除了情人節(jié)，今天還是電子計(jì)算機(jī)的生日！1946年2月14日，世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生，它的名字叫eniac，由“莫爾小組”承擔(dān)開(kāi)發(fā)任務(wù)。隨著科技的發(fā)展，如今出現(xiàn)了一些新型計(jì)算機(jī)：生物計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)等。
電子計(jì)算機(jī)的定義
電子計(jì)算機(jī)（electronic computer），通稱電腦，簡(jiǎn)稱計(jì)算機(jī)（computer），是一種根據(jù)一系列指令來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的機(jī)器。所相關(guān)的技術(shù)研究叫計(jì)算機(jī)科學(xué)，以數(shù)據(jù)為核心的研究稱為信息技術(shù)。
計(jì)算機(jī)種類繁多。實(shí)際來(lái)看，計(jì)算機(jī)總體上是處理信息的工具。根據(jù)圖靈機(jī)理論，一部具有最基本功能的計(jì)算機(jī)應(yīng)當(dāng)能夠完成任何其它計(jì)算機(jī)能做的事情。因此，只要不考慮時(shí)間和存儲(chǔ)因素，從個(gè)人數(shù)碼助理（pda）到超級(jí)計(jì)算機(jī)都應(yīng)該可以完成同樣的作業(yè)。即是說(shuō)，即使是設(shè)計(jì)完全相同的計(jì)算機(jī)，只要經(jīng)過(guò)相應(yīng)改裝，就應(yīng)該可以被用于從公司薪金管理到無(wú)人駕駛飛船操控在內(nèi)的各種任務(wù)。由于科技的飛速進(jìn)步，下一代計(jì)算機(jī)總是在性能上能夠顯著地超過(guò)其前一代，這一現(xiàn)象有時(shí)被稱作“摩爾定律”。
計(jì)算機(jī)在組成上形式不一。早期計(jì)算機(jī)的體積足有一間房屋大小，而今天某些嵌入式計(jì)算機(jī)可能比一副撲克牌還小。當(dāng)然，即使在今天，依然有大量體積龐大的巨型計(jì)算機(jī)為特別的科學(xué)計(jì)算或面向大型組織的事務(wù)處理需求服務(wù)。比較小的，為個(gè)人應(yīng)用而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)稱為微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱微機(jī)。我們今天在日常使用“計(jì)算機(jī)”一詞時(shí)通常也是指此。不過(guò)，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)最為普遍的應(yīng)用形式卻是嵌入式的。嵌入式計(jì)算機(jī)通常相對(duì)簡(jiǎn)單，體積小，并被用來(lái)控制其它設(shè)備—無(wú)論是飛機(jī)，工業(yè)機(jī)器人還是數(shù)碼相機(jī)。
電子計(jì)算的的發(fā)展史
第一代電子管計(jì)算機(jī)：eniac（the electronic numerical integrator and computer），1946年在費(fèi)城公諸于世，它通過(guò)不同部分之間的重新接線編程，還擁有并行計(jì)算能力，但功能受限制，速度也慢。eniac的問(wèn)世標(biāo)志現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的誕生，是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的里程碑。
第二代晶體管計(jì)算機(jī)：晶體管的發(fā)明大大促進(jìn)計(jì)算機(jī)的發(fā)展，晶體管代替電子管，電子設(shè)備體積減小。1956年，晶體管在計(jì)算機(jī)中使用，晶體管和磁芯存儲(chǔ)器導(dǎo)致了第二代計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生。第二代計(jì)算機(jī)體積小、速度快、功耗低、性能更穩(wěn)定。首先使用晶體管技術(shù)的是早期的超級(jí)計(jì)算機(jī)，主要用于原子科學(xué)的大量數(shù)據(jù)處理，這些機(jī)器價(jià)格昂貴，生產(chǎn)數(shù)量極少。
第三代集成電路計(jì)算機(jī)： 晶體管比起電子管進(jìn)步，但產(chǎn)生的大量熱量損害計(jì)算機(jī)內(nèi)部的敏感部分。1958年發(fā)明了集成電路（ic），將電子元件結(jié)合到一片小小的硅片上，使更多的元件集成到單一的半導(dǎo)體芯片上。于是，計(jì)算機(jī)變得更小，功耗更低，速度更快。這一時(shí)期的發(fā)展還包括使用了操作系統(tǒng)，使計(jì)算機(jī)在中心程序的控制協(xié)調(diào)下可以同時(shí)運(yùn)行許多不同的程序。1964年，美國(guó)ibm公司研制成功第一個(gè)采用集成電路的通用電子計(jì)算機(jī)系列ibm360系統(tǒng)。
第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)：大規(guī)模集成電路（lsi）可以在一個(gè)芯片上容納幾百個(gè)元件。到了80年代，超大規(guī)模集成電路（vlsi）在芯片上容納了幾十萬(wàn)個(gè)元件，后來(lái)的ulsi將數(shù)字?jǐn)U充到百萬(wàn)級(jí)?？梢栽谟矌糯笮〉男酒先菁{如此數(shù)量的元件使得計(jì)算機(jī)的體積和價(jià)格不斷下降，而功能和可靠性不斷增強(qiáng)。基于“半導(dǎo)體”的發(fā)展，到了一九七二年，第一部真正的個(gè)人計(jì)算機(jī)誕生了。
第五代智能計(jì)算機(jī)：1981年，在日本東京召開(kāi)了第五代計(jì)算機(jī)研討會(huì)，隨后制訂出研制第五代計(jì)算機(jī)的長(zhǎng)期計(jì)劃。智能計(jì)算機(jī)主要特征是具備人工智能，能像人一樣思考，并且運(yùn)算速度極快，其硬件系統(tǒng)支持高度并行和推理，其軟件系統(tǒng)能夠處理知識(shí)信息。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)（也稱神經(jīng)元計(jì)算機(jī)）是智能計(jì)算機(jī)的重要代表。但第五代計(jì)算機(jī)目前仍處在探索、研制階段。真正實(shí)現(xiàn)后，將有無(wú)量的發(fā)展前途，它的前景，必將是光輝誘人的。
第六代生物計(jì)算機(jī)：半導(dǎo)體硅晶片的電路密集，散熱問(wèn)題難以徹底解決，影響了計(jì)算機(jī)性能的進(jìn)一步突破。研究發(fā)現(xiàn)，dna的雙螺旋結(jié)構(gòu)能容納巨量信息，其存儲(chǔ)量相當(dāng)于半導(dǎo)體芯片的數(shù)百萬(wàn)倍。一個(gè)蛋白質(zhì)分子就是存儲(chǔ)體，而且阻抗低、能耗小、發(fā)熱量極低?；诖耍玫鞍踪|(zhì)分子制造出基因芯片研制生物計(jì)算機(jī)，已成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的最前沿。生物計(jì)算機(jī)比硅晶片計(jì)算機(jī)在速度、性能上有質(zhì)的飛躍，被視為極具發(fā)展?jié)摿Φ摹暗诹?jì)算機(jī)”。
新一代電子計(jì)算機(jī)如何發(fā)展？
自問(wèn)世以來(lái)數(shù)字計(jì)算機(jī)在速度和能力上有了可觀的提升，迄今仍有不少課題顯得超出了當(dāng)前計(jì)算機(jī)的能力所及。對(duì)于其中一部分課題，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)是無(wú)論如何也不可能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檎业揭粋€(gè)解決方法的時(shí)間還趕不上問(wèn)題規(guī)模的擴(kuò)展速度。因此，科學(xué)家開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)向生物計(jì)算機(jī)技術(shù)和量子理論來(lái)解決這一類問(wèn)題，合成生物學(xué)的技術(shù)發(fā)展，產(chǎn)生了另一類以人工設(shè)計(jì)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)與基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算或完成計(jì)算機(jī)程序化編碼細(xì)胞行為的生物計(jì)算機(jī)，也稱為“濕”計(jì)算機(jī)或活體細(xì)胞計(jì)算機(jī)。比如，人們計(jì)劃用生物性的處理來(lái)解決特定問(wèn)題（dna計(jì)算）。由于細(xì)胞分裂的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)方式，dna計(jì)算系統(tǒng)很有可能具備解決同等規(guī)模問(wèn)題的能力。當(dāng)然，這樣一個(gè)系統(tǒng)直接受限于可控制的dna總量。
量子計(jì)算機(jī)，顧名思義，利用了量子物理世界的超常特性。一旦能夠造出量子計(jì)算機(jī)，那么它在速度上的提升將令一般計(jì)算機(jī)難以望其項(xiàng)背。當(dāng)然，這種涉及密碼學(xué)和量子物理模擬的下一代計(jì)算機(jī)還只是停留在構(gòu)想階段。