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第4章 电脑的成长(2)

1989年,英特尔公司研制成了一种新型的个人计算机芯片80486,集成度从30万个一跃超过了100万个晶体管。80486能极大地加快计算机的运算速度。一块80486芯片能完成以前的三种芯片,这样就减少了三块芯片之间联系所需要的时间,从而极大地提高了运算速度。

1989年,美国超级计算机也有了创新,克雷-1型超级计算机研制成功,它运用单个高速处理器达到了令人惊奇的计算能力。

在新一代机的研制成本上也有大幅度下降。超级计算机通常高达200万-1000万美元。美国思维机器公司开发了CM一ZA的新型超级计算机,它有4000个处理器,每秒能处理15亿条指令,价格降到50万美元,从而具有极强的竞争力和吸引力。

“五代机”与“人工智能”

第五代电子计算机,实际上就是人工智能机器。

计算机实现“人工智能”化,就是使它具有人的某些智能,如理解能力、适应能力和思维能力等。这就要求计算机具有高速运算处理的能力,通过视觉、听觉、触觉和嗅觉等传感器接受各种信号,利用合理的程序进行判断、推理,并及时作出正确的反应。它的“表现”就像人一样,所以叫做“人工智能”。例如:

下棋是一种高级的智力活动。如果把各位“大师”的下棋经验输入计算机,那么,计算机就可以与人对垒,并且战胜棋手。

利用计算机进行逻辑推理,证明大量的数学定理,也是人工智能的表现。

利用计算机把一种文字翻译成另一种文字,这也是一种人工智能。目前,这种文字翻译的准确率已达到80%~90%。

现在,邮局里的邮件自动分拣机能够识别邮政编码,以便按地区分拣信件,每小时可分拣几万封信哩!

以上便是第五代电子计算机的部分功能。人工智能实际上是一门脑力放大的科学。

1920年,捷克作家卡雷尔·卡柏尔以机器人与人类对立为主题,写了一部名叫“洛萨姆万能机器人公司”的歌剧,剧中设想该公司生产大量的高性能机器人,并向世界各国输出,于是各国工厂的失业者剧增,这激起了工人们的愤怒,他们涌进工厂,砸毁机器人。公司方面则把武器交给机器人对工人进行镇压。后来又研究出了带有感情的机器人。这些机器人突然反过来憎恨驱使他们的人。于是。他们开始袭击人类,想把人类全部杀光。作者借此来诅咒现代文明。

1950年,英国科普作家阿西莫夫写了一本书名为《我们是机器人》的书。该书反映了把人作为助手而征服人类的机器人形象。书中告诫人们不要忽视技术发展引起的社会后果,还提出了使机器人不致于加害人类的发展原则——机器人学三原则。

1954年,美国的戴柏尔发表了《运用于重复进行业的通用工业机械人》一文,并申请了专利。但他所设计的只是重复进行放下和抓起操作的机器。1960年美国机械和铸造公司研制成功实用化的产品“伐荷杜兰”型机器人。后来尼梅特公司又开发“尼梅特”型机器人,并使其成为产品。

然而,真正称得上人工智能研究工作的第一个奠基人是英国的图灵。1937年,当时年仅24岁的他就在一篇关于“理想计算机”的论文中提出了天才的设想,这就是大家知道的图灵机。他令人信服地论证和说明了任何需要精确地加以确定的计算过程能够由图灵机来完成。1950年,他在《计算机能思维吗?》一文中不仅给人工智能下了定义,而且还论证了人工智能的可能性。他的许多思想都大大超过了同时代的人。

控制论的创始人维纳等人,信息论的奠基人申农,神经控制论的创始人麦克卡洛和匹茨,以及博养论的创始人,被称为“计算机之父”的冯·诺依曼,还有阿什比等都是人工智能的第一批先驱者,他们的理论和工作为人工智能的创立奠定了基础。

50年代,有许多科学家和工程在这方面进行了探索。1956年,申家和麦卡锡广泛收集了有关人工智能研究的13篇论文,汇编了《自动机研究》一书。

1956年夏季,在美国新罕布什尔州的达特莫斯大学,正式以人工智能为名义的一次创造性聚会标志着人工智能的诞生。

参加这次聚会的有当时的年轻数学助教、现斯坦福大学教授麦卡锡,以及他的三位朋友:哈佛大学年轻数学和神经学家、现麻省理工学院教授明斯基,IBM以及公司信息研究中心负责人洛切斯特和贝尔试验室信息部数学研究员香农,还有IBM公司的莫尔和塞缪尔,麻省理工学院的塞尔夫利奇和索罗孟夫,以及兰德公司和卡内基工科大学的纽厄尔和西蒙等十几名青年学者。他们举办了为期两个月的夏季学术谈论班,讨论机器能智问题。经麦卡锡提议,在会上正式使用人工智能这一术语,从而开创了人工智能作为一门独立学科的研究方向。麦卡锡因而被称为“人工智能之父”。

电脑辅助软件工程及物件导向程序设计,系利用电脑本身已具备的功能,来协助程序设计师,但是,若我们让电脑自己来撰写程序,又是什么样的情形呢?这个想法触动了人工智能的发展,人工智能一词曾被用来叙述电脑自我思考的能力。人工智能己被无数的科幻小说当作主题,特别是描述关于具有人性的机器人,配备人工智能的“头脑”!

这其实并不难想像,在不久的将来,当机器人的制造、程序设计及电脑科技不断地突飞猛进,“人工人类”的出现其实是指日可待的。值此进步的同时,人工智能在许多更实际的应用上有所发展,其中最普遍的就是专家系统。专家系统是将一系列规则依逻辑顺序编码,使电脑能依照过去的经验来预测未来发生的状况,最常见的例子,便是个人电脑上的“辅助”屏幕,通常当你“卡”在某个电脑程序时,它就会显现出来。根据以往的经验,专家系统会“知道”用户的难处大概在什么地方,进而提供有用的协助。

人工智能程序设计的另一个例子是语音辨识、电脑辅助软件工程及自动机械控制。在人工智能的研究上,最新的大转变是在神经网方面的发展,这与局域网(LANs)、广域网(WANs)没有任何关联,反而是一个根据动物脑中的互动所模拟出的电脑程序。根据生物学者的观点,个别的电脑细胞——神经细胞单位,并不记得任何东西,或是执行任何逻辑反应,必须要与其他神经细胞同工,就像古老的谚语所说的:“一个完整的个体,要比由各部分所组成的总合来得好。”在电脑程序设计中,神经网络代表具有副程序的程序,而这些副程序已被设计成具有经验累积的功能,所以程序越经使用,功能越强,目前这个领域的发展尚未明朗化,但前途看好。

人工智能工作的成功面可分为二,一是人工智能已成功地应用在许多的商业产品上,例如专家系统,而且这些应用已与其他电脑程序设计产生了密不可分的关系;其次则如自然语言程序设计或神经网络一般,虽然在商品化上仍有许多争议,但这些人工智能的研究学者仍在学术界、电脑制造业与软件业的基础实验室中努力的工作。

生物计算机

被称为第六代计算机的生物计算机,其主要原材料是借助生物工程技术(特别是蛋白质工程)生产的蛋白质分子,以它作为生物集成电路——生物芯片。在生物芯片中,信息以波的形式传递。当波沿着蛋白质分子链传播时,会引起蛋白质分子链中单链、双键结构顺序的改变。

因此,当一列波传播到分子链的某一部位时,它们就像硅集成电路中的载流子(电流的载体叫做载流子)那样传递信息。由于蛋白质分子比硅芯片上的电子元件要小得多,彼此相距很近很近,因此,生物元件可小到几十亿分之一米,元件的密集度可达每平方厘米10~100万亿个,甚至1000万亿个门电路。

生物芯片具有天然的立位化结构,它的密集度比平面型的硅集成电路高3~5个数量级。这就意味着,生物计算机每完成一项运算,所需的时间仅为目前硅集成电路计算机的万分之一。

与普通计算机不同的是,由于生物芯片的原材料是蛋白质分子,所以,生物计算机既有自我修复的功能,又可直接与生物活体结合。同时,生物芯片具有发热少、功耗低、电路间无信号干扰等优点。

电子计算机的发展

第一台电子计算机于1946年在美国制成,取名叫恩尼亚克。它是一个由1万8千多个电子管制成的庞然大物,占地面积达140平方米,重量有30多吨,耗电约140千瓦,它的计算速度为每秒5干次。

此后,电子计算机的发展十分迅速,迄今已发展了4代。

第一代电子计算机(1947年-1957年)的主要特征是采用电子管组成的基本逻辑电路,使用机器语言或者汇编语言编制程序。它主要应用于科学计算。

我国电子计算机的研制工作始于1956年,到1958年制造出我国第一台电子管计算机。它的运算速度为每秒两千次。

第二代电子计算机(1957年~1967年)的主要特征是采用晶体管作基本逻辑电路,同时开始使用面向过程的程序设计语言,如ALGOL、FORTRAN、COBOL语言等,第二代电子计算机的运算速度已提高到每秒几十万次至上百万次。它的使用范围也由科学计算扩展到数据处理、自动控制、企业管理等各方面。

我国的第一台晶体管计算机于1967年制成。它的运算速度是每秒5万次。

第三代电子计算机(1965年-1970年)的主要特征是采用中小规模集成电路作基本逻辑电路。所谓集成电路就是将多个晶体管和电阻元件等集中做到一块硅片上,而制成门电路、触发器等具有一定逻辑功能的电路器件。第三代电子计算机的操作系统得到发展与普及。会话语言如BASIC语言、APL语言等被广泛应用。计算速度可达到每秒几百万次甚至上亿次。

我国的第一台集成电路计算机于1970年研制成功。

第四代电子计算机(1970年至今)的主要特征是使用了大规模集成电路。一般把一块硅片上集成100个门电路以上或上千个晶体管元件以上的集成电路叫做大规模集成电路。在这一代,电子计算机的发展趋势是向两端发展,即出现了运算速度超过亿次的巨型计算机和极其灵活的微处理器及以微处理器为核心组装的微型计算机。目前,在普通中小学及家庭中使用的电子计算机就是这种微型电子计算机。

近十多年来,软件系统的飞速发展是这一代计算机的又一明显特征。高级语言、操作系统、数据库、各类应用软件的研究和应用越来越深入、完善,使计算机的应用普及到现代社会的每个领域。

我国于1975年开始研制大规模集成电路。亿次巨型计算机于1983年研制成功。微型计算机在我国的产量成倍增长,并且推出了面向青少年和家庭的中华学习机。

第五代电子计算机目前还在设想和研制阶段。虽然某些国家的一些部门宣称他们研制出了第五代电子计算机,但都没有得到公认。

对第五代电子计算机有如下一些设想。

一些人按照前四代电子计算机的发展规律推断,认为第五代电子计算机将是超大规模集成电路计算机。即由集成度超过万个门或超过10万个元件的集成电路组装的电子计算机。

也有人认为第五代电子计算机将在结构形式的元器件上有一个较大的飞跃,即光计算机。所谓光计算机是用光学元器件取代部分电子元件做成的计算机。目前磁光记录技术得到了迅速的发展,磁光存储器不久将进入实用阶段。

生物计算机的研制工作也取得了很大的进展。目前生物计算机的研制工作正沿着两个不同的方向进行。第一种,是在传统数字式计算技术的轨道上发展起来的,其主攻方向是用某种有机物分子取代半导体元器件,因此这种生物计算机也被称作分子计算机。第二种,是设想计算机的转换开关由蛋白质(酶)来承担,这种生物计算机的运算过程实际上是蛋白质分子与周围环境相互作用的过程。生物计算机在图像识别和“感知”化学物质等方面将可能优于现在的电子计算机。

另外一些专家对第五代电子计算机主要是从功能方面提出了设想。他们认为,第五代电子计算机除了在高速度、大容量方面继续保持发展势头外,在功能方面应从以计算为主过渡到以推理、联想和学习为主,它处理的对象应从以数据为中心过渡到以知识为中心,它的工作方式应对用户更为“友好”,用户可以使用自然语言、图像、声音等各种手段与它打交道。到那个时候“计算机”这个名词就应该改了。第五代电子计算机应该被称为知识信息处理系统。

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