對計算科學(xué)和計算機發(fā)展的思考

姚靖（包頭醫(yī)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院（包頭市衛(wèi)校） 內(nèi)蒙古 包頭 014030）

對計算科學(xué)和計算機發(fā)展的思考

姚靖
（包頭醫(yī)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院（包頭市衛(wèi)校） 內(nèi)蒙古 包頭 014030）

隨著社會的快速發(fā)展，計算科學(xué)以及人們所使用的工具也在逐步發(fā)展，從傳統(tǒng)的算盤到電子計算機再到量子計算系統(tǒng)，持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。計算工具的改革創(chuàng)新，使得人們具有更強的科研力量，進而促進了計算科學(xué)的發(fā)展。

計算科學(xué)；計算機；量子計算

1.引言

計算科學(xué)的發(fā)展大多數(shù)情況是隨著計算工具的發(fā)展而發(fā)展，在促進人類發(fā)展中起到了非常關(guān)鍵的作用。計算工具主要應(yīng)用于人們的計算中，在近些年中計算工具不斷的改革發(fā)展。同時，就計算機來說，發(fā)展更加迅猛，現(xiàn)已經(jīng)由電子計算機逐步向量子計算發(fā)展，日新月異。

2.論述計算

所謂計算就是經(jīng)過法則將符號串進行變換的過程。減法是多數(shù)計算中的一個，一般情況下，有兩種方式，包括數(shù)值的計算和符號的推導(dǎo)。但是，不管是數(shù)值計算，還是符號推導(dǎo)，在一致性和等價性方面都相同。而且，二者關(guān)系密切，能夠相互轉(zhuǎn)換?？茖W(xué)在進步，新的計算類型也會隨之出現(xiàn)，而計算科學(xué)也會促進計算工具的發(fā)展。

3.計算工具的發(fā)展歷史

從開始利用計算開始，人們就把探求更為方便和快捷的計算工具作為發(fā)展目標(biāo)，不斷推動其向前發(fā)展。計算工具的發(fā)展進步與計算科技的發(fā)展非常密不可分，從算籌到算盤的進步階段，算籌為算盤的基礎(chǔ)，而算盤口訣化以后，計算起來更實用和方便，從而加快了計算的速度。伴隨科技的快速發(fā)展與進步，人們發(fā)明了對數(shù)，按照加減乘除的特性繼而發(fā)明了對數(shù)計算尺。在計算尺上安裝上光標(biāo)以后，其應(yīng)用變得更普遍。與之同時發(fā)明的還有機械式計算器，隨著進一步發(fā)展，在科學(xué)家們不懈的探索改進后，計算工具的應(yīng)用越來越廣泛。

4.電動和電子計算機

在程序控制分析機之后，隨著技術(shù)的快速發(fā)展，老式的人工計算器逐步被新式的電動式計算器所替代。進而出現(xiàn)了過程控制計算器。在20世紀(jì)初的時候，電子管革新了計算器，電子計算機問世。從這以后，人類邁入計算的新時代。電子計算機是科技快速發(fā)展而產(chǎn)生的工具，是最偉大的發(fā)明之一。從20世紀(jì)60年代后，芯片集成度發(fā)展迅猛，電子計算機的發(fā)展速度更加快速。隨著計算機的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)時代隨之帶來，一般分為如下三個階段，第一階段是ARPAnet階段，即美國研究和試用的階段；第二階段是NSF網(wǎng)絡(luò)階段，即互聯(lián)網(wǎng)科研的應(yīng)用階段，提出了開放式系統(tǒng)的互聯(lián)參考模式，解決互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化和計算機聯(lián)網(wǎng)等問題；第三階段是計算機網(wǎng)絡(luò)商業(yè)化的發(fā)展階段，是互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的階段，其作用影響全世界。

伴隨計算機網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，面對可能出現(xiàn)的問題需要對網(wǎng)絡(luò)予以長遠的規(guī)劃設(shè)計，這就需要弄清網(wǎng)絡(luò)的分類方式。首先，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，可將其分成星型、環(huán)形以及總線型三種網(wǎng)絡(luò)，除此以外還有樹型和簇星型等多種網(wǎng)絡(luò)其實是在上述拓撲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上的構(gòu)建起來的。其次，可把網(wǎng)絡(luò)的位置作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，把網(wǎng)絡(luò)分成局域網(wǎng)、城域網(wǎng)以及廣域網(wǎng)三種類型，這其中局域網(wǎng)以及廣域網(wǎng)是關(guān)鍵，局域網(wǎng)是另外二種網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，而廣域網(wǎng)中最有名的便是人們熟知的Internet。

5.論述量子計算系統(tǒng)

在20世紀(jì)80年代時，量子思想開始計算的新萌芽。費曼打算利用電子計算機來模擬量子力學(xué)系統(tǒng)行為。但是，在模擬的過程中，費曼遇到了一個非常難搞的問題，就是難以理解或者求解的量子力學(xué)系統(tǒng)的行為。舉例說明，在光干涉的現(xiàn)象之內(nèi)，相互作用的光子在干涉的時候每增多一個，都會使得有可能情況出現(xiàn)的概率翻倍，其問題的數(shù)量是根據(jù)指數(shù)級增多的。這種試驗?zāi)M中的計算量十分龐大，不過這恰恰為量子計算創(chuàng)造了一個很好的機會。因為量子力學(xué)行為的可預(yù)測性非常強，在進行光干涉現(xiàn)象試驗的時候，若是其初始條件已經(jīng)明確，便可推出屏幕中出現(xiàn)的影子的形狀。參考此種現(xiàn)象，費曼推理得到：若是干涉實驗內(nèi)需做大規(guī)模計算的現(xiàn)象，則假如模擬這種實驗同時測量實驗的結(jié)果，就相當(dāng)于做完了相應(yīng)的計算。故而，借助在量子力學(xué)對象中做實驗的手段，可在相當(dāng)大的程度上提升計算機的運算速率。

費曼在運用量子計算機的時候，認為可不必考慮如何去實現(xiàn)計算，而是把計算當(dāng)成“神諭”而完成的，故而在量子計算的時候，一般叫這種計算為“神諭”。其實在很多不同的領(lǐng)域?qū)嵺`里，量子計算的功能確實是比傳統(tǒng)的計算強大的多。例如：把某個十進制數(shù)且為1024位的大整數(shù)轉(zhuǎn)變成兩個質(zhì)數(shù)的乘積，那么在如此比較難的計算中，傳統(tǒng)的計算工具很難或根本不能實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的計算，其所花費的時間要大大超出人們可以忍受的時間。然而，若是運用量子計算機去計算的話，僅僅需短短的半個多小時便可把1024位的整數(shù)完成分解。因此，可以說量子計算極大的提升了計算的效率。量子計算系統(tǒng)的發(fā)明某種程度上給予了人類更好的思考以及科研能力，促進人們?nèi)ヅ鉀Q量子計算“神諭”的內(nèi)部作用機制。除此之外，量子計算系統(tǒng)還揭開了何為計算科學(xué)的本質(zhì)，使得人們對計算的認識進一步擴展深入。

6.結(jié)語

綜上，隨著計算科學(xué)的快速發(fā)展，人類的計算工具也隨之發(fā)展，人們在創(chuàng)新思維，改進計算工作的同時，越來越發(fā)現(xiàn)其計算本質(zhì)的重要性。計算工具是否進步、先進，這個問題關(guān)乎到計算科學(xué)的發(fā)展。而計算機作為人們目前所用的最先進的計算工具，也在快速發(fā)展進步之中。從最早的電子管以及晶體管計算機到現(xiàn)在的電子計算機和量子計算，計算工具的變革與進步不斷的促進人們科研能力體積思維水平的提高，反過來又推動了計算科學(xué)的變革與發(fā)展，從而進入一個互相促進的良性循環(huán)之中，也就是計算機與計算科學(xué)相互促進、持續(xù)發(fā)展。

[1]張曉如,張再躍.計算機課程教學(xué)與計算科學(xué)思想史研究[J].計算機教育,2008（10）.

[2]林尚垣.計算學(xué)科界定與計算機科學(xué)技術(shù)學(xué)科建設(shè)的探索[J].龍巖學(xué)院學(xué)報,2005（06）.

[3]李建明,李鋒.量子計算與計算機科學(xué)[J].計算機時代,2009(01).

[4]高峰.未來最高級的計算工具：量子計算機[J].科學(xué)24小時,2010(02).

[5]吳學(xué)毅.計算機網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計.機械工業(yè)出版社,2009

[6]段水福,段煉,張元睿.計算機網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計.浙江大學(xué)出版社,2005.

[7]孫建華.實用網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與配置.人民郵電出版社,2009

[8]莫衛(wèi)東.現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)原理與設(shè)計.西北工業(yè)大學(xué)出版社,2006.

TP3

A

1009-5624（2016）06-0138-02