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第2章 信息时代——计算机概述(2)

整个20世纪80年代是个人计算机发展最迅速的年代,无论从技术上还是从价格上,个人计算机的发展都充满了竞争,因此,计算机的价格不断地下跌,数量也不断地增加,体积不断地缩小,功能不断地增强。特别是在互联网出现之后,计算机的发展更是势不可挡。它正慢慢地走上千家万户的书桌。

5.增加速度到最快——第五代微型化电子计算机

第五代微型计算机是在第四代计算机的基础上发展起来的,它是为了解决第四代的不足而出现的。

它的关键是并行处理技术的应用,也就是说多个处理器之间的联网工作。

那么,并行处理都有什么好处呢?其实在并行处理中,两个或者更多相互连接的处理器可以同时处理同一个应用程序的不同部分,但是要如何将待处理的问题划分开来,以便使多个处理器能够同时去处理同一个问题的不同部分呢?又如何将处理结果组合成完整的答案呢?

这给研究者提出了一个难题。

然而,由于第五代计算机在速度方面具有一定的优势,因此,解决上述问题并不难。这也是并行处理技术能够快速发展的原因,它的出现为我们打开了一片全新的待开发的领域。另外,网络化也促进了多任务工作方式发展,通过将分布式数据联网,不同的计算机处理器就可以并行运行多个应用程序,处理结果按序号完整组合。

计算机行业正在发生着翻天覆地的变化,视窗界面的开发可以使用户能够打开多个窗口,同时也能实现多个不同的应用程序相关联技术,因此,不管这些应用程序在网络上的什么地方,只要我们轻轻地一点鼠标就能操作这些程序了,这使不同部门之间的并行工作成为可能。随着科学技术的不断发展,还将有第六代、第七代计算机的出现。

6.人机对话——第六代智能电子计算机

自从电脑走进我们的生活以来,人们便利用它去进行工作、学习以及做其他的事情。虽然第五代计算机已经具有了比前四代更加先进的功能,但是它依然无法满足人们的需要。随着科学技术的不断发展,目前出现了第六代电子计算机,也被称为智能电子计算机,它是一种比第五代计算机更适合人们工作、生活使用的新一代计算机。

那么,什么是智能计算机呢?其实它就是一种有知识、会学习、能推理的计算机,更神奇的是,它还具有理解自然语言、声音、文字和图像的能力,能够实现人机用自然语言直接对话。另外,它可以利用已有的和不断学习到的知识,进行思维、联想、推理,并得出结论,能帮助人类解决复杂的问题,具有汇集、记忆、检索等能力。

智能计算机突破了传统的计算机的概念,运用了许多新技术,把许多处理机并联起来,使它能够同时处理大量的信息,这样就大大提高了计算机的速度。它的智能化人机接口使人们不必再去编写程序,只需要发出命令或提出要求即可。只要接受到这样的指令,电脑就会自动完成推理和判断,并且进行解释。

7.机械化人脑——第七代神经网络计算机

既然电子计算机可以具有人的特性,那么,是不是能够研制出一种可以模仿人的大脑判断能力和适应能力,并且还具有并行处理多种数据功能的神经网络计算机呢?答案是肯定的,这就是第七代计算机诞生的根本原因。第七代计算机与以逻辑处理为主的计算机不同,它本身能够判断对象的性质与状态,并能采取相应的行动,而且它可以同时并行处理实时变化的大量数据,并引出结论。前面几代计算机的信息处理系统只能处理条理清晰、经络分明的数据。而人的大脑活动具有能处理零碎、含糊不清信息的灵活性,第七代电子计算机具有和人类大脑差不多的智慧和灵活性。

我们知道,人的大脑约有140亿个神经元,并且与数千个神经元交叉相连,它的作用就相当于一台微型电脑,但是,人脑的运行速度要比电脑快得多,它每分钟的总运行速度相当于每秒1000万亿次电脑的功能,因此,如果能够制造出和人脑差不多的神经网络计算机,计算机的运行速度将会得到更大的提高。那么,这样的电脑具有什么样的构造特点呢?

它是用许多微处理机来模仿人脑的神经元结构,并且采用大量的并行分布式网络来构成神经网络电脑。神经网络电脑除了有许多处理器外,还有许多类似神经的节点,而且每个节点与许多其他的点相连。如果把每一步运算分配给每台微处理器,它们同时进行运算的话,信息处理速度和智能将会大大提高。此外,神经网络计算机存储信息的方式与传统中的计算机是不一样的,它的信息不是存储在存储器中,而是存储在神经元之间的联络网中。假如有节点断裂,电脑仍有重建资料的能力,并且它还具有联想记忆、视觉和声音识别功能。

目前,日本科学家已经开发出了神经网络计算机所要使用的大规模集成电路芯片,那是一个在1.5平方厘米的硅片上可设置400个神经元和4万个神经键的小片,但是,别看它个头小,却能实现每秒2亿次的运算速度。另外日本一家电器公司还推出了一套神经网络声音识别系统,运用这种系统能够识别出任何人的声音,正确率可以高达99.8%。

据说,美国研究出了由左脑和右脑两个神经块连接而成的神经网络电子计算机。在这台计算机中,右脑是经验功能部分,差不多有1万多个神经元,适合用来进行图像识别;左脑是识别功能的部分,含有约100万个神经元,适合用于存储单词和语法规则。

现在,在纽约、迈阿密和伦敦的飞机场已经在使用神经网络电脑来检查爆炸物,每小时可以检查600~700件行李,能够检查出爆炸物的概率为95%,误差率仅为2%。由此可以看出,神经电子计算机将会广泛应用于各领域,因为它具有识别文字、符号、图形、语言以及声纳和雷达收到的信号,识别支票,对市场进行评估,分析新产品,进行医学诊断,控制智能机器人,实现汽车和飞行器的自动驾驶,发现、识别军事目标,进行智能指挥等功能。好像人类能够做的事情它也都能做到一样,甚至有些功能还超过了人类的能力。这不能不说是科学技术给人类送来的重大礼物!

第二节思维敏捷——计算机的特点

从上面计算机的不同发展阶段中我们了解到,每一台计算机的诞生是和它所处的时代有直接关系的,因此,这也造就了不同的计算机具有不同的时代特点。但是,无论什么类型的计算机,它们出现的主要目的是为人类服务的。那么,电子计算机到底具有哪些特别的地方呢?

1.操作自动化——自动连续地高速运算

我们知道,科学家研制计算机的主要目的是用它来进行计算的,能自动连续地高速运算是计算机最突出的特点,也是它区别于其他计算工具的基本标志。那么,它为什么能够做到自动连续地高速运算呢?这是因为计算机采用的是存储程序控制方式。也就是说,一旦我们输入编制好的程序,启动计算机后,它就能自动地执行下去。电子计算机也是一种机器,是机器就要由人来进行控制,但是人不用控制它的工作过程,只需要给它一个指令就能够使它很好地工作。当计算机开始工作以后,它自己会从存储单元中依次取出所需要的指令,用来控制计算机的操作,从而使人可以不必干预它的工作,实现操作的自动化。

2.瞬间完成——快速运算的能力

利用电子计算机能够进行数据很大的计算工作,并且它的运算速度非常快。或许这种感觉我们经常会遇到,在我们使用电脑的时候,无论要计算多大的数字,只要把它们输入进去,点击一下鼠标就能马上得到我们想要的数据。为什么会这么神奇呢?

我们知道,电子计算机的组成采用了高速电子器件。因此,它能以极高的速度来进行数据的计算工作。目前所使用的普通微型计算机,每秒可执行几万条指令,对于功能好的计算机来说,甚至还能同时处理更多的指令。

随着电子计算机新技术的不断被开发,它的工作速度还在迅速提高。这不仅能够在很大程度上提高我们的工作效率,而且还能使许多复杂问题的运算处理有了实现的可能性,因此,电子计算机的发展为我们的工作和学习带来了很大的方便,是人类科技史上的一次重大飞跃。

3.分毫不差——运算精度高

利用电子计算机来进行运算毕竟和人脑有一定的区别,因此有的人肯定要问,电子计算机运算得那么快,它运算的结果可靠性高吗?其实,这一点是不需要我们担心的,因为,电子计算机的运算所采用的数据是由二进制数字来表示的。那么,什么是二进制呢?二进制是计算机技术中广泛采用的一种数制。它的数据是用0和1两个数码来表示的。它的基数为2,进位规则是“逢二进一”,借位规则是“借一当二”。二进制数据也是采用位置计数法,它的位权是以2为底的幂。

因此,它的运算精度主要是取决于数据表示的位数,一般称为机器字长。字长越长,表示它运算的精度越高。大部分的电子计算机的字长为8、16、32、64位等,有时候为了获得更高的计算精度,还可以进行双倍字长、多倍字长的运算。

4.永久存储——具有超强的记忆能力

电子计算机能够一次性地处理那么多数据,如果是人脑的话一定被弄得晕头转向了,到最后肯定是什么也没有记住。而电脑为什么就能够记得住呢?比如你把一个文件写完之后,只要轻轻地点一下保存,正常的情况下,这个文件会被永久性地保存在电脑中。这是为什么呢?它为什么会有如此强的记忆功能呢?

原来,在计算机中有许多存储单元,它们都是用来记忆信息的。

这些功能被称为电子计算机的内部记忆能力,是它与其他计算工具的一个重要区别。也正是由于它具有内部记忆信息的能力,因此,在运算的过程中就能够不必每次都从外部去摄取数据,而只需事先将数据输入到内部的存储单元中即可。当它在进行运算时,就可以直接从存储单元中获得数据,从而大大提高了运算速度。电子计算机的记忆强弱与它的存储器容量的大小有关。存储器容量越大,它的记忆能力就越强。

5.思维——逻辑判断能力

计算机不仅具有运算能力,而且还具有逻辑判断能力,例如判断一个数大于还是小于另一个数。有了逻辑判断能力,计算机在运算时就可以根据对上一步运算结果的判断,自动选择下一步计算的方法。这一功能使计算机还能进行诸如资料分类、情报检索、逻辑推理等具有逻辑加工性质的工作,大大扩大了计算机的应用范围。

那么,电子计算机为什么会有这种能力呢?

原来它是借助于逻辑运算来作出逻辑判断的,它能够分析命题是否成立,并且还可以根据命题的成立与否而采取相应的对策。例如,数学中有个“四色问题”,理论认为不论多么复杂的地图,如果想要使相邻区域颜色不同,那么最多只需4种颜色就够了。从很久以前,不少数学家就一直想去证明它或者推翻它,但是一直没有成功,这一个问题也就成了数学中着名的难题。然而,有意思的是,1976年两位美国数学家借助于电子计算机进行了非常复杂的逻辑推理验证,从而使这个困扰了数学家们近100年的问题终于被解决。同时,这也证明了计算机的逻辑运算能力是多么强大而精确。

6.万能——通用性强

在我们使用的工具当中,一般都是一种工具具有一种或者两种能力,而电子计算机却不一样,它的功能是通用的。在计算机上解题时,对于不同的问题,只是执行的计算程序不同。因此,计算机的使用具有很大的灵活性和通用性,同一台计算机能解决各式各样的问题,并且应用于不同的工作范围。

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