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计算机前沿技术

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计算机前沿技术与发展趋势，相关PPT报告，学术论文等。

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计算机前沿技术及发展趋势

主讲人：陈志勇

计算机前沿技术及发展趋势



1 新型计算机系统



2 计算理论发展

计算机科学与技术是科技领域最活跃、发展最快的科学，

也是现代生产力中最活跃的部分。从电子产品的换代到软件

和相关书刊的更新，从计算机的在日常事务中的作用到计算

机在尖端科技的上的应用，无不体现出日新月异的景象。这

些给世界带来了灿烂的文明—信息时代和网络经济，而计算

机在经济和社会各领域的应用促进了计算机科学的发展，计

算机的研究永无止境。

新型计算机系统



现代计算机理论的奠基人是图灵，他提出了通用机的概念，描述了计算步

骤的数学模型。美国数学家冯 · 诺伊曼提出计算机可以使用二进制，计算机

的指令和数据都可以存储在机内，这奠定了计算机软件的理论基础。在冯 ·

诺伊曼的主持下， 1949 年诞生了第一台存储程序的计算机，又称第一代机，

这台计算机为后来的计算机发展奠定了基础。半个多世纪以来，虽然计算机

的系统结构发生了翻天覆地的变化，电子学及其相关科学的发展，使计算机

的总线、 CPU 、存储器、外部设备都改进到了接近巅峰的状态，但仍然是

在原来的系统结构框架之下，现有芯片制造方法将在未来 10 多年内即 2020

年左右达到极限。如果人们想要极大地扩展电子元件的能力，使之克服摩尔

定律的限制，那么很可能需要在目前的计算设计上做根本改变，采用全新计

算机系统结构。为此，世界各国研究人员正在加紧开发新型计算机。随着生

物学、物理学和化学的发展，多种新型计算机系统结构已见雏形。哪种结构

类型将主导第六代计算机，尚待今后的研究成果确定。

1.1 生物计算机

以生物界处理问题的方式为模型的计算机都属于生物计算机，而狭义的

生物计算机主要是指利用生物化学反应算法或具有生物分子、超分子芯片的

计算机。广义的生物计算机还包括自动机模型、仿生算法等类型。生物计算

机目前主要有以下几类：

(1) 生物分子或超分子芯片

生物分子或超分子芯片立足于传统计算机模式，从寻找高效、体微的电子

信息载体及信息传递体入手，目前已对生物体内的小分子、大分子、超分子

生物芯片的结构与功能做了大量的研究与开发。

生物分子计算机中的生物分子，在电流的作用下同样可以产生“开”和“关”

的两种状态 , 并能贮存、输出“ 0” 和“ 1” 这样的二进制信息。因此 , 可以像电

子计算机一样进行运算和信息处理。组成生物计算机的蛋白质分子 , 直径只

有头发丝的五千分之一，体积仅手指头粗细的一只生物计算机 , 其贮存信息

的容量可以比现在的普通电子计算机大 1 千万倍。而且由于生物分子非常微

小、彼此之间的距离又非常近 , 所以传递信息和计算速度非常快。

1.1 生物计算机 ( 续 1)

(2) 自动机模型和仿生算法

以自动理论为基础，致力与寻找新的计算机模式，特别是特殊用途的非数

值计算机模式。目前研究的热点集中在基本生物现象的类比，如神经网络、

免疫网络、细胞自动机等。不同自动机的区别主要是网络内部连接的差异，

其基本特征是集体计算，又称集体主义，在非数值计算、模拟、识别方面有

极大的潜力。

以生物智能为基础，用仿生的观念致力于寻找新的算法模式，虽然类似于

自动机思想，但立足点在算法上，不追求硬件上的变化。

人工智能的“结构模拟”学派 ( 或称为“联结主义”学派 ) 对计算神经网络的研

究取得了突出的成果，主张从结构方面模拟、延伸、扩展人的智能，用“电

脑”模拟“人脑”神经系统的联结机制。神经网络就是由许多神经元互连在一起

所组成的神经结构。把神经元之间相互作用的关系进行数学模型化就可以得

到神经网络模型。目前应用较多的代表性模型有： M-P 神经细胞模型、 BP

神经网络模型、 Hopfield 神经网络模型。

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