[分享]激光计算机技术概况及其发展现状 [复制链接]

    电子计算机，是于本世纪40年代出生的。此后不久，科学家们便开始研制光计算机。电子计算机是以电子输送信息，而光计算机是以光子输送信息。   92SB'T>  
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    计算机问世后，科学家们自然而然地想到使用光元素器件来制造光计算机。可是，设计和进展缓慢，一直没有结果。于是，当时世界上的光学权威，美国斯坦福大学的卓泽夫．古德曼教授认为，以最乐观的估计，光计算机的诞生也要迟至21世纪。   +?.,pqn<=  

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    1986年，美国有名的贝尔实验室发明了用砷化镓制成的光学开关。当然，这种开关不是我们日常使用的机械式扳动开关或揿钮式开关，这种开关实质上是用光脉冲来控制仪器工作或休息的装置。   &a|oJ'clz  
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    1990年1月底，贝尔实验室向大家展示了一台用光脉冲来计算的实验装置。尽管这台装置跟普电子计算机中的简单程序处理器一样，但它的问世毕竟说明光计算机的研究，已向前迈进了一大步。   {'b8;x8h  
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    电子计算机自诞生后，发展速度是非常快的。由于结构日趋复杂化和高度集成化，于是出现了一系列难以克服的问题。   K[ \z'9Q  
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    第一个问题是，尽管在电子元器件中传输的是很弱的电流，但随着元器件的高度密集，不仅工作时产生的热量会急剧增加，而且相邻的元件也会彼此干扰。   YLCwo]\+>  
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    第二个问题是，电子计算机的元器件中，电子的运动速度约为每秒60千米。即便是在砷化镓器件中，电子的运动速度也不会超过每秒500千米。也就是说，电子在导体中最快的运动速度也不及光子流运动速度的10％，这就大大限制了运算速度的提高。而且，当电子计算机的工作频率超过100兆赫，或每秒转换（运算）1亿次时，还会出现一些不正常的情况。   xO.7cSqgw  
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    第三个问题是，由于计算机的结构和功能日趋复杂化，组成运算电路的电子元件也日益增多。为了在有限的面积上容纳下更多的元件，人们早就将许许多多元件密集起来，做成一个个小方块。这类方块就叫集成块，或叫集成电路。每个集成块是通过身上的插脚，固定在位置上，并与整个电路相连的。超大规模集成块的插脚数目是很多的，而且越来越多，目前最多的已有300只插脚。若于年后，也许会出现有上千个插脚的集成块，它们会占据很大的地盘，以致腾不出足够的宅基来安排它们。   /tUl(Fp J`  
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    随着巨型计算机的出现，这些问题会日益严重。而要解决这些问题，只有将综合功能性的计算机装置逐一分解成许多功能单一的装置，然后再用专门的联接装置将它们一个个地连接起来，但这样一来，计算装置就会变得更加复杂化。   r]E$uq bR  
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    如果用激光计算机，就不存在这些棘手的问题了。在光脑中，输送信息的是光子，运动速度相当于光速度（每秒30万千米），要比电子运动速度快得多。而且，光子携带和传递信息的能力也远远强于电子。   )8<X6  
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    目前，美国、日本的不少公司都在不惜巨资研制激光计算机。预计在最近10年内，将开发出超级光计算机，运算速度至少比现有的光计算机快1000倍。 iM9563v  
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以激光为基础的计算机能广泛地用来执行一些新任务，例如预测天气、气候等一些复杂而多变的过程。再如，还可以应用在电话的传输上。因为电话信号正在逐步由光导纤维中的激光束来传送，如果用光计算机来处理这些信号，就不必再像现在这样，需要在电话局内将携带声音的光脉冲转变成电脉冲，经电子计算机处理后再转换成光脉冲发送出去。即可以省掉光—电—光的转换过程，直接将携带声音信号的光脉冲加以处理后发送出去，这样，便大大提高了传送效率。   6 %=BYDF  
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    由于激光计算机善于进行大量的运算，所以能高效地直接处理视觉形式、声波形式，以及其他任何自然形式的信息。此外，它还是识别和合成语言、图画和手势的理想工具。这样，光计算机就能以最自然的形式进行人机对话和人机交流。   2tbqmWw/s  
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    1990年1月29日，美国电话电报公司贝尔实验室的科学家宣布，贝尔实验室以美籍华裔科学家黄庚珏为首的小组，研制成功了第一代计算机，这种计算机利用激光光束而非电波进行数据计算和资料处理，它的速度比当今最先进的超级电子计算机要快1000多倍，世界计算机科技将发生革命性的突破。   t/$xzsoJZr  
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　　贝尔实验室最早发现了晶体管，它使电子技术进入了一个崭新的阶段，改变了人们的生活。现在，这个公司又把激光计算机与晶体管的发现相媲美。美国霍尔代尔研究中心信息系统研究室主任宁克认为，激光计算机的研制成功是人类技术史上的一件大事，同莱克兄弟制成世界上第一架飞机相比。美国“硅谷”的计算机专家誉它为“新的计算机里程碑”。 　　   y H'\<bT  
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　　这台激光处理机像餐桌面一样大小，不到30厘米厚，同传统的电脑中的电子处理器不同，不再用大量的集成电路和硅片，只是由激光开关、透镜和平镜镜片等一套激光装置组成。光开关或激光计算的工作原理是，当电压升到一定程度，光开关即激光发射器变得透明了，随即从中射出一束激光光波，光波由透镜加以聚集，再经平镜引导、反射到另外的光开关上，实现数据转换。然后原有光波马上减弱，射光停止，一轮光波转换结束，下一轮以同样的原理和程序接着开始。这种作为光学处理器核心的光晶体管，被称为“对称自光电效应”，它的开关速度可高达100万次，科学家预计，将来可能制成运算速度每秒几亿次的激光计算机。 　　  
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　　激光计算机的核心部分处理机是用激光产生的光波代替电波进行电脑基本0和1的转换。处理机是计算机的心脏，它接收各种信号或资料，根据程式指令加以处理，然后以新的形式输出。 　　   zm"\D vN)  
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　　由于光本身比电能携带更多的信号，而且不易受外界干扰，在传导途中可以同其他光波交叉，但又不会使它处理的数据或资料遭到破坏。同时，各种激光计算机也更容易相互结合，处理互为交叉的各种问题。由此可见，激光计算机的资料处理与再处理能力以及储存量等等，都大大超过传统的电子计算机了。 　　   |u+&xX7  
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　　科学家们预测，在未来的光学计算机中，仍然会用到一些电子元件，而不只是光子元件，是一种混合使用的光电计算机。最早运用的范畴可能并行运算处理器。并行运算的原理是，将一个运算问题划分为许多个次级运算子题，而并行处理器可以同时处理这次级子题，大大减少了运算的总时间。 　　   K
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　　美国英特尔公司研制的一种并行计算机，制成了一种超级芯片860，比现有芯片快5倍。科学家估计，到本世纪末，光学计算机可能导致开发出以光为基础的超级计算机，它的运算速度将比现有计算机快1万倍。 　　   ku{aOV%  
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　　光电技术已经运用在我们的日常生活中，比如激光唱片和超级市场帐用的光学扫描装置，都是用光子代替电子传送信息的例子。另外，光纤通信也在逐步取代传统的铜线电缆通信。