我們的生活離不開電腦。電腦的核心部件是微處理器(CPU)，即通常所說的芯片。這是電腦中執(zhí)行運(yùn)算的地方，CPU的速度決定了電腦的速度。

　　組成CPU的是數(shù)以億計(jì)的晶體管。為了提高CPU的速度，半個(gè)多世紀(jì)以來，晶體管越做越小，以便在相同的空間容納下更多數(shù)量的晶體管。現(xiàn)在，普通芯片上的一個(gè)晶體管，尺寸接近納米量級(jí)。但是，這條路快走到頭了，因?yàn)榫w管已經(jīng)很難再小。所以若按老辦法，電腦提速的空間已非常有限。

　　這就是現(xiàn)在大家熱衷研究量子計(jì)算機(jī)的原因。不過，量子計(jì)算機(jī)也有致命的缺陷，比如需要在極低溫下運(yùn)行，需要絕對(duì)安靜的環(huán)境，而這些都超出了我們目前的技術(shù)能力。

　　一條提高計(jì)算機(jī)速度的新路子

　　但是，其實(shí)還有一條提速路我們未做嘗試。在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)的運(yùn)算和存儲(chǔ)是分開的：運(yùn)算在CPU，臨時(shí)的存儲(chǔ)在內(nèi)存，長(zhǎng)期的存儲(chǔ)在硬盤。當(dāng)一個(gè)運(yùn)算完成，其結(jié)果暫時(shí)先存到內(nèi)存，CPU恢復(fù)原位，然后執(zhí)行下一個(gè)運(yùn)算。當(dāng)運(yùn)算中需要調(diào)用前面的結(jié)果時(shí)，再?gòu)膬?nèi)存中讀取。數(shù)據(jù)在CPU和內(nèi)存之間來回傳輸、調(diào)用，這會(huì)消耗大量的時(shí)間和能量。如果把兩者合二為一，就能省下很多時(shí)間。

　　存儲(chǔ)式計(jì)算機(jī)就是這樣一種新型的計(jì)算機(jī)。它把傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上CPU和內(nèi)存的功能整合起來，在一種稱作“運(yùn)算存儲(chǔ)器”的單一類型元件中，同時(shí)處理數(shù)據(jù)的運(yùn)算和存儲(chǔ)，這樣就可以極大地縮短時(shí)間。

　　如何集運(yùn)算和存儲(chǔ)于一身?

　　存儲(chǔ)式計(jì)算機(jī)的概念最早是在1970年代提出來的。其實(shí)人們最初是為了模擬人腦的工作原理而設(shè)計(jì)的，因?yàn)槲覀兊拇竽X在工作時(shí)，每個(gè)神經(jīng)元既充當(dāng)處理器又充當(dāng)內(nèi)存。請(qǐng)想像一下，我們的大腦每秒鐘進(jìn)行1016次操作需要消耗大約20瓦特，而一臺(tái)傳統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)需要1000萬倍的功率才能完成同樣數(shù)量的操作。功率的很大一部分被浪費(fèi)在CPU和內(nèi)存之間的信息來回傳輸上。如果能把運(yùn)算和存儲(chǔ)集于一身，可以省下多少能量和時(shí)間啊!

　　那么，存儲(chǔ)式計(jì)算機(jī)的核心元件——運(yùn)算存儲(chǔ)器，是如何做到這一點(diǎn)的呢?以下是它的工作原理。

　　在傳統(tǒng)電腦中，一個(gè)晶體管的工作基本上可以歸結(jié)為一件事情：要么讓電流通過，要么不讓電流通過——這取決于它被告知要做什么。事情做完，晶體管就恢復(fù)原位，做過的事情在它身上不留任何痕跡。在存儲(chǔ)式計(jì)算機(jī)中，運(yùn)算存儲(chǔ)器做的事情跟晶體管完全一樣，所不同的是，事情完成后，它的一些物理屬性(如電阻、電壓)隨之改變。改變不僅是定性的，也是定量的。這就相當(dāng)于把操作結(jié)果儲(chǔ)存了起來，實(shí)現(xiàn)了集運(yùn)算與儲(chǔ)存于一身。

　　存儲(chǔ)式計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

　　長(zhǎng)久以來，運(yùn)算存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的是模擬信號(hào)，而不是數(shù)字信號(hào)(如二進(jìn)制的數(shù)字0和1)。但是模擬信號(hào)有個(gè)缺點(diǎn)，隨著運(yùn)算量的積累，誤差會(huì)越來越大，最后會(huì)讓輸出結(jié)果變得毫無意義。而數(shù)字信號(hào)就不存在這個(gè)問題。所以，存儲(chǔ)式計(jì)算機(jī)要想實(shí)用，也必須數(shù)字化。

　　這個(gè)困難已被攻克。最近，美國(guó)加州大學(xué)的科學(xué)家造出了世界上首臺(tái)數(shù)字存儲(chǔ)式計(jì)算機(jī)。它使用二進(jìn)制數(shù)字來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　為了建造存儲(chǔ)式計(jì)算機(jī)，從硬件到軟件都必須重新設(shè)計(jì)。譬如，硅晶體管就必須換成運(yùn)算存儲(chǔ)器。所以，從某種程度上說，比建造超級(jí)計(jì)算機(jī)還麻煩。不過，比起量子計(jì)算機(jī)，存儲(chǔ)式計(jì)算機(jī)能在室溫下運(yùn)行。此外，它的制造成本也要低很多。

　　存儲(chǔ)式計(jì)算機(jī)擅長(zhǎng)解決復(fù)雜的并行式計(jì)算問題(比如旅行推銷員問題：存在一系列的城市，現(xiàn)在要找出旅行推銷員在拜訪每個(gè)城市一次后回到起點(diǎn)的最短路徑)。不過在可預(yù)見的未來，它不會(huì)取代你的筆記本電腦和智能手機(jī)。