量子计算机编译器

❶ 如何自学而从事量子计算机研究

国内的话中科大比较领先。现在主要是潘建伟小组在做，他们在量子纠缠上的研究已经达到世界先进水准，量子通信和量子计算做的都不错。量子计算机主要是解决多量子体系纠缠态的制备以及找到更有效的算法，主要还是在量子物理。2007年潘建伟他们发表了一篇文章叫用光量子比特演示休尔量子因子分解算法的编译版，当时也挺轰动的。

国外的话牛津、慕尼黑、维也纳大学；美国的麻省，加州伯克利等几所也做得不错。

不过我建议你，如果想做这方面的研究，去中科大真的很不错，他们有国家级微尺度物理实验室，无论在硬件还是上都很强，几乎每年中国十大科技进展里都有潘建伟小组的身影，你可以去搜搜。

❷ 量子计算机与电子计算机

量子、光子、生物计算机现在也大多是在理论概念阶段，距离实际应用还有诸多问题。作为计算机的本科生，还是老老实实的学数据结构、算法、组成原理、操作系统、编译原理之类的吧，
有些具体的东西确实依赖于当前计算机发展水平，并会跟着计算机的发展而不断改进，但是他们的思想是永远不会过时的。

就现阶段而言光子机的原理和结构更接近于现在计算机，最有可能首先步入实用阶段。。。

具体的书大学的课程是不会涉及的，你如果感兴趣可以自己从网上，或学校图书馆找找，但也只是为了兴趣而以。毕竟这方面的研究是不适合本科生的。。。

你若真有这方面的志向，建议本科毕业直接申请去美国读博士，MIT，斯坦福，卡内基梅隆是计算机方面最牛的几个学校，不过这对大多数中国的计算机学生几乎是梦啊。。。

❸ 量子计算机发展的基本理论是什么

量子计算机
在最近的nature 周刊上，来自美国标准技术研究院的Emanuel Knill，以问答的方式介绍了关于量子计算机的基础知识，并且对发展前景做出了展望。现综述如下：
在传统（或经典）计算机中，信息用0 和 1 组成的字符串表示（每位一个比特，不是0就是1）。量子比特与经典的区别在于，前者应用了叠加原理 ；以至于量子比特可以是0 和 1的任意组合，例如：W> = a 0> + b1> ，其中 a 和 b 分别代表相干叠加态中 0> 态和1>态的比例系数。与经典情况类似，量子比特也可以构成比特串。基于量子相干效应，满足 a^2 +b^2 = 1条件的系数取值有无穷多组，因此量子比特串所代表的信息得以大大丰富。量子比特的构成可以利用光子的偏振，也可以利用被捕获离子（或原子）的能级，还可以利用超导线路（其中包括与电荷量相关的Cooper对箱，以及与环流方向相关的左/右旋环流之叠加态）。对量子信息的物理操控，包括对量子比特状态的初始化、逻辑门控制以及状态测量等。对某些问题，量子计算机可以做得比经典计算机快。但对于 “词处理” 一类的问题，考虑到要另外耗费量子比特操控资源，量子计算机不具有速度优势。
关于量子计算，原本只有学术方面的兴趣。1994年Peter Shor设计了一个非常有效的量子运算法则，用于将大数分解成两个素数因子；之后引出了一系列有关使用量子系统求解 “甲骨文问题” 的研究成果。Peter Shor的算法可以轻易破解当今在互联网上普遍使用的通信密码，这使得圈内专家开始评估构建量子计算机的可行性。理论表明：如果使用量子计算机仿真模拟量子系统，其求解速度将以指数方式提高。此外，对于最佳化以及积分问题，量子计算机的加速能力也是明显的。为构建量子计算机，首先要求量子比特与环境隔绝，避免“退相干”。使用逻辑门操控量子比特是我们所要做的，但退相干则引入误差。
纠缠是指两个粒子密切相关。首先A粒子和B粒子必须分别处于叠加态，纠缠量子对的状态可（例如）表示为：状态AB> =  0A0B> ± 1A1B> 和 状态AB> =  0A1B> ± 1A0B> 。更重要的是，如果我们对A粒子的状态进行测量得到的结果是0，则B粒子必将坍缩到 1> 态，反之亦然。利用相互纠缠的量子对，可以对信息传输进行加密或解密。然而，纠缠的应用对增强量子计算机的功能而言，尚没有圈内的共识。
对量子比特做出精确的物理操控，是量子计算机给出正确结果的关键。我们不可能纠正每一个可能发生的错误，最终的量子纠错测试应在一台规模化的量子计算机上完成。量子计算机出错的途径比经典计算机更多，纠错任务的完成要求附加许多硬件（如量子比特和逻辑门）。对于出错几率的上限已经有了一个共识，即应小于0.0001。目前，还没有足够精确的量子逻辑门被展示，这也是业界所面临的一大挑战。利用8个被捕获的离子构成8位量子比特串，在这台迷你尺寸的量子计算机（只能算得上是量子寄存器）上，研究者已经展示了它分解 “大数” 的能力（15 = 3×5）。预计，在极低温条件下被捕获的原子阵列（作为量子比特阵列），将很快被用于量子过程的仿真模拟。Emanuel Knill乐观地估计，在他有生之年可以看到：能够完成有趣运算的量子设备。
（戴闻 编译自 Nature 463（2010）：441-443 ）

❹ 量子计算机能够模拟人脑吗

我理解的“模拟”是指量子计算机与人脑外延等价，也就是说功能上无法判断出哪个是人哪个是计算机；基于以上定义，我认为是可以的。而且不仅量子计算机可以，普通的计算机也可以，任何与图灵机等价的计算模型都可以。首先，我们已知的任何物理过程都是可计算的，宇宙的基本粒子数又是有限的（即使无限，根据局部性原则，我们可以只模拟可观测宇宙，而可观测宇宙的粒子数仍然是有限的），那么全宇宙的物理过程都是可计算的（可计算语言的并集仍然可计算）。这样，任何一台图灵机，都可以完全模拟整个宇宙。只要承认了人脑的物理性，那么人脑就是可计算的，也是图灵机可模拟的。量子计算机作为一种图灵等价的模型，必然是可以模拟人脑乃至全宇宙的。下面是几点说明：
1. 本回答只是一个思维实验，不涉及具体的实践。我没有钦定说人类一定能造出强人工智能。
2. 很多人提到混沌，但是混沌并不是不可计算。
3. 模拟不代表能精确求解。比如我不能精确预知一个原子的衰变时间，但是我可以模拟一个原子在衰变（而且不获取系统外的信息的话我也不能精确预知被模拟的原子的衰变时间）。

4. 自然语言和形式语言的等价性目前没有人能够证明或证伪。但是作为物理过程的神经活动是可计算的，自然语言作为复杂神经活动的产物却不可计算完全不合理。我认为自然语言表现出的模糊性与扩展性是因为自然语言处于一个高抽象层级。比如一块x86架构CPU，只能读取x86机器语言这一种形式化语言，但我们为它写出操作系统和编译器之后，它可以接受C++、Pascal等高级语言，如果实现了虚拟机，还可以运行python之类的动态语言，更进一步，我们可以写自动更新语法的解释器。这个过程中CPU的计算能力并没有提升，但是软件抽象程度的增加给我们一些错觉：计算机可以“并行运算”了、不用考虑内存分布了、语法发生变化了等等。自然语言就是这种建立于神经活动之上的高层语言。因为不同人的脑结构不同，对自然语言的解释就不同（一个人的痛苦无论怎么精确描述都无法让别人感受到同样的痛苦），正如不同计算机上运行的python语句，翻译过来也是不同的机器语句。

❺ 量子计算机出现后汇编语言和面向过程的编程语言会被淘汰吗

当然会淘汰。我们现在的CPU，是二进制CPU。CPU并不认识编程语言，它只认识1和0。无论面向过程，还是面向对象，其实都是被编译成了1和0之后，再交给CPU去运算的。
无论你是用的是什么编程语言，到了CPU的环节，其实都只是1和0。。汇编是如此，C语言如此，JAVA，C#，PYTHON同样如此。面向过程还是面向对象？高层还是低层？只是对于“人”来说，有所不同，编写代码的方式不一样，思考的方式不一样。。。但到了该由CPU“思考”的环节。它们长的全都一样。
所以编程语言会淘汰，并不在于它是面向过程，还是面向对象？也不在于它是高级语言，还是低级语言？而是在于，它能不能满足需求。
要说为什么会淘汰，这就像动物智商的进化一样。就比如猴子。猴子之间是如何交流的？当然也是靠语言。无论是通过肢体动作，还是吼叫声，其实都可以看作一门语言。反之，人类之间对话，在猴子看来，也只是在吼叫而已。
猴子的语言，与人类的语言，哪一种语言比较简单？一定是猴子的语言比较简单。。。因为猴子之间交流，大概只需要表达吃，喝，拉，撒，求爱，逃跑等需求，就基本够用了。而人类除了这些，需求更多，因此语言除了表达这些需求之外，还需要表达工作，学习，电影，电视等等很多猴子并不涉及的范围。
量子计算机与传统计算机之间的差距也自然如此。。。。就像“猴子语言”无法满足人类的生活一样。。。现在的编程语言，也无法满足量子计算机的需求。

❻ 量子七问：量子计算，这可是一个颠覆性的新技术

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息、运行的是量子算法时，它就是量子计算机。现在或许还无法准确预测“量子计算机时代”何时到来，但在科学家看来，已经没有什么原理性的困难可以阻挡这种革命性、颠覆性产品的诞生。

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❼ 有关电脑的资料!急!!!!!!!!!!!!!!!!!!!11

英文名称：
computer

电子计算机是一种根据一系列指令来对数据进行处理的机器。所相关的技术研究叫计算机科学，由数据为核心的研究称信息技术。

计算机种类繁多。实际来看，计算机总体上是处理信息的工具。根据图灵机理论，一部具有最基本功能的计算机应当能够完成任何其它计算机能做的事情。因此，只要不考虑时间和存储因素，从个人数码助理（PDA）到超级计算机都应该可以完成同样的作业。即是说，即使是设计完全相同的计算机，只要经过相应改装，就应该可以被用于从公司薪金管理到无人驾驶飞船操控在内的各种任务。由于科技的飞速进步，下一代计算机总是在性能上能够显着地超过其前一代，这一现象有时被称作“摩尔定律”。

计算机在组成上形式不一。早期计算机的体积足有一间房屋大小，而今天某些嵌入式计算机可能比一副扑克牌还小。当然，即使在今天，依然有大量体积庞大的巨型计算机为特别的科学计算或面向大型组织的事务处理需求服务。比较小的，为个人应用而设计的计算机称为微型计算机，简称微机。我们今天在日常使用“计算机”一词时通常也是指此。不过，现在计算机最为普遍的应用形式却是嵌入式的。嵌入式计算机通常相对简单，体积小，并被用来控制其它设备—无论是飞机，工业机器人还是数码相机。

上述对于电子计算机的定义包括了许多能计算或是只有有限功能的特定用途的设备。然而当说到现代的电子计算机，其最重要的特征是，只要给予正确的指示，任何一台电子计算机都可以模拟其他任何计算机的行为（只受限于电子计算机本身的存储容量和执行的速度）。据此，现代电子计算机相对于早期的电子计算机也被称为通用型电子计算机。

历史

ENIAC是电脑发展史上的一个里程碑本来，计算机的英文原词“computer”是指从事数据计算的人。而他们往往都需要借助某些机械计算设备或模拟计算机。这些早期计算设备的祖先包括有算盘，以及可以追溯到公元前87年的被古希腊人用于计算行星移动的安提基特拉机制。随着中世纪末期欧洲数学与工程学的再次繁荣，1623年由Wilhelm Schickard率先研制出了欧洲第一台计算设备，这是一个能进行六位以内数加减法，并能通过铃声输出答案的“计算钟”。使用转动齿轮来进行操作。

1642年法国数学家Pascal 在WILLIAM Oughtred计算尺的基础上，将计算尺加以改进，能进行八位计算。还卖出了许多制品，成为当时一种时髦的商品。

1801年，Joseph Marie Jacquard对织布机的设计进行了改进，其中他使用了一系列打孔的纸卡片来作为编织复杂图案的程序。Jacquard式织布机，尽管并不被认为是一台真正的计算机，但是它的出现确实是现代计算机发展过程中重要的一步。

查尔斯・巴比奇(Charles Babbage)是构想和设计一台完全可编程计算机的第一人，当时是1820年。但由于技术条件，经费限制，以及无法忍耐对设计不停的修补，这台计算机在他有生之年始终未能问世。约到19世纪晚期，许多后来被证明对计算机科学有着重大意义的技术相继出现，包括打孔卡片以及真空管。Hermann Hollerith设计了一台制表用的机器，就实现了应用打孔卡片的大规模自动数据处理。

在20世纪前半叶，为了迎合科学计算的需要，许许多多单一用途的并不断深化复杂的模拟计算机被研制出来。这些计算机都是用它们所针对的特定问题的机械或电子模型作为计算基础。20世纪三四十年代，计算机的性能逐渐强大并且通用性得到提升，现代计算机的关键特色被不断地加入进来。

1937年由克劳德·艾尔伍德·香农（Claude Shannon）发表了他的伟大论文《对继电器和开关电路中的符号分析》，文中首次提及数字电子技术的应用。他向人们展示了如何使用开关来实现逻辑和数学运算。此后，他通过研究Vannevar Bush的微分模拟器进一步巩固了他的想法。这是一个标志着二进制电子电路设计和逻辑门应用开始的重要时刻，而作为这些关键思想诞生的先驱，应当包括：Almon Strowger，他为一个含有逻辑门电路的设备申请了专利；尼古拉・特斯拉（Nikola Tesla），他早在1898年就曾申请含有逻辑门的电路设备；Lee De Forest，于1907年他用真空管代替了继电器。

Commodore公司在20世纪八十年代生产的Amiga 500电脑沿着这样一条上下求索的漫漫长途去定义所谓的“第一台电子计算机”可谓相当困难。1941年5月12日，Konrad Zuse完成了他的机电共享设备“Z3”，这是第一台具有自动二进制数学计算特色以及可行的编程功能的计算机，但还不是“电子”计算机。此外，其他值得注意的成就主要有：1941年夏天诞生的阿塔纳索夫-贝瑞计算机是世界上第一台电子计算机，它使用了真空管计算器，二进制数值，可复用内存；在英国于1943年被展示的神秘的巨像计算机（Colossus computer），尽管编程能力极其有限，但是它的的确确告诉了人们使用真空管既值得信赖又能实现电气化的再编程；哈佛大学的Harvard Mark I；以及基于二进制的“埃尼阿克”（ENIAC，1944年），这是第一台通用意图的计算机，但由于其结构设计不够弹性化，导致对它的每一次再编程都意味着电气物理线路的再连接。

开发埃尼爱克的小组针对其缺陷又进一步完善了设计，并最终呈现出今天我们所熟知的冯·诺伊曼结构（程序存储体系结构）。这个体系是当今所有计算机的基础。20世纪40年代中晚期，大批基于此一体系的计算机开始被研制，其中以英国最早。尽管第一台研制完成并投入运转的是“小规模实验机”（Small-Scale Experimental Machine，SSEM），但真正被开发出来的实用机很可能是EDSAC。

在整个20世纪50年代，真空管计算机居于统治地位。1958年 9月12日 在Robert Noyce（INTEL公司的创始人）的领导下，发明了集成电路。不久又推出了微处理器。1959年到1964年间设计的计算机一般被称为第二代计算机。

到了60年代，晶体管计算机将其取而代之。晶体管体积更小，速度更快，价格更加低廉，性能更加可靠，这使得它们可以被商品化生产。1964年到1972年的计算机一般被称为第三代计算机。大量使用集成电路，典型的机型是IBM360系列。

到了70年代，集成电路技术的引入极大地降低了计算机生产成本，计算机也从此开始走向千家万户。1972年以后的计算机习惯上被称为第四代计算机。基于大规模集成电路，及后来的超大规模集成电路。1972年4月1日 INTEL推出8008微处理器。1976年Stephen Wozinak和Stephen Jobs创办苹果计算机公司。并推出其Apple I 计算机。1977年5月 Apple II 型计算机发布。1979年6月1日 INTEL发布了8位元的8088微处理器。

1982年,微电脑开始普及，大量进入学校和家庭。1982年1月Commodore 64计算机发布，价格：595美元。 1982 年2月80286发布。时钟频率提高到20MHz，并增加了保护模式，可访问16M内存。支持1GB以上的虚拟内存。每秒执行270万条指令，集成了134000个晶体管。

1990年11月: 第一代MPC (多媒体个人电脑标准)发布。处理器至少80286/12MHz，后来增加到80386SX/16 MHz ，及一个光驱，至少150 KB/sec的传输率。1994年10月10日 Intel 发布75 MHz Pentium处理器。1995年11月1日Pentium Pro发布。主频可达200 MHz ，每秒钟完成4.4亿条指令，集成了550万个晶体管。1997年1月8日Intel发布Pentium MMX。对游戏和多媒体功能进行了增强。

此后计算机的变化日新月异，1965年发表的摩尔定律发表不断被应证，预测在未来10~15年仍依然适用。

原理

个人电脑的主要结构:
显示器
主板
CPU (中央处理器)
主要储存器 (内存)
扩充卡
电源供应器
光驱
次要储存器 (硬盘)
键盘
鼠标

尽管计算机技术自20世纪40年代第一台电子通用计算机诞生以来以来有了令人目眩的飞速发展，但是今天计算机仍然基本上采用的是存储程序结构，即冯·诺伊曼结构。这个结构实现了实用化的通用计算机。

存储程序结构间将一台计算机描述成四个主要部分：算术逻辑单元（ALU），控制电路，存储器，以及输入输出设备（I/O）。这些部件通过一组一组的排线连接（特别地，当一组线被用于多种不同意图的数据传输时又被称为总线），并且由一个时钟来驱动（当然某些其他事件也可能驱动控制电路）。

概念上讲，一部计算机的存储器可以被视为一组“细胞”单元。每一个“细胞”都有一个编号，称为地址；又都可以存储一个较小的定长信息。这个信息既可以是指令（告诉计算机去做什么），也可以是数据（指令的处理对象）。原则上，每一个“细胞”都是可以存储二者之任一的。

算术逻辑单元（ALU）可以被称作计算机的大脑。它可以做两类运算：第一类是算术运算，比如对两个数字进行加减法。算术运算部件的功能在ALU中是十分有限的，事实上，一些ALU根本不支持电路级的乘法和除法运算（由是使用者只能通过编程进行乘除法运算）。第二类是比较运算，即给定两个数，ALU对其进行比较以确定哪个更大一些。

输入输出系统是计算机从外部世界接收信息和向外部世界反馈运算结果的手段。对于一台标准的个人电脑，输入设备主要有键盘和鼠标，输出设备则是显示器，打印机以及其他许多后文将要讨论的可连接到计算机上的I/O设备。

控制系统将以上计算机各部分联系起来。它的功能是从存储器和输入输出设备中读取指令和数据，对指令进行解码，并向ALU交付符合指令要求的正确输入，告知ALU对这些数据做哪些运算并将结果数据返回到何处。控制系统中一个重要组件就是一个用来保持跟踪当前指令所在地址的计数器。通常这个计数器随着指令的执行而累加，但有时如果指令指示进行跳转则不依此规则。

20世纪80年代以来ALU和控制单元（二者合成中央处理器，CPU）逐渐被整合到一块集成电路上，称作微处理器。这类计算机的工作模式十分直观：在一个时钟周期内，计算机先从存储器中获取指令和数据，然后执行指令，存储数据，再获取下一条指令。这个过程被反复执行，直至得到一个终止指令。

由控制器解释，运算器执行的指令集是一个精心定义的数目十分有限的简单指令集合。一般可以分为四类：1）、数据移动（如：将一个数值从存储单元A拷贝到存储单元B）2）、数逻运算（如：计算存储单元A与存储单元B之和，结果返回存储单元C）3）、条件验证（如：如果存储单元A内数值为100，则下一条指令地址为存储单元F）4）、指令序列改易（如：下一条指令地址为存储单元F）

指令如同数据一样在计算机内部是以二进制来表示的。比如说，10110000就是一条Intel x86系列微处理器的拷贝指令代码。某一个计算机所支持的指令集就是该计算机的机器语言。因此，使用流行的机器语言将会使既成软件在一台新计算机上运行得更加容易。所以对于那些机型商业化软件开发的人来说，它们通常只会关注一种或几种不同的机器语言。

更加强大的小型计算机，大型计算机和服务器可能会与上述计算机有所不同。它们通常将任务分担给不同的CPU来执行。今天，微处理器和多核个人电脑也在朝这个方向发展。

超级计算机通常有着与基本的存储程序计算机显着区别的体系结构。它们通常有着数以千计的CPU，不过这些设计似乎只对特定任务有用。在各种计算机中，还有一些微控制器采用令程序和数据分离的哈佛架构（Harvard architecture）。

计算机的数字电路实现

以上所说的这些概念性设计的物理实现是多种多样的。如同我们前述所及，一台存储程序式计算机既可以是巴比奇的机械式的，也可以是基于数字电子的。但是，数字电路可以通过诸如继电器之类的电子控制开关来实现使用2进制数的算术和逻辑运算。香农的论文正是向我们展示了如何排列继电器来组成能够实现简单布尔运算的逻辑门。其他一些学者很快指出使用真空管可以代替继电器电路。真空管最初被用作无线电电路中的放大器，之后便开始被越来越多地用作数字电子电路中的快速开关。当电子管的一个针脚被通电后，电流就可以在另外两端间自由通过。

通过逻辑门的排列组合我们可以设计完成很多复杂的任务。举例而言，加法器就是其中之一。该器件在电子领域实现了两个数相加并将结果保存下来—在计算机科学中这样一个通过一组运算来实现某个特定意图的方法被称做一个算法。最终，人们通过数量可观的逻辑门电路组装成功了完整的ALU和控制器。说它数量可观，只需看一下CSIRAC这台可能是最小的实用化电子管计算机。该机含有2000个电子管，其中还有不少是双用器件，也即是说总计合有2000到4000个逻辑器件。

真空管对于制造规模庞大的门电路明显力不从心。昂贵，不稳（尤其是数量多时），臃肿，能耗高，并且速度也不够快—尽管远超机械开关电路。这一切导致20世纪60年代它们被晶体管取代。后者体积更小，易于操作，可靠性高，更省能耗，同时成本也更低。

集成电路是现今电子计算机的基础20世纪60年代后，晶体管开始逐渐为将大量晶体管、其他各种电器元件和连接导线安置在一片硅板上的集成电路所取代。70年代，ALU和控制器作为组成CPU的两大部分，开始被集成到一块芯片上，并称为“微处理器”。沿着集成电路的发展史，可以看到一片芯片上所集成器件的数量有了飞速增长。第一块集成电路只不过包含几十个部件，而到了2006年，一块Intel Core Duo处理器上的晶体管数目高达一亿五千一百万之巨。

无论是电子管，晶体管还是集成电路，它们都可以通过使用一种触发器设计机制来用作存储程序体系结构中的“存储”部件。而事实上触发器的确被用作小规模的超高速存储。但是，几乎没有任何计算机设计使用触发器来进行大规模数据存储。最早的计算机是使用Williams电子管向一个电视屏或若干条水银延迟线（声波通过这种线时的走行速度极为缓慢足够被认为是“存储”在了上面）发射电子束然后再来读取的方式来存储数据的。当然，这些尽管有效却不怎么优雅的方法最终还是被磁性存储取而代之。比如说磁芯存储器，代表信息的电流可在其中的铁质材料内制造恒久的弱磁场，当这个磁场再被读出时就实现了数据恢复。动态随机存储器（DRAM）亦被发明出来。它是一个包含大量电容的集成电路，而这些电容器件正是负责存储数据电荷—电荷的强度则被定义为数据的值。

输入输出设备

输入输出设备（I/O）是对将外部世界信息发送给计算机的设备和将处理结果返回给外部世界的设备的总称。这些返回结果可能是作为使用者能够视觉上体验的，或是作为该计算机所控制的其他设备的输入：对于一台机器人，控制计算机的输出基本上就是这台机器人本身，如做出各种行为。

第一代计算机的输入输出设备种类非常有限。通常的输入用设备是打孔卡片的读卡机，用来将指令和数据导入内存；而用于存储结果的输出设备则一般是磁带。随着科技的进步，输入输出设备的丰富性得到提高。以个人计算机为例：键盘和鼠标是用户向计算机直接输入信息的主要工具，而显示器、打印机、扩音器、耳机则返回处理结果。此外还有许多输入设备可以接受其他不同种类的信息，如数码相机可以输入图像。在输入输出设备中，有两类很值得注意：第一类是二级存储设备，如硬盘，光盘或其他速度缓慢但拥有很高容量的设备。第二个是计算机网络访问设备，通过他们而实现的计算机间直接数据传送极大地提升了计算机的价值。今天，国际互联网成就了数以千万计的计算机彼此间传送各种类型的数据。

程序

简单说，计算机程序就是计算机执行指令的一个序列。它既可以只是几条执行某个简单任务的指令，也可能是可能要操作巨大数据量的复杂指令队列。许多计算机程序包含有百万计的指令，而其中很多指令可能被反复执行。在2005年，一台典型的个人电脑可以每秒执行大约30亿条指令。计算机通常并不会执行一些很复杂的指令来获得额外的机能，更多地它们是在按照程序员的排列来运行那些较简单但为数众多的短指令。

一般情况下，程序员们是不会直接用机器语言来为计算机写入指令的。那么做的结果只能是费时费力、效率低下而且漏洞百出。所以，程序员一般通过“高级”一些的语言来写程序，然后再由某些特别的计算机程序，如解释器或编译器将之翻译成机器语言。一些编程语言看起来很接近机器语言，如汇编程序，被认为是低级语言。而另一些语言，如即如抽象原则的Prolog，则完全无视计算机实际运行的操作细节，可谓是高级语言。对于一项特定任务，应该根据其事务特点，程序员技能，可用工具和客户需求来选择相应的语言，其中又以客户需求最为重要（美国和中国军队的工程项目通常被要求使用Ada语言）。

计算机软件是与计算机程序并不相等的另一个词汇。计算机软件一个较为包容性较强的技术术语，它包含了用于完成任务的各种程序以及所有相关材料。举例说，一个视频游戏不但只包含程序本身，也包括图片、声音以及其他创造虚拟游戏环境的数据内容。在零售市场，在一台计算机上的某个应用程序只是一个面向大量用户的软件的一个副本。这里老生常谈的例子当然还是微软的office软件组，它包括一些列互相关联的、面向一般办公需求的程序。

利用那些极其简单的机器语言指令来实现无数功能强大的应用软件意味着其编程规模注定不小。Windows XP这个操作系统程序包含的C++高级语言源代码达到了4000万行。当然这还不是最大的。如此庞大的软件规模也显示了管理在开发过程中的重要性。实际编程时，程序会被细分到每一个程序员都可以在一个可接受的时长内完成的规模。

即便如此，软件开发的过程仍然进程缓慢，不可预见且遗漏多多。应运而生的软件工程学就重点面向如何加快作业进度和提高效率与质量。

库与操作系统

在计算机诞生后不久，人们发现某些特定作业在许多不同的程序中都要被实施，比如说计算某些标准数学函数。出于效率考量，这些程序的标准版本就被收集到一个“库”中以供各程序调用。许多任务经常要去额外处理种类繁多的输入输出接口，这时，用于连接的库就能派上用场。

20世纪60年代，随着计算机工业化普及，计算机越来越多地被用作一个组织内不同作业的处理。很快，能够自动安排作业时续和执行的特殊软件出现了。这些既控制硬件又负责作业时序安排的软件被称为“操作系统”。一个早期操作系统的例子是IBM的OS/360。

在不断地完善中，操作系统又引入了时间共享机制——并发。这使得多个不同用户可以“同时”地使用机器执行他们自己的程序，看起来就像是每个人都有一台自己的计算机。为此，操作系统需要像每个用户提供一台“虚拟机”来分离各个不同的程序。由于需要操作系统控制的设备也在不断增加，其中之一便是硬盘。因之，操作系统又引入了文件管理和目录管理（文件夹），大大简化了这类永久储存性设备的应用。此外，操作系统也负责安全控制，确保用户只能访问那些已获得允许的文件。

当然，到目前为止操作系统发展历程中最后一个重要步骤就是为程序提供标准图形用户界面（GUI）。尽管没有什么技术原因表明操作系统必须得提供这些界面，但操作系统供应商们总是希望并鼓励那些运行在其系统上的软件能够在外观和行为特征上与操作系统保持一致或相似。

除了以上这些核心功能，操作系统还封装了一系列其他常用工具。其中一些虽然对计算机管理并无重大意义，但是于用户而言很是有用。比如，苹果公司的Mac OS X就包含视频剪辑应用程序。

一些用于更小规模的计算机的操作系统可能没用如此众多的功能。早期的微型计算机由于记忆体和处理能力有限而不会提供额外功能，而嵌入式计算机则使用特定化了的操作系统或者干脆没有，它们往往通过应用程序直接代理操作系统的某些功能。

应用

由电脑控制的机械在工业中十分常见

很多现代大量生产的玩具，如Furby，是不能没有便宜的嵌入式处理器

起初，体积庞大而价格昂贵的数字计算机主要是用做执行科学计算，特别是军用课题。如ENIAC最早就是被用作火炮弹道计算和设计氢弹时计算断面中子密度的（如今许多超级计算机仍然在模拟核试验方面发挥着巨大作用）。澳大利亚设计的首台存储程序计算机CSIR Mk I型负责对水电工程中的集水地带的降雨情形进行评估。还有一些被用于解密，比如英国的“巨像”可编程计算机。除去这些早年的科学或军工应用，计算机在其他领域的推广亦十分迅速。

从一开始，存储程序计算机就与商业问题的解决息息相关。早在IBM的第一台商用计算机诞生之前，英国J. Lyons等就设计制造了LEO以进行资产管理或迎合其他商业用途。由于持续的体积与成本控制，计算机开始向更小型的组织内普及。加之20世纪70年代微处理器的发明，廉价计算机成为了现实。80年代，个人计算机全面流行，电子文档写作与印刷，计算预算和其他重复性的报表作业越来越多地开始依赖计算机。

随着计算机便宜起来，创作性的艺术工作也开始使用它们。人们利用合成器，计算机图形和动画来创作和修改声音，图像，视频。视频游戏的产业化也说明了计算机在娱乐方面也开创了新的历史。

计算机小型化以来，机械设备的控制也开始仰仗计算机的支持。其实，正是当年为了建造足够小的嵌入式计算机来控制阿波罗宇宙飞船才刺激了集成电路技术的跃进。今天想要找一台不被计算机控制的有源机械设备要比找一台哪怕是部分计算机控制的设备要难得多。可能最着名的计算机控制设备要非机器人莫属，这些机器有着或多或少人类的外表和并具备人类行为的某一子集。在批量生产中，工业机器人已是寻常之物。不过，完全的拟人机器人还只是停留在科幻小说或实验室之中。

机器人技术实质上是人工智能领域中的物理表达环节。所谓人工智能是一个定义模糊的概念但是可以肯定的是这门学科试图令计算机拥有目前它们还没有但作为人类却固有的能力。数年以来，不断有许多新方法被开发出来以允许计算机做那些之前被认为只有人才能做的事情。比如读书、下棋。然而，到目前为止，在研制具有人类的一般“整体性”智能的计算机方面，进展仍十分缓慢。

网络、国际互联网

20世纪50年代以来计算机开始用作协调来自不同地方之信息的工具，美国军方的贤者系统（SAGE）就是这方面第一个大规模系统。之后“军刀”等一系列特殊用途的商业系统也不断涌现出来。

70年代后，美国各大院校的计算机工程师开始使用电信技术把他们的计算机连接起来。由于这方面的工作得到了ARPA的赞助，其计算机网络也就被称为ARPANET。此后，用于ARPA网的技术快速扩散和进化，这个网络也冲破大学和军队的范围最终形成了今天的国际互联网（Internet）。网络的出现导致了对计算机属性和边界的再定义。太阳微系统公司的John Gage 和 Bill Joy就指出：“网络即是计算机”。计算机操作系统和应用程序纷纷向能访问诸如网内其它计算机等网络资源的方向发展。最初这些网络设备仅限于为高端科学工作者所使用，但90年代后随着电子邮件和万维网（World Wide Web）技术的扩散，以及以太网和ADSL等网络连接技术的廉价化，互联网络已变得无所不在。今日入网的计算机总数，何以千万计；无线互联技术的普及，使得互联网在移动计算环境中亦如影随形。比如在笔记本计算机上广泛使用的Wi-Fi技术就是无线上网的代表性应用。

下一代计算机

自问世以来数字计算机在速度和能力上有了可观的提升，迄今仍有不少课题显得超出了当前计算机的能力所及。对于其中一部分课题，传统计算机是无论如何也不可能实现的，因为找到一个解决方法的时间还赶不上问题规模的扩展速度。因此，科学家开始将目光转向生物计算技术和量子理论来解决这一类问题。比如，人们计划用生物性的处理来解决特定问题（DNA计算）。由于细胞分裂的指数级增长方式，DNA计算系统很有可能具备解决同等规模问题的能力。当然，这样一个系统直接受限于可控制的DNA总量。

量子计算机，顾名思义，利用了量子物理世界的超常特性。一旦能够造出量子计算机，那么它在速度上的提升将令一般计算机难以望其项背。当然，这种涉及密码学和量子物理模拟的下一代计算机还只是停留在构想阶段。