給人民的生活帶來(lái)了深刻的變化。信息產(chǎn)業(yè)作為技術(shù)與知識(shí)密集型產(chǎn)業(yè)，為了能適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)建設(shè)的需要，量子計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。量子計(jì)算機(jī)在進(jìn)行處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)根據(jù)量子算法，采用一量子比特的形式進(jìn)行儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，所以，量子計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)處理的速度上有了很大的進(jìn)步。目前，很多專家學(xué)者也在不斷的研究量子計(jì)算機(jī)，所以，量子計(jì)算機(jī)一定會(huì)有很好的發(fā)展。

2.3 光子計(jì)算機(jī)

光子計(jì)算機(jī)主要是通過(guò)利用光信號(hào)進(jìn)行信息處理和存儲(chǔ)的新型計(jì)算機(jī)，其在進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)主要利用的是光子和光運(yùn)算，而且當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)處理錯(cuò)誤時(shí)不會(huì)影響到最終的結(jié)果。光子計(jì)算機(jī)還具有很多優(yōu)勢(shì)，比如，不會(huì)受到電磁場(chǎng)的影響，超大規(guī)模的信息存儲(chǔ)容量及低能量消耗、低發(fā)熱量等。光子計(jì)算機(jī)的這些優(yōu)勢(shì)使光子可以任意傳輸，不會(huì)受到電磁場(chǎng)的影響，不需要導(dǎo)線也不會(huì)相互影響，而且是在很低的能量下就能正常工作。

2.4 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)，體積約是人頭發(fā)直徑的千分之一，性能比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)強(qiáng)大很多，而且有著極強(qiáng)的導(dǎo)電性[3]。由于納米技術(shù)開(kāi)始研制成計(jì)算機(jī)內(nèi)存芯片，而且其性能也亞遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的性能，所以，未來(lái)的納米技術(shù)將會(huì)走出實(shí)驗(yàn)室，納米計(jì)算機(jī)也會(huì)取代芯片計(jì)算機(jī)。因此，納米計(jì)算機(jī)能提供更加全面、客觀、公正、高質(zhì)量的信息與技術(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展改變了人民的生活，比較符合人類的需求，不僅方便了廣大人民群眾的日常生活，而且成為了提高我國(guó)綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)的重要組成部分，對(duì)于到我國(guó)信息安全產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展起到直接推動(dòng)作用，推動(dòng)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代文明的進(jìn)步，所以，還需不斷加強(qiáng)人們對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的認(rèn)識(shí)。從計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程及發(fā)展現(xiàn)狀上來(lái)看，我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將朝著智能化、專業(yè)化的方向發(fā)展，高性能計(jì)算機(jī)就是我國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的主要發(fā)展方向。

由于筆者對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向與趨勢(shì)只有初步的統(tǒng)整，所以研究還有部分不太嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤剑@也是筆者以后繼續(xù)要努力、探索的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]王敏.計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向及進(jìn)展[J].中小企業(yè)管理與科技，2014（1）：312-313.

篇7

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)技術(shù) 發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：G633.58

一、前言

當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得了迅猛發(fā)展，廣泛地應(yīng)用于人們的生活中，給人們的生活帶來(lái)了巨大的便利，計(jì)算機(jī)技術(shù)也從單一化領(lǐng)域逐步發(fā)展到多元化領(lǐng)域。但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的要求越來(lái)越高，要適應(yīng)社會(huì)需求，就必須深入研究計(jì)算機(jī)技術(shù)，以使計(jì)算機(jī)技術(shù)更好地滿足社會(huì)需求。

何為計(jì)算機(jī)技術(shù)呢？計(jì)算機(jī)技術(shù)是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)綜合處理和控制文字、圖像、動(dòng)畫(huà)和活動(dòng)影像等信息，使多種信息建立起邏輯鏈接，集成為一個(gè)系統(tǒng)并具有交互作用。這與傳統(tǒng)的多種媒體簡(jiǎn)單組合是完全不同的。計(jì)算機(jī)技術(shù)是將視聽(tīng)信息以數(shù)字信號(hào)的方式集成在一個(gè)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)就可以很方便地對(duì)它們進(jìn)行存儲(chǔ)、加工、控制、編輯、變換，還可以查詢、檢查。

二、計(jì)算機(jī)保持關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展

計(jì)算機(jī)技術(shù)將向超高速、超小型、平行處理、智能化的方向發(fā)展。盡管受到物理極限的約束，采用硅芯片的計(jì)算機(jī)的核心部件CPU的性能還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。超高速計(jì)算機(jī)將采用平行處理技術(shù)，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行多條指令或同時(shí)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這是改進(jìn)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)、提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)計(jì)算機(jī)將具備更多的智能成分，它將具有多種感知能力、一定的思考與判斷能力及一定的自然語(yǔ)言能力。除了提供自然的輸入手段外，虛擬與現(xiàn)實(shí)技術(shù)是這一領(lǐng)域發(fā)展的集中體現(xiàn)。傳統(tǒng)的磁存儲(chǔ)、光盤存儲(chǔ)容量繼續(xù)攀升，新的海量存儲(chǔ)技術(shù)趨于成熟，新型的存儲(chǔ)器每立方厘米存儲(chǔ)容量可達(dá)10TB。信息的永久存儲(chǔ)也將成為現(xiàn)實(shí)，千年存儲(chǔ)器正在研制中，這樣的存儲(chǔ)器可以抗干擾、抗高溫、防震、防水、防腐蝕。

三、新型計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

隨著硅芯片技術(shù)的快速發(fā)展，硅技術(shù)也越來(lái)越接近物理極限，為了解決物理性對(duì)硅芯片的影響，世界各國(guó)都在加緊研制新技術(shù)，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域?qū)?huì)出現(xiàn)一些新技術(shù)，給計(jì)算機(jī)的發(fā)展帶來(lái)質(zhì)的飛躍。雖然這些新型計(jì)算機(jī)技術(shù)還在發(fā)展中，但不久這些新型的量子計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)等將會(huì)遍布我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，獲得廣泛的應(yīng)用。

1、量子計(jì)算機(jī)

這種計(jì)算機(jī)是根據(jù)量子效應(yīng)設(shè)計(jì)出來(lái)的，借助鏈狀分子聚合物的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，分子狀態(tài)變化借助于激光脈沖改變，使相關(guān)的信息跟著聚合物轉(zhuǎn)變，然后實(shí)現(xiàn)運(yùn)算。量子計(jì)算機(jī)是立足于力學(xué)規(guī)律之上進(jìn)行運(yùn)算及存儲(chǔ)信息的，量子計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量是非常大的，不僅能高速地處理數(shù)據(jù)，還有著安全的保密體系。量子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展是科學(xué)界一直追逐的夢(mèng)想，現(xiàn)在還只是利用了量子點(diǎn)操縱、超導(dǎo)量子干涉等方面，此領(lǐng)域還有待更進(jìn)一步的研究，量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用必會(huì)給未來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展帶來(lái)新機(jī)遇。

2、光子計(jì)算機(jī)

光子計(jì)算機(jī)也就是全光數(shù)字計(jì)算機(jī)，就是用光子代替電子，用光互連代替導(dǎo)線互聯(lián)，光硬件代替電子硬件，從而實(shí)現(xiàn)光運(yùn)算代替電子運(yùn)算。光與電子相比，其傳播速度非常快，它的能力超過(guò)了現(xiàn)有電話電纜的很多倍，同時(shí)光子計(jì)算機(jī)在一般室溫下就可以使用，不易出現(xiàn)錯(cuò)誤，和人腦具有類似的容錯(cuò)性。這些優(yōu)勢(shì)必會(huì)提高計(jì)算機(jī)的效能，使光子計(jì)算機(jī)獲得廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。

3、生物計(jì)算機(jī)

生物計(jì)算機(jī)也即是分子計(jì)算機(jī)，其運(yùn)算過(guò)程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)相互作用的過(guò)程。生物計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是由酶來(lái)?yè)?dān)當(dāng)?shù)模玫仫@現(xiàn)出酶，就需要酶和蛋白質(zhì)融合在一起。通過(guò)這種技術(shù)制作的生物計(jì)算機(jī)體積小，耗電少，存儲(chǔ)量大，還能運(yùn)行在生化環(huán)境或者有機(jī)體中，比較適合應(yīng)用于醫(yī)療診治及生物工程等。

4、納米計(jì)算機(jī)

納米屬于計(jì)量單位，大概是氫原子直徑的十倍。納米技術(shù)從開(kāi)始就受到了科學(xué)家們的關(guān)注，也是80年代初迅速發(fā)展起來(lái)的前沿技術(shù)，科學(xué)家們一直深入研究。現(xiàn)在納米技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域還局限于微電子機(jī)械系統(tǒng)，還沒(méi)有真正應(yīng)用于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。在微電子機(jī)械系統(tǒng)中應(yīng)用納米技術(shù)知識(shí)，是在一個(gè)芯片上同時(shí)放傳感器和各種處理器，這樣所占的空間較小。納米技術(shù)如果能應(yīng)用到計(jì)算機(jī)上，必會(huì)大大節(jié)省資源，提高計(jì)算機(jī)性能。

四、未來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1、無(wú)線化趨勢(shì)

計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線化一直是人們夢(mèng)寐以求的，這與當(dāng)前筆記本實(shí)現(xiàn)的無(wú)線是不同的，未來(lái)計(jì)算機(jī)無(wú)線化是指網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備間的無(wú)線連接，如果無(wú)線化得到了實(shí)現(xiàn)，未來(lái)在家中使用臺(tái)式電腦比用筆記本還方便，因?yàn)轱@示器與主機(jī)不用再連線。也就是說(shuō)實(shí)現(xiàn)無(wú)線顯示器，這種技術(shù)被稱為UWB技術(shù)，屬于無(wú)線通信技術(shù)，可以為無(wú)線局域網(wǎng)和個(gè)人局域網(wǎng)提供方便，帶來(lái)低功耗、高帶寬的優(yōu)勢(shì)。

2、網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)

目前，信息技術(shù)獲得了快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)也越來(lái)越普及，各種家用電器也開(kāi)始走向智能化，未來(lái)有可能實(shí)現(xiàn)家電與計(jì)算機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)連接，計(jì)算機(jī)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控家電的運(yùn)作，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載新的家電應(yīng)用程序，從而提高家電的性能。同時(shí)利用互聯(lián)網(wǎng)也可以遠(yuǎn)程遙控家中的家電，在辦公室就能讓家中的電器工作，為生活提供便利。

3、人性化趨勢(shì)

計(jì)算機(jī)的普及必會(huì)要求計(jì)算機(jī)更好地為人服務(wù)，這就需要計(jì)算機(jī)與人之間的交流要人性化，這樣人們才會(huì)真正使用計(jì)算機(jī)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，計(jì)算機(jī)的交互方式將會(huì)走向多樣化，可以通過(guò)書(shū)寫(xiě)控制，也可以通過(guò)語(yǔ)言控制、眼鏡控制等。隨著智能化的提升，計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)選擇操作流程，使用起來(lái)較為簡(jiǎn)單，有可能達(dá)到與家用電器操作一樣簡(jiǎn)單，使用者不需要專門學(xué)習(xí)就能操作。

五、總結(jié)語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)給人們的生活帶來(lái)了諸多便利，故大力發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)是必要的。目前，一些新型的計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用到一些領(lǐng)域，未來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展必會(huì)超出人們的預(yù)想。

參考文獻(xiàn)

1、趙玉帥，有關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)的討論及未來(lái)的發(fā)展方向[J]，信息與電腦，2010年第3期

篇8

關(guān)鍵詞： FPGA； Verilog HDL； VGA顯示； 量子點(diǎn)； 波形顯示與標(biāo)記

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）06?0101?03

量子點(diǎn)（Quantum Dot，QD）[1]，是準(zhǔn)零維的納米材料，由少量的原子所構(gòu)成。STM?MBE是可制備和掃描量子點(diǎn)材料的先進(jìn)設(shè)備，STM?MBE即掃描隧道顯微鏡和超高真空分子束外延聯(lián)合系統(tǒng)，分子束外延（MBE）是一種物理氣相沉積的材料制備方式，利用MBE設(shè)備可以高精度地制備原子單層級(jí)的平整薄膜[2]， 掃描隧道顯微鏡（STM）的工作原理是電子的隧道效應(yīng)，通過(guò)隧道電流的大小反應(yīng)樣品表面的形貌。利用STM?MBE制備量子點(diǎn)時(shí)，需要利用量子點(diǎn)波形來(lái)觀察和標(biāo)記量子點(diǎn)的高度以確定量子點(diǎn)生長(zhǎng)的優(yōu)劣和表面形貌。基于此種需求，本文利用FPGA控制來(lái)實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)波形的VGA顯示。由于FPGA技術(shù)的迅速發(fā)展，F(xiàn)PGA能夠滿足靈活性和穩(wěn)定性的要求，在圖像采集和處理方面得到了廣泛的應(yīng)用[3]。VGA顯示具有分辨率高、顯示速率快、顏色豐富等優(yōu)點(diǎn)[4]，利用FPGA控制實(shí)現(xiàn)波形的VGA顯示不僅能優(yōu)化量子點(diǎn)波形的顯示效果，而且系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、應(yīng)用靈活的優(yōu)點(diǎn)。本文的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件環(huán)境為Quartus Ⅱ11.0，采用的FPGA芯片型號(hào)為ALTERA Cyclone IV 系列，利用Verilog硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)量子點(diǎn)VGA波形顯示的控制；同時(shí)在量子點(diǎn)波形顯示的基礎(chǔ)上，利用FPGA控制實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示的波形圖的任意節(jié)點(diǎn)做自動(dòng)或者手動(dòng)標(biāo)記，從而進(jìn)一步方便于制備量子點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)。

1 系統(tǒng)原理

1.1 系統(tǒng)原理框圖

在QuartusⅡ11.0的軟件環(huán)境下，采用Cyclone IV 系列的FPGA芯片，并在此環(huán)境內(nèi)搭載AD量子點(diǎn)波形數(shù)據(jù)采集模塊、存儲(chǔ)器模塊、VGA控制模塊、VGA顯示模塊、標(biāo)記控制模塊等。AD量子點(diǎn)波形數(shù)據(jù)采集模塊將采集的量子點(diǎn)波形數(shù)據(jù)處理后存入存儲(chǔ)器模塊，通過(guò)定制存儲(chǔ)器模塊，可以將量子點(diǎn)波形的數(shù)據(jù)存入緩存中，VGA控制模塊在時(shí)鐘信號(hào)（CLK）的作用下通過(guò)HSYNC（行同步）、VSYNC（幀同步）信號(hào)和RGB數(shù)據(jù)來(lái)控制VGA顯示器的顯示，標(biāo)記控制模塊通過(guò)State Machine（狀態(tài)機(jī)）和Counter（計(jì)數(shù)器）控制標(biāo)記在整個(gè)屏幕的移動(dòng)，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

1.2 VGA顯示原理

在FPGA設(shè)計(jì)中，只需利用很少的資源就能產(chǎn)生VGA的各種控制信號(hào)[5]，如時(shí)序、色彩、分辨率等。目前絕大多數(shù)的VGA顯示器采用光柵掃描，即從上到下掃過(guò)每一行，在每一行內(nèi)從左到右掃描。在VGA中，行同步脈沖在光柵掃描線需要回到屏幕的左邊（水平開(kāi)始位置）的時(shí)候插入，場(chǎng)同步脈沖在光柵掃描線需要回到屏幕的上方（垂直開(kāi)始位置）的時(shí)候插入。VGA的色彩原理是通過(guò)對(duì)Red，Green，Blue三個(gè)顏色通道的變化以及它們之間的疊加來(lái)得到各種各樣的顏色，通過(guò)三種顏色的亮度值從0～255的不同產(chǎn)生出其他各種顏色。RGB為像素?cái)?shù)據(jù)，在沒(méi)有圖像投射到屏幕時(shí)插入消隱信號(hào)，當(dāng)消隱信號(hào)有效時(shí)，RGB信號(hào)無(wú)效，屏幕不顯示數(shù)據(jù)。

圖2是VGA掃描行數(shù)據(jù)時(shí)序圖，H是行同步脈沖信號(hào)。產(chǎn)生行同步脈沖信號(hào)HSYNC的周期H=H1+H2+ H3+H4，其中H1是同步信號(hào)時(shí)間，H2為消隱后肩時(shí)間，H3為數(shù)據(jù)有效時(shí)間，H4為行消隱前肩時(shí)間。場(chǎng)同步時(shí)序與行同步時(shí)序類似，即為顯示一屏數(shù)據(jù)的時(shí)序。以分辨率640×480為例[6]，刷新頻率為60 Hz，顯示器每秒掃描60場(chǎng)數(shù)據(jù)，但是VGA在實(shí)際工作時(shí)并非每行掃描640個(gè)點(diǎn)，每場(chǎng)掃描480行數(shù)據(jù)，而是每行800個(gè)像素點(diǎn)[7]，每場(chǎng)525行數(shù)據(jù)。每行800個(gè)像素點(diǎn)中包括H4 16個(gè)點(diǎn)，H1 96個(gè)點(diǎn)，H2 48個(gè)點(diǎn)以及有效圖像像素點(diǎn)H3 640個(gè)，場(chǎng)數(shù)據(jù)與此類似，由此點(diǎn)像素的時(shí)鐘頻率為：800×525×60 = 25.2 MHz。

2 量子點(diǎn)波形的VGA顯示與標(biāo)記

2.1 波形的顯示

圖3是經(jīng)MBE設(shè)備生長(zhǎng)的InGaAs量子點(diǎn)的STM掃描圖（1 000 nm×1 000 nm）。圖中的白色直線下的4個(gè)量子點(diǎn)是本實(shí)驗(yàn)所選取的4個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)所要顯示的波形是這4個(gè)量子點(diǎn)的高度，顯示的波形圖能更加精確地反映InGaAs量子點(diǎn)的表面形貌以及量子點(diǎn)生長(zhǎng)優(yōu)劣。

STM?MBE聯(lián)合系統(tǒng)的組成為生長(zhǎng)量子點(diǎn)設(shè)備和掃描量子點(diǎn)設(shè)備，掃描設(shè)備又包含掃描顯示和數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)輸出部分有USB接口。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的AD量子點(diǎn)波形數(shù)據(jù)采集模塊就是通過(guò)數(shù)據(jù)輸出的USB接口采集量子點(diǎn)的高度掃描數(shù)據(jù)[8]。這些掃描數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器模塊的緩存中[9]，通過(guò)VGA控制模塊的讀取和控制[10]。這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為波形并在VGA顯示器上顯示。圖4是實(shí)驗(yàn)選取的4個(gè)量子點(diǎn)的波形圖。由波形圖可以看出，從左至右的4個(gè)量子點(diǎn)，第2個(gè)量子點(diǎn)的生長(zhǎng)高度較其他3個(gè)較低，表面較凹，波形圖比較直觀地反映出了量子點(diǎn)的表面形貌，十分便于量子點(diǎn)生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)與分析。

2.2 波形的標(biāo)記

在實(shí)際的量子點(diǎn)生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中，不僅需要觀察量子點(diǎn)的STM掃描圖、量子點(diǎn)高度的波形圖， 也需要對(duì)某些量子點(diǎn)做標(biāo)記，如標(biāo)記生長(zhǎng)的不好的量子點(diǎn)或者生長(zhǎng)的符合要求的量子點(diǎn)。本文以選取的的4個(gè)量子點(diǎn)為例，利用FPGA控制實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)波形的自動(dòng)標(biāo)記和手動(dòng)標(biāo)記。

實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)波形的自動(dòng)標(biāo)記是利用VGA顯示器光柵掃描從左至右，從上至下的掃描方式。如圖5所示，在分辨率為H×V的VGA顯示畫(huà)面中，假設(shè)要分別對(duì)波形圖上的A，B兩點(diǎn)做自動(dòng)標(biāo)記，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)中整條波形的RGB色彩是一致的特點(diǎn)，即為白色，即RGB色彩值為（255，255，255），Red為255，Green為255，Blue為255，設(shè)A點(diǎn)坐標(biāo)為（XA，YA），則XA為掃描到的波形上的第1個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)，且YA為場(chǎng)方向上的縱坐標(biāo)最小值，于是即可在此坐標(biāo)值上做下標(biāo)記；同理，對(duì)于B點(diǎn)，令B點(diǎn)坐標(biāo)為（XB，YB），YB為場(chǎng)方向最后一行掃描到的波形上的第一個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)，且YB為縱坐標(biāo)最大值，于是即可在此坐標(biāo)值做下標(biāo)記。圖6為加標(biāo)記后的量子點(diǎn)波形圖，通過(guò)FPGA的控制和Verilog HDL，圓形標(biāo)記能自動(dòng)添加在量子點(diǎn)波形的最高（最低）轉(zhuǎn)折點(diǎn)和最高（最低）波峰點(diǎn)，這些標(biāo)記有助于在量子點(diǎn)生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中分析量子點(diǎn)的生長(zhǎng)優(yōu)劣以及表面形貌的變化。

實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)波形的手動(dòng)標(biāo)記的重點(diǎn)在于標(biāo)記的移動(dòng)，本實(shí)驗(yàn)中VGA顯示的分辨率為640×480，選取的時(shí)鐘為25 MHz，則由于對(duì)應(yīng)的周期為40 ns，標(biāo)記移動(dòng)速度太快，無(wú)法觀測(cè)標(biāo)記移動(dòng)，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，在Verilog狀態(tài)機(jī)中選用18位的計(jì)數(shù)器，在FPGA的控制按鍵有效時(shí)，計(jì)數(shù)器每計(jì)到18個(gè)1時(shí)標(biāo)記在VGA顯示器上移動(dòng)一個(gè)像素點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)記上下左右任意位置的移動(dòng)。

在圖6自動(dòng)標(biāo)記的基礎(chǔ)上，利用Verilog HDL定義FPGA上的控制按鍵，通過(guò)不同按鍵的控制，可使標(biāo)記靈活地進(jìn)行自定義的移動(dòng)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)利用FPGA控制實(shí)現(xiàn)了STM?MBE量子點(diǎn)波形的VGA顯示，且同時(shí)實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)波形圖的手動(dòng)和自動(dòng)標(biāo)記，充分發(fā)揮了FPGA在實(shí)現(xiàn)圖像采集與控制方面的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)實(shí)踐證明實(shí)驗(yàn)方法易于操作，且顯示效果好，成本低，十分便于在量子點(diǎn)生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中分析量子點(diǎn)的生長(zhǎng)狀況，描述量子點(diǎn)的表面形貌。本次實(shí)驗(yàn)采取的VGA分辨率為640×480。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中，若單次顯示的量子點(diǎn)數(shù)量較多，還可根據(jù)需求選用更大的分辨率。不僅可以提升顯示效果，還能顯示更多的波形，充分說(shuō)明了此方法的靈活性與實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[1] BIMBERG D， GRUNDMANN M， LEDENTSOV N N. Quantum dot heterostructures [M]. USA： John Wiley & Sons， 1999.

[2] DING Z， BULLOCK D W， THIBADO P M， et al. Time?evolution of the GaAs （001） pre?roughening process [J]. Surface Science， 2003， 540（2/3）： 491?495.

[3] 陸浩，王振占，高國(guó)興，等.基于FPGA的多功能圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2011，28（12）：107?110.

[4] 王恒心.基于FPGA/CPLD的嵌入式VGA顯示系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2008（26）：146?148.

[5] 吳蓬勃，張啟民，王朝陽(yáng)，等.基于FPGA的VGA圖像控制器設(shè)計(jì)[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26（4）：89?92.

[6] 王亮，李正，寧婷婷，等.VGA漢字顯示的FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2009，30（2）：275?281.

[7] 鄭美芳，高曉蓉，王黎，等.基于FPGA的VGA時(shí)序彩條信號(hào)實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32（14）：90?92.

[8] 覃永新，陳文輝，章帆.實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)采集的FPGA實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2009（9）：57?60.

[9] 王至秋.基于FPGA控制VGA顯示的多通道數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（7）：55?57.

篇9

Abstract： In this paper，a novel algorithm，called the Quantum Continuous Particle Swarm Optimization algorithm - QCPSO，is proposed, based on the combination of the quantum theory with the evolutionary theory． By adopting the qubit particle as the representation，QCPSO can represent a linear superposition of solutions and bring diverse individuals by imitating the quantum collapse to random observation the new populations. The evolution of quantum particles can also pilot the evolution with better diversity than the classical particle swarm optimization method by adopting adaptive mutation．The performance test indicates that the QCPSO possesses better global search capacity than the basic PSO and QPSO when confronting high dimension problems.

關(guān)鍵詞： 粒子群；量子理論；比特；自適應(yīng)變異

Key words： PSO；quantum theory；bit；adaptive mutation

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2011）01-0181-02

0引言

粒子群優(yōu)化算法是由Kennedy和Eberhart等于1995年提出的一種基于種群搜索的自適應(yīng)進(jìn)化計(jì)算技術(shù)[1-2]。算法最初受到飛鳥(niǎo)和魚(yú)類集群活動(dòng)的規(guī)律性啟發(fā)，利用群體智能建立了一個(gè)簡(jiǎn)化模型，用組織社會(huì)行為代替了進(jìn)化算法的自然選擇機(jī)制，通過(guò)種群間個(gè)體協(xié)作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題最優(yōu)解的搜索。

量子計(jì)算特點(diǎn)主要體現(xiàn)在量子態(tài)的疊加（Superposition）、糾纏（Entanglement ）以及干涉（Interference）等性質(zhì)上，許多計(jì)算上的優(yōu)勢(shì)如量子并行（Quantum Parallelism）等皆由此而產(chǎn)生。近年來(lái)很多學(xué)者基于此提出了一些基于量子理論的進(jìn)化算法。它以量子計(jì)算的一些概念和理論為基礎(chǔ)，用量子位編碼來(lái)表示染色體，用量子門作用和量子門更新來(lái)完成進(jìn)化搜索，具有種群規(guī)模小而不影響算法性能、同時(shí)兼有“勘探”和“開(kāi)采”的能力、收斂速度快和全局尋優(yōu)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。文獻(xiàn)[3-4]分別提出了量子遺傳算法、遺傳量子算法和并行量子遺傳算法，并用來(lái)求解組合優(yōu)化問(wèn)題，結(jié)果表明，遺傳量子算法的性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)遺傳算法，但該算法不適于用來(lái)求解連續(xù)函數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題，特別是多峰連續(xù)函數(shù)優(yōu)化問(wèn)題。受此啟發(fā)，本文將量子編碼和量子坍塌等性質(zhì)與粒子群進(jìn)化思想融合，提出一種基于量子理論的連續(xù)粒子群算法(QCPSO)，并對(duì)該算法進(jìn)行參數(shù)影響分析和性能測(cè)試。

1量子粒子群算法(QCPSO)

和經(jīng)典的PSO算法不同，QCPSO是將經(jīng)典PSO算法與量子理論相結(jié)合，基于量子計(jì)算的概念和理論，使用量子比特編碼粒子，由粒子的概率幅表示，一個(gè)量子粒子包含了多個(gè)基本粒子狀態(tài)的信息。通過(guò)模擬量子粒子坍塌的隨機(jī)觀察可以帶來(lái)更加豐富的種群，極大的豐富了種群的多樣性。通過(guò)量子的疊加特性和量子變遷的理論，運(yùn)用量子旋轉(zhuǎn)門來(lái)產(chǎn)生新的種群。粒子的更新是根據(jù)粒子的相位變化以及和全局最優(yōu)粒子、粒子歷史最優(yōu)的相位差來(lái)進(jìn)行的。具體算法描述如下：

1.1 粒子編碼粒子位采用量子比特表示，稱為量子位，量子位具有兩個(gè)基本態(tài),分別是?Z0>態(tài)和?Z1>態(tài)，在任意時(shí)刻，量子位的狀態(tài)可以是基本態(tài)的線性組合，被稱為疊加態(tài)，如式所示：

φ>=α0>+β?Z1>（1）

其中α和β是復(fù)數(shù)，并被稱為概率幅，也就是說(shuō)，我們得到量子位狀態(tài)?Z0>的概率是α，得到量子位狀態(tài)?Z1>的概率是β。α和β的關(guān)系如式：φ>=cosθ0>+sinθ?Z1>（2）

其中θ為量子位的相位，并且和概率幅之間的關(guān)系滿足下式：

θ=arctan（3）

因此，粒子的量子表示方式可以通過(guò)使用概率幅或相位加已表示，如（4）式和（5）式。

α α α… αβ β β… β（4）

θ?佐θ?佐θ?佐…?佐θ（5）

在初始化的時(shí)候，首先將粒子在[0，1]的區(qū)間內(nèi)初始化，然后再映射到定義域空間內(nèi)。映射關(guān)系表達(dá)為：

Swarm=Swarm12*（ub-lb）+lb（6）

其中Swarm1為初始化后帶有兩種狀態(tài)信息的種群，ub，lb為變量上下限。

借鑒基本的粒子群算法的速度更新方式，QCPSO算法中粒子的更新方式是粒子本身根據(jù)種群中最優(yōu)粒子GBest和該粒子歷史最優(yōu)PBest的相位差值來(lái)更新自己的相位的，如下所示：

（7）

其中，θ為t+1代迭代中第j個(gè)粒子的第d維的相移量；θ為第t代第j個(gè)粒子的第d維的相移量；θ為當(dāng)前相位；θ為全局最優(yōu)粒子的相位；θ為該粒子歷史最優(yōu)相位；ω為慣性權(quán)重系數(shù)；C，C為加速系數(shù)；R，R為[0，1]內(nèi)的隨機(jī)數(shù)。

根據(jù)相位的更新計(jì)算出量子旋轉(zhuǎn)門，更新粒子，如下式：

αβ=cosθ-sinθsinθ cosθαβ（8）

其中：θ為在第t+1次迭代中第j個(gè)粒子d維的相移量，α、β為在第t次迭代中第j個(gè)粒子d維的概率幅，α、β是第t+1次迭代中第j個(gè)粒子d維的概率幅。

1.2 粒子評(píng)估當(dāng)粒子坍塌成某一個(gè)基本態(tài)時(shí)，將該基本態(tài)發(fā)生的概率表達(dá)出來(lái)，并且用來(lái)參加粒子適應(yīng)度評(píng)估，即用一個(gè)粒子選擇概率來(lái)選擇粒子的基本態(tài)，選擇好該粒子后，將該粒子按式（6）映射到尋優(yōu)空間中，參加適應(yīng)度評(píng)估；評(píng)估好了粒子來(lái)參加種群的更新。

1.3 自適應(yīng)變異種群一旦陷入局部最優(yōu)陷阱中后，粒子更新的相位很快就會(huì)趨于0，種群幾乎不再更新，為了解決這個(gè)問(wèn)題，本節(jié)設(shè)計(jì)了自適應(yīng)概率，自適應(yīng)的變異概率定義為：

P=μ+Re*σ（9）

其中μ和σ是變異率的調(diào)節(jié)參數(shù)，Re是最優(yōu)值連續(xù)不更新或者更新不明顯的代數(shù)。若種群連續(xù)更新，則不對(duì)種群進(jìn)行任何調(diào)節(jié)；如不順利（Re將累計(jì)增大），對(duì)種群進(jìn)行調(diào)節(jié)的概率則加大。

1.4 算法流程本文提出的算法QCPSO的具體流程如下所示：

Step1：初始化種群；設(shè)定參數(shù)；

Step2：在[0,1]范圍內(nèi)初始化第一代種群（包括

Step3：按照式(4)對(duì)量子態(tài)進(jìn)行表達(dá)，并進(jìn)行第一次適應(yīng)度評(píng)估；粒子歷史最優(yōu)值就為粒子本身；種群全局最優(yōu)值為適應(yīng)度最好的值；如滿足跳出條件，則轉(zhuǎn)Step9；否則轉(zhuǎn)Step4；如式(5)隨機(jī)初始化第一代粒子的相位變化量為(0,1)中的隨機(jī)數(shù)；

Step4：計(jì)算粒子歷史最優(yōu)的相位；全局最優(yōu)粒子相位；按照式(4)對(duì)量子態(tài)進(jìn)行表達(dá)，并進(jìn)行適應(yīng)度評(píng)估；迭代次數(shù)加1；如滿足跳出條件則轉(zhuǎn)Step9；否則，轉(zhuǎn)Step5；

Step5：根據(jù)式(7)更新粒子相位變化量，并運(yùn)用量子旋轉(zhuǎn)門來(lái)更新粒子式(8)；

Step6：判斷是否對(duì)粒子的相位進(jìn)行跳變；是，則執(zhí)行式（9），Step7；否，直接轉(zhuǎn)Step7；

Step7：根據(jù)預(yù)設(shè)的粒子狀態(tài)觀測(cè)概率選擇粒子的狀態(tài)，將粒子坍塌；并根據(jù)式(6)將粒子映射到預(yù)設(shè)空間中來(lái)。

Step8：對(duì)坍塌好的粒子進(jìn)行適應(yīng)度評(píng)價(jià)；是否滿足退出條件：是，轉(zhuǎn)Step9；否，更新全局最優(yōu)和歷史最優(yōu)，轉(zhuǎn)Step4；

Step9：跳出算法，輸出最優(yōu)值，結(jié)束。

1.5 算法性能測(cè)試為了驗(yàn)證算法的性能，將算法QCPSO與經(jīng)典的粒子群算法、量子粒子群算法的代表AQPSO[5-6]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較。QCPSO參數(shù)選擇為：慣性權(quán)重為0.7，加速常數(shù)分別為C1=1.4、C2=1.4，選擇概率P=0.95，跳變概率σ=0.005，種群規(guī)模為40。經(jīng)典PSO算法參數(shù)選擇為慣性權(quán)重為0.7，加速常數(shù)分別為C1=2.0、C2=2.0，種群規(guī)模為40。具體測(cè)試結(jié)果如表1所示。

對(duì)于2維的測(cè)試函數(shù)：Camel函數(shù)上三種測(cè)試方法都能找到全局最優(yōu)，AQPSO和QCPSO的達(dá)優(yōu)率（100％）明顯好于PSO算法。但是耗時(shí)上AQPSO較PSO差，QCPSO較AQPSO算法差。對(duì)于Levy F3函數(shù)，三種算法也都能找到全局最優(yōu)值，在達(dá)優(yōu)率上AQPSO算法稍微差于PSO算法，而QCPSO算法明顯好于AQPSO算法。對(duì)于Levy F5函數(shù)，三種算法也都能找到全局最優(yōu)值，但是AQPSO算法在達(dá)優(yōu)均值上差于PSO算法； QCPSO在達(dá)優(yōu)均值和達(dá)優(yōu)率上都好于其他兩種算法。

對(duì)于10維的測(cè)試函數(shù)Rastrigin和Schwefel、Sphere函數(shù)：對(duì)于Rastrigin函數(shù)，PSO不能找到全局最優(yōu)，均達(dá)優(yōu)值上也明顯差于其他兩個(gè)算法。QPSO明顯好于其他兩種算法。對(duì)于Schwefel測(cè)試函數(shù)上，雖然三種算法都沒(méi)有找到全局最優(yōu)值，但是QCPSO算法尋找到全局最優(yōu)值能達(dá)到在1.3725e-004。達(dá)優(yōu)均值上，QCPSO較其他兩種算法都有明顯進(jìn)步。對(duì)于Sphere函數(shù)，AQPSO算法在全局最優(yōu)值和達(dá)優(yōu)均值上都差于PSO算法，QCPSO以較高的達(dá)優(yōu)率得到高精度解。

對(duì)于高維的測(cè)試函數(shù)Ackley，AQPSO算法在全局最優(yōu)值和達(dá)優(yōu)均值上稍微好于PSO算法，而QCPSO算法則在兩項(xiàng)指標(biāo)上優(yōu)于AQPSO和PSO算法。但是三種算法都沒(méi)有找到全局最優(yōu)值。而對(duì)于Griewangk的測(cè)試中，AQPSO和QCPSO算法都能找到全局最優(yōu)值，但是在均達(dá)優(yōu)值上，AQPSO效果差于PSO算法，QCPSO好于其他兩種算法。

2結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)經(jīng)典PSO算法以及在此基礎(chǔ)之上的改進(jìn)算法進(jìn)行詳細(xì)分析后，提出基于量子理論的連續(xù)粒子群算法，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，QCPSO表現(xiàn)出了良好的性能，在高維問(wèn)題的優(yōu)化中SCPSO則表現(xiàn)出了良好的性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]Kennedy, R.C.Eberhart. Swarm Intelligence. Morgan Kaufmann Publishers, Inc. San Francisco, CA, 2001.

[2]R.C.Eberhart, J. Kennedy. A new optimizer using particle swarm theory. Proc of the 6th international symposium on Micro Machine and Human Science, Nagoya, Japan, IEEE Service Center, Piscataway, NJ, 1995:39-43.

[3]Narayanan A,Moore M, Quantum-inspired genetic algorithm. Proc of IEEE International Conference on Evolutionary Computation．Piscataway: IEEE Press, 1996: 61-66.

[4]Han K H, Kim J H. Genetic quantum algorithm and its application to combinatorial optimization problems. Proc of IEEE Conference on Evolutionary computation. Piscataway: IEEE Press, 2000. 1354-l360.

篇10

手機(jī)企業(yè)一展身手

華為中興拓展國(guó)際市場(chǎng)

華為科技有限公司在2016年拉斯維加斯CES展會(huì)上了最新的旗艦智能手機(jī)、平板電腦和智能手表，欲以此增強(qiáng)自身優(yōu)質(zhì)消費(fèi)品牌的形象。作為華為在中國(guó)最大的對(duì)手，中興通訊也宣布了一項(xiàng)國(guó)際市場(chǎng)拓展計(jì)劃，并且其下一款新型旗艦智能手機(jī)也已經(jīng)在研發(fā)中。

華為和中興早已了一系列高端智能手機(jī)，但市場(chǎng)基本上都僅限于中國(guó)國(guó)內(nèi)，而在2016年，他們都準(zhǔn)備走向國(guó)際市場(chǎng)，走向世界。

華為首席營(yíng)銷官、華為消費(fèi)者業(yè)務(wù)CEO余承東表示，他對(duì)華為制定的發(fā)展戰(zhàn)略很有信心，華為將在兩年內(nèi)升級(jí)為世界第二大智能手機(jī)品牌。國(guó)際數(shù)據(jù)公司數(shù)據(jù)顯示，華為目前是全球僅次于三星和蘋果的第三大智能手機(jī)廠商。

華為在消費(fèi)電子展上推出了最新Mate8，據(jù)稱這款產(chǎn)品“具備世界當(dāng)前最尖端的手機(jī)技術(shù)”，采用6英寸FHD屏幕，一體化金屬外觀，并且搭載了全球最強(qiáng)芯片。此外，華為公司還介紹了一系列新產(chǎn)品，包括金版Nexus 6P。

彩電企業(yè)各顯神通

長(zhǎng)虹：首秀面向物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)放平臺(tái)

在CES展上，長(zhǎng)虹以“智慧社區(qū)下的智慧家庭”為載體，首次向海外觀眾展示中國(guó)第一個(gè)面向物聯(lián)網(wǎng)的IPP運(yùn)營(yíng)平臺(tái)成果，并接受體驗(yàn)。在“互聯(lián)網(wǎng)+”大潮席卷下，彩電企業(yè)正積極構(gòu)建智能家居生態(tài)系統(tǒng)，布局智能家電和基于智能家電的增值服務(wù)，著力打造新的競(jìng)爭(zhēng)力。

在智慧社區(qū)體驗(yàn)區(qū)，智能人閘系統(tǒng)、智能車閘系統(tǒng)、智能車位鎖以及智能手環(huán)等智能終端模擬出真實(shí)的小區(qū)場(chǎng)景，自動(dòng)身份識(shí)別、自動(dòng)放行等生活體驗(yàn)變成現(xiàn)實(shí)。在智慧家庭體驗(yàn)區(qū)，長(zhǎng)虹技術(shù)團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)了客廳、廚房、臥室等體驗(yàn)環(huán)節(jié)，通過(guò)完全開(kāi)放的IPP控制器，可快速將家庭中的不同智能終端和合作伙伴設(shè)備接入到網(wǎng)絡(luò)中，從而實(shí)現(xiàn)家庭各個(gè)智能終端的互聯(lián)互通互控和交互協(xié)同。通過(guò)智能燈控系統(tǒng)和智能門禁系統(tǒng)，體驗(yàn)者可一鍵式設(shè)置“起床模式”、“離家模式”、“進(jìn)門模式”、“夜間模式”等。

長(zhǎng)虹智慧家庭已實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制、異地家人互聯(lián)互控，家庭中的電視、冰箱、空調(diào)等設(shè)備都可以作為網(wǎng)關(guān)，通過(guò)任意設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)其他智能終端的控制與協(xié)同。而在智慧健康小站體驗(yàn)區(qū)，基于長(zhǎng)虹獨(dú)有的IPP聯(lián)接框架協(xié)議，利用傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等設(shè)備搭建起的一套智慧健康服務(wù)系統(tǒng)，以慢病患者、亞健康群體等用戶為中心，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)和跟蹤體系。

TCL：量子顯示“照亮”電視新方向

TCL在CES展上首次了QUHD量子電視，為下一代電視提供全新選擇。通過(guò)率先將量子顯示科技導(dǎo)入中國(guó)制造，TCL為中國(guó)消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)探索新的高速科技通道。TCL多媒體副總裁王汝林表示，量子科技將是影響人類未來(lái)生活的重要技術(shù)之一，TCL搶先全球布局，正是看中了量子材料在顯示性能上的優(yōu)越性，可以為電視產(chǎn)品創(chuàng)新帶來(lái)無(wú)限可能。TCL QUHD電視則是承載量子技術(shù)落地的最新成果。

“QUHD具備下一代電視的特征，核心在于采用量子顯示材料，從光源上對(duì)電視進(jìn)行了全面革新。”在王汝林看來(lái)，要成為真正的下一代電視，就必須通過(guò)本源創(chuàng)新，從基礎(chǔ)材料上對(duì)顯示技術(shù)進(jìn)行大刀闊斧的革新。而量子顯示材料，無(wú)疑打破了傳統(tǒng)CRT、LED電視的顯示技術(shù)瓶頸，在色純、色域、色準(zhǔn)、壽命等維度開(kāi)啟了顯示技術(shù)的新境界，給全球電視顯示技術(shù)未來(lái)帶來(lái)無(wú)限想象。

TCL推出的 QUHD電視采用無(wú)機(jī)納米晶體形態(tài)的“晶粹”量子顯示材料，受激后可發(fā)射熒光，具有熒光壽命更長(zhǎng)、超高色域顯示、顏色表現(xiàn)純凈、色彩控制精準(zhǔn)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

據(jù)了解，量子材料及其相關(guān)技術(shù)目前已應(yīng)用到航天、軍工、醫(yī)療等尖端領(lǐng)域，量子計(jì)算機(jī)、量子衛(wèi)星、量子通信等正在成為現(xiàn)實(shí)。TCL作為中國(guó)唯一具備全產(chǎn)業(yè)鏈垂直一體化整合實(shí)力的彩電企業(yè)，率先在顯示技術(shù)領(lǐng)域布局量子科技，并已掌握20余項(xiàng)量子技術(shù)相關(guān)專利。

汽車科技整裝待發(fā)

黑莓開(kāi)發(fā)的自動(dòng)駕駛

黑莓QNX將全新豐蘭達(dá)概念車。最新消息是，黑莓QNX已經(jīng)與自動(dòng)駕駛?cè)斯ぶ悄苘浖_(kāi)發(fā)商AdasWorks達(dá)成技術(shù)合作，專注于先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛汽車的開(kāi)發(fā)。通過(guò)合作，雙方將把AdasWorks的幾項(xiàng)功能移植到QNX OS平臺(tái)上，包括車道識(shí)別、移動(dòng)物體識(shí)別和物體分類。最終，雙方將為智能、多攝像頭系統(tǒng)建立一個(gè)軟件基礎(chǔ)，通過(guò)提供汽車周圍的全景視角實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。