计算科学发展十篇

导语：如何才能写好一篇计算科学发展，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

计算科学发展篇1

关键词:计算科学计算工具图灵模型量子计算

1计算的本质

抽象地说,所谓计算,就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说,从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2,而符号串g是2x,从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此,令f表示一组公理和推导规则,令g是一个定理,那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看,文字翻译也是计算,如f代表一个英文句子,而g为含意相同的中文句子,那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号(串)开始,一步一步地改变符号(串),经过有限步骤,最后得到一个满足预先规定的符号(串)的变换过程。

从类型上讲,计算主要有两大类:数值计算和符号推导。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幂运算、开方运算、方程的求解等。符号推导包括代数与各种函数的恒等式、不等式的证明,几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导,它们在本质上是等价的、一致的,即二者是密切关联的,可以相互转化,具有共同的计算本质。随着数学的不断发展,还可能出现新的计算类型。

2远古的计算工具

人们从开始产生计算之日,便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此,计算和计算工具是息息相关的。

早在公元前5世纪,中国人已开始用算筹作为计算工具,并在公元前3世纪得到普遍的采用,一直沿用了二千年。后来,人们发明了算盘,并在15世纪得到普遍采用,取代了算筹。它是在算筹基础上发明的,比算筹更加方便实用,同时还把算法口诀化,从而加快了计算速度。

3近代计算系统

近代的科学发展促进了计算工具的发展:在1614年,对数被发明以后,乘除运算可以化为加减运算,对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年,冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年,曼南在计算尺上装上光标,因此而受到当时科学工作者,特别是工程技术人员广泛采用。机械式计算器是与计算尺同时出现的,是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年,莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器,是长1米的大盒子。自此以后,经过人们在这方面多年的研究,特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后,出现了多种多样的手摇计算器,并风行全世界。

4电动计算机

英国的巴贝奇于1834年,设计了一部完全程序控制的分析机,可惜碍于当时的机械技术限制而没有制成,但已包含了现代计算的基本思想和主要的组成部分了。此后,由于电力技术有了很大的发展,电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。1941年,德国的楚泽采用了继电器,制成了第一部过程控制计算器,实现了100多年前巴贝奇的理想。

5电子计算机

20世纪初,电子管的出现,使计算器的改革有了新的发展,美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算机。电子计算机的出现和发展,使人类进入了一个全新的时代。它是20世纪最伟大的发明之一,也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。

在电子计算机和信息技术高速发展过程中,因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔(GodonMoore)对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言:半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明,自20世纪60年代以后的数十年内,芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番,而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速度被公认为“摩尔定律”。

6“摩尔定律”与“计算的极限”

人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升?传统计算机计算能力的提高有没有极限?对此问题,学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高,最终地球上所有的能量将转换为计算的结果——造成熵的降低,这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的,因此,传统电子计算机的计算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到21世纪30年代,芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1纳米=10-9米),此时,导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律——牛顿力学沿导线运行,而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象,从而导致芯片无法正常工作;同样,芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米)后,晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。

哲学家和科学家对此问题的看法十分一致:摩尔定律不久将不再适用。也就是说,电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在21世纪前30年内终止。著名科学家,哈佛大学终身教授威尔逊(EdwardO.Wilson)指出:“科学代表着一个时代最为大胆的猜想(形而上学)。它纯粹是人为的。但我们相信,通过追寻“梦想—发现—解释—梦想”的不断循环,我们可以开拓一个个新领域,世界最终会变得越来越清晰,我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的7量子计算系统

量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼RichardP.Feynman曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题:量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例,在干涉过程中,相互作用的光子每增加一个,有可能发生的情况就会多出一倍,也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了,不过,在费曼眼里,这却恰恰提供一个契机。因为另一方面,量子力学系统的行为也具有良好的可预测性:在干涉实验中,只要给定初始条件,就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算,那么搭建这样一个实验,测量其结果,就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此,只要在计算机运行的过程中,允许它在真实的量子力学对象上完成实验,并把实验结果整合到计算中去,就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。

在费曼设想的启发下,1985年英国牛津大学教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇——图灵论题。费曼指出使用量子计算机时,不需要考虑计算是如何实现的,即把计算看作由“神谕”来实现的:这类计算在量子计算中被称为“神谕”(Oracle)。种种迹象表明:量子计算在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强,例如,现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数(如1024位的十进制数)分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”,困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前,就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024位整数的质因子分解问题,大约需要28万年,这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且,分解的难度随着整数位数的增多指数级增大,也就是说如果要分解2046位的整数,所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机,我们只需要大约40分钟的时间就可以分解1024位的整数了。

8量子计算中的神谕

人类的计算工具,从木棍、石头到算盘,经过电子管计算机,晶体管计算机,到现在的电子计算机,再到量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考:首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算,随后,人们发明了算盘,来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”,机器也可以用来搬动“算珠”,而且效率更高,速度更快。随后,人们用继电器替代了纯机械,最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时,数学家们开始对计算的本质展开了研究,图灵机模型告诉了人们答案。

量子计算的出现,则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。

因为在此之前,所有计算均是模拟一个快速的“算盘”,即使是最先进的电子计算机的CPU内部,64位的寄存器(register),也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。量子计算则完全不同,对于量子计算的核心部件,类似于古代希腊中的“神谕”,没有人弄清楚神谕内部的机理,却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子,人们通过输入,可以得到输出,但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。

9“神谕”的挑战与人类自身的回应人类的思考能力,随着计算工具的不断进化而不断加强。电子计算机和互联网的出现,大大加强了人类整体的科研能力,那么,量子计算系统的产生,会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力,并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”。不仅如此,量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质,把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。

如果观察历史,会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”,人们的公理系统在不断的增大,随着该系统的不断增大,人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律:

“计算工具不断发展—整体思维能力的不断增强—公理系统的不断扩大—旧的神谕被解决—新的神谕不断产生”不断循环。

无论量子计算的本质是否被发现,也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命,也许许多困扰人类的问题,将会随着量子计算机工具的发展而得到解决,它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代,并会给人类文明带来更加深刻的影响。

参考文献

[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputationandQuantumInformation[M].CambridgeUniversityPress,2000.

计算科学发展篇2

关键词:计算科学计算工具图灵模型量子计算

1计算的本质

抽象地说,所谓计算,就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说,从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2,而符号串g是2x,从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此,令f表示一组公理和推导规则,令g是一个定理,那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看,文字翻译也是计算,如f代表一个英文句子,而g为含意相同的中文句子,那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号(串)开始,一步一步地改变符号(串),经过有限步骤,最后得到一个满足预先规定的符号(串)的变换过程。

从类型上讲,计算主要有两大类:数值计算和符号推导。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幂运算、开方运算、方程的求解等。符号推导包括代数与各种函数的恒等式、不等式的证明,几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导,它们在本质上是等价的、一致的,即二者是密切关联的,可以相互转化,具有共同的计算本质。随着数学的不断发展,还可能出现新的计算类型。

2远古的计算工具

人们从开始产生计算之日,便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此,计算和计算工具是息息相关的。

早在公元前5世纪,中国人已开始用算筹作为计算工具,并在公元前3世纪得到普遍的采用,一直沿用了二千年。后来,人们发明了算盘,并在15世纪得到普遍采用,取代了算筹。它是在算筹基础上发明的,比算筹更加方便实用,同时还把算法口诀化,从而加快了计算速度。

3近代计算系统

近代的科学发展促进了计算工具的发展:在1614年,对数被发明以后,乘除运算可以化为加减运算,对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年,冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年,曼南在计算尺上装上光标,因此而受到当时科学工作者,特别是工程技术人员广泛采用。机械式计算器是与计算尺同时出现的,是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年,莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器,是长1米的大盒子。自此以后,经过人们在这方面多年的研究,特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后,出现了多种多样的手摇计算器,并风行全世界。

4电动计算机

英国的巴贝奇于1834年,设计了一部完全程序控制的分析机,可惜碍于当时的机械技术限制而没有制成,但已包含了现代计算的基本思想和主要的组成部分了。此后,由于电力技术有了很大的发展,电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。1941年,德国的楚泽采用了继电器,制成了第一部过程控制计算器,实现了100多年前巴贝奇的理想。

5电子计算机

20世纪初,电子管的出现,使计算器的改革有了新的发展,美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算机。电子计算机的出现和发展,使人类进入了一个全新的时代。它是20世纪最伟大的发明之一,也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。

在电子计算机和信息技术高速发展过程中,因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔(GodonMoore)对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言:半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明,自20世纪60年代以后的数十年内,芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番,而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速度被公认为“摩尔定律”。

6“摩尔定律”与“计算的极限”

人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升?传统计算机计算能力的提高有没有极限?对此问题,学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高,最终地球上所有的能量将转换为计算的结果——造成熵的降低,这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的,因此,传统电子计算机的计算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到21世纪30年代,芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1纳米=10-9米),此时,导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律——牛顿力学沿导线运行,而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象,从而导致芯片无法正常工作;同样,芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米)后,晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。

哲学家和科学家对此问题的看法十分一致:摩尔定律不久将不再适用。也就是说,电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在21世纪前30年内终止。著名科学家,哈佛大学终身教授威尔逊(EdwardO.Wilson)指出:“科学代表着一个时代最为大胆的猜想(形而上学)。它纯粹是人为的。但我们相信,通过追寻“梦想—发现—解释—梦想”的不断循环,我们可以开拓一个个新领域,世界最终会变得越来越清晰,我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的。”

7量子计算系统

量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼RichardP.Feynman曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题:量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例,在干涉过程中,相互作用的光子每增加一个,有可能发生的情况就会多出一倍,也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了,不过,在费曼眼里,这却恰恰提供一个契机。因为另一方面,量子力学系统的行为也具有良好的可预测性:在干涉实验中,只要给定初始条件,就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算,那么搭建这样一个实验,测量其结果,就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此,只要在计算机运行的过程中,允许它在真实的量子力学对象上完成实验,并把实验结果整合到计算中去,就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。

在费曼设想的启发下,1985年英国牛津大学教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇——图灵论题。费曼指出使用量子计算机时,不需要考虑计算是如何实现的,即把计算看作由“神谕”来实现的:这类计算在量子计算中被称为“神谕”(Oracle)。种种迹象表明:量子计算在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强,例如,现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数(如1024位的十进制数)分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”,困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前,就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024位整数的质因子分解问题,大约需要28万年,这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且,分解的难度随着整数位数的增多指数级增大,也就是说如果要分解2046位的整数,所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机,我们只需要大约40分钟的时间就可以分解1024位的整数了。

8量子计算中的神谕

人类的计算工具,从木棍、石头到算盘,经过电子管计算机,晶体管计算机,到现在的电子计算机,再到量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考:首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算,随后,人们发明了算盘,来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”,机器也可以用来搬动“算珠”,而且效率更高,速度更快。随后,人们用继电器替代了纯机械,最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时,数学家们开始对计算的本质展开了研究,图灵机模型告诉了人们答案。

量子计算的出现,则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。

因为在此之前,所有计算均是模拟一个快速的“算盘”,即使是最先进的电子计算机的CPU内部,64位的寄存器(register),也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。量子计算则完全不同,对于量子计算的核心部件,类似于古代希腊中的“神谕”,没有人弄清楚神谕内部的机理,却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子,人们通过输入,可以得到输出,但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。

9“神谕”的挑战与人类自身的回应人类的思考能力,随着计算工具的不断进化而不断加强。电子计算机和互联网的出现,大大加强了人类整体的科研能力,那么,量子计算系统的产生,会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力,并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”。不仅如此,量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质,把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。

如果观察历史,会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”,人们的公理系统在不断的增大,随着该系统的不断增大,人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律:

“计算工具不断发展—整体思维能力的不断增强—公理系统的不断扩大—旧的神谕被解决—新的神谕不断产生”不断循环。

无论量子计算的本质是否被发现,也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命,也许许多困扰人类的问题,将会随着量子计算机工具的发展而得到解决,它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代,并会给人类文明带来更加深刻的影响。

参考文献

[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputationandQuantumInformation[M].CambridgeUniversityPress,2000.

计算科学发展篇3

论文关键词：科学发展模式 计算机科学 改革

论文摘要：科学的发展模式是科学哲学所关注的核心问题之一。本文阐述库恩的经典的科学发展模式理论基础上对计算机科学的发展道路进行详尽的分析、说明，并给出了计算机科学继续发展要进行改革的必然性，最后给出计算机科学改革的几点建议。

本文主要介绍库恩的科学发展模式：前科学常规科学反常和危机科学革命新的常规科学，库恩的模式是以“范式”的变革为核心的。库恩的科学发展模式中，科学是在周期式的循环中发展，通过科学革命，从一个常规科学过渡到另一个常规科学。既有常规科学时期的一般知识累积的过程，又有科学革命时期的范式新旧更替的过程。

一、前科学阶段。所谓前科学，就是尚未形成该学科“范式”的原始科学阶段。在计算机科学形成具体的理论科学之前，计算机科学当属于前科学阶段。在这一阶段中，机械计算机拓荒的时代，那些所谓的“计算机”都是基于机械运行方式，尽管有个别产品开始引入一些电学内容，却都是从属与机械的，还没有进入计算机的灵活：逻辑运算领域。

二、常规科学阶段。科学家们经过长期的研究和争论，形成了公认的“范式”，并依靠共同信仰的范式把大家统一为一个科学共同体。可以说，这一范式的形成，是前人不断摸索，不断进行理论研究，后人在前人的理论基础上，将理论与实践相结合的伟大成果。在此之后计算机科学已经形成了一套完整的理论体系，为后人继续对计算机进行科学研究提供指明了方向。也使得计算机科学傲然屹立于自然科学领域之中。为人们的生产，生活提供不可思意的帮助。

三、反常阶段。科学探索中新事物是层出不穷的，当科学家们发现了范式预期之外的新事物、新现象、新发现，用范式难以解释，这就是反常现象。反常的出现，推动更多科学家通过观察实验搜集更多的反常去证实反常。在当今社会我们可以清楚的看到，人们的需要不再是单纯的学会使用计算机，了解什么是计算机？而是如何使得人们再使用计算机时舒适，方便，如何使计算机更好的与其他学科结合，解决其他学科中的难题等等。计算机的研究者们应该将计算机的相关理论与其他学科的特点结合起来，深入研究。新技术革命的浪潮对计算机科学而言是挑战，也是机遇，计算机科学工作者应抓住机遇，不要囿于前人的学术观点，应大胆提出异议，促进计算机学理论的更新和革命。

四、危机阶段。当反常现象大量出现，并成为常规科学无法解决的难题时，人们开始怀疑范式，失去对范式的信任，科学共同体开始分化，这时才有可能打破旧范式的统治转向接受新范式。由于受旧范式支配的常规科学面临生死存亡的考验，反常势必导致危机。随着反常现象的不断出现，计算机的发展方向成为计算机工作者最为关心的问题。计算机以后究竟向着什么方向发展，计算机界还未形成同一的共识。有识之士认识到计算机只有向其他的学科渗透，与其他的学科相结合，才是计算机发展的唯一正确的道路，才能跟上时展的步伐。单纯的为了发展计算机而发展计算机已没有什么有意义的前景。为此，计算机工作者在危机面前必须树立坚定的信念，做大量艰巨而细致的工作，以迎接计算机科学革命的到来。

五、科学革命阶段。大规模，超大规模计算机的出现，是计算机科学与当时最先进的自然科学和社会科学相结合的产物，其所取得的成就对于计算机的以后发展起到非常重要的作用。我们今天所处的时代与大规模，超大规模计算机时代虽有不同，但也有很大的相似，我们拥有现代最科学的哲学—马克思主义哲学的指导，自然科学飞速发展，各学科之间联系日益广泛。特别是近数十年来，自然科学在高度分化的基础上开始转向重新综合的趋势。现代系统论、信息论、控制论、协同学、耗散结构理论等边缘学科、综合学科理论的兴起，计算机领域中已由原有的计算机硬件向计算机软件，硬件的转变，同时“人工智能”，“通讯工程”等的出现，都为计算机科学革命提供可能和有利条件。

六、新常规科学阶段。科学革命以后，科学即转入新的常规科学，进入了在新范式指导下的渐进式发展。科学史就是常规科学和科学革命不断交替的过程，循环往复，永无止境。跟上了时代步伐的新的中医理论体系（新范式）会随着社会科学和自然科学的发展而不断地向前发展。这一新的理论是以现代语言描述的，因而容易被世界人民所接受，并因为其整体辩证的特色而广泛受到欢迎，且使这一学科本身蕴藏着无穷的发展潜力。新的计算机理论体系还会给未来社会科学和自然科学以反馈，产生深刻的影响，从而有助于未来社会科学和自然科学的发展。作为以实践应用为主要研究目标的计算机科学体系，在发展的过程中，也会找到与其他学科越来越多的交叉点和结合点，在相互取长补短，各自克服缺陷的前提下，经过各自一次又一次的科学革命，最终一定能够达到完全融合。

既然计算机科学即将面临一场危机，我们就要想办法解决危机。要解决危机，必须进行革命，抛弃旧范式，建立新范式。要创建新范式，就需要批判精神与创造精神。对计算机科学进行革命，可从以下几个方面着手。首先要继续深化本学科的发展，向高层次，深层次发展。要对计算机科学进行实质性的深化发展。其次，要拓宽本学科的发展方向，建立新的发展方向，如现在新兴的人工智能，通讯工程等。最后，要加强同别的学科的联系，将计算机科学努力渗透到其他自然科学领域，才能使得计算机科学在自然科学日新月异的当今社会继续存在，发展，强大。

参考文献：

计算科学发展篇4

关键词：计算机科学与技术；发展趋势；信息化

引言

计算机科学与技术的发展及应用标志着人类已经进入到信息化时代，而随着社会科学技术的不断发展，计算机技术水平也越来越高，在推动社会发展和进步中发挥着越来越重要的作用。而随着社会的进步与发展，计算机科学与技术发展速度也会越来越快，其应用范围也会越来越广。在现代社会里，计算机科学与技术的作用是显而易见的，以计算机科学与技术为核心，我国社会经济将取得更好的发展成绩。

1 计算机科学与技术的发展现状

1.1 发展速度快、应用普遍

随着社会的快速发展，计算机科学与技术的发展速度越来越快。科技作为第一生产力，计算机技术的发展给科技生产提供了新的动力。计算机技术总是在实践中不断地完善和发展，以先进的计算机技术来带给人们更好的服务。而在当下，计算机科学与技术的应用也越来越普遍，已经渗透到社会发展的各个领域，给现代社会的发展带来了重大影响。

1.2 专业化、多功能化

在计算机科学与技术应用过程中，计算机科学变得越来越专业化，与各行各业的发展越来越紧密。在现代社会里，计算机科学与技术已成为各行各业提高自身竞争实力的有效途径，而计算机科学与技术的广泛应用带动了计算机科学的专业化发展。各行各业越来越看重专业化的人才培养，越来越看重产品的多功能性，而在现代社会里，只有多功能的产品，才能受到人们的关注。

2 计算机科学与技术快速发展的原因

2.1 社会发展的需要

在社会发展进程中，计算机科学与技术也在不断发展，可以说，计算机科学与技术是随着和会的发展而发展，计算机科学与技术是为社会发展服务的。起初，计算机的发展是为了满足时展对信息处理的需求。开始计算机性能也仅仅是满足了信息处理的需要，而且信息处理速度不够快。而在现代社会里，计算机的应用已经普遍化，社会发展对计算机性能要求也越来越高，而为了满足社会发展的需求，计算机科学与技术的研究也越来越深入，计算机科学与技术发展速度也越来越快[1-2]。

2.2 科技飞速发展的必然结果

在现代社会里，科技更新速度越来越快，科技的日新月异必然会带动计算机科学与技术的发展。技术作为社会发展的动力，随着信息技术的发展，人们对计算机科学与技术的研究也越来越深入，从而带动计算机科学与技术的发展，更好地满足社会发展的需求，推动社会的进步与发展。

3 计算机科学与技术在现代社会发展中的作用

在现代社会里，计算机科学与技术的应用越来越普遍，所起的作用也越来越提出。首先，计算机科学与技术的发展推动了经济的发展。在现代社会里，各大行业纷纷利用计算机来进行管理，在计算机技术的依托下，提高了企业管理水平和效率，实现了信息的贡献，为企业带来了更好的经济效益。对于企业而言，企业经济效益提高，企业在市场经济中的活跃度就会提高，从而推动经济的发展；其次，推动教育事业的发展。教育作为我国现代社会人才培养的主要途径，而计算机的出现丰富了教学方法和内容，有助于教育事业的更好发展；再者，计算机科学与技术的发展加快了工业社会向信息化社会转化进程。计算机技术促进了劳动资料的变革以及劳动方式的变革，现代信息技术为人们提供了更为方便、快捷的处理、存储和传递信息的手段；劳动生产率的提高给予人们日益增多的闲暇时间，即人们能够更多地从事各项事业的创造性活动[3]。

4 计算机科学与技术的发展趋势

4.1 智能化的发展趋势

计算机作为一种设备，它在现代社会发展过程中发挥着重大作用。然而随着社会的发展，计算机需要处理的数据越来越多，越多越大，计算机在运行过程中所暴露出来的问题也越来越多，普通的计算机已经难以满足当下对大数据的计算需求。而智能化的计算机将有望解决当前计算机面临的问题。展望未来，计算机的发展必然要经历很多新的突破。从目前的发展趋势来看，未来的计算机将是微电子技术、光学技术、超导技术和电子仿生技术相互结合的产物。在实际应用中，计算机可以通过独特的设计机构、平行技术等技术实现计算机运行过程中各种数据、指令的合理性分析，从而推动计算机科学与技术的智能化发展。在未来的发展道路上，智能化必将成为社会发展的主要趋势，利用智能化计算机可以完全取代人工，提高工作效率，更好地满足社会发展的需要[4]。

4.2 高性能的方向发展

计算机性能问题一直是计算机科学与技术研究的重点。当前，许多计算机都是通过采用合适的芯片来完成相关操作。而在信息时代里，计算机需要处理的信息数据量越来越大，各行各业对计算机性能要求也越来越高。就我国现阶段的计算机科学与技术水平来看，与世界发达国家还存在一定的差距，由于计算机技术水平有限，计算机性能还有待于提高。故此，在计算机科学与技术未来发展道路上，高性能的计算机研究已成为必然。只有加大计算机科学与技术的研究，才能提高计算机的系能，从而更好地满足实际发展的需要，发挥计算机的优越性[5]。

4.3 体验式的发展

所谓的体验式就是让消费者参与、体验和感受。在现代社会里，体验式符合了以人为本的现念，已成为社会各行各业相互竞争的一大举措，如企业开展产品体验，让消费者更好地感受产品的功能，从而促使消费者购买。对于计算机科学与技术而言，它是为社会发展所服务的，在计算机科学与技术未来发展道路上，就应当积极地朝着体验式的方向发展，不断去完善服务和运用理念。体验式是注重人的实际感受的，将人的需求和愿望通过科技的进步体现出来，更好地满足人的欲求。人是计算机操作和运用的主体，而计算机在当代越来越成为个人以及企业实现个人行为以及目的的途径，计算机的服务也只有更加去人性化，才能获得更好的市场反馈[6]。

5 结束语

综上所述，计算机科学与技术的发展已成为我国现代社会发展的重要一部分，正在逐渐渗透社会发展的各个领域。计算机科学与技术的发展改变了人们的生活、学习、工作方式，提高了社会发展速度。而随着计算机科学与技术研究的深入，计算机科学与技术也逐渐向着智能化、高性能化、多元化的方向发展，将真正地实现工业社会向信息化社会的转变，推动社会的更好发展。

参考文献

[1]郑宏莉.探究计算机科学与技术的发展趋势[J].黑龙江科技信息，2014，36：149-150.

[2]刘博.浅谈计算机科学与技术的发展趋势[J].计算机光盘软件与应用，2015，03：106-107.

[3]谢平.对计算机科学与技术发展趋势的探讨[J].计算机光盘软件与应用，2012，05：125-126.

[4]甘黛娴.计算机科学与技术的发展趋势探析[J].计算机光盘软件与应用，2012，06：97+96.

[5]吾买尔・孜亚吾东.计算机科学与技术发展趋势研究[J].电子世界，2013，15：16-18.

计算科学发展篇5

关键词：计算机科学与技术；发展趋势；高速计算机；超微技术

中图分类号：TP3

1 现阶段计算机科学与技术的发展状况分析

1.1 计算机科学与技术对现阶段社会发展的贡献

现阶段计算机科学与技术参与了社会的生产和生活的众多领域，极大地提升了现代社会人们的生活质量和工作效率，为现代社会的发展起到了重要的促进作用。科学技术的不断创新与发展，计算机科学技术不断地为人们的生产、生活、文化娱乐等提供帮助，计算机科学技术在社会发展中的普遍运用，有效地提升了现代社会的文明水平。

在先进的科学技术发展背景下，计算机科学技术也在不断地提升与进步。计算机不断朝向更加人性化的方向发展，极大丰富了人们的生活。同时，计算机技术的发展还具有更新快、小体积等特点。世界上第一台计算机诞生于1946年，起初计算机技术是基于1904年的电子管技术，经过42年的科研而成，当时的计算机体积巨大。在这之后，半导体技术发明以后，在短短十年时间内半导体计算机又随之诞生，这时计算机技术已经相对成熟，其系统性和综合性也更加全面。总而言之，计算机科学技术的发展，为人类文明的进步提供了有效的帮助，同时也在一定程度上带动了社会经济的发展。

1.2 计算机科学技术发展引发的问题

任何事物的发展都具有一定的双面性，计算机在给人们带来众多效益的同时也增加一定的隐性安全问题。譬如，轰动一时的“千年虫”事件，对人类社会的生产生活带来了巨大的威胁，众多行业都遭受了“千年虫”的严重影响，这一事件让人们充分认识了计算机科学技术在发展过程中存在的问题。因此，如何能够让计算机在健康、稳定的状态下发展，减少计算机科学与技术发展对社会发展的威胁，最大限度地发挥计算机技术的“服务职能”，成为了当前计算机科学技术发展过程中热门的研究课题。

1.3 科学规划计算机科学技术的发展

任何事物的发展必须在实践中才能真正得到检验，计算机科学技术的发展也不例外。众所周知，计算机科学技术的发展起初是为了科学研究的需要，发展至今，计算机科学技术已经深入到社会发展的各个方面，包括军事、经济、生产、管理等。但是，在实际运用过程中，计算机所承担的任务主要是数据和信息的处理，而参与这一工作的主要是计算机的软硬件设备，因此，要想更好地发挥计算机的效用，在今后的发展中，必须要加大对计算机软硬件的开发，从而有效提升计算机科学技术向生产力转化的效率。

2 计算机科学与技术未来的发展

从当前国际上在计算机科学与技术领域的发展状况来分析，未来计算机科学与技术的发展主要呈现以下几个方面的趋势。

2.1 运行极速化

最近一段时间，美国科学家将空气绝缘性技术运用到计算机当中，这种技术在计算机中运用，极大地提升了计算机的运行速度，是当前计算机科学技术的一大突破。例如，美国纽约保利公司的科研人员，设计一种新型的电路，并将其运用到计算机当中，科研人员在电路中运用“胶滞体包裹的导线”技术将需要的芯片进行连接。由于这种“胶滞体包裹的导线”的包裹五---“胶滞体”当中含有大量的空气，空气是一种具有很强绝缘性的气体。传统的芯片是通过“硅二氧化物导线”实现相互之间的连接的。但是，信号在传输过程中会因为导线、芯片等对信号的吸收作用而减弱，直接影响了计算机的运行速度。而利用这种新型的导线技术就科研有效地解决这个问题，大幅减少了信号的损失，从而实现了提升计算机运行速度的目的。

2.2 生物计算机伴随着超微技术的发展而诞生

上世纪末，基于超微技术的快速发展，计算机研发人员将超微技术运用到计算机当中，并取得了巨大的成功，在当时产生了很大的影响。生物计算机很其他计算机显著的区别，这种类型的计算机通过将生物工程技术应用到计算机芯片当中，使之构成一种生物分子形式的计算机“蛋白质分子”。

二十世纪九十年代，美国科学家首次向全世界公布了生物计算机，在当时引起世界范围的巨大轰动。与此同时，美国科学家也公布了一种全新的逻辑运算方式，这种逻辑运算方式是基于电子计算机的模仿技术为技术基础，并以电子计算机模仿技术为基础，针对“虚拟”的城市路径设计问题进行了最佳方案的设计。从当前生物计算机的应用于发展状况来分析，生物计算机研发人员今后的研究方向主要集中在新型分子元件的研发，借助生物的化学反应和物理反应，实现以一种全新的方式对数据进行处理和分析等工作。现今的超微技术已经其取得了较大的进步，一些基于计算机技术的超微机器人已经面世。

2.3 以光为传输媒介的计算机科学技术发展迅猛

所谓的光学计算机就是利用光为传输介质，实现信号传播的一种计算机技术。光学计算机的优点十分显著：首先，光的传输速度是其他介质无法超越的，因此，利用光作为计算机的信号传输媒介其传输的速度是惊人的；其次，光具有偏振和频率特性，基于光的这些特性，计算机的信息传输能力得到了更好地优化；再次，光在传输过程中，不需要借组其他的介质就可以实现信号的传输，是以一种独立的形式进行传输的，具有极强的独立性。光在传输过程中不需要其他依靠体，同时不会出现相互交会的情况。

二十世纪九十年代，世界上掀起了一阵“光脑技术”科研风。世界各国不断加大对“光脑技术”的科研力度，并进行了大量的投资，并取得了不同领域上的成功。其中。以德、意、法、日为首的六十多各国家共同组建的科研队伍，在这一领域取得了巨大的进展。该队伍研发出的新型计算机，在以下几个方面进步显著：（1）计算机运行的速度更快。光学计算机的运行速度比普通计算机的运行速度提升了将近千倍以上。（2）计算机的准确性更高。在快速运行的状态下，光学计算机的准确性得到了有效地提升。（3）散热性能更优良。普通计算机在高速运行的状态下，会产生一定的热量。而在计算机运行时产生的热量无法及时排出，会对计算机的正常运行产生不良影响，甚至直接无法运行。而光学计算机突破了散热这一难题，即使在高速的状态下运行，也不会受温度的影响。

2.4 纳米计算机伴随着纳米技术的进步而诞生

伴随着纳米技术在生产生活中的运用，纳米技术不断走向成熟。纳米技术在计算机中应用，带来了纳米计算机。纳米技术在计算机中应用，主要集中在芯片上。纳米芯片技术，使得计算机芯片的体积大幅减小的同时，计算机芯片的稳定性也有所提升。美国作为纳米计算机技术研发的领军者，在纳米计算机各方面的技术都取得了令人瞩目的进展。尤其是，美国正在突破的一种纳米管连接技术，该技术一旦研发成功，就可以将芯片的作用大幅提升，从而可以实现，将计算机的内存芯片直接作为计算机的晶体管使用，从而使得计算机的功能可以得到最大化地优化。

3 小结

综上所述，计算机科学与技术的发展，将不断朝向一个更具全面性、系统性、人性化、个性化的方向进军。在当前的状态下，计算机技术的创新与发展，已经给人们的生活带来了极大便利，先进的科学技术转化为生产力的作用已经十分明显。因此，我们坚信，未来计算机科学与技术的发展，在不断努力之下，计算机发展的预期目标指日可待，计算机科学技术也将会在未来人类和社会经济发展的进程中贡献更大的力量。

参考文献：

[1]潘增欣.浅谈计算机科学与技术的发展趋势[J].才智，2013，2.

[2]谢彬.解析计算机科学与技术的现代化运用[J].计算机光盘软件与应用，2013，9.

[3]李思远.浅析计算机科学技术的发展[J].电子技术与软件工程，2012，11.

计算科学发展篇6

【关键词】计算机科学 技术 发展趋势 探讨

计算机已经有60多年的发展基础，计算机的开发与应用等多方领域得到了飞速的发展。伴随着社会的不断变迁以及科学技术的迅速发展，计算机的更新与发展也是日新月异，并且在自身飞速发展演变的同时还衍生出众多的发展方向。如今计算机已经在各个领域都涉及广泛，例如军事、政治、文化等。本文通过对计算机的发展历程分析，从而对计算机未来的趋势进行了浅析和探讨。

1 计算机科学与技术的历史步伐

20世纪在美国诞生了世界上第一台计算机，标志着我们进入信息化的时代，当时的计算机体积和重量庞大，运行速度也慢，成本也非常高。但是随着社会科学的不断发展和进步，许多国家机关和一些先进企业开始利用计算机来进行一些高度数据的处理，处理器也随着发展的需要而诞生，并逐渐得到广泛的利用。到了1982年，诞生了世界上第一台个人计算机，这样计算机的成本得到了明显的降低，也可以更广泛的得到发展和利用。所以计算机的应用逐渐从政府机关开始延伸到中小型的公司企业，最终甚至延伸到了普通家庭中来。总体来看，计算机一直沿着积极的方向迅速发展。随着科学技术的不断发展和深入，计算机的应用领域也是出现了分化的趋势，首先计算机被高度利用在国防，军事和科技研发中。其次，计算机的微型领域也是得到了科学迅速的发展，融入到了各个行业领域中。经过六十多年的发展，计算机已经逐渐深入到了人们的生活中，很大程度上丰富了人们的生活，社会进步的速度也在不断更新。

2 计算机科学与技术得到发展的原因

2.1 时展的需要

如今信息化的进程在不断的更新，计算机科学与技术也是随着时代的迅速发展而发展。最初计算机是由于战争的需要和繁多的信息数据的处理需要，加之计算机的发展技术还不够成熟，会在利用计算机的过程中投入大量的人力和财力。但是正是因为这样才能促进计算机的诞生以及不同领域的需要促使计算机技术的不断发展。现在，由于国家政府对计算机技术的大量需求和利用，需要通过利用计算机科学与技术来对国家各个领域的发展起到推动的作用，对计算机各种硬件和软件的要求也越来越高，这就使得计算机的革新技术的速度也随着需求而加快了发展的脚步。

2.2 技术的发展基于计算机的理论基础

在计算机技术更新的研发中，开发者需要有活跃的设计开发理念创新，并要把这些创新理念实际应用到具体计算机技术操作当中。当然创新理念在应用中需要不断的检验才能证明其是否存在利用价值，会不会对原来的操作产生更为便捷的途径。在检验计算机技术是否成熟的过程中必然会出现失败或者错误的情况，这就需要研究者不断进行反思和修改，并促进其开发研究内容的更加丰富和实用。当某一个计算机技术成熟后会对下一次的技术革新有强大的推动作用。

3 计算机科学与技术的发展趋势

3.1 智能化的计算机

如今各个领域对计算机的要求日益趋高，很多计算机的旧技术已经不能满足大量数据整理的需求。所以就需要更为强大的计算机技术来满足需求。智能化的计算机的研究利用，它在较之前的计算机有了处理速度上的提升，以及更全面的数据技术的分析和处理。节省更多的时间，大大增强了工作效率。

3.2 新型的计算机

硅技术在近些年的技术发展到了一个瓶颈期，所以要发新的技术成为当前信息化社会发展的一个重要目标。计算机领域的研究人员把目光投入到光子计算机、量子计算机和纳米计算机等新型计算机的研究开发。而今计算机更新换代的周期越来越短，所以新型计算机的广泛应用也指日可待。

3.2.1 光子计算机

光子计算机是利用光子对大量数据进行处理和分析的，采用光子硬件和光子运算方式，数据处理量大，处理的速度也快，使更为复杂的数据的处理在光子计算机的技术上得到优化。所以光子计算机会随着对计算机科学技术要求的不断提升会成为新型的计算机类型。

3.2.2 量子计算机

量子计算机是对庞大的数据量进行运算处理储存和分析处理源，它是在遵循量子力学规律原理的依据上进行大量数据的处理和运算的。与传统的计算机比较起来，量子计算机在计算速度方面也是要快许多的，主要原理是量子计算机可以通过量子来进行计算。并且量子计算机在系统的安全防护方面比传统计算机有明显的优势，这目前是很多人对计算机应用方面的追求。

3.2.3 纳米计算机

纳米计算机是把纳米技术运用到计算机的技术中来，通过纳米原件体积小的优势来取代传统原件，并且其导电性会比一般传统的计算机原件有明显突出的优点，相信纳米技术一定会成为计算机技术领域重要的一部分。

4 结语

综上所述，社会的发展已经不能与计算机科学技术的发展脱离，计算机技术对人们日常生活也有着越来越大的影响。计算机技术也不断朝着智能化、多元化的方向发展，对人们未来的生活和社会的发展提供强大的动力。

参考文献

[1]张瑞.计算机科学与技术的发展趋势探析[J].制造业自动化，2010（08）.

[2]谢平.对计算机科学与技术发展趋势的探讨[J].工程技术，2012（05）.

[3]郑宏莉.探究计算机科学与技术的发展趋势[J].信息技术，2014（36）.

计算科学发展篇7

【关键词】计算机技术 信息化 发展趋势

一、计算机科学与技术的历史步伐

已去的20 世纪，是计算机飞速发展的一个时期。世界上第一台电子计算机“ENIAC”诞生于1946年，至此计算机的发展才不过60年的光阴。现代计算机体系结构的形成及其技术实现的有关发明，主要归功于两位数学家，与四位物理学家，由于他们的不懈努力奠定了计算机科学与技术发展的基石。

英国数学家布里顿.艾伦.图灵和美国数学家冯.诺依曼在计算机体系结构方面做出了巨大的贡献。1935 年到1936年间由图灵设计的抽象计算机“图灵机”成为计算机发展历史中的里程碑，因此，图灵被人们公认为计算机科学之父。冯.诺依曼在1945年总结了ENIAC计算机的优缺点， 提出了基于存储程序的通用电子计算机EDVAC逻辑设计方案，1952年成功设计建造，它在体系结构设计中实现了数字化的计算过程、存储程序控制并按电子学原理工作，这三点奠定了现代计算机体系结构的基础，因此，人们又把现代计算机称之为“冯.诺依曼计算机”。

1947美国贝尔实验室的物理学家威廉.肖克莱、约翰.巴丁和沃尔特.布莱顿共同发明了晶体管，他们一起成为了晶体管之父。11年之后，美国物理学家杰克.基尔比研制出第一块集成电路（IC），从此，以晶体管为基础的芯片按照摩尔预言的速度发展，带来了今天计算机的普及，基尔也成为了电子学革命之父。

大规模集成电路的发展和微处理器的出现，其直接成果就是带来了计算机的高性能和快速小型化，1971年，世界上第一款微处理器—Intel4004问世，1978年，英特尔公司开发出了8086，首次用于IBM PC机中，电脑走入家庭。一个全新的概念“个人电脑（PC）”取代了“微电脑”的概念，

二、计算机科学与技术得到发展的原因

（一）日新月异的时代需求

起初对计算机的时代需求为“二战”时期，有着对各种信息进行处理加工的欲求，这样促使进算计的研发运用。随后信息化时代的快速发展，计算机的运算速度也在不断的提高，存储功能不断强大，使其在教育、经济等领域迅速发展普及。市场激烈的竞争之下，计算机要顺应社会需求，不断的研发变化着，无形的竞争很大程度上促进了计算机科学技术的发展进步。

（二）稳定的选择机制基于计算机技术

对于相互竞争的技术价值做出一个共识性判断之前需要一段时间，这种不确定因素可能最后影响选择机制。大多数，同时发挥作用的围绕计算机技术的若干选择判据和机制及其影响要素，选择的环境常常是非常敏锐和稳定的，这是计算机技术迅速发展的一个重要原因。

在实践中，最强的技术性创新，把经济之间的激烈竞争转化为了技术性的较量。其计算机的发展在工程学科和应用学科也给我们许多启发。这使计算机的选择机制判断更加稳定明显，这样就更容易解决计算机在生产生活的运用中所存在的各种问题。同时，计算机选择机制的发展与计算机的发展是一种双向促进的关系，一种技术的发展可以促进另一种技术的进步。

（三）科学技术的发展离不开计算机技术的支持

新一代的技术与其他领域结合，又为了满足其需求不断的研发更新，慢慢计算机技术成为生活生产中的重要工具，并成为其他行业生产中重要的工具，直接与间接的促进了各个行业科学技术的发展，最终提高了社会的经济水平。

三、计算机科学与技术的发展趋势

计算机的具体发展趋势主要分为两大部分：

（一）智能化

智能化计算机是指设计结构独特并采用平行的处理技术，对计算机中的多个数据及多种指令可进行同时处理和分析的一种超级计算机。超级计算机相对于普通的计算机来说有着更高的运算速度。这些更智能化的计算机跟接近与人类大脑的性能，可以为人们生活和工作提供方便。更可以在某些高端行业，帮忙处理大量繁杂数据，提高工作效率，节省时间与成本。这也就是计算机发展的趋势是更人性化，更智能化。

（二）新型计算机

计算机的发展是基于硅芯片技术的不断更新，但由于需求的不断加强，硅芯片的研发潜力已近极限。所以很多新型计算机就成为了计算机技术的发展趋势。

（1）纳米计算机。计算机技术与纳米技术相结合，便有了纳米计算机。纳米元件与电子元件相比，其体积较小，质地优良且导电性能较高，完全可以取代传统的硅芯片。纳米技术兴起于20世纪80年代初，纳米作为一种计量单位，它的目标是使人类可以自由的操作原子。使用纳米级芯片组成的纳米计算机的能耗非常小，几乎可以忽略不计，性能上远远高于现有的计算机，所以纳米计算会是计算机技术的发展趋势之一。

（2）量子计算机。量子力学的原理来对大量数据进行运算以及存储和分析处理的源自可逆计算机的一种物理装置，而量子计算机就是基于这个。量子效应是量子计算机研发的基础，这种计算机中，开与关的状态是通过激光脉冲来改变一种链状分子聚合物的特性来决定的。由于量子的叠加效应，与传统计算机对比而言，量子计算机存储的数据量要大得多，还有就是，其运算速度是传统计算机的十亿倍。除了其存储性能及运算速度方面的优势外，其在安全性及安保体系等方面的优良性能也远远高于传统计算机。这也成为了计算机发展的另一趋势。

（3）光子计算机。光子计算机是利用光子进行计算，用光子代替传统的计算机通过电子进行数据计算、传输和储存。并把传统计算机的导线互联转变成了光互联。传统的计算机硬件结构复杂，多数为电子硬件，而光子计算机则为光子硬件，并为光运算，不同的数据是由光的不同波长表现出来的，对于复杂的任务可以进行快速处理。成为新型计算机一员。

四、总结

以上为对计算机科学与技术发展趋势的探究，从其发展趋势到发展其必要原因到未来计算机从智能化到新型化的发展态势的必然进行了探究阐述。

计算科学发展篇8

关键词：计算机 趋势 发展

一、计算机科学与技术的发展趋势

（一）计算机科学与技术实现了智能化的超级计算

可能你不知道，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。总之，计算机科学与技术实现了智能化的超级计算。

（二）计算机科学与技术实现了分子计算机

大家都知道，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。也就是说计算机科学与技术实现了分子计算机。

（三）计算机科学与技术实现了纳米计算机

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算机也会像现在的马达一样，存在于家中的各种电器中，那时问你家里有多少计算机，你也数不清，你的笔记本，书籍都已电子化。再过十几、二十几年，可能学生们上课用的不再是教科书，而只是一个笔记本大小的计算机，不同的学生可以根据自己的需要方便地从中查到想要的资料所以有人预言未来计算机可能像纸张一样便宜，可以一次性使用，计算机将成为不被人注意的最常用的日用品。

（四）计算机科学与技术实现了量子计算机

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、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。

二、计算机科学与技术的发展趋势总结

计算机科学与技术的发展，将朝着向信息的智能化发展。计算机技术的大多数领域以应用学科和工程学科的出现为标志，这些学科的职责是促进与实践有关的认识的发展，这些学科常吸收更为基础的学科，提高就能有实践的进步，在对计算机技术研究中，发现常有另外一条路径，这个过程存在着强烈的相互作用，有关半导体是如何运行的理论也建立了起来，这是用它们能够使计算机技术的实践中普遍存在的问题得到解决，或者说是促进实践的发展。能实现或更困难一些。显然，选择机制在计算机技术的实践进化和认识进化之间明显地提供了一种双向的连接，推动计算机技术的快速发展。参考文献：

[1]王华.计算机技术发展[J].电脑与电信，2013（02）.

计算科学发展篇9

关键词 时态逻辑 计算机科学 发展

中图分类号：TP301 文献标识码：A

时态逻辑（又称时序逻辑、时间逻辑）作为描述根据时间限定的命题或推理所使用的任意规则和符号系统，是模态逻辑的一个重要分支。在命题逻辑的基础上，Arthur Norman Prior在上个世纪50年代几乎独自创建了这一现代逻辑的重要分支的基础，对时态逻辑的发展具有里程碑意义，被视为“时态逻辑之父”。从上个世纪80年代开始，在其他学科如：计算机科学、数学、人工智能以及语言学等的发展需要的促进下，时态逻辑获得了新的进一步的发展，从而形成了一些不仅具有理论意义而且也有丰富的实际应用价值的成果。

1 计算机科学中时态逻辑的形式化

在逻辑学中，形式化是指分析、研究思维形式结构的方法。“逻辑学的研究对象是思维的形式和规律，但这里的思维形式并非指的是人们思维过程中，能动地、概括地间接反映现实世界的过程中所使用的那些形式，即具体的概念、判断和推理，而是撇开了它们的具体内容，仅仅抽象出其一般的形式结构的概念、判断和推理，这种逻辑形式通常借助于一定的语言形式来表达。”传统的形式逻辑，是以自然语言为主要表述手段，这种表述接近日常思维实际，却存在歧义、模糊、不够精确的缺点。现代形式逻辑则以人工语言为主要表述手段，引入符号语言表达变项和常项。

在计算机科学领域，形式化方法是一种建立在严格的数学基础上，具有精确数学表达形式和语义的开发方法。这种开发方法试图实现从软件的规范，软件的设计到软件的代码实现自动转换和验证，从而充分保证系统的正确性和可靠性。在软件开发过程中，最初级最原始的描述系统也就是规范的方法是用日常语言，这是一种非形式化方法，但这种描述方法可能存在模糊性、歧义性和层次混乱的缺点。

2 时态逻辑对计算机科学的贡献

时态逻辑不仅可以作为哲学分析的有力工具，还对语言学、数学和计算机科学等其他学科产生了重要的影响，尤其是在计算机科学中。近些年来，软件工程、人工智能发展迅猛，时态逻辑对计算机科学的重要影响逐渐被人们所认知。在计算机出现初期，其功能相当于一个十分庞大的计算器，输入数字后，输出计算结果。直到20世纪70年代，计算机科学家们认为有必要对这些输出的计算结果进行正确性验证，可是由于计算机功能的越发强大，数据具有多任务和多变化的特性，对其进行核查会越发的艰难。因此，计算机科学家们必须去研究在时间的推移下计算机系统的行为这一因素。于是，在这样的背景下，这一理论在20世纪70年代被数学家Amir Pnueli和他的搭档Zohar Manna引入计算机科学中，在计算机科学中得到了迅速的发展。时态逻辑是形式逻辑的一个分支，是经典逻辑的一个简单的扩充，它提供了一个很自然的方式来描述程序中的时态行为。时态逻辑能够以一种简单、自然地方式来支持层次化的规范和验证。

时态逻辑对计算机科学的发展还有一个有用之处是：时态逻辑能够表达程序的两个特性：安全性和存活性。安全性用于描述事件必须不会发生，相当于程序中的约束条件；存活性用来描述事件必须最终会发生，它可以防止程序只满足初始条件及影响其它行为。线性时态逻辑显示任何两个不同的时间点都有先后关系，时间序列成不分叉的线状分布的时态。与“线性时态逻辑”相对，在分支时间时态逻辑中，时间的结构有分支树形的性质，即每一个时刻都有多个后继时刻，时间结构就如同一棵有无数分枝的树，树上的每个时间点都有一个到有限多个后继时间。

3对时态逻辑未来发展的展望

可以预见，时态逻辑在计算机科学中不断而深入的应用，将为时态逻辑乃至整个逻辑学提供一种源动力。时态逻辑未来的一个重要发展方向就是扩充发展，在时态逻辑中加入其它的算子就能组成新的逻辑系统。就时态逻辑目前在计算机科学中的应用来看，虽然己经取得了瞩目成就，但计算机科学家们己经看到，同其它形式系统一样，时态逻辑也有其局限性：一是时态逻辑不能很容易的实现并发程序的规范和验证。设计并发程序是一个艰难的过程，时态逻辑提供了一种方法，这种方法能够准确说明程序该做什么和精确分析程序将做什么。精确的推理对任何形式系统来说都是艰难和费时的，但时态逻辑是据我所知能消除并发程序中因时间依赖而产生的细微误差的唯一方法。二是时态逻辑的表达能力有限，除了适合说明和推理并发程序之外，在其它地方用处不大。

4结语

时态逻辑在哲学上作为非经典逻辑的一个分支，研究涉及时间的人类思维中的方方面面，主要体现的是理论性和全面性。时态逻辑作为计算机形式化的一种工具，只研究和工程实践有关的方面，主要体现的是工具性和实用性。不管是在逻辑学还是在计算机科学，时态逻辑都是一个重要的研究课题，而在时态逻辑中引入其它算子，扩充成表达性更强的系统，近年来兴起的一个新的研究课题，也是它的一个十分重要的发展方向。

参考文献

计算科学发展篇10

1.计算机科学技术在现代教育中的优势

1.1摆脱了教育时间的约束。计算机科学技术在现代教育中的应用，具有明显的超时间性。一方面，在计算机科学技术中，其存储器可以存储大量信息，中央处理器可以对大量的信息进行运算和处理，因此可以确保计算机辅助教学系统在处理教学信息时的及时、高效，而且可以将以前以及现在的教育信息储存起来，方便在以后的教育与教学活动中的随时调用，摆脱了各种教育活动在时间上的限制。

1.2摆脱了教育空间的约束。借助计算机科学技术和网络通信技术，现代教育实现了在教育空间上的有效延伸。在计算机网络教育环境下，人们可以在任何一个地方，通过联网的计算机终端了解到各个高校的最新研究成果和教育信息，随时随地地登录专业网站进行相关专业知识的学习或相关资料的下载，甚至可以与专业教师或专家进行在线交流，从而使计算机科学技术彻底打破了教育在空间上的限制，使得现代教育开放性的特征更加明显。

1.3在教学活动中的沟通与交流。交互性是计算机科学技术应用于教育活动的一大优势，符合现代教育良好沟通、人机对话的要求和现代教育发展的客观规律。借助计算机科学技术，教师和学生之间、教师与教师之间以及学生与学生之间都可以随时随地的进行沟通和交流，不必再受时间和空间的限制，便于教学内容的灵活选择以及各种教育问题的及时处理。同时，借助计算机科学技术在沟通与交流上的优化，可以使教学内容变得更加形象、生动，变传统、静态的教学模式为动态、交互式的教学过程，有助于学生由被动学习向主动学习的积极转变。

1.4自由性。计算机科学技术在现代教育中的应用，使得各个教育主体可以通过计算机网络进行自主而不受约束的参与和沟通，让现代教育能够渗透到社会的各个角落，的特征，使真正意义上的自由学习和终身学习变为现实。

2.计算机科学技术在现代教育中的具体应用

2.1在学生预习环节的具体应用。在传统的教学模式下，学生的课前预习主要是自主开展的，教师的指导和帮助非常有限，学生的预习过程具有很大的随意性和盲目性，预习效果也很难得到保证。借助计算机科学技术的网络优势，教师可以在课前指出学习的重点和难点，提出课前预期的目标。

2.2在课堂教学环节的具体应用。计算机辅助教学手段在课堂教学环节的应用，不仅让教学内容的呈现更加具体和生动，还丰富了课堂教学的手段和方法，尤其是多媒体技术在课堂教学环节的应用，使教学工具由“黑板”变为“计算机”，使教师从繁琐的板书工作中解放出来，大大提高了课堂教学的效率。

2.3在现代远程开放教育中的应用。计算机科学技术在教育领域的应用，打破了现代教育在时间和空间上的限制，同时为各类人群都提供了平等、开放的学习机会，因此远程教育、开放性大学等营运而生。在现代远程开放教育模式下，求学者可以不用再受空间、时间、办学规模、年龄等因素的限制，随时随地开展自主式的学习。

2.4在构建多媒体课堂中的应用。多媒体课堂已经成为现代教育中最常见的形式，对激发学生的学习兴趣和求知欲具有十分明显的作用。多媒体课堂主要是由计算机、多媒体音视频输入设备、控制软件以及数据存储设备等组成的，在继承传统课堂教学优势的基础上，借助计算机科学技术与录音、录像、电视等传统媒体技术的结合，更好的满足了现代教育的教学需求。

3.在现代教育中普及与应用计算机科学技术时应当注意的问题

首先，要增强计算机科学技术应用的实效性，避免走形式主义。这是因为，很多学校在推广计算机教育技术时，过分强调高配置、高普及率，这对在我国的很多地区还是很难实现的。同时，计算机科学技术在现代教育中的应用，需要与传统的教学手段进行充分的融合，而不是单纯对传统教学模式的完全否定。

4.结语