第五代計(jì)算機(jī)。
開(kāi)發(fā)研制第五代計(jì)算機(jī)是日本率先于1981年正式宣布的計(jì)劃。該計(jì)劃既 有日本官方的資助，又有各大公司和研究部門(mén)的協(xié)作，共籌資1 000億日元，計(jì)劃用10年時(shí)間分3個(gè)階段完成第五代計(jì)算機(jī)的研制：第一個(gè)階段制成基于固件 的推理超級(jí)個(gè)人計(jì)算機(jī)；第二階段制成并行處理的推理機(jī)；第三階段制成大型的知識(shí)處理計(jì)算機(jī)，最終建成通用推理機(jī)。以淵一博為首的40勇士，于1982年6 月正式成立了日本“第五代計(jì)算機(jī)研究所”，并取得了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。1988年11月在第五代計(jì)算機(jī)國(guó)際會(huì)議上，該研究所制造的一臺(tái)第五代電腦作了表演： 對(duì)日本小學(xué)教科書(shū)中的一篇課文作了看、聽(tīng)、說(shuō)的處理，很好地回答了代表們提出的問(wèn)題。在日本的帶動(dòng)下，美國(guó)、英國(guó)、中國(guó)紛紛開(kāi)始研制自己的第五代計(jì)算機(jī)， 都取得了廣泛的成果。
第五代計(jì)算機(jī)的含義，至今沒(méi)有統(tǒng)一的看法。但是一般認(rèn)為其主要特點(diǎn)：①高度智能化，具有聽(tīng)、寫(xiě)、說(shuō)、看的功能， 有學(xué)習(xí)、聯(lián)想、推理和解決問(wèn)題的功能；②改善軟件環(huán)境減少軟件負(fù)擔(dān)，用自然語(yǔ)言進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)；③綜合性能好，高速、大容量、高適應(yīng)性、高可靠性和高保密 性。第五代計(jì)算機(jī)與前四代計(jì)算機(jī)有很大的不同，它突破了傳統(tǒng)的諾依曼機(jī)概念，采用了高度并行處理方式。諾依曼機(jī)的工作方式是按照計(jì)算中操作的順序編好程 序，把使用的程序及要處理的數(shù)據(jù)變成0或l指令代碼進(jìn)行運(yùn)算和存儲(chǔ)，計(jì)算時(shí)依次從存儲(chǔ)器中調(diào)出代碼，一條一條地順序執(zhí)行。而第五代計(jì)算機(jī)，則是把許多處理 機(jī)并聯(lián)起來(lái)。即交叉連接起來(lái)，于是就可以并行處理信息了，處理信息的速度可以大大地提高。
第五代計(jì)算機(jī)不能僅僅理解為產(chǎn)生一個(gè)新系 統(tǒng)，而應(yīng)該看成一個(gè)全面的開(kāi)發(fā)計(jì)劃。它將會(huì)推動(dòng)從集成電路到計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)以至于各種派生應(yīng)用產(chǎn)品的全面開(kāi)發(fā)。1992年夏季，日本正式宣布， 終止第五代計(jì)算機(jī)研制工作，從而表明長(zhǎng)達(dá)10年之久的第五代計(jì)算機(jī)沒(méi)有成功。專(zhuān)家們承認(rèn)，在10年內(nèi)完成這樣的高智能系統(tǒng)是不可能的�，F(xiàn)在功能最強(qiáng)的計(jì)算 機(jī)仍不能達(dá)到6個(gè)月嬰兒的智力水平�？磥�(lái)研制新一代計(jì)算機(jī)的工作，還有很長(zhǎng)一段路要走。
第六代計(jì)算機(jī)。
通過(guò)研究第五代計(jì)算機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，人們已經(jīng)開(kāi)始設(shè)計(jì)第六代計(jì)算機(jī)的研究方案了。第六代計(jì)算機(jī)是利用新型的硬件，模仿人腦的神經(jīng)結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出能辨別物體、能聽(tīng)懂聲音、具有自己學(xué)習(xí)能力的“人工大腦”，也稱(chēng)神經(jīng)電腦。
科學(xué)家認(rèn)為：人腦有100億個(gè)神經(jīng)元和10億多神經(jīng)鍵，每個(gè)神經(jīng)元都要與大約1 000個(gè)其他神經(jīng)元相聯(lián)系，而每一神經(jīng)元都相當(dāng)于一臺(tái)微型電腦，這樣就 構(gòu)成了協(xié)同工作的思維網(wǎng)絡(luò)。如果用許多微處理機(jī)模仿人的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，采用大量的并行分布式網(wǎng)絡(luò)就構(gòu)成了神經(jīng)電腦。神經(jīng)電腦除有許許多多處理器外.還有類(lèi)似 神經(jīng)元的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)與許多節(jié)點(diǎn)相連。若把每一步運(yùn)算分配給每臺(tái)微處理器，它們同時(shí)運(yùn)算，其信息處理速度和智能會(huì)大大地提高。
第六 代計(jì)算機(jī)還有一個(gè)特點(diǎn)，它的資料和知識(shí)不是存在于存儲(chǔ)器中，而是存在神經(jīng)元間的聯(lián)絡(luò)網(wǎng)中。若有節(jié)點(diǎn)斷裂，這種計(jì)算機(jī)仍有重建它的資料的功能，所以它具有修 復(fù)性、容錯(cuò)性、高度聯(lián)想性、視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)能力的計(jì)算機(jī)。第六代計(jì)算機(jī)的研究工作已經(jīng)有了進(jìn)展：1992年日本已經(jīng)開(kāi)發(fā)制造出神經(jīng)電腦所用的大規(guī)模集成芯片， 在這個(gè)1.5厘米見(jiàn)方的硅片上設(shè)置了400個(gè)神經(jīng)元和4 000個(gè)神經(jīng)鍵，應(yīng)用這種芯片實(shí)現(xiàn)了每秒2億次的運(yùn)算速度。它的學(xué)習(xí)功能很強(qiáng)，能辨別多達(dá)40個(gè) 字符的語(yǔ)言模式。美國(guó)研制的可用于翻譯的神經(jīng)電腦，具有模擬人腦“左腦”和“右腦”的功能。“右腦”是經(jīng)驗(yàn)功能部分，有l(wèi)萬(wàn)多個(gè)神經(jīng)元，適于圖像識(shí)別，存 儲(chǔ)基于經(jīng)驗(yàn)的語(yǔ)句；“左腦”是識(shí)別功能部分，含有100萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，用來(lái)存儲(chǔ)單詞和語(yǔ)法規(guī)則。這臺(tái)翻譯電腦有學(xué)習(xí)功能和積累經(jīng)驗(yàn)的功能。在許多場(chǎng)合上能派 上用場(chǎng)。
生物計(jì)算機(jī)。
自從1906年德福雷斯特發(fā)明了真空三極管，人們找到了快速的電子開(kāi)關(guān)元件，從此產(chǎn)生了第 一代計(jì)算機(jī)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們嫌電子管不夠快了，這樣又相繼發(fā)明了更快的、更有效的開(kāi)關(guān)器件：晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路，從而使計(jì)算機(jī)不 斷地更新?lián)Q代。在這些半導(dǎo)體材料上，縮短電子開(kāi)關(guān)的響應(yīng)時(shí)間，主要是靠增加開(kāi)關(guān)元件的集成密集度達(dá)到的。但是在一塊硅片上開(kāi)關(guān)數(shù)不能無(wú)限制地增加，一毫米 見(jiàn)方的硅片上最多能有幾千萬(wàn)個(gè)元件已經(jīng)達(dá)到極限、所以半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)速度達(dá)到l納秒（合十億分之一秒）也已經(jīng)不能再短了。要想制造出速度更快、更具 有先進(jìn)性的計(jì)算機(jī)，必須找到更有價(jià)值的、體積更小的、速度更快的新型開(kāi)關(guān)技術(shù)。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)具有兩種狀態(tài)的開(kāi)關(guān)特性。用蛋白質(zhì) 分子作開(kāi)關(guān)元件做成的集成電路，稱(chēng)為生物芯片，用生物芯片制成的計(jì)算機(jī)稱(chēng)為蛋白質(zhì)計(jì)算機(jī)，也稱(chēng)生物計(jì)算機(jī)。目前，使用某些蛋白質(zhì)團(tuán)制造的“開(kāi)關(guān)裝置”已經(jīng) 研制成功，可編程DNA鏈解課題已經(jīng)取得突破。現(xiàn)已經(jīng)生產(chǎn)出合成蛋白質(zhì)芯片、遺傳生成芯片、血紅素芯片等等。研究成果表明，生物計(jì)算機(jī)與電子計(jì)算機(jī)是截然 不同的，生物計(jì)算機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)：蛋白質(zhì)芯片1平方毫米可容納數(shù)億個(gè)開(kāi)關(guān)電路，由蛋白質(zhì)構(gòu)成的集成電路大小相當(dāng)于硅片集成電路的十萬(wàn)分之一，運(yùn)算速度卻只有 l皮秒（萬(wàn)億分之一秒）；生物計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)點(diǎn)只有一個(gè)分子大小，所以具有巨大的存儲(chǔ)能力，它的存儲(chǔ)量一般是普通計(jì)算機(jī)的10億倍。另外它在傳遞信息時(shí)，基 本上不消耗能量；生物計(jì)算機(jī)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是繼承了生物基因具有自我組織、自我修復(fù)的功能，現(xiàn)在對(duì)生物計(jì)算機(jī)的研究和開(kāi)發(fā)已經(jīng)進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)期，人們盼望它 早日問(wèn)世，相信它會(huì)有很廣泛的用途。
超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。
超導(dǎo)計(jì)算機(jī)也是正在研制中的未來(lái)計(jì)算機(jī)的一種。所謂超導(dǎo)就是有 些物質(zhì)在接近絕對(duì)零度（相當(dāng)于一269℃）時(shí)，電流流動(dòng)是無(wú)阻力的。1962年正在英國(guó)劍橋大學(xué)攻讀物理學(xué)博士學(xué)位的研究生約瑟夫森 （B.D.Josephoson），通過(guò)理論計(jì)算，提出了超導(dǎo)隧道效應(yīng)原理。所謂超導(dǎo)隧道效應(yīng)，粗略地說(shuō)是這樣的：在兩個(gè)金屬（如鋁、鉛等）薄膜之間夾一 層通過(guò)氧化方法形成的非常薄的、薄到只有幾十埃（1埃=10-8厘米）的絕緣介質(zhì)層，組成一種“超導(dǎo)體—絕緣體—超導(dǎo)體”的結(jié)構(gòu)（稱(chēng)為超導(dǎo)隧道結(jié)）。當(dāng)此 超導(dǎo)結(jié)兩邊加上電壓時(shí)，電子便成對(duì)地，好像通過(guò)隧道一樣毫無(wú)阻擋地穿過(guò)絕緣層，形成很小的電流（一般為幾十微安），而兩端沒(méi)有電壓，即出現(xiàn)零電壓的電流。 當(dāng)然，當(dāng)電流超過(guò)某一臨界電流時(shí)，或從外部加上磁場(chǎng)使臨界電流變化時(shí)，電子對(duì)即受絕緣層阻擋而在兩端產(chǎn)生電壓降，使之從零電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)變到有電壓狀態(tài)，這就 是直流超導(dǎo)隧道效應(yīng)。這一原理提出一年之后被實(shí)驗(yàn)證實(shí)是正確的。這位年輕的學(xué)者也因此于1973年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。
由于約瑟夫森結(jié)在通 有電流時(shí)具有從零電壓轉(zhuǎn)變到有限電壓的性質(zhì)，因此可以用來(lái)作為計(jì)算機(jī)中的開(kāi)關(guān)元件和記憶元件，這種元件的響應(yīng)時(shí)間僅為0.27皮秒。用約瑟夫森結(jié)制成的計(jì) 算機(jī)，稱(chēng)為超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。這種計(jì)算機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，耗電僅為普通計(jì)算機(jī)的幾千分之一；執(zhí)行一個(gè)指令只需1納秒（十億分之一秒），比普通計(jì)算機(jī)快10倍；超導(dǎo)結(jié) 可以高密度集成；信號(hào)傳輸時(shí)不會(huì)產(chǎn)生畸變，也大大地減少元件間的相互干擾。
超導(dǎo)計(jì)算機(jī)解決了高速、低耗、微型三者之間的矛盾，所以有 極大的優(yōu)越性，各國(guó)研究部門(mén)爭(zhēng)先恐后地研制這種計(jì)算機(jī)。日本電氣技術(shù)研究所已研制成世界上第一臺(tái)完整的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)，它采用4個(gè)約瑟夫森大規(guī)模集成電路，每 個(gè)集成電路芯片體積有3—5立方毫米大小，每個(gè)芯片上有上千約瑟夫森結(jié)。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)以高速度、低功耗、高容量、超微型的特點(diǎn)，讓人類(lèi)看到了新一代計(jì)算機(jī)的 曙光。
光計(jì)算機(jī)。
計(jì)算機(jī)專(zhuān)家開(kāi)辟了另一新的研制下一代計(jì)算機(jī)的可行途徑，用光來(lái)代替電子或電流，實(shí)現(xiàn)高速處理大容量信息的計(jì)算機(jī)，即光計(jì)算機(jī)。
1983年，英國(guó)赫里奧特—瓦特大學(xué)的德斯蒙德·史密斯（S.Desmond Smith）教授等人，成功地研制一種類(lèi)似于電子晶體管的光晶體管，他們 稱(chēng)之“變相管”。這種光晶體管是一塊邊長(zhǎng)為幾毫米的矩形銻化銦晶體。它有顯著的非線(xiàn)性特性，當(dāng)激光射入該晶體時(shí)，晶體的折射率就會(huì)隨入射光的強(qiáng)度變化而變 化。如果適當(dāng)選擇激光波長(zhǎng)和控制光強(qiáng)，根據(jù)光的干涉作用，它就是一種能起開(kāi)關(guān)作用的器件。它的透射光強(qiáng)隨著入射光強(qiáng)的微小變化而產(chǎn)生極大的變化，開(kāi)關(guān)時(shí)間 僅有幾皮秒，比電子晶體管快1 000倍。另外，由于光的獨(dú)立傳播性，當(dāng)多束光同時(shí)入射晶體時(shí)，光子不發(fā)生碰撞，各光束可仍然保持各自的獨(dú)立性，所以可以 利用一單獨(dú)光晶體管進(jìn)行幾項(xiàng)獨(dú)立的開(kāi)關(guān)操作，這樣就能產(chǎn)生高速度的、并行處理的、無(wú)噪聲、不發(fā)熱、抗干擾的計(jì)算機(jī)。正因?yàn)槿绱耍?0世紀(jì)70年代以來(lái)， 美國(guó)、英國(guó)、蘇聯(lián)、日本及歐洲共同體一直在積極研究光計(jì)算機(jī)。目前的重點(diǎn)仍然是在完成光邏輯器件和光存儲(chǔ)裝置上，并已取得了較大的進(jìn)展。歐洲共同體宣布撥 款140萬(wàn)美元，采用史密斯等人發(fā)明的“變相管”制造光計(jì)算機(jī)。日本也已經(jīng)研制成功一種叫“雙穩(wěn)態(tài)半導(dǎo)體激光器”的新型光開(kāi)關(guān)和存儲(chǔ)器元件，它可以實(shí)現(xiàn)光 的放大，其開(kāi)關(guān)時(shí)間小于l納秒（十億分之一秒），而非常容易被集成化，一旦完善了穩(wěn)定可靠性技術(shù)，就可投入大批量、低成本生產(chǎn)，使光計(jì)算機(jī)進(jìn)入具體設(shè)計(jì)實(shí) 施階段。許多科學(xué)家對(duì)光計(jì)算機(jī)表示了極高的熱情，認(rèn)為光計(jì)算機(jī)已呈現(xiàn)出現(xiàn)實(shí)的和令人鼓舞的前景。
人類(lèi)把聰明教給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)使人類(lèi)更加聰明。電子計(jì)算機(jī)奇跡般地出現(xiàn)在我們面前已經(jīng)50多年了，它是整個(gè)現(xiàn)代文明發(fā)展的產(chǎn)物。電子計(jì)算機(jī)正是在人類(lèi)智慧創(chuàng)造中發(fā)展進(jìn)步的，明天的計(jì)算機(jī)將會(huì)更加先進(jìn)、更加有益于我們?nèi)祟?lèi)的進(jìn)步。