论软件与硬件的关系.doc

1、1山西农业大学信息学院论计算机发展与计算机软硬件的关系班级：计科 1206 班姓名：周国尧学号：2012204634二零一二年十二月2目 录摘 要3一、计算机发展趋势展望31.前言32，智能化的超级计算机33.新型高性能计算机问世4二、硬件与软件的关系51, 硬件和软件是一个完整的计算机系统互相依存的两大部分，它们的关系主要体现在以下几个方面。52，硬件与软件的统一性6三、计算机硬件与软件未来的关系6四、结论与建议6参考文献73论硬件与硬件的关系【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

2、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 新型计算机 一、计算机发展趋势展望1. 前言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。2，智能化的超级计算机超高

3、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4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，

4、超级计算机已在科技界内引起开发与创新狂潮。 3. 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

5、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 Pentium DI 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

6、、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5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

7、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

8、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

9、 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

10、代芯片计算机，推动计算机行业的快速发展。 我们相信，新型计算机与相关技术的研发和应用，是二十一世纪科技领域的重大创新，必将推进全球经济社会高速发展，实现人类发展史上的重大突破。科学在发展，人类在进步，历史上的新生事物都要经过一个从无到有的艰难历程，随着一代又一代科学家们的不断努力，未来的计算机一定会是更加方便人们的工作、学习、生活的好伴侣。 二、硬件与软件的关系1, 硬件和软件是一个完整的计算机系统互相依存的两大部分，它们的关6系主要体现在以下几个方面。 硬件和软件互相依存 硬件是软件赖以工作的物质基础，软件的正常工作是硬件发挥作用的唯一途径。计算机系统必须要配备完善的软件系统才能正常工作，且

11、充分发挥其硬件的各种功能。 硬件和软件无严格界线 随着计算机技术的发展，在许多情况下，计算机的某些功能既可以由硬件实现，也可以由软件来实现。因此，硬件与软件在一定意义上说没有绝对严格的界面。 硬件和软件协同发展 计算机软件随硬件技术的迅速发展而发展，而软件的不断发展与完善又促进硬件的更新，两者密切地交织发展，缺一不可。2，硬件与软件的统一性“纯数字的对象是现实世界的空间形式和数量关系。所以是非常现实的材料。这些材料以极度抽象的形式出现，这只能在表面上掩盖它起源于外部世界的事实。但是，为了能够从纯粹的状态中研究这些形式和关系，必须使它们完全脱离自己的内容，把内容作为无关重要的东西放在一起。 ”软

12、件主要是由程序构成，而程序又是由许多条字节的二进制码在时序上排列而成。这种时间和空间上的量变能导致质变。硬件和软件就是相互依存，协同发展和统一进行的计算机组成部分。三、计算机硬件与软件未来的关系现在的计算机软件和硬件的关系如同灵魂与躯体的关系，那么在未来呢？我们不妨做出合理的推测，在未来，计算机的硬件与软件可能不再区分的那么明显，甚至可能会发生相互融合，再无分彼此。在硬件的发展会更加的人性化，比如：采用高性能核电池来作为计算机的电源，一辈子只用一块电池；计算机变得如同纸张一般，更加便于携带；又如计算机可以远程与家庭中的所有电器进行远程操控等等，这些都将是未来发展的方向。我们应当对计算机的未来充

13、满信心。四、结论与建议从现在的科学技术发展来看，社会和科学技术的不断进步将会大大的促进计算机的全面发展，也会促进计算机应用的飞速发展。所以，我们不妨将目光放的长远一些，7更加注重未来的计算机的形态，应用，以及硬件与软件的联系与区别，以现在的发展对未来的计算机发展的影响做出合理的推测，使计算机更好的为人类服务，同时更好的加快计算机的发展。参考文献： 1刘科伟，黄建国.量子计算与量子计算机.计算机工程与应用，2002，(38). 2王延汀.谈谈光子计算机.现代物理知识，2004，(16). 3陈连水，袁凤辉，邓放.分子计算机.分子信息学，2005，(3). 4官自强.纳米科技与计算机技术.现代物理知识，2003，(15). 5张镇九，张昭理.量子计算机进展，计算机工程，2004，(4).