進入21世紀的計算機(1 / 3)

進入21世紀的計算機

光計算機是由光代替電子或電流,實現高速處理大容

量信息的計算機。

為什麼要研究光計算機呢?因為光計算機有許多優點。首先,傳遞信息速度快。電腦中的電子運動速度在理想情況下是光速,但在導體中的速度,最高不會超過每秒500千米,還不及光子流在導體中速度的10%,目前電腦的運算速度預計比光計算機慢上千倍。

其次,可以很容易實現並行處理信息。電腦中的電子是沿固定線路流動的。光計算機中利用反射鏡、棱鏡、分光鏡等,可以隨意控製和改變方向,這樣,在傳遞信息時,光束不需要導體了,可以相互交叉而不損失信息。有人作過這樣的比喻:如果將電子通道比作鐵路網,光子通道比作空中航線,那麼,作為“火車”的電子將沿著“鐵軌”運行,當“火車”過“站”時,需降低速度。而作為“飛機”的光子卻可以筆直地飛達目標,甚至在橫越其它“飛機的航線”時,也不用減速。鐵路網的密集度畢竟是有限的,而空中航線的密集度幾乎是無限的,一塊直徑隻有五分硬幣大小的棱鏡,通過信息的能力卻是現在全世界電話電纜的許多倍。

再者,無發熱問題。電子會使計算機發熱,而光子不會。1969年,研究光計算機的序幕由美國麻省理工學院的科學家揭開。

1982年,英國赫羅特—瓦特大學物理係教授德斯蒙德·史密斯研製出光晶體管。

1983年,日本京都大學電氣工程係佐佐木昭夫教授、騰田茂夫副教授也獨立地研製出光晶體管。

1986年,美國貝爾實驗室發明了用半導體做成的光晶體管。光晶體管像晶體管一樣,有三個“腳”,兩個是輸入信號的,叫基極和控製極;第三個是輸出信號的。基極是一種反射薄膜,在控製光束下,反射薄膜對輸入的光束作出反射或不反射的反應。這樣,光晶體管的功能與晶體管的功能一樣,起到“開”與“關”的作用。然後,科學家運用集成光路技術,把光晶體管、光源光存貯器等元件集積在一塊芯片上,製成集成光路,與集成電路相似。最後,選用集成光路進行組裝,就得到光計算機。

1990年1月底,貝爾實驗室製成第一台光計算機,盡管它的裝置很粗糙,由激光器、透鏡、棱鏡等組成,隻能用來計算。但是,它畢竟是光計算機領域中的一大突破。

光計算機比電子計算機更先進,它的運算速度至少比現在的計算機快1000倍,高達一萬億次,存儲容量比現在的計算機大百萬倍。光計算機能識別和合成語言、圖畫和手勢。能學習文字,連潦草的手寫文字都能辨認;不僅如此,在遇到錯誤的文字時,它還能“聯想”出正確的字形。光計算機的出現,將使21世紀成為人機交際的時代。

光計算機的運用非常廣泛,特別是在一些特殊領域,比如預測天氣、氣候等一些複雜而多變的過程,還可應用在電話的傳輸上。由於現在的通信已發展到光纖通信,使用電子計算機,就必須把光信號變為電信號,如果使用光計算機,就不必了,這也就方便多了。

現在,全世界除了貝爾實驗室外,日本和德國的其他公司都投入巨資研製光計算機,預計在21世紀,將出現更加先進的光計算機。

人們把電子計算機比作“電腦”,可即便是第五代,也還是不夠聰明,因為這樣的計算機隻具備人左腦的功能,擅長邏輯思維;不具備人右腦的功能,缺乏形象思維的能力。為了彌補計算機這方麵的缺陷,科學家正準備利用新型硬件、模仿人腦的神經結構,開發出能辨識物體、能聽懂聲音、具有自己學習能力的人工智能電腦,稱為神經電腦,或稱第六代電腦、“人工大腦”。

目前根據研究結果認為,人腦有140億個神經元及10億多個神經鍵,每個神經元都與許多個神經元交叉相聯,它們協力工作。科學家認為,每個神經元都相當於一台微型電腦。人腦總體運行速度相當於每秒1000萬億次的電腦功能。如果用許多微處理機模仿人的神經元結構,采用大量的並行分布式網絡就構成了神經電腦。神經電腦還有類似神經的節點,每個節點與許多節點相連。若把每一步運算分配給每台微處理機,它們同時運算,其他信息處理速度和智能會大大地提高。

在網中,若是有節點斷裂,這種電腦仍有重建它的資料的能力,所以神經電腦具有修複性、強壯性。還有,神經電腦的信息是分布或存儲的,具有高超的聯想記憶、視覺和聲音識別能力。

由於神經電腦能力超群,所以得到了極大的重視和開發。主要研究方向有兩個,一是如何製造出接近人腦的網絡;另一個是如何改進它的學習能力。

神經電腦的研究開發勢頭令人鼓舞。1989年美國貝實驗室製成可供神經電腦使用的集成電路;許多科學家已開發出神經芯片。日本《日經產業新聞》1992年2月21日報道,三菱電氣公司開發出神經電腦用的大規模集成電路芯片,它在1.5平方厘米的矽片上設置了400個神經元和40,000個神經鍵。應用這種芯片實現了每秒兩億次的運算速度。它的學習能力很強。