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第10章 电脑时代话电脑(4)

电脑可以理解的语言

计算机虽然具有很多功能,但使用者需要学会一套命令,还要学会和计算机对话的语言,才能很好地使用它。计算机语言是用来向计算机下达命令的。

最初的计算机语言是机器语言,使用二进制代码,通用性较差,所以后来人们开发了汇编语言。汇编语言用助记符号来表示指令和操作数据地址,阅读和书写起来比机器语言容易得多,但用户仍需了解计算机内部的构成,只有训练有素的专业人员才能使用。由于一般用户只希望用电子计算机解决具体的应用问题,为此,人们又设计了不必考虑机器内部结构的高级语言。这样,只需“命令”计算机做什么,计算机便忠实地按照人的意图完成相应的操作。因此,运用高级语言,用户只要完成了解决问题的逻辑设计,编出程序,就可以上机运算了。高级语言也叫程序设计语言,它必须经过“翻译”,变成机器语言之后才能由计算机执行。翻译前的程序叫源程序。翻译后的程序称为目标程序。翻译的方式分为解释形式和编译形式两种。解释形式对源程序边解释边执行,这种方式占内存较少,但执行速度慢一些。编译形式将源程序全部编译成目的程序后,通过命令来执行整个程序,这种形式占用内存较多,但执行速度要快得多。

常见的高级语言有:

FORTRAN,适合进行科学计算,是编译型语言,组织程序比较灵活。

BASIC,是由FORTRAN等高级语言的重要功能设计的人机对话式语言,简单易学,很受初学者欢迎。现在的BASIC语言发展很快,功能已大大增加,应用相当广泛。

COBOL,是一种为处理商业资料而设计的语言。主要功能是描述数据结构和处理大批量数据。它使用英语词汇和句子较多。

PASCAL,为一种结构程序语言,是在ALGOL语言的基础上发展起来的,作为一种描述算法的工具较为理想。

C语言,是目前描述操作系统十分有效的高级设计语言,具有描述力强、灵活、方便等特点。

由此看来,每种语言都有其优点和不同的应用方面,只要精通一种就可以做很多事,而浅尝辄止地学,习多种语言却未必有多少用处。

这几年较为流行的C语言和C、C等语言,的确有其优于其他语言的特点。它们是一种介于高级语言和低级语言(汇编语言)中间的语言,集二者优点于一身,既能与汇编语言一样对硬件功能进行访问,也有高级语言所具有的面向用户、可阅读性强、书写灵活、便于记忆等特点。因此C语言问世20余年来,受到了各方面的欢迎,并被广泛运用。尽管C语言还有一些缺点,并被认为很难学,但仍不失为一种优秀的语言。

值得一提的是,还有一种语言被称作类PASCAL语言或伪C语言,这是用于C语言教学的一种特殊语言,但它教的只是设计方法,而不是编程,用它编制的程序是不可执行文件。

分子计算机

研究人员正在开发与目前使用的电子计算机截然不同的新计算机,分子计算机就是其中之一。

电子计算机是通过硅芯片上的电子来传送信息,而分子计算机是以生物分子(DNA和蛋白质等)的碱基排来传输信息,通过分子之间的化学反应来进行运算。如果在试管里加入经过适当加工的DNA(脱氧核糖核酸),就可以随意进行碱基排列,进而得出运算结果。

分子计算机有超排列性、节能性和小型的特点,前景非常看好。值得一提的是,分子计算机在电子计算机很难解决的排列问题上可以大显身手。

分子计算机的最初设想并无多大新意,其基本想法认为“计算”不是计算器和计算机独有的东西,而存在于人类所处的自然现象中。例如在往地上撒沙子时,尽管沙粒一颗颗往下落,但却可以形成一座呈放射状的沙山。可以认为,这种现象中包含形成放射状沙山的“计算”。

一般来讲,通常所说的“计算”有一些明确的目的。即使沙山中存在错综复杂的“计算”,也不能帮助我们检索出最短的出差路线。问题在于,我们如何控制这种自然界存在的“计算”能力,使之有目的地运算。

南加利福尼亚大学研究人员1994年首次成功地进行了这一试验,即在解决排列问题上加以应用。虽然此次试验规模很小,但充分预示了未来的可能性。以这一试验为契机,世界各国的开发工作变得活跃起来。

2002年1月,由日本奥林巴斯光学工业公司和东京大学组成的天空小组,成功地研制出用于解读基因的DNA计算机。这是一种由DNA计算部分和电子计算部分组成的混合计算机,在试管阶段的研究上迈进了一步,是世界上第一台有实用性的DNA计算机。今后,经过鉴定试验后,DNA计算机可望在基因诊断方面得到应用。

现阶段,分子计算机有望在解读需要进行大量计算的基因序列,以及在人体内进行诊断的医疗计算机等方面加以应用。分子计算机的用途现在还很有限,恐怕今后也不可能完全取代电子计算机。

然而,在研制出电子计算机的初期,其主要用途是进行特殊的科学技术计算,甚至有人预测世界上只有数台的需求量,未来10年、20年,也许还会出现令人耳目一新的台式计算柳和掌上计算机。

光计算机和量子计算机

光计算机是由光子元件构成的,利用光信号进行运算、传输、存储和信息处理的计算机。光计算机的运算器件、记忆器件和存储设备的工作都是用光学方法来实现的,也就是利用光子代替电子传递信息的计算机。光计算机具有电子计算机的全部功能。但由于光子以每秒30万公里的速度平行传播,是电子运行速度的300倍,所以,光计算机与电子计算机相比,具有以下几个突出特点:

光计算机具有NXN的并行处理能力。光的平行传播性,可以保证成千上万条光同时穿越一块光子元件的不同通道而不会互相干扰。

光计算机计算精度高,运算速度极快。比现行电子计算机运算速度快一千倍。

光的信息携带能力强。光通道携带的信息比电通道多2×104倍,光子存储器能够快速和并行存取数据。

光计算机按工作原理可分为模拟式和数字式两种。模拟式是利用光学图像的二维性直接进行运算,而数字式完全采用电子计算机的技术结构,只是用光子逻辑元件取代电子逻辑元件。在20世纪80年代欧洲就开始研制光计算机,据悉,1984年5月欧洲八所大学联合研制成了世界上第一台光计算机。90年代初美国也研制出了光计算机的模型机。目前,单元的光学逻辑器件、光开关器件、光存储器件已经问世;作为光计算机的外部存储设备的光盘技术已相当成熟。21世纪光计算机的应用将会成为现实。

如果计算机的体积在将来要进一步变小,计算机元件的尺寸也会相应变得非常之小。不过,当计算机微型化发展到一定程度时,就必须用新技术来补充或取代现有的技术。80年代初,经过美国阿贡国家实验室的研究,证明了一台计算机原则上可以以纯粹量子力学的方式运行。由于微小的粒子(如原子)只能以分立的能态存在,当原子从一个能态变到另一个能态时,要吸收或放出光子,而量子波又具有迭加性,一位量子信息只有两种可能情况中的一种,类似于数学的二进制。研究人员利用粒子的自旋转,成功地进行了简单的两位量子的逻辑运算。实验证明可以建立通用量子逻辑门(NOT、COPY、AND),再通过光纤把这些量子逻辑门连在一起,穿过光纤或单个光子能够把信息位从一个逻辑门运送到另一个逻辑门。这样,在理论上就可以成为一台量子计算机了。

量子计算机是通过使处理数字信息的人们熟知的分立特性与量子力学奇异的分立特性相对应而进行计算的。在量子计算机中半翻转的量子位则开辟了新型计算的途径。量子计算机具有量子并行性和运行速度非常快的特点,它可以用于模拟其他的量子系统,可以用于大数的分解因子。现在量子计算机正在研制实验阶段。

电脑制作影视特技

电脑制作影视特技是电影制作技术与计算机的结合。有人形象地比喻:电脑制作影视特技:好莱坞+硅谷。实际上,它是电脑绘画技术在电影特技动作上的广泛应用。

为什么电脑可以创造影视特技和营造各种场景呢?这要归功于多媒体计算机的问世和电影特技制作软件,二者缺一不可。影视特技包括图像和声音两类。电脑音频视频编辑软件系统AdobePremiere具有剪辑、插入、画中画、水平移动、重复图像、多音轨混声、声音加回音等几十种功能,利用这些功能,能够创造出淡出淡入、飞入飞出、翻转、伸缩、滤波变形等特技效果。而电影特技制作软件ALIAS具有造型功能、数字光学功能、模显骨骼与皮肤功能、人物性格塑造功能以及纹理库。在电影特技制作软件的支持下,使用多种灵活的造型工具,可以生成任意复杂的形状;可用光线直接生成雷、电、雨、雪、雾等自然景观;可通过调整骨骼运动来塑造人物并控制人体或动物的运动;也可塑造人物性格及表情;还可利用复制技术生成气势宏大的千军万马。

下面以“硅图像”公司利用图像计算机为好莱坞制作《侏罗纪公园》为例,介绍用电脑制作栩栩如生的恐龙的情况。

“硅图像”公司用来设计《侏罗纪公园》中恐龙和其他动物图像的计算机装有特殊的芯片和软件程序,使计算机产生的图像具有高清晰度和立体感,再以每秒30次的速度更新图像,从而产生动作。首先,计算机画出电影画面草图,在草图中画出恐龙的三维图像,标出每块骨骼的位置,在骨骼上增加肌肉,这样就在计算机屏幕上制作出了一头巨大的恐龙。然后,使用图像处理技术将恐龙图像加工制作成生动有趣的恐龙,又通过复制技术制作各式各样的恐龙,于是在一张画面上就出现了十几头恐龙。再调整恐龙骨骼运动,使恐龙“活”起来。最后,把恐龙的动作按每秒24幅连续变化的静止画面制作成电影底片,这样就可以在银幕上表现恐龙快速奔跑、凶狠捕食的场景。

影片《侏罗纪公园》中出现了一只长颈恐龙吃树梢的画面。这是拍摄时先用起重机的长臂使树梢摆动起来,然后用电脑技术将起重机从画面中抹去,再用恐龙来代替。

利用电脑制作影视特技,为影视制作提供了全新的手段,使人们在电影、电视中看到了在现实中无法看到的壮观景像和奇特表演。

多媒体计算机

“多媒体”的使用率现已日益频繁,其英文是Multimedia,指的是文本、声音、图形/图像、视频及动画等媒体形式的组合。多媒体计算机是指能处理这种多种媒体组合形式的计算机,虽然有的计算机只能处理声音、图形/图像,而有的计算机只能处理动态视频,但它们都被称为多媒体计算机。

多媒体计算机简称MPC。1990年11月,由微软公司牵头制定了多媒体计算机标准1.0版。

多媒体何以一问世便受到广大用户的青睐呢?

因为它使你的工作更加生动和丰富多彩,并且更多地介入到了你的生活中。对于家庭来讲你可以建立自己的家庭影院,随心所欲不受时间的限制,再没有在电影院剧终人散依然意犹未尽的遗憾感了;对于工作还可以用多媒体进行包装,对普通文档演示使其图文并茂;可以边工作边欣赏优美的乐曲;还可以用丰富的多媒体软件学习,随时随地为自己“充电”;甚至用计算机作曲,过一把作曲家的瘾!多媒体计算机充分发挥你的想像力和创造力,让你在生活、学习、工作中游刃有余,多媒体计算机,给你更广阔的想象空间!

正如Intel公司副总裁虞有澄博士所说的,“惟一不变的是变化”。多媒体计算机也在不断地发展与提高,其功能更强大,操作也将会像我们打开电视机看节目那样随心所欲。

第四媒体

眼下,“第四媒体”是一个颇为流行的名词。

所谓“第四”是相对于我们早已熟悉的报刊书籍、广播、电视三种媒介而言。它包含“广义”和“狭义”两层含义。从广义上来讲:网络“先天”具有媒体的特质,本身就是一个综合性较强的大媒体。从“狭义”上来说,“第四媒体”是基于因特网的一个大众媒体,在信息量方面具有得天独厚的优势。但是,前三种媒体需要大量的人力、物力、财力,如果受到地域或人为干预的影响,其传播效果将会大大降低。而“第四媒体”不受地域、时空的限制;把图形、图像、文字、声音等融合在一起,通过因特网发送给全球的观众,其发放信息的实时性和持久性也是其他媒体所望尘莫及、无法与之相提并论的!“第四媒体”让全世界网民不受语言、时间、地域、肤色的限制,成为自己永久的观众,从而使“第四媒体”魅力四射!这令任何媒体都自叹弗如。它可以轻而易举地击败竞争对手,立于不败之地,可谓疾风劲草!

在“第四媒体时代”,网络空间信息空前丰富,相对说观众的注意力成为一种短缺资源,有人把虚拟空间的竞争称为“争夺眼球的战争”,其激烈程度不亚于现实世界中的广告大战!

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