計算機云計算

　　計算機云計算論文【1】

　　摘 要：云計算(cloud computing)，隨著互聯網的快速發展，已經作為一種全新的應用以及計算方式被提出，并且很快的超越了“網絡計算”成為新的熱點。

　　有了云計算之后，用戶將不再需要對本地運行能力以及個人的存儲設備進行不斷地升級，用戶所需要的各種資源、應用及運算能力將會廣泛分布在大量聯網共享的計算機上，只要通過不同的方式接入網絡即可。

　　關鍵詞：云計算;計算能力;存儲資源

　　云計算統一管理了大量的物力資源，并將這些物力資源虛擬化，最終形成一個巨大的虛擬化資源池[1]。

　　云計算從本質上而言就是一種這樣的形式，即客戶終端利用遠程連接，從網絡中獲得存儲資源、計算資源以及數據庫資源等。

　　1 計算機云計算的特點

　　首先，云計算具有非常巨大的規模及相應的維護團隊。

　　各個大公司如google、amazon、IBM等的云計算后臺服務器都數以十萬、百萬計。

　　這些服務器提供了最為可靠和安全的數據存儲中心給終端計算機，病毒很難侵入這個數據存儲中心，而且不會輕易丟失。

　　大多數人認為，只有經過自己存儲或者保管的計算機數據才是最安全的，其實這種結論并不是完全正確的，雖然經過自己存儲的這些數據能夠看得見，也能夠信手拈來，但是這些數據的安全性并不像你想象的那么好。

　　畢竟數據丟失的原因是多重的，比如自身的不當操作損壞、計算機病毒的侵入以及盜了號木馬的侵入等。

　　假如，我們在“云”的另一端存儲計算機數據，管理這些數據的人員是將是專業的計算機團隊，你就不用擔心計算機數據會丟失或者是外泄了，除此以外你的數據還會被這些專家進行嚴格的權限管理，得到多重的保護，沒有經過你個人的允許，別人是很難對你的數據進行分享的。

　　其次，云計算具有通用性和高擴展性，它并不針對特定的應用，反而可以動態伸縮，同一個“云”可以支持不同規模的用戶和不同需求的應用。

　　第三，云計算的虛擬化特點弱化了客戶端設備的存在感，它對于客戶端有相對較低的設備要求，所以非常適合廣大群眾的使用，使用起來也較為方便[2]。

　　云計算并不是需要終端計算機的硬件進行不斷更新來適應軟件的各種要求，只需要讓計算機的終端客戶根據自己的喜好選擇喜歡的桌面或工具，再輸入網址就能夠享受云計算帶來的各種便利。

　　在云計算中，“云”另一端的計算機專業管理人員操控著終端計算機的硬件維護，這些專業人員可以根據終端用戶的個人需要來進行軟件的安裝與升級，同時他們可以幫助你完成任何你想做的事情，不管是計算機的安全管理策略還是計算機的防病毒措施，都可以在“云”另一端專家的幫助下完成。

　　最后，例如“云下載”，計算機的云計算能夠輕松的將不同設備中間的數據和應用實現共享，并且可能性非常多，最明顯的例子就是迅雷。

　　其實這屬于一種信息共享技術，網絡應用模式中只有一份云計算數據，這些數據在“云”的另一端被保存著，只要你的電子設備能夠進入網絡你就可以訪問并使用同一份數據。

　　同時，在云計算下保存以及管理數據的方式具有無限多的可能性，用戶可以通過云計算來做無限多的事情，因為云計算為用戶端提供的計算機應用計算能力無限大。

　　2 云計算的應用方法

　　計算機的網絡數據隨著計算機硬件的發展也在迅速的發展，海量的數據對硬件形成了越來越高的要求，云計算可以將這一矛盾的復合體解決[3]。

　　云計算的實現離不開網絡，所以用戶可以利用云計算進行無限多的應用，云計算對于電腦配置的要求并不高。

　　云計算通過互聯網就可以自由流通超高的計算能力，這樣一來，不管是企業用戶還是個人用戶都不必擔心需要投入高額的資金在計算機的硬件上，用戶們只要將自己想要做的事情交托給互聯網就可以。

　　計算機云計算的應用包括信息技術應用、軟件應用以及與互聯網有關的應用，當然也可以是多種其它類型的服務，這些都表明計算機的計算能力是可以被視作是一種商品進行流通的，這種計算能力不僅價格低而且使用起來非常方便。

　　云計算提供給用戶計算機的計算能力以無限的可能性，用戶不用擔心基選集硬件的配置問題，云計算的計算能力不會受到計算機硬件配置的約束，因為云計算只要通過網絡就能夠把一切都解決，甚至還能夠實現超級計算這種任務。

　　3 云計算的發展前景

　　隨著不斷擴張的計算機網絡技術以及用戶的需求，計算機終端的服務以及計算水平越來越不能跟上時代發展的腳步，計算機的云計算在這一時代背景下適時的出現了，雖然云計算在應用中的成就并沒有十分顯著，但對于它的研發腳步一直沒有停，并且不斷有新的突破，而且越來越多的開發商開始看重云計算技術[4]。

　　云計算的潛力會在這些大型國際企業以及大量客戶需求的推動作用下被慢慢的開發出來，同時會給人們的生活以及工作帶來巨大的影響。

　　3.1 有序信息管理

　　急速發展的計算機網絡有利有弊，大量的信息既給人們帶來了無限的便利，促使了當今信息化社會的形成，同時紛繁復雜的信息分類給人類也造成了一種災難，用戶一旦不能快速并準確的從龐大的信息當中尋找到自己要用的信息時，這些信息資源越多，反而越會變成阻礙。

　　這一缺陷被云計算率先發現，云計算試圖將這一情況改變，它可以通過網絡快速輕松地將魚龍混雜的信息資源整理出來，使用戶能夠順利的根據自身的需求將自己需要的目標信息尋找出來，最終使科學合理的網絡化信息平臺得以實現。

　　3.2 降低競爭門檻

　　對中小企業甚至個人而言，資金與規模的不足，專業人才的缺乏等硬傷使他們往往難以與大企業競爭，而云計算對他們而言意味著巨大的商業機遇，借助云計算的幫助他們可以在少投資少管理少維護的情況下可以在更高的層面上和大企業一較高低

　　3.3 創新信息技術

　　云計算簡單來說就是用戶能夠隨時隨地利用自己手中的任何設備使用其它地方的信息以及應用，這使用戶能夠非常容易的使用小成本設備獲得整個網絡的計算能力。

　　可以作一個很好地比喻，用戶可以將全世界的網絡放在自己家里進行使用但只要付小額的費用。

　　新概念以及新思想必然會因為云計算的計算能力以及處理速度而加速出現，云計算還能夠加速新技術的出現，成為推動世界發展的重要助力。

　　3.4 友好而又有效

　　專業人員對于現代科技以及軟件的發展速度都感到非常的驚訝，更勿論普通人群。

　　高級和復雜的現代化技術層出不窮，但是大多數用戶希望能夠得到顯而易見的服務，而不是對技術的發達程度以及設備的復雜程度進行慢慢的體驗。

　　用戶對于友好而又有效的技術更具有傾向性，他們希望買到的不是華麗復雜的科技而是簡約便捷的服務。

　　而云計算正好可以滿足用戶的這些要求，實現云計算在設備要求上不會太復雜，只要比較簡單的設備就能夠獲取計算機網絡中的大量應用，不僅有更加先進與快速的服務，還有低廉的成本。

　　4 結束語

　　商用數據以及科學數據的計算量隨著時間的推移在不斷地膨脹壯大，對于數據的計算能力將會轉變成一種戰略資本以及戰略資源。

　　隨著不斷深入的“云計算”技術研究以及不斷推出的各種類型的產品，用戶們都相信新興的計算機“云計算”模式最終會代替以個人電腦為中心的計算模式。

　　最后，云計算的廣泛應用以及深入研究會隨著IT技術的不斷發展變得呼之欲出，所以國內的IT行業在這種情況下應該加強對云計算進行研究，并研發出相關的產品，使世界的IT領域能夠為中國的云計算技術研究以及云計算產品讓出一席之地。

　　參考文獻：

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　　[2]龐偉偉.簡述計算機“云計算”技術的實現[J].計算機光盤軟件與應用，2012(08)：172-173.

　　光子計算機【2】

　　【摘 要】以計算機為代表的信息產業突飛猛進，發展速度驚人，目前已廣泛應用在人類社會的各行各業。

　　本文淺談當前電子計算機的運算速度受到了多種因素的制約，介紹了光子計算機的概述，研究狀況，光子計算機的光器件與光路，光子計算機的特點。

　　【關鍵詞】光子學;光子計算機;光子元件;集成光路

　　0 引言

　　目前，世界上技術先進的國家正在大力開發第五代計算機，其中一個重要的動向是加緊研制光子計算機。

　　科學家認為，第五代計算機要求具有高得多的運算速度和更加豐富的邏輯處理系統，而光子計算機可以較好地滿足這些要求[1-2]。

　　20世紀40年代，美國賓夕法尼亞大學(University of Pennsylvania)第一臺電子計算機產生以后，此后幾十年間，計算機制造工藝在不斷的變革中高速發展。

　　計算機系統的歷史主要有以下發展階段電子管時期、晶體管時期、集成電路時期和超大規模集成電路時期。

　　1 電子計算機受到的制約

　　隨著信息技術的不斷發展，計算機已經在人類社會的各行各業不斷應用著，在計算機技術的不斷前進的進程中，計算機產業的發展速度超出了人們預料。

　　在人類社會各行各業的不斷應用中，對計算機性能提出了越來越高的要求，例如復雜系統模擬、海量數據挖掘、人工智能、精確制導系統等，其對運算速度的要求達到1012次以上，對數據量的要求非常大[3-4]。

　　電子計算機的以下這些特點，限制了電子計算機的運算速度：

　　(1)馮諾依曼(John von Neumann)的串行“瓶頸”問題，造成數據輸入與處理需要耗費大量的時間，使電子計算機的計算處理速度不能進一步提升，就像一個小口瓶里面的水，只能從瓶口慢慢地流出。

　　(2)帶寬有限問題，對信息傳輸系統來說載波頻率和信號頻率帶寬之比為100：1，微波頻段內，電信號的頻率范圍在103兆赫茲-104兆赫茲，因而，傳輸信息時它的頻率帶寬是10兆赫茲-102兆赫茲。

　　為了改善電子計算機的處理速度，我們讓信號脈沖的間隔盡可能小，需要把每個脈沖脈寬變窄，才不致于使信號相互重合而分不開。

　　由于脈寬越窄，頻率帶寬會變寬，電子計算機的頻帶寬度不是無限的，要求信號的脈寬不能過窄，同時在傳輸過程中脈沖將會展寬，使得電子計算機的運算速度提高是困難的。

　　(3)時鐘歪斜問題，這是由于超大規模集成電路的元器件數量大，各部件同步時鐘到各元件的距離差異比較大，到達的信號需要等候未到達的信號，聯接距離一大，時間就變得很長。

　　(4)電阻電容電路問題，由于電阻電容電路的響應時間τ-RC，通常為10-9秒，這就阻礙了我們的核心元件―雙穩態觸發器的轉換速度，使傳輸速度和處理速度不能提高。

　　由于電子計算機以上這些阻礙運算速度的缺點，這些年，研究新的結構的計算機――光子計算機的專家不斷涌現。

　　2 光子計算機

　　2.1 光子計算機概述

　　光子計算機是靠光而不是靠電來運行的，而光子運動的速度要比電子快得多。

　　光子計算機速度非常快，要比已制造的高速電子計算機(每秒13億次)快上千倍。

　　從理論上說，電子運動的速度可以接近光子，即每秒30萬公里，但在硅芯片上電子的實際速度還不到光速的1%。

　　光子計算機是一種通過光信號來進行信息存儲、處理、運算、操作的新型計算機。

　　1969年，研究光子計算機這一偉大征程由美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)的研究者拉開了序幕，第一臺光子計算機在1984年6月制造出來，這是由國際商用機器公司研發的，是一臺能夠正常工作的光子計算機，只是它必須工作在接近絕對零度的環境下。

　　貝爾實驗室在1990年制造了一臺光子計算機，它由棱鏡、透鏡和激光器等元器件完成，貝爾實驗室走出了光子計算機的關鍵步伐。

　　由歐盟的幾個高校合作，已開發完成的光子計算機，處理速度是電子計算機的1000倍。

　　光子計算機主要有三大類：光模擬信號計算機(也叫光模擬機)、全光數字信號計算機(也叫光數字機)、光智能形式計算機，光子計算機起始于模擬機，模擬機具有并行快速計算和大信息容量的特點，在光學信息領域(如光編碼測距)獲得應用[6]。

　　1990年至今，我們設計的全光子計算機，結構基本都是按照電子的傳統的計算機來設計的，它用光控制器、光存儲器和光運算器組合而成，相互之間和各自內部以光互連這種方式來通信。

　　現在全光數字計算機處在研究過程中，要用到的相關技術難題已經有了答案，主要問題是如何開發更高利用率的光學元器件。

　　光神經網絡計算機處理研究中，它具有人工智能的系列優點，帶給研究人員極大興趣，光神經網絡計算機的研究同時取得了非常好的進展[7]。

　　但是理論模型還需要進一步細化，要研制出利用率更高的空間調制器和性能更好的光開關列陣，其實真正實用的光子計算機還有很多路要走。

　　當前全光數字計算機與光電混合計算機正在不斷發展，數字光計算的研究將成為所需要的光電器件的重要支撐。

　　2.2 光子計算機的研究狀況

　　光學器件是通過光子的運動進行工作的器件，通過調整光的參數，比如，相位、偏振、振幅、強度或波長，來制造出光子晶體管、光邏輯元件、光子存儲器件、光子探測器件、光空間調制器件等功能元器件，如光存儲器件―光學雙穩器件發展也很迅速，有一種半導體量子阱制成的雙穩器件，這是很有可能成為光邏輯和光存儲器件的，已經制造了光邏輯運算和存儲陣列，它在將有望實現光高速運算。

　　1970年以后，使用非線性闊值特性器件來作邏輯門，使用光雙穩器件作存儲器，美國南加州大學(University of Southern California)研制的液晶光閥構建了具有組合邏輯結構功能的系統，能夠實現各種邏輯運算。

　　通過多國的研究者們的努力，一種能夠將光放大和具有光開關功能的光晶體管，先后在赫羅特-瓦特大學(Heriot-Watt University)、京都大學(Kyoto University)還有貝爾實驗室制造出來。

　　2.3 光子計算機中的光器件與光路

　　電子是電子計算機中信息的傳輸的媒介，計算機的部件相互通信利用內部或外部連線作為信號傳輸媒介，快信息流在傳輸時就會產生瓶頸阻塞效應。

　　改用光子來傳輸信息，就不用考慮瓶頸阻塞效應。

　　光子計算機有可能改變目前電子計算機的兩進位制的計算和處理方式，創造出更加豐富的邏輯系統。

　　在光子計算機中，通過光子元件的激光亮度不斷增加而又有間隔，形成光脈沖串，在此基礎上可以創造出更加豐富的邏輯處理系統。

　　科學家預言，將從光學中產生全能的計算方式，光子互連具有高速度、大的時間帶寬和空間帶寬等眾多優勢，光路能夠相互交叉通過但互相不受干擾，光互連的方式有自由空間的光互連、光纖和波導互連。

　　根據集成電路的思想，科學家設想將多種光電元器件集中做到在一塊芯片上，制造集成光路[7]。

　　隨著集成光路的發展，從1970年開始，在光學范疇產生了一個叫做集成光學的新興學科[8]。

　　這幾年通過光通信、光交換、光信息處理技術的發展，已經成功開發了各種各樣的光子集成器件。

　　實現了把光存儲器、光開關、光源、光波導制做在一塊芯片上的整體系統。

　　研究者把偏振器、濾光片、光放大器、光調制器、透鏡、棱鏡、光柵、光衰減器等這些光學元件組成薄膜造在一塊母板上，大大縮小了光路所占據的空間，制成了微集成光路，用來進行光信號高速傳輸與處理，實現了低功耗、高性能、便捷化、高效率[9]。

　　2.4 光子計算機的特點

　　把光子作為媒介的光子計算機有這些優勢[12]：

　　(1)非常快的運算處理速度，因為光子的速度是3×108米/秒，電子的速度遠遠低于光子速度，光子計算機的運算處理速度將會比電子計算機快1000倍。

　　(2)光子器件具有非常寬的時間域帶，光波頻率大約是電信號頻率的104-105倍，以光波為載波，信號帶寬就會展寬，可以達到106兆赫茲-107兆赫茲，將擁有非常多的通道數量，而且光脈沖極窄，這樣就通過增大數據傳輸率實現了大量的高速傳輸。

　　(3)光子計算機在空間上的域帶寬是非常寬的，信息傳輸與處理能力非常強;一個光波導中并行傳輸許多波長各異或偏振態有差的光波，彼此可以不受干擾，功能不同的元器件能夠在一個光波導中完成，同時傳輸多種信息。

　　(4)光子計算機的抗干擾效果非常好，因為光路可以交叉互連。

　　(5)直接使用光信號進行運算處理，避免了電子計算機將光信號轉換成電信號處理然后轉換為光信號可能的錯誤，能夠智能識別文字、圖像、手勢和聲音。

　　(6)信息容量大，沒有時鐘歪斜現象，處理精度高，由于光子速度是3×108米/秒，多種互連長度帶來的延時差極小，不會引起時鐘歪斜。

　　(7)具有較強的容錯性，光子計算機中單個元件失零，不會影響最后的運算處理。

　　(8)能夠采用不同進制，運算速度成倍提高。

　　利用光學雙穩態元件進行二進制的光計算，利用多穩態光學元件可以進行四進制計算和三進制計算。

　　3 光子計算機的未來

　　毫無疑問，光子計算機一旦研制成功，將對當前的新技術革命產生不可低估的影響[13]。

　　美國科學家認為光子計算機是未來的總趨勢，他們預言五年之內就可以制造出光子計算機。

　　光子計算機的很多工作現在還處于實驗室之中，但是我們相信通過研究者們的不斷進取，這個偉大夢想必然能夠實現[14-15]。

　　伴隨著電子計算機的瓶頸，光子時代即將到來，科學家已經斷言了的。

　　由于光學相關理論的研究和光子元器件制造等重點技術的進展，光子計算機一定會走向世界的舞臺，就像美國著名的科學家比爾沃爾什(Walsh Bill)所說：“光子計算機必將逐步替代電子計算機。”

　　【參考文獻】

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