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第2章 电脑——本世纪的奇迹(2)

1981年10月日本首先提出“第五代计算机”的说法,并指出第五代计算机系统将是以词组逻辑为基础的知识信息处理系统。

美国在人工智能的研究和应用方面有较坚实的基础,处于世界领先水平,1983年以来,提出了多种军用和民用的智能计算机系统研制计划。

英国、法国和欧洲共同体等西欧国家和组织,为发展先进的微电子技术和高级信息处理技术,也在积极加紧研究新一代计算机系统。

前苏联在发展计算机的第三个五年计划(1985~1989)中,已将第五代计算机列为重点发展对象。

我国863高技术计划中也列有智能计算机技术主题。

为适应多样化的应用要求,新一代计算机包括从小到大各种规模的机器。无论是智能个人计算机还是智能超级巨型机,新一代计算机系统通常都由问题求解和推理、知识库管理、智能化人——机接口三个基本子系统组成。

问题求解和推理子系统相当于传统计算机中的中央处理器(CPU)。日本CPU第五代计算机计划的最高性能指标是每秒完成1~10亿次逻辑推理,相当于传统计算机每秒执行100~10000亿条指令。与该子系统打交道的程序设计语言称为核心语言,目前多以逻辑型语言或函数型语言为基础进行这方面的研究。这类语言在传统观念下是一种非常高级的语言,但它只是新概念下的机器语言,不是用户语言。核心语言是构造新一代计算机系统结构和各种超高级软件的基础。

知识库管理子系统相当于传统计算机的主存贮器、虚拟存贮器和数据库管理系统的综合。日本第五代计算机计划的功能要求是几秒内能有效地检索出推理所需的知识,相关的主数据库最大容量是100~10000亿字节。与该子系统打交道的程序设计语言称为高级查询语言,用于知识的表达、存贮、获取和更新等。这个子系统的通用知识库软件是新一代计算机系统基本软件的核心。其中的通用知识库包括:含有日用词法、语法、语言字典和基本字库常识的一般知识库,用于描述系统本身技术规范的系统知识库,以及把某一应用领域的有关知识集中在一起的应用知识库。

智能化人——机接口子系统使人能通过声音、文字、图形和图像与计算机对话,用人类习惯的各种可能方式进行人机交流。这里,自然语言是最高级的用户语言,能使非计算机专业人员自如地操纵计算机,并为其从中获取所需的知识信息提供支持。

从宏观结构看,新一代计算机系统是一个为某一类应用而由本地通信网络和全球通信网络连接起来的大规模的分布处理系统。网络中的每个结点本身也是一个新一代计算机系统,也可根据需要将传统计算机连接到网络中。

网络中的所有计算机都可以共享全网络所拥有的资源和知识处理能力。新一代计算机由超高速大规模集成电路构成,具有极高的性能——价格比。

第五代计算机又称智能计算机,它是为适应未来社会信息化的要求而提出的,与前四代计算机有着质的区别。它不仅能进行数值计算或处理一般的信息,而且主要面向知识处理,具有形式化推理、联想、学习和解释的能力,能够帮助人们进行判断、决策,开拓未知的领域和获取新的知识,配有智能化的人机界面,可以直接通过自然语言(文字、声音)或图形、图像交换信息。可以认为,它是计算机发展史上的一次重大变革,将广泛用于未来社会的各个领域。

随着微电子技术的高速发展,作为计算机核心元件的集成电路的制造工艺已经达到了理论极限,半导体硅芯片因电路密集引起的散热问题实难解决,科学家们正致力于寻找新的材料。于是引人瞩目的第六代计算机——生物计算机的研究已提到议事日程。

生物计算机的主要原材料,是生物工程技术生产的蛋白质分子,并以此作为生物芯片。在这种芯片中,信息以波的形式传播,当波沿着蛋白质分子链传播时,引起蛋白质分子链中单键和双键结构顺序的变化。因此,当波传播到分子键的某个部位时,它们就像芯片中的载流子那样来传递信息。由于蛋白质分子比硅芯片上的电子元件小得多,其密集度可做得很高。蛋白质构成的生物芯片有着巨大的存储功能。由于一个蛋白质分子就作为一个存贮体,而且蛋白质分子的阻抗低,耗能小,它较好地解决了散热问题。此外,蛋白质很容易构成三维立体型分子排列结构,形成立体生物集成芯片。而目前电子计算机用的芯片,几乎都是二维平面型集成电路。对于生物芯片,要做到几十亿兆位的生物存贮器,是一件相当容易的事。

生物计算机除了具有巨大的存贮容量外,还具有非常高速处理信息的能力。它的处理速度比当今最新一代计算机的速度还要快百万倍。这就为实现计算机的高智能化提供了可行性。由于蛋白质分子能够自我组合、再生新的微型电路,表现出很强的“活性”,使得生物计算机具有生物体的某些特点,它能发挥生物本身固有的自我组织、自我调节和自我适应机能。这样就能模仿人脑的机制。专家们认为,生物计算机最有可能实现人类所梦寐以求的“人工智能”。

美国、日本等国家的生物学家、神经学家、心理学家、电子学家、物理学家、化学家、数学家和计算机科学家的通力合作,积极投入了生物计算机的研究和开发工作,并取得一些引人振奋的研究成果。生物计算机必然展示人类智能的一些重要方面——记忆、计算、联想、思维、学习等能力,届时,人类将彻底改变自身和自然界。

随着科技的迅速发展,一种凌驾于电子技术之上的极为尖端的技术应运而生,这便是光脑。目前世界上第一台光脑,已由欧共体的英国、比利时、德国、意大利和法国的70多名科学家和工程师合作研制成功。这是一台全光数字计算机,而且其运算速度比目前的电脑快1000倍。

光脑和电脑的工作原理基本一样,所不同的是光子代替了电子、光互连代替了电子导线互连,光开关、光三极管、光存储器、反馈装置和集成电路等部件,代替了电脑中的电子硬件,用光运算代替了电运算,用非冯·诺伊曼结构代替了冯·诺伊曼结构,使“光脑”的功能为“电脑”望尘莫及。

光脑首先是具有超并行性。目前最新的并行处理计算机通常具有n×i的并行性,其结构和运算极为复杂,光脑则不同,它具有n×n的并行性,其并行通信和并行处理能力强,可用简单的运算去处理大阵列。

其二是光脑可以在接近室温条件下具有超高速运算速度。电子的传播速度每秒钟只能达到593公里,而光子的速度是每秒钟30万公里。因此,利用光在光缆中互联通信,要比利用电子在互连的导线中通信减少大量时间,提高了运算速度。光脑的超高速运算在于光的频带宽远远大于无线电波和微波,具有极大的信息存储量:存储信息量可达108位。

其三是光脑的抗干扰能力强和容错性好。光脑依靠光子传播信息,光子没有电荷,对其他邻近的光子和电子毫无影响。所以光信号不仅不相互干扰,而且还可以与电子控制信号交叉。光脑的容错性好,在于光脑具有与人脑类似的容错性,系统中某一元件损坏或出错时,并不影响到最后计算结果。

光脑不但在工农业生产,而且在高科技领域,像复杂的图像和雷达信号处理,人工智能和机器人应用方面也具有广阔的前景,在未来战争中,将更加显示出无与伦比的作用。

历史总是沿着时间和空间无穷无尽地蔓延,不断发展前进,而新一代“宠物”——计算机也将不断适应历史的需要而创新。未来的世界是斑斓的,让人们无法估量和设计。但可以设想到的是,谁在计算机领域里付出艰辛努力取得令人瞩目的成果,而涉足于世界领先的领域,谁就将在科技的探索,经济的发展和社会前进的道路上,处于世界领先的地位。

现在一些国家也在研究和开发第七代计算机——光计算机的工作。

计算机的发明真可谓日新月异,灿烂辉煌。

在人类文明的发展历史上,中国曾经在早期的计算工具的发明创造方面有过光辉的一页。

我国古代的十进制记数方法,领先于世界一千多年。

珠算是中国的又一创造,也是计算工具发展史上的一项重大发明。

算盘后来传到日本、朝鲜、东南亚等地区,经受了历史的考验,至今仍在使用。中国古代用阳阴两爻构成八卦,也对计算技术的发展有过直接的影响。G·W·莱布尼兹写过研究八卦的论文,系统地提出了二进制算术运算法则。他认为,世界上最早的二进制表示法就是中国的八卦。

中华人民共和国成立后,中国的计算技术迈入了新的发展时期。我国从1953年开始注意电子计算机的研究工作,1965年正式将计算机列入科学技术发展规划。1958年研制出我国第一台电子管计算机(103机),填补了当时我国计算机的空白。1959年我国自行研制的大型电子管计算机(104)问世,其性能已接近当时的日本产品。1965年研制成功以大型通用的晶体管计算机(108机)为代表的第二代计算机。1970年研制出第一台集成电路电子计算机。随后又集中全国力量,联合攻关,研制出DJS100系列、DJS200系列计算机。其中DJS200系列机接近当时IBM360系列计算机的水平。1983年银河巨型计算机和757型流水线限量计算机研制成功,这些成果标志着我国进入了研制巨型机的行列。在以后的短短几年中,长城微机、联想微机等遍及全国。计算机网络已开始引起越来越多的部门的兴趣,计算机工业发展迅速,1993年又研制出每秒10亿次的银河Ⅱ巨型机,1995年大规模并行计算机曙光1000诞生,计算机的应用越来越广泛,金桥、金卡、金关、金穗、金税、金书等工程正在有计划地进行。

银河巨型机

中国计算机事业经过40年的发展,已经形成一支高水平的科研、生产、应用和教学队伍,拥有上百个计算机制造厂和研究机构,开设计算机专业的高等院校有数百所之多。

家用电脑

曾几何时,“拥有一台电脑”,曾经是作家、商界名流和科学家们的热门话题。而如今“工薪簇”买一台家用电脑,已不再是天方夜谭了。一个只有十余年发展历史,生产微机也只不过五六年的联想集团,1995年销售微机总量达105780台,比1994年增长135%。有关资料说明,现在每年进入家庭的电脑达200多万台。电子计算机的普及速度如此惊人!可以预见,计算机将在我国国民经济、科学研究、国防建设和人民生活等各个领域发挥越来越重要的作用。

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