对计算科学和计算机发展的思考

姚靖（包头医学院职业技术学院（包头市卫校） 内蒙古 包头 014030）

对计算科学和计算机发展的思考

姚靖
（包头医学院职业技术学院（包头市卫校） 内蒙古 包头 014030）

随着社会的快速发展，计算科学以及人们所使用的工具也在逐步发展，从传统的算盘到电子计算机再到量子计算系统，持续创新发展。计算工具的改革创新，使得人们具有更强的科研力量，进而促进了计算科学的发展。

计算科学；计算机；量子计算

1.引言

计算科学的发展大多数情况是随着计算工具的发展而发展，在促进人类发展中起到了非常关键的作用。计算工具主要应用于人们的计算中，在近些年中计算工具不断的改革发展。同时，就计算机来说，发展更加迅猛，现已经由电子计算机逐步向量子计算发展，日新月异。

2.论述计算

所谓计算就是经过法则将符号串进行变换的过程。减法是多数计算中的一个，一般情况下，有两种方式，包括数值的计算和符号的推导。但是，不管是数值计算，还是符号推导，在一致性和等价性方面都相同。而且，二者关系密切，能够相互转换。科学在进步，新的计算类型也会随之出现，而计算科学也会促进计算工具的发展。

3.计算工具的发展历史

从开始利用计算开始，人们就把探求更为方便和快捷的计算工具作为发展目标，不断推动其向前发展。计算工具的发展进步与计算科技的发展非常密不可分，从算筹到算盘的进步阶段，算筹为算盘的基础，而算盘口诀化以后，计算起来更实用和方便，从而加快了计算的速度。伴随科技的快速发展与进步，人们发明了对数，按照加减乘除的特性继而发明了对数计算尺。在计算尺上安装上光标以后，其应用变得更普遍。与之同时发明的还有机械式计算器，随着进一步发展，在科学家们不懈的探索改进后，计算工具的应用越来越广泛。

4.电动和电子计算机

在程序控制分析机之后，随着技术的快速发展，老式的人工计算器逐步被新式的电动式计算器所替代。进而出现了过程控制计算器。在20世纪初的时候，电子管革新了计算器，电子计算机问世。从这以后，人类迈入计算的新时代。电子计算机是科技快速发展而产生的工具，是最伟大的发明之一。从20世纪60年代后，芯片集成度发展迅猛，电子计算机的发展速度更加快速。随着计算机的发展，网络时代随之带来，一般分为如下三个阶段，第一阶段是ARPAnet阶段，即美国研究和试用的阶段；第二阶段是NSF网络阶段，即互联网科研的应用阶段，提出了开放式系统的互联参考模式，解决互联网标准化和计算机联网等问题；第三阶段是计算机网络商业化的发展阶段，是互联网快速发展的阶段，其作用影响全世界。

伴随计算机网络的飞速发展，面对可能出现的问题需要对网络予以长远的规划设计，这就需要弄清网络的分类方式。首先，结合网络的拓扑结构，可将其分成星型、环形以及总线型三种网络，除此以外还有树型和簇星型等多种网络其实是在上述拓扑结构的基础之上的构建起来的。其次，可把网络的位置作为划分标准，把网络分成局域网、城域网以及广域网三种类型，这其中局域网以及广域网是关键，局域网是另外二种网络的基础，而广域网中最有名的便是人们熟知的Internet。

5.论述量子计算系统

在20世纪80年代时，量子思想开始计算的新萌芽。费曼打算利用电子计算机来模拟量子力学系统行为。但是，在模拟的过程中，费曼遇到了一个非常难搞的问题，就是难以理解或者求解的量子力学系统的行为。举例说明，在光干涉的现象之内，相互作用的光子在干涉的时候每增多一个，都会使得有可能情况出现的概率翻倍，其问题的数量是根据指数级增多的。这种试验模拟中的计算量十分庞大，不过这恰恰为量子计算创造了一个很好的机会。因为量子力学行为的可预测性非常强，在进行光干涉现象试验的时候，若是其初始条件已经明确，便可推出屏幕中出现的影子的形状。参考此种现象，费曼推理得到：若是干涉实验内需做大规模计算的现象，则假如模拟这种实验同时测量实验的结果，就相当于做完了相应的计算。故而，借助在量子力学对象中做实验的手段，可在相当大的程度上提升计算机的运算速率。

费曼在运用量子计算机的时候，认为可不必考虑如何去实现计算，而是把计算当成“神谕”而完成的，故而在量子计算的时候，一般叫这种计算为“神谕”。其实在很多不同的领域实践里，量子计算的功能确实是比传统的计算强大的多。例如：把某个十进制数且为1024位的大整数转变成两个质数的乘积，那么在如此比较难的计算中，传统的计算工具很难或根本不能实现快速、准确的计算，其所花费的时间要大大超出人们可以忍受的时间。然而，若是运用量子计算机去计算的话，仅仅需短短的半个多小时便可把1024位的整数完成分解。因此，可以说量子计算极大的提升了计算的效率。量子计算系统的发明某种程度上给予了人类更好的思考以及科研能力，促进人们去努力解决量子计算“神谕”的内部作用机制。除此之外，量子计算系统还揭开了何为计算科学的本质，使得人们对计算的认识进一步扩展深入。

6.结语

综上，随着计算科学的快速发展，人类的计算工具也随之发展，人们在创新思维，改进计算工作的同时，越来越发现其计算本质的重要性。计算工具是否进步、先进，这个问题关乎到计算科学的发展。而计算机作为人们目前所用的最先进的计算工具，也在快速发展进步之中。从最早的电子管以及晶体管计算机到现在的电子计算机和量子计算，计算工具的变革与进步不断的促进人们科研能力体积思维水平的提高，反过来又推动了计算科学的变革与发展，从而进入一个互相促进的良性循环之中，也就是计算机与计算科学相互促进、持续发展。

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