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第14章 电脑家族(2)

还有,电子开关器件一次只能处理一个信号,如果将其变为光器件,则一次能够执行多个开关操作,因它可被多束光同时驱动,各束光之间相互独立,互不干扰。

光计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息贮存和处理的新型计算机。

光计算机的研制有着重要的意义,一旦成功,其运算速度可高达1万亿次,存贮量将达到100亿二进制单位。这个数字要比传统计算机的速度快1000倍,存贮量大100万倍,从而可使诸如三维图像的实时信息处理、模式识别等难题迎刃而解。这是一个多么让人激动而又诱人的前景啊!

尽管在研制光计算机的道路上荆棘遍布,但科学家们对此却十分乐观,并寄予厚望。

美国著名的电子学家比尔·沃尔什预言:“2000年以后,光计算机将开始取代电子计算机,而且将成为主要的计算机技术。”

光计算机有三个特点。第一,光的频率比电的频率高得多,所以信息传输速度快,传输容量大。第二,它的切换和运算元件的响应速度快,容易实现高速处理。第三,两种光波在一起行进时不容易发生干涉,不像两种电波在一起容易发生干扰,所以适合于进行并行处理。第四,容易相互连接。电信号在传输中,线路上的元件存在有阻抗匹配问题,而光信号传输无这种问题。

所以人们希望光计算机能成为新一代的高速计算机,尤其用于制造要求并行处理的神经计算机。但是,光计算机的基础技术、关键器件都还不成熟,因此还很难预测何时才能实用。

通用计算机

通用计算机是计算机家族的主力军。根据其规模又可分为大型机、中型机、小型机。在80年代以前,通用计算机几乎就是计算机的代名词。一直到80年代中期,无论从用途上说,还是从市场规模上说,通用机仍稳居首位。

从80年代后期起,出现了以工作站、个人机等小机器取代大中型机的小机器化动向。原先由大型机完成的工作,许多都由工作站和个人机连接成网络使用而被取代。通用大中型机也已失去昔日显赫的地位。但是在管理大型数据库、保密安全性能方面,通用大型机仍有其优越性,因此它还有存在的价值,不可能完全被取代。

模糊计算机

计算机,是进行精确运算的机器。那么,又怎么能把它和模糊扯到一块儿呢?

只要查一下词典就会知道,模糊具有两层意思:一是不分明,不清楚;二是混淆。

请不要着急,这里的模糊却含有另一层意思,我们周围的许多事情都与模糊有缘。

例如,我们经常会遇到诸如“明天的天气怎样?”、“近来身体好吗?”、“这件衣服好看不好看?”等问题。

对这一类问题,如果我们仔细推敲,将发现它们都是些很不确切的问题。

传统的计算机,是建立在精确的数学基础之上的,它在判断一个概念时,只会给出“是”与“非”两种结果,所以,传统的计算机很难解决模糊问题。

然而,人的大脑对模糊信息却有着极高的识别能力和判断能力,因而在解决模糊问题时往往比解决精确问题更为轻松。

这便是运用传统计算机研究人工智能所遇到的“羁绊”,也是始终达不到“人脑”水平的关键。

1956年,英国的查德创立了表达模糊信息的有效工具——模糊数学,这使迅速处理模糊信息成为可能,是一座架在精确性经典数学和充满模糊性的现实世界之间的桥梁,为计算机对复杂的模糊问题进行识别与判断提供了理论依据。

传统的计算机,采用的是由“0”和“1”两个数码组成的二进制逻辑;而模糊数学中的逻辑值可以取0到1之间的一切值,即逻辑判断的结论不仅是“是”与“非”,而是有无限种可能,以这种理论设计出的电子电路,就是模糊集成电路或非逻辑不规则集成电路,由模糊集成电路构成的计算机,就是我们所说的模糊计算机。

模糊计算机按用途可分为控制领域和推断判断领域两类。

模糊计算机用不着进行精确计算,就能很快得出结果,尤其是在某些不需要精确计算的控制场合,优越性十分突出。

例如,对汽车自动驾驶系统来说,只要汽车按规定路线行驶,安全、按时到达目的地便可,汽车在行驶过程中的时快时慢、左右颠簸都是允许的,这时用模糊计算机控制,由于运算时间减到最小,不仅能够实现平衡地行驶,而且对剧烈变化的情况也能迅速作出反应。

模糊控制已步入家用电器领域,成为新一代家用电器的明显标志。

模糊计算机可用于推断判断领域,模仿专家作出决策,这是比控制领域更高一筹的更为复杂、更为高级的用途。

模糊计算机大有用武之地。它的用途可分为两大类。一是用于控制领域,另一是用于推理判断领域。

利用模糊推理用不着进行精确计算,因此能很快得出结果。在某些不需要精确计算的控制场合,其优越性特别明显。例如汽车自动驾驶系统,只要能使汽车按规定路线行驶、按时到达目的地、不同其他东西碰撞即可,在行驶过程中,左右略有偏摆、速度时有快慢,都是允许的。这时用模糊计算机进行控制,由于运算时间减到最小,不仅能够实现平稳的行驶,而且对剧烈变化的状况能迅速作出反应。因此模糊控制非常适合需要实时(立即作出反应)控制的场合。模糊控制正广泛用于家用电器,如洗衣机、全自动(包括自动对焦)照相机等,成为新一代家用电器的最明显标志。如摄录一体化摄像机是很走俏的新一代家电产品,它采用模糊控制的自动光圈,使得在逆光条件下也能获得清晰图像。

在推理判断领域,模糊计算机主要用于模仿专家作出决策。这是比之控制领域更为复杂、更为高级的用途。一般情况下,专家只要根据主要情况,结合自己的学识和经验,用不着事事都要进行精确的计算,便可作出正确判断和决策。如医生看病便是这样,这实际就是按模糊理论行事。现在已把模糊计算机用于各种专家系统,包括证券投资系统、机器故障分析系统等。

不要认为模糊推理判断没有什么了不起,其实它是人类在长期进化过程中同自然界斗争、保存自己、发展自己最为需要的一种能力。原始人听见野兽的吼声会赶紧躲起来,感觉到冷了会找个东西遮体,这都只需要这种模糊推理能力,而用不着精确的计算。就是在科学技术高度发展的现代社会里,模糊推理也是人类在工作、生活中须臾不可缺少的能力。不仅在处理突发事件中随机应变、在面临重大问题需要当机立断时离不开它,就是在日常生活中如走路、骑自行车,也时时刻刻都需要它,否则准要碰得头破血流。

微型计算机

微型计算机是计算机家族的小弟弟,也是遍地开花的“游击队”。70年代后期出现的微型机,是计算机发展中的一个重要里程碑。它价格便宜,容易操作,对使用环境要求不高,不需要专门的机房。为计算机“飞入寻常百姓家”创造了条件,对计算机普及到各行各业、渗入到社会生活的各个方面从而促进社会的进步发展,起到了其他类型计算机所起不到的作用。

目前,微型机的体积小到可以放在办公桌上使用,所以也有人将其称为桌上型机(台式机)。微型机又可分为两大类,一是工作站,另一是个人计算机。

工作站的性能更好,功能更全。最初系用于科学技术的计算上,所以当时称为工程工作站。进入90年代以来开始转到以商业和办公用途为主,这对扩大其应用、促进其普及起了重大作用。近来,由于低档工作站的价格降低,而高档个人机的性能提高、功能增强;因而在低档工作站和高档个人机之间的界限已日趋模糊。

个人计算机价格最为便宜,使用最为方便,不仅适合于各种办公用途,还适合于家庭和个人使用。我们现在所见到的计算机,90%以上都是个人机。它的销售金额已占全部计算机产品的一半以上。1995年全世界个人机的销售量已超过5900万台,拥有量已接近2亿台。

便携式计算机

便携式计算机是个人机的一个分支,它体积更小,便于携带,不好把它归类于桌上型的微型机中,所以才把它单独分成一类。

便携式机适合于外出办公使用,而且可能通过有线或无线方式同总部的宿主计算机连接。这样,外出洽谈业务的人员可立即把有关数据发回,经宿主机作全面分析比较后,便可知道这笔买卖有无赚头,因而可立即决定可否成交。外出开会人员可当场将了解的情况发回以取得必要的指示,或当场进行计算,以便作出正确决策。这种把总部的宿主机随时随地进行计算的方式,称为移动计算。它对发挥整个计算机系统的作用、提高工作效率,具有重要作用。

由于便携式机的种种优点,它已成为计算机家族中发展最快的一个分支。今后有可能超过微型机,成为计算机家族中数量最多的品种。

按其体积和重量的大小,便携式机又可分为膝上型机、笔记本式机、亚笔记本式机、掌上型机,以笔记本式机和亚笔记本式机用得最多。

超导计算机

超导计算机从原理上说同现有的计算机没有多大区别,但它使用由超导体制成的约瑟夫逊元件。这种元件同最先进的半导体元件比较,工作速度快10倍,而消耗的电力仅为其千分之一。因此用约瑟夫逊元件来制造超导计算机,将使计算机的速度提高10倍,而且体积小得多。

目前,最能发挥超导计算机作用的领域,是必须使用串行处理的领域,因为这时无法靠利用并行处理而只有依靠CPU来提高处理速度。超导计算机一是可用于导弹头部,用以超高速处理电子眼所获得的大量图像信息,以便寻找所要攻击的目标;二是装在通用计算机上作为加速器,使一般计算机也能有相当于巨型计算机的功能;三是应用于天文学领域用以随时处理不知何时才会发生的超新星爆发所产生的电磁波;四是在医疗领域用于探测人的心脏和脑所发生的微弱磁场时所需要的处理。

生物计算机

生物计算机一般就是指DNA(脱氧核糖核酸)计算机,DNA是生命遗传物质,生物的千姿百态的差别就是因为DNA内大量的碱基排列顺序不同。DNA计算机的基本原理是利用DNA分子作为芯片,存储巨量的数据,在某些酶的作用下瞬间完成生物化学反应,从一种基因代码转变为另一种基因代码。反应前的基因代码可作为输入数据,反应后的基因代码即运算结果。

DNA计算机的特点是:第一,DNA是分子,所以它是分子水平的计算机,因而体积非常小;第二,在相同体积下,它的存储容量、运算量都异乎寻常地大,例如1立方米的DNA计算机,可存储1万亿亿二进制位的数据,超过现在全世界所有计算机的存储容量的总和,它几天的运算量便相当于计算机面世以来全部计算机的总运算量;第三,耗能少,因为它的工作过程是一种生物化学反应,所以耗能量仅为一般计算机的10亿分之一;第四,智能水平高,因为它具有生物体特点,有生物活性,有自我复制和自我组合的能力;第五,能够植于生物体内工作。

DNA计算机目前还处于实验阶段,离实现仍有很长距离,因此还谈不上实用和普及。

量子计算机

量子计算机既指它所用的微理器是量子元件,又指它的计算过程将建立在量子理论基础上。

量子计算机具有并行性,可快速完成复杂计算任务。它将不采用数字计算而采用模拟计算。

例如对构成爆炸星体内核的40个粒子,模拟其演化时间时,如用数字计算,即使利用目前最快的每秒运算1万亿次的巨型机,也要31709年才能得出结果。如使用量子计算机,只要进行100次量子作用便可完成这一工作。

“心灵致动”计算机

好像是一件不可思议的事,现在许多国家正在研制“心灵致动”计算机。在奥地利的格拉茨大学,研究人员让接受试验的人坐在椅子上,面对计算机荧屏,头上戴一个头盔。

在荧屏上可以看到一个红色十字,右边是一个黄色方框。突然,红色十字向右移动,它是在试验人员心里想的指令下移动,并占领黄色方框。在美国伊利诺伊州大学,计算机可以在操作者心里想的指令下进行打印。

这是怎么回事?

原来,与头皮接触的头盔上装有电极,它能非常灵敏地收集大脑的生物电流。比如,伊利诺伊州大学研制的“心灵致动”计算机,试验人员在看到预期的图像时,大脑会产生一定形式的脉冲信号,在屏幕上会扫过全部字母。当试验者发现自己心里想的字母时,电极会收集到一个特殊脉冲信号,计算机也跟着打印出一个字母,这正是试验者心里想的字母。

现在,这种打印速度还很慢,一分钟仅能打印出两三个字母。但是,科学家认为,21世纪这种“心灵致动”计算机将进入普通家庭,它对于残疾人来说尤其重要。有了这种计算机,残疾人不仅可以控制写作,还可以用控制开车、开电视机等。这给残疾人带来了曙光。

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