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（1）了解计算机的起源和工作原理。
（2）了解计算机的发展、特点、分类及应用领域。
1946年2月14日，美国宾夕法尼亚大学莫尔学院教授莫克利（Mauchly）和博士埃克特（Eckert）共同研制成功了世界上第一台大型电子数字积分计算机——ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer），如图1-1所示。这台计算机总共安装了18000多只电子管、70000多个电阻器、10000多个电容器和1500个继电器，电路的焊接点多达50万个，占地面积为170平方米左右，总重量达到30吨，耗电近150千瓦。其运算速度达到每秒钟5000次加法，可以在0.003秒内完成两个10位数的乘法运算。
1946年之后短短的几十年间，计算机的发展极为迅速。这一时期的杰出代表人物有美籍匈牙利数学家约翰·冯·诺依曼（John von Neumann）和英国数学家艾伦·图灵（Alan Turing），如图1-2、图1-3所示。
图1-1 世界上第一台电子数字积分计算机：ENIAC
图1-2 约翰·冯·诺依曼
图1-3 艾伦·图灵
冯·诺依曼提出了现代计算机的体系结构：①计算机内部数据采用二进制表示；②计算机应具有运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备5个基本功能部件；③程序和数据预先存入存储器中，由程序控制计算机自动执行（存储器用来存储控制程序和所需数据）。如今计算机的基本结构仍采用冯·诺依曼提出的原理和思想，因此，人们把符合这种体系结构的计算机通称为“冯·诺依曼机”。
1936年，艾伦·图灵向伦敦权威的数学杂志投了一篇论文，名为《论数字计算在决断难题中的应用》。在这篇论文中，艾伦·图灵给“可计算性”下了一个严格的数学定义，并提出了著名的“图灵机”（Turing machine）的设想。“图灵机”不是一种具体的机器，而是一种思想模型，可制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置，用来计算所有能想象得到的可计算函数。其基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程。根据艾伦·图灵提出的“自动计算机”的设计方案研制的新型计算机ACE，被认为是当时世界上最快、最强有力的电子计算机。它大约用了800个电子管。艾伦·图灵在介绍它的存储装置时说：“它可以十分容易地把一本小说中的10页内容记住。”它的存储器比ENIAC的存储器更先进。艾伦·图灵的最大的贡献在计算机理论方面，并因创立通用计算机理论，与冯·诺依曼并称为“计算机之父”。
从第一台电子计算机问世至今的70多年的时间里，计算机的发展经历了以下几个时代：
20世纪40—50年代，诞生了第一台电子管计算机，经历了电子管数字计算机、晶体管数字计算机的发展历程，计算机技术逐渐走向成熟。
20世纪60—70年代，经历了集成电路数字计算机、大规模集成电路数字计算机的发展历程，对大型主机进行了第一次“缩小化”，可以满足中小型企事业单位的信息处理要求，成本较低，价格可被接受。
20世纪70—80年代，形成了超大规模集成电路数字计算机，对大型主机进行了第二次“缩小化”。1976年，美国苹果公司成立。1977年，该公司就推出了Apple Ⅱ计算机，并大获成功。1981年，IBM公司（国际商用机器公司）推出IBM PC。此后，它经历了若干代的演进，占领了个人计算机市场，使得个人计算机得到了很大的普及。
Client/Server结构（C/S结构）是大家熟知的客户机/服务器结构。1964年，IBM公司与美国航空公司建立了第一个全球联机订票系统，把美国当时2000多个订票的终端用电话线连接在了一起，标志着计算机进入了客户机/服务器时代。这种模式至今仍在大量使用。在客户机/服务器网络中，服务器是网络的核心，而客户机是网络的基础；客户机依靠服务器获得所需要的网络资源，而服务器为客户机提供网络必需的资源。客户机/服务器结构的优点是能充分发挥客户端PC的处理能力。很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器，大大减轻了服务器的压力。
互联网，即广域网、局域网及单机按照一定的通信协议组成的国际计算机网络。互联网始于1969年，是美军在美国国防部研究计划署制定的协定下将美国西南部的加利福尼亚大学洛杉矶分校、斯坦福大学研究学院、加利福尼亚大学和犹他州大学的4台主要的计算机连接起来。互联网具有全球性、海量性、匿名性、交互性、成长性、扁平性、即时性、多媒体性等特征。互联网的意义不能低估，它是人类迈向“地球村”所走的坚实的一步。
从2008年起，云计算概念逐渐流行起来，并成为一个通俗和大众化的词语。云计算被视为“革命性的计算模型”，因为它使超级计算能力通过互联网自由流通成为可能。企业与个人用户无须再投入昂贵的硬件购置成本，只需要通过互联网来购买、租赁计算力，只用为自己需要的功能付钱。它消除了传统软件在硬件、软件及专业技能方面的费用开销。云计算因让用户脱离技术与部署上的复杂性而获得广泛应用。云计算囊括了开发、架构、负载平衡和商业模式等概念，是软件业未来的发展模式。它是以互联网为基础的一种基于Web的服务平台。
CPU（central processing unit）是计算机的核心部件，负责计算机所有设备的正常运行，被称为中央处理器或者微处理器。CPU是计算机的核心，其重要性堪比心脏对于人的重要性。CPU的种类决定了所使用的操作系统和相应的软件，CPU的速度决定了计算机的性能。当然，速度越快、型号越新的CPU的价格越昂贵。
Intel公司（英特尔公司）是世界上最大的CPU研发和生产商。Intel公司的历史就是一部CPU的发展史。CPU更新换代的速度可以用著名的“摩尔定律”来解释。
“摩尔定律”是由Intel公司创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出来的。其内容如下：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，即同等价格所能买到的计算机性能将每隔18个月翻一倍以上。这一定律揭示了当前信息技术发展的速度。随着中国信息技术的长足发展，国内专业媒体上出现了“新摩尔定律”的提法，指的是中国Internet联网主机数和上网用户人数的递增速度，大约每6个月就要翻一番。专家们还预言，这一趋势在若干年内仍将保持下去。表1-1展示了Intel公司不同时期生产的不同种类的CPU。
表1-1 Intel公司生产的微处理器芯片发展简史
1971年，世界上第一款商用微处理器Intel 4004在Intel公司诞生（见图1-4）。它的出现有着划时代的意义。与现在的CPU相比，Intel 4004会显得微不足道，字长只有4位，只有2300个晶体管，时钟频率仅为108kHz。在今天看来，它的功能是相当有限的，但它的诞生标志着微处理器计算机时代的到来。
1972年，Intel公司推出了第一款8位的微处理器Intel 8008（见图1-5）。其有3500个晶体管，使用10微米的制作工艺，时钟频率达到了500kHz，总线宽度为8位（由于针脚数量限制，地址和数据混合使用针脚），可寻址内存为16KB。
图1-4 Intel 4004芯片
1978年，Intel公司首次生产出16位的微处理器，并将其命名为Intel 8086，是x86架构的鼻祖，芯片上有4万个晶体管，采用HMOS工艺制造，用单一的+5V电源，时钟频率为4.77～10MHz（见图1-6）。同时，该公司还生产出与之相配合的数字协处理器Intel 8087。这两种芯片使用相互兼容的指令集。由于这些指令集应用于Intel 8086和Intel 8087，所以人们也将这些指令集统称为x86指令集。后来，它在IBM PC上得到应用，由此开始了个人计算机的x86时代。
1982年，Intel公司推出Intel 80286芯片（见图1-7）。它与Intel 8086和Intel 8088相比，有了飞跃性的发展，虽然它仍旧是16位结构，但其内部集成了13.4万个晶体管，时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其内部和外部数据总线皆为16位，地址总线为24位，可寻址内存为16MB，可使用的工作方式包括实模式和保护模式两种。Intel 80286也是应用比较广泛的一块CPU。
图1-5 Intel 8008芯片
图1-6 Intel 8086芯片
图1-7 Intel 80286芯片
1985年，Intel公司推出了Intel 80386芯片（见图1-8）。它是x86系列中的第一块32位微处理器芯片，而且制造工艺也有了很大的进步。Intel 80386内含27.5万个晶体管，时钟频率从12.5MHz发展到33MHz。其内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可寻址内存高达4GB，可以使用Windows操作系统。
1989年，Intel公司推出了Intel 80486芯片（见图1-9）。它的特殊意义在于首次突破了100万个晶体管的界限，集成了120万个晶体管。Intel 80486是将Intel 80386和数字协处理器Intel 80387及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内，并且在80x86系列中首次采用了RISC（精简指令集）技术，可以在一个时钟周期内执行一条指令。它还采用了突发总线方式，大大提高了与内存的数据交换速度。
1993年，Intel公司推出了新一代微处理器Intel Pentium（见图1-10）。它采用了0.8微米的制程技术，集成了310万个晶体管，总线宽度也达到了前所未有的64位，系统总线速度为50～66MHz，地址总线为32位，可寻址内存高达4GB。该处理器采用PGA Socket 4（273 pin）封装，内部集成了16KB的一级Cache（高速缓冲存储器），使得CPU读取内存速度加快。该CPU广泛应用于桌面计算机。
1997年，Intel公司推出了微处理器Intel Pentium Ⅱ（见图1-11）。它采用了0.35微米的制程技术，集成了750万个晶体管，内部时钟有233MHz、266MHz、300MHz三个版本，拥有MMX指令集和改进16位效能的Pentium Pro 242针脚的Slot 1（SEC）处理器封装，系统总线速度为66MHz，内部集成了32KB的一级Cache及512KB的二级Cache。
图1-8 Intel 80386芯片
图1-9 Intel 80486芯片
图1-10 Intel Pentium芯片图1-11 Intel Pentium Ⅱ芯片
1999年，Intel公司推出了微处理器Intel Pentium Ⅲ（见图1-12）。它采用了0.25微米的制程技术，集成了950万个晶体管，采用了242针脚的Slot 1 SECC2（single edge contact cartridge 2）处理器封装，系统总线速度为100MHz，内部集成了32KB的一级Cache（包括16KB数据Cache和16KB指令Cache）及256KB的全速二级Cache。
2000年，Intel公司发布了旗下第四代的Pentium处理器，俗称Intel Pentium 4（见图1-13）。Intel Pentium 4没有沿用Intel Pentium Ⅲ的架构，而是采用了全新的Socket 423插座，以0.18微米的制程技术内建了4200万个晶体管，集成256KB的二级缓存，设计了等效于400MHz的前端总线，支持更为强大的SSE2指令集，支持多达20级的超标量流水线，搭配i850/i845系列芯片组，起步频率为1.3GHz。随着后来0.13微米制程技术的发展，2003年，内建超线程技术的Intel Pentium 4处理器的频率达到了3.2GHz。
2005年，Intel公司推出了第一代双核心处理器核心Intel Pentium D（见图1-14）。这是Intel公司第一次在一块CPU芯片上集成了两颗处理器，俗称“双核”。它采用了90纳米的制程工艺，集成了2.3亿个晶体管，两核心各拥有1MB的二级Cache，使用LGA 775 Land插槽，以2.8GHz、3.0GHz、3.2GHz运作。
图1-12 Intel Pentium Ⅲ芯片
图1-13 Intel Pentium 4芯片
图1-14 Intel Pentium D芯片
2006年，Intel公司推出了基于Pentium M的Core处理器，俗称“酷睿”，但不久后即推出升级版Core 2（“酷睿2”），逐渐代替该公司使用达12年之久的Pentium系列处理器。其中用于移动计算机应用的核心代号为Merom，用于桌面计算机应用的核心代号为Conroe，用于服务器应用的核心代号为Woodcrest。该系列CPU采用了65纳米的制程工艺，Intel Core 2 Duo集成了约2.9亿个晶体管（见图1-15），Intel Core 2 Quad集成了约5.8亿个晶体管。
2008年，基于全新Nehalem架构的Intel Core i7发布（见图1-16）。该芯片采用了更先进的45纳米的制程工艺，集成了7.74亿个晶体管，提供了LGA 1366和LGA 1156两种接口，内部集成了三通道内存控制器，四核心共享8MB大小的三级Cache，每颗核心独立拥有256KB的二级Cache，QPI总线的带宽达到了4.8GT/s。
图1-15 Intel Core 2 Duo芯片
图1-16 Intel Core i7四核芯片
但由于Intel Core i7采用了先进的并行流水线技术和顶级的制程工艺，所以主要是面向高端市场。为了占领更为广阔的中低端市场，Intel公司在发布Intel Core i7的同时，还发布了精简版的Intel Core i5和Intel Core i3处理器。表1-2列出了Intel Core 2不同系列的芯片参数。
表1-2 Intel Core 2不同系列的芯片参数
我国电子计算机的科研、生产和应用是从20世纪50年代中后期开始的。1956年，周恩来主持制定的《十二年科学技术发展规划》中，就把计算机列为发展科学技术的重点之一，并筹建了中国第一个计算技术研究所——中国科学院计算技术研究所。
1957年，哈尔滨工业大学研制成功中国第一台模拟式电子计算机。
1958年，中国科学院计算技术研究所研制成功我国第一台小型电子管通用计算机——103机（八一型），标志着我国第一台电子计算机的诞生。
1965年，中国科学院计算技术研究所研制成功第一台大型晶体管计算机——109乙机，之后推出109丙机。109丙机在两弹试验中发挥了重要作用。
1974年，清华大学等单位联合设计、研制成功采用集成电路的DJS-130小型计算机，运算速度达每秒100万次。
1983年，国防科技大学研制成功运算速度达每秒上亿次的“银河-Ⅰ”巨型机。这是我国高速计算机研制的一个重要里程碑。
1985年，电子工业部计算机管理局研制成功与IBM PC机兼容的长城0520CH微机。
1992年，国防科技大学研究出“银河-Ⅱ”通用并行巨型机，峰值速度达每秒4亿次浮点运算（相当于每秒10亿次基本运算操作），为共享主存储器的四处理机向量机（其向量中央处理机是采用中小规模集成电路自行设计的），总体上达到20世纪80年代中后期国际先进水平。它主要用于中期天气预报。
1993年，国家智能计算机研究开发中心（后成立北京市曙光计算机公司，以下简称“曙光公司”）研制成功“曙光一号”全对称共享存储多处理机。这是国内首次以基于超大规模集成电路的通用微处理器芯片和标准UNIX操作系统设计开发的并行计算机。
1995年，曙光公司又推出了国内第一台具有大规模并行处理机（MPP）结构的并行机“曙光1000”（含36个处理机），峰值速度达每秒25亿次浮点运算，实际运算速度上了每秒10亿次浮点运算这一高性能台阶。“曙光1000”与美国Intel公司1990年推出的大规模并行机体系结构和实现技术相近，与国外的差距缩小到5年左右。
1997年，国防科技大学研制成功“银河-Ⅲ”百亿次并行巨型计算机系统，采用可扩展分布共享存储并行处理体系结构，由130多个处理结点组成，峰值速度达每秒130亿次浮点运算，系统综合技术达到20世纪90年代中期国际先进水平。
1997年至1999年，曙光公司先后在市场上推出具有机群结构的“曙光1000A”“曙光2000-Ⅰ”“曙光2000-Ⅱ”超级服务器，峰值速度已突破每秒1000亿次浮点运算，机器规模已超过160个处理机。
1999年，国家并行计算机工程技术研究中心研制的“神威Ⅰ”计算机通过了国家级验收，并在国家气象中心投入运行。该系统有384个运算处理单元，峰值速度达每秒3840亿次浮点运算。
2000年，由1024个CPU组成的“银河-Ⅳ”超级计算机在国防科技大学问世，峰值速度达到每秒1.0647万亿次浮点运算，各项指标均达到当时国际先进水平，使我国高端计算机系统的研制水平再上一个新台阶。
2001年，中国科学院计算技术研究所研制成功我国第一款通用CPU——“龙芯”芯片。
2002年，曙光公司推出完全自主知识产权的“龙腾”服务器。“龙腾”服务器采用了“龙芯-1”CPU，采用了曙光公司和中国科学院计算技术研究所联合研发的服务器专用主板，采用曙光LINUX操作系统。该服务器是国内第一台完全实现自有产权的产品，在国防、安全等部门发挥了重大作用。
2003年，百万亿次数据处理超级服务器“曙光4000L”通过国家级验收，再一次刷新国产超级服务器的历史纪录，使得国产高性能产业再上新台阶。
2004年6月21日，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室公布了最新的全球计算机500强名单，曙光公司研制的超级计算机“曙光4000A”排名第十，运算速度达每秒8.061万亿次浮点运算。
2005年4月18日，由中国科学院计算技术研究所研制的中国首个拥有自主知识产权的通用高性能CPU“龙芯二号”正式亮相。
2009年10月29日，中国第一台千万亿次超级计算机——“天河一号”，在国防科技大学亮相。“天河一号”由103个机柜组成，每个机柜1.45米宽、1.2米深、2米高，排成13排，占地约700平方米，总重量约160吨。
2010年10月，经升级后的“天河一号”二期系统“天河-1A”以峰值速度每秒4700万亿次浮点运算、持续速度每秒2566万亿次浮点运算，一举超越美国橡树岭国家实验室的“美洲虎超级计算机”（峰值速度每秒2331万亿次浮点运算，持续速度每秒1759万亿次浮点运算），为当时世界上最快的超级计算机。但半年之后，日本超级计算机“京”以比“天河一号”快3倍、每秒8162万亿次浮点运算的运算速度，成为当时世界上最快的超级计算机，“天河一号”则退居世界第二。
2013年6月17日，国际TOP500组织公布了最新全球超级计算机500强榜单，中国国防科技大学研制的“天河二号”以每秒33.86千万亿次浮点运算的速度，成为全球最快的超级计算机，比第二名美国的“泰坦”快了近一倍。相比之下，美国能源部下属橡树岭国家实验室的“泰坦”从上次第一名降至本次第二名，其运算速度为每秒17.59千万亿次浮点运算。专家们表示，由于“天河二号”的速度比第二名快近一倍，中国有可能保持桂冠至少一年时间。此后，全球最快超级计算机的位置将可能出现由中国、美国、日本三国计算机交替把持的局面。
2016年6月20日，德国法兰克福国际超算大会（ISC）公布了新一期全球超级计算机500强榜单，由中国国家并行计算机工程技术研究中心研制的“神威·太湖之光”以超第二名近三倍的运算速度夺得第一。“神威·太湖之光”是国内第一台全部采用国产处理器构建的世界第一的超级计算机。
超级计算机是“国之重器”。超级计算属于战略高技术领域，是世界各国竞相角逐的科技制高点，也是一个国家科技实力的重要标志之一。对于中国超级计算机的国产化情况，专家评估说，“天河”系列的国产化程度是70%左右，济南超算中心的“神威蓝光”超级计算机能达到85%以上，“神威·太湖之光”的处理器则是全国产。
2020年12月4日，中国科学技术大学宣布成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”。这一突破使我国成为继谷歌Sycamore之后全球第二个实现“量子优越性”的国家。
2021年5月7日，中国研制出的62比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”实现了可编程的二维量子行走，为探索新的多体现象和实现复杂的量子算法打开了新大门，为在超导量子系统上实现量子优越性展示及可解决具有重大实用价值问题的量子计算研究奠定了技术基础。
计算机是一种能够存储程序和数据、自动执行程序指令、快速而精确地完成各种计算任务的电子设备。其通用性的特点表现在几乎能求解自然科学和社会科学中所有类型的问题，能广泛地应用于各个领域。它有以下5个方面的特点：
运算速度是计算机的一个重要性能指标，即单位时间内执行指令的条数，通常以“百万条指令每秒”（million instructions per second，MIPS）来衡量。现代的计算机运算速度在几十MIPS以上，巨型计算机的速度可达到上亿MIPS。计算机的运算速度是其他任何计算工具无法比拟的，这正是计算机被广泛使用的主要原因。计算机高速运算的能力极大地提高了人们的工作效率，把人们从浩繁的脑力劳动中解放出来。过去用人工旷日持久才能完成的计算，如今计算机“瞬间”即可完成。曾有许多数学问题，由于计算量太大，数学家们终其一生也无法完成，使用计算机则可轻易地解决。
在科学研究和工程设计中，对计算的结果精度往往有很高的要求。一般的计算工具只能达到几位有效数字（如过去常用的四位数学用表、八位数学用表等），而计算机对数据的结果精度可达到十几位、几十位有效数字，根据需要甚至可达到任意的精度。
计算机的存储器可以存储大量数据，这使计算机具有了“记忆”功能。目前计算机的存储容量越来越大，已高达千兆数量级的容量。海量的计算数据通常是存放在存储器中。计算机具有“记忆”功能是它与传统计算工具的一个重要区别。
计算机的运算器除了能够完成基本的算术运算外，还具有分类、合并、比较、排序、检索等数据处理功能，如信息检索、图像识别等。这种能力是计算机处理逻辑推理问题的前提。
由于计算机的工作方式是将程序和数据先存放在机内，工作时按程序规定的操作，一步一步地自动完成，一般无须人工干预，因而自动化程度高。这一特点正体现了冯·诺依曼提出的计算机体系结构。
根据计算机的性能指标（计算机的字长、运算速度、存储量、功能、配套设备、软件系统）可将计算机分为巨型机、大中型机、小型机、微型机、工作站五大类。
巨型机又称超级计算机，是目前功能最强、速度最快、价格最昂贵的计算机。巨型机的运算速度可达每秒几万亿次，存储容量大，主要用于洲际导弹、天气预报、空间导航等方面。这一领域的竞争是世界计算机界的热点。它的主要用户是军事部门。因此，发达国家都非常重视巨型机的开发。我国自主研制的银河机就属于巨型机。
大中型机包括通常所说的大型和中型计算机。这是在微型机出现之前最主要的计算机。大中型机在量级和研制成本上都低于巨型机，但也有很高的运算速度和很大的存储容量。而且大型机允许相当多的用户同时使用。这类计算机通常用于商业或大型数据库管理。
小型机的规模比大中型机小，能同时支持十几个用户使用，价格便宜，适用于中小型企事业单位。
微型机也称个人计算机，最主要的特点是小巧、灵活、便宜，是目前发展最快的计算机。微型机根据使用的CPU芯片可分为286机、386机、486机、Pentium机、Pentium Ⅱ机、Pentium Ⅲ机、Pentium 4机、酷睿2机等。
现在微型机已由桌面型向便携式发展，如膝上型、掌上型笔记本等，还能把光盘（音频、视频）、电话、传真、电视等融为一体，成为多媒体个人计算机。
工作站与高档微型机之间的界限并不十分明确，而且高性能工作站正接近小型机，甚至接近低端主机。但是，工作站也有它明显的特征：使用大屏幕、高分辨率的显示器；有大容量的内外存储器，而且大都具有网络功能。它们的用途也比较特殊，如用于计算机辅助设计、图像处理、软件工程及大型控制中心。
随着现代信息社会的发展需要，计算机将向以下4个方面发展：
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、存储及处理的量子物理设备。当某个设备是由量子元件组装，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。
人脑总体运行速度相当于每秒1000万亿次的计算机功能，可把生物大脑神经网络看作一个大规模并行处理的、紧密耦合的、能自行重组的计算网络。从大脑工作的模型中抽取计算机设计模型，用许多处理机模仿人脑的神经元机构，将信息存储在神经元之间的联络中，并采用大量的并行分布式网络，就构成了神经网络计算机。
在运行机理上，化学计算机以化学制品中的微观碳分子作为信息载体来实现信息的传输与存储。DNA分子在酶的作用下可以从某基因代码通过生物化学反应转变为另一种基因代码，转变前的基因代码可以作为输入数据，反应后的基因代码可以作为运算结果，利用这一过程可以制成新型的生物计算机。生物计算机最大的优点是生物芯片的蛋白质具有生物活性，能够与人体的组织结合在一起，特别是可以和人的大脑和神经系统有机连接，使人机接口自然吻合，免除了烦琐的人机对话。这样，生物计算机就可以听人指挥，成为人脑的外延或扩充部分，还能够从人体的细胞中吸收营养来补充能量，不需要任何外界的能源。由于生物计算机的蛋白质分子具有自我组合的能力，所以生物计算机具有自调节能力、自修复能力和自再生能力，更易于模拟人类大脑的功能。现今科学家已研制出了许多生物计算机的主要部件——生物芯片。
光计算机是用光子代替半导体芯片中的电子，以光互连来代替导线制成数字计算机。与电的特性相比，光具有无法比拟的各种优点：光在光介质中以许多个波长不同或波长相同而振动方向不同的光波传输，不存在寄生电阻、电容、电感和电子相互作用问题，光器件无电位差。因此，光计算机的信息在传输中畸变或失真小，可在同一条狭窄的通道中传输数量大得难以置信的数据。