如何评价计算机性能

2024年3月16日发(作者：)

如何评价计算机性能

一台微型计算机功能的强弱或性能的好坏，不是由某项指标来决定的，而是由它的系

统结构、指令系统、硬件组成、软件配置等多方面的因素综合决定的。但对于大多数普通

用户来说，可以从以下几个指标来大体评价计算机的性能。

(1)运算速度。运算速度是衡量计算机性能的一项重要指标。通常所说的计算机运算速

度（平均运算速度），是指每秒钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令／秒”（mips，

Million Instruction Per Second）来描述。同一台计算机，执行不同的运算所需时间可能

不同，因而对运算速度的描述常采用不同的方法。常用的有CPU时钟频率（主频）、每秒

平均执行指令数(ips)等。微型计算机一般采用主频来描述运算速度，例如，Pentium/133

的主频为133 MHz，PentiumⅢ/800的主频为800 MHz，Pentium 4 1.5G的主频为1.5

GHz。一般说来，主频越高，运算速度就越快。

(2)字长。一般说来，计算机在同一时间内处理的一组二进制数称为一个计算机的

“字”，而这组二进制数的位数就是“字长”。在其他指标相同时，字长越大计算机处理

数据的速度就越快。早期的微型计算机的字长一般是8位和16位。目前586（Pentium，

Pentium Pro， PentiumⅡ，PentiumⅢ，Pentium 4）大多是32位，现在的大多装人

都装64位的了

(3)内存储器的容量。内存储器，也简称主存，是CPU可以直接访问的存储器，需要

执行的程序与需要处理的数据就是存放在主存中的。内存储器容量的大小反映了计算机即

时存储信息的能力。随着操作系统的升级，应用软件的不断丰富及其功能的不断扩展，人

们对计算机内存容量的需求也不断提高。目前，运行Windows 95或Windows 98操作

系统至少需要 16 M的内存容量，Windows XP则需要128 M以上的内存容量。内存容

量越大，系统功能就越强大，能处理的数据量就越庞大。

(4)外存储器的容量。外存储器容量通常是指硬盘容量（包括内置硬盘和移动硬盘）。

外存储器容量越大，可存储的信息就越多，可安装的应用软件就越丰富。目前，硬盘容量

一般为10 G至60 G，有的甚至已达到120 G。

生物计算机

生物计算机又称仿生计算机，它的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子，并

以此作为生物芯片，是以生物芯片取代在半导体硅片上集成数以万计的晶体管制成的计算

机。生物计算机芯片本身还具有并行处理的功能，其运算速度要比当今最新一代的计算机

快10万倍，能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一，存储信息的空间仅占百亿亿分

之一。

生物计算机有很多优点，主要表现在以下几个方面：

首先，它体积小，功效高。在一平方毫米的面积上，可容纳几亿个电路，比目前的集

成电路小得多，用它制成的计算机，已经不像现在计算机的形状了，可以隐藏在桌角、墙

壁或地板等地方。其次，当我们在运动中，不小心碰伤了身体，有的上点儿药；有的年轻

人甚至药都不上，过几天，伤口就愈合了。这是因为人体具有自我修复功能。同样，生物

计算机也有这种功能，当它的内部芯片出现故障时，不需要人工修理，能自我修复，所以，

生物计算机具有永久性和很高的可靠性。再者，生物计算机的元件是由有机分子组成的生

物化学元件，它们是利用化学反应工作的，所以；只需要很少的能量就可以工作了，因此，

不会像电子计算机那样，工作一段时间后，机体会发热，而生物计算机的电路间也没有信

号干扰。

1983年，美国公布了研制生物计算机的设想之后，立即激起了发达国家的研制热潮。

当前，美国、日本、德国和俄罗斯的科学家正在积极开展生物芯片的开发研究。从1984

年开始，日本每年用于研制生物计算机的科研投资为86亿日元。

目前，生物芯片仍处于研制阶段，但在生物元件，特别是在生物传感器的研制方面已

取得不少实际成果。这将会促使计算机、电子工程和生物工程这三个学科的专家通力合作，

加快研究开发生物芯片。生物计算机一旦研制成功，可能会在计算机领域内引起一场划时

代的革命。

生物计算机是以生物界处理问题的方式为模型的计算机。目前主要有：生物分子或超

分子芯片、自动机模型、仿生算法、生物化学反应算法等几种类型。

计算机工业在近几十年内飞速发展，其速度令人瞠目。然而目前晶体管的密度已近当

前所用技术的理论极限，晶体管计算机能否继续发展下去；所以，人们在不断寻找新的计

算机结构。另一方面，人们在研究人工智能的同时，借鉴生物界的各种处理问题的方式，

即所谓生物算法，提出了一些生物计算机的模型，部分模型已经解决了一些经典计算机难

以解决的问题。

生物计算机作为即将完善的新一代计算机，其优点是十分明显的。但它也有自身难以

克服的缺点。其中最主要的便是从中提取信息困难。一种生物计算机24小时就完成了人

类迄今全部的计算量，但从中提取一个信息却花费了1周。这也是目前生物计算机没有普

及的最主要原因。

生物计算机是人类期望在21世纪完成的伟大工程。是计算机世界中最年轻的分支。

目前的研究方向大致是两个：一是研制分子计算机，即制造有机分子元件去代替目前的半

导体逻辑元件和存储元件；另一方面是深入研究人脑的结构、思维规律，再构想生物计算

机的结构。

量子计算机

量子计算机（quantum computer）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。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计

算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。量子计算机应用的是量子比特，可以同时处

在多个状态，而不像传统计算机那样只能处于0或1的二进制状态。2014年1月3日，

美国国家安全局（NSA）斥资8千万美元研发用于破解加密技术的量子计算机。

量子计算机（英语：Quantum computer），是一种使用量子逻辑进行通用计算的设

备。不同于电子计算机（或称传统电脑），量子计算用来存储数据的对象是量子比特，它使

用量子算法来进行数据操作。

随着计算机科学的发展，史蒂芬·威斯纳在1969年最早提出“基于量子力学的计算设

备”。而关于“基于量子力学的信息处理”的最早文章则是由亚历山大·豪勒夫（1973）、

帕帕拉维斯基（1975）、罗马·印戈登（1976）和尤里·马尼（1980）年发表

[1][2][3]

[4]

。史蒂

芬·威斯纳的文章发表于1983年

[5]

。1980年代一系列的研究使得量子计算机的理论变得丰

富起来。1982年，理查德·费曼在一个著名的演讲中提出利用量子体系实现通用计算的想

法。紧接着1985年大卫·杜斯提出了量子图灵机模型

[6]

。人们研究量子计算机最初很重要

的一个出发点是探索通用计算机的计算极限。当使用计算机模拟量子现象时，因为庞大的

希尔伯特空间而数据量也变得庞大。一个完好的模拟所需的运算时间则变得相当可观，甚

至是不切实际的天文数字。理查德·费曼当时就想到如果用量子系统所构成的计算机来模

拟量子现象则运算时间可大幅度减少，从而量子计算机的概念诞生。

量子计算机在1980年代多处于理论推导状态。1994年彼得·秀尔（Peter Shor）提出

量子质因数分解算法后

[7]

，因其对于现在通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以破解

而构成威胁之后，量子计算机变成了热门的话题，除了理论之外，也有不少学者着力于利

用各种量子系统来实现量子计算机。

半导体靠控制集成电路来记录及运算信息，量子计算机则希望控制原子或小分子的状

态，记录和运算信息。 1994年，贝尔实验室的专家彼得·秀尔（Peter Shor）证明量子计

算机能做出离散对数运算

[8]

，而且速度远胜传统电脑。因为量子不像半导体只能记录0与

1，可以同时表示多种状态。如果把半导体比喻成单一乐器，量子计算机就像交响乐团，一

次运算可以处理多种不同状况，因此，一个40比特的量子计算机，就能在很短时间内解

开1024位电脑花上数十年解决的问题。

传统计算机即对输入信号序列按一定算法进行变换的机器，其算法由计算机的内部逻

辑电路实现。

1. 输入态和输出态都是传统信号，用量子力学的语言来描述，也即是:其输入态和输出

态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列，用量子记号，即。所

有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加态：

。

2. 传统计算机内部的每一步变换都演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，

因此，传统计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。

量子计算机分别对传统计算机的限制作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能

级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特（qubits））,量子计算机的变换（即

量子计算）包括所有可能的正变换。

1. 量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交；

2. 量子计算机中的变换为所有可能的正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态

进行一定的测量，给出计算结果。

传统计算是一类特殊的量子计算，量子计算对传统计算作了极大的扩充，其最本质的

特征为量子叠加性和量子相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经

典计算，所有这些传统计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的

输出结果。这种计算称为量子并行计算。

一般认为量子计算机仍处于研究阶段。 然而2011年5月11日, 加拿大的D-Wave

System Inc. 发布了一款号称 “全球第一款商用型量子计算机”的计算设备“D-Wave

One”

[9]

。 该量子设备是否真的实现了量子计算目前还没有得到学术界广泛认同

[10]

。2013

年5月D-Wave System Inc宣称NASA和Google共同预定了一台采用512量子位的

D-Wave Two量子计算机。

[11]

2013年5月，Google和NASA在加利福尼亚的量子人工智能实验室发布D-Wave

Two。

2013年6月，中国科学技术大学潘建伟院士领衔的量子光学和量子信息团队的陆朝

阳、刘乃乐研究小组，在国际上首次成功实现用量子计算机求解线性方程组的实验。

[12]