做网站实验报告,空间站做网站有什么,常用网站开发工具有哪些,网站使用什么数据库作者#xff1a;孙鹏#xff08;剑桥大学计算机系博士#xff09;来源#xff1a;新原理研究所上个世纪三十年代#xff0c;邱奇和图灵共同提出了通用计算机的概念[1]。在接下来的十多年里#xff0c;因为战争需要下的国家推动#xff0c;计算机得以很快从理论发展成为实… 作者孙鹏剑桥大学计算机系博士来源新原理研究所上个世纪三十年代邱奇和图灵共同提出了通用计算机的概念[1]。在接下来的十多年里因为战争需要下的国家推动计算机得以很快从理论发展成为实体。在众多成果中以图灵提出的Pilot ACE计算机以及冯诺依曼提出的存储式计算机最为突出。战争之后虽然Pilot ACE计算机运行效率更高但存储式计算机以其更出色的可编程性获得了更多计算机科学家的青睐。计算机便以此为基础开始了近一个世纪的高速发展。八十年代初的大众万万想不到十年后如此大块头的计算机能够被放到书桌上并快速普及到每个人的家里。九十年代的大众万万想不到十年后计算机可以成为我们连接世界的窗口。千禧年的大众万万想不到十年后计算机也能被握在手里并且拥有超乎想象的计算能力。十年前的大众万万想不到如今的计算机拥有我们无法匹敌的“学习”能力并在很多方面的表现超过了我们最顶尖的专家。那么十年之后的什么是我们今天想不到的呢或者我们应该怎么想象十年后的我们才靠谱呢《自然》期刊在2014年刊登了一篇Igor Markov的文章《计算的基本极限的极限》Limits on Fundamental Limits to Computation [2]。我们将以此文为基础并综合各方面论文探讨计算机的极限以及面对这些极限计算机科学家们所采取的措施。希望这些探讨能让大家在脑海中勾勒出十年后的一个大概的轮廓。在对这些问题探讨之前我们先对计算机的工作原理做个简单的介绍。几十年计算机从不同方向上的发展将整个生态大概分出了四层如下图所示。我们将越靠近用户的层级叫做高层越靠近计算机硬件本身的层级叫做低层。从高到低整个生态大概可以被分为应用层、编译层、架构层和电路层。其中应用和编译层被归纳为软件层而架构和电路层被归纳为硬件层。应用层在应用层面上实际的问题被分类成为各种复杂度。需要说明的是计算机只能解决很少一类的问题即是用有限内存能解决的问题。这类问题被归类成为PSPACE问题如下图所示。值得注意的是这个归类只考虑了有限内存并没有考虑完成它所需要的时间。在此基础上各种问题又以解决它所需的时间归纳为各种其他复杂度问题大致包括P类复杂度问题必须在多项式时间 tnc 内停止并输出正确的结果其中n是输入的长度c是常数。例子一个数是质数吗NP类复杂度问题只要给出一个解经典计算机就能够快速验证给出的解是否正确的所有问题。例子想象一个有边和节点的图形例如Facebook的社交网络图其中节点是个人如果两个人建立好友关系两个节点就被一条边连接。小团体Clique是整个图形的一个子集其中每一个人都是其他人的朋友也就是其中任意两个节点彼此连接。有人或许会问存在20个人的小团体吗50个人呢100个人呢寻找这样的小团体是图论领域的一个“NP完全”NP-complete问题NP完全意味着这是NP类问题中最复杂的一种。然而如果给出了一个潜在的答案比如说50个节点可以或不可以形成一个小团体那么问题就迎刃而解了。NPC类问题是指在多项式时间内如果所有NP类问题都能被转化为另一个NP问题那么这个转化后的NP类问题就称为NP完全问题。NP完全问题满足两个条件1. 本身是NP类问题。2. 所有NP类问题都能规约到该问题。例子给一个整数集合证明是否存在一个非空子集使得该集合内的数字和为0。BQP类问题是指在多项式时间内量子计算机能够轻易解决且错误机率小于1/3的所有问题。例子确定一个整数的质因数。编译层程序员在算法的指导下将问题的解决方案写成程序。程序通过编译层里的编译器被翻译成机器能懂的二进制代码。编译器在翻译程序的同时也会进行一系列的优化比如将程序并行使得程序能够尽可能快得在硬件上面运行。如下图所示如果程序员希望计算机做煮饭、洗衣及扫地三项工作编译器会先研究可用硬件发现三件工作的独立性煮饭可以用电饭煲、洗衣可以用洗衣机、扫地可以用吸尘器并对三项任务进行并行优化后翻译成二进制代码。架构层至此一个问题的解决方案通过软件开发及编译进入到硬件层面执行。架构层指的是各个硬件单元的功能设计如下图所示处理器处理来自存储器和输入/输出端的指令存储器储存指令和数据输入/输出端连接计算机用户。简单来说程序以指令的形式被存在存储器中。处理器通过读取存储器中的指令来执行程序。与此同时处理器也接受来自输入/输出端的指令并给予相应的回复。这些硬件单元如何排列各自完成怎样的工作就是计算机架构师研究的问题。电路层电路层指的是每个硬件单元最底层的硬件设计通过各种集成电路来实现架构层所设计的功能。由场效应晶体管所组成的开关电路是现代集成电路最主要的组成成分。传统的开关电路由MOS场效应晶体管MOSFET) 制成。MOSFET是具有漏极Drain、源极Source、栅极Gate和衬底Substrate的4端子器件。下图显示了其三维结构。栅极和衬底之间由氧化层二氧化硅隔开。其工作原理就是在栅极施加一定的电压后源极和漏极就会在场效应下联通从而实现通路。若栅极上没有电压则源极和漏极断开实现断路。正是无数个这写通路和短路的组合实现了计算机二进制0和1的转换。最近苹果和华为相继发布了7纳米制程工艺的芯片。这是个什么概念呢首先制程工艺是指集成电路制造时的精度。因为电流在通过栅极时会有损耗而栅极长度Length决定了电流损耗的程度。栅极长度越小损耗就越小。而上述提到的7nm的制程工艺就是这个栅极的长度。制程工艺越小电流损耗就越小所以能在降低功耗的同时提高性能。这也是近几十年计算机性能高速发展的原因。在了解了计算机的运行原理后我们可以从工程、功耗、时空概念、复杂理论及新兴技术这五个方面的探讨计算机的极限以及面对这些极限计算机科学家们所采取的措施。未来智能实验室是人工智能学家与科学院相关机构联合成立的人工智能互联网和脑科学交叉研究机构。未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市云脑研究计划构建互联网城市云脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
