浅论第五代计算机
浅论第五代计算机
叶静 2011级通信工程三班 [1**********]
摘要:第五代计算机的研究目标是试图打破计算机现有的体系结构,
希望计算机具有人类一样的思维、推理和判断能力、其主要特征是人 工智能!
关键字:第五代计算机 不同点 障碍
一 前言
计算机的发展将趋向超高速、超小型、并行处理和智能化。自从 1944 年世 界上第一台电子计算机诞生以来,计算机技术迅猛发展,传统计算机的性能受到 挑战, 开始从基本原理上寻找计算机发展的突破口, 新型计算机的研发应运而生。 未来量子、光子和分子计算机将具有感知、思考、判断、学习以及一定的自然语 言能力,使计算机进人人工智能时代。这种新型计算机将推动新一轮计算技术革 命,对人类社会的发展产生深远的影响。
二 第五代计算机
第五代计算机是一种更接近人的人工智能计算机。 用超大规模集成电路和其 他新型物理元件组成,具有推论、联想、智能会话等功能,并能直接处理声音、 文字、图像等信息。它能理解人的语言,文字和图形,人无需编写程序,靠讲话 就能对计算机下达命令,驱使它工作。它能将一种知识信息与有关的知识信息连 贯起来,作为对某一知识领域具有渊博知识的专家系统,成为人们从事某方面工 作的得力助手和参谋。 第五代计算机还是能"思考"的计算机, 能帮助人进行推理、 判断,具有逻辑思维能力。
它可以用语言、文字、图形等形式直接进行人机通信。它们还拥有大量的知 识和一定 的学习推理能力, 从而能提供各种咨询服务。它们还将是一个系列, 有大型的, 可放在计算中心, 也有小型的, 可供个人使用, 而且在这些机器之 间以及与其他已有的计算机系统之间联成网络。 预期, 这种新的计算机系统, 亦 即第五代计算机系统,将被广泛地应用于机器翻译、问题查询、自然语言理解、 图片理解、问题求解等众多领域。 由于这时的主要功能已不再是进行数的计算, 而是进行知识信息处理, 因此也称为知 识信息处理系统。
更详细些, 所谓第五代计算机系统将是一个使用共同的程序设计语言的计 算机系 列。总体上, 它们相互连接成一个网络。局部地, 上述信息处理网络上 的每一个节点 的本身又是一个用局部网络连接起来的计算机系统。它们将提供 三种基本的功能。 智能界面, 知识库管理, 问题求解与推理。 所谓智能界面功能,
就是多种形式的人机通信, 包括语言、文字、图形等, 从而使得人机之间信息交 流的方式更接近自然的方式。它在 一定程度上可以看作是现有计算机系统中的 输入、输出通道和输入、输出设备的对应物。
知识库管理功能是要求在很短的时间。 例如几秒钟内就能在庞大的知识库中 检索到需要的知识计划中的主要知识库的容量高达1010一1013字节。 它在一定 程度上可以看作是现有计算机系统中的主存、虚存和文件系统的对应物。
问题求解与推理功能对应于现有计算机系统中的中央处理单元的功能。 但是 在这里主要的工作不再是进行数的运算而是进行逻辑推理。 因而现在的性能指标 将是每秒能进行逻辑推理的次数, 而不是每秒能进行数的运算的次数, 其单位 为每秒一次逻辑推理, 记为 LIPS 计划中的最高性能指标将达到 108-109。而每 一逻辑推理大约相当于现有计算机系统中的一个100--1000条指令的程序。
上述三种基本功能分别由三个系统来完成, 它们综合起来即可完成知识信 息处理的总要求, 其过程大致如下:智能界面接受人们用语言、文字、图形等形 式发出的指令, 并利用知识库中的有关知识对此进行分析并将它们转变为某种 内部表示。 然后问题求解与推理系统利用知识库中的有关知识, 对由智能界面送 来的内部表示进行加工包括补充一些省略的信息和改正一些明显的错误等并求 得解答。这个解答也是某种内部表示的形式。它们再被送回到智能界面, 由后者 再利用知识库中的有关知识转变为人们熟悉的语言、文字、图形等形式输出。在 上述整个过程中, 都是要反复使用知识库管理功能来检索和修改知识库中。
三 第五代计算机的不同点
1. 基本软件系统 这系统相当于现有计算机系统中的软件环境它是由一组 为发展各种应用系统提供方便的各种工具所组成的。 因为第五代计算机系统主要 用于知识信息处理, 所以这里对于基本软件系统的运行起着核心作用的是三个 知识库:常识知识库, 它包括日常生活中常用的词汇、句型、构词法等等;系统 知识库, 它包括计算机系统本身的知识, 诸如中央处理单元的描述、 操作系统的 描述、语言手册、常用子程序模块的描述等等;应用知识库, 包括基本的应用程 序等方面的知识。
2. 程序设计语言 在第五代计算机系统中将涉及三类语言:一类是自然语 言以及图片等, 它们是用于智能界面系统的, 一类是非常高级的查询语言, 它 们是用于知识库管理系统的;再一类是用于问题求解与推理系统的、日本学者称 之为“核心语言” 的语言, 是一种面向谓词逻辑推理的程序设计语言。但在第 五代计算机系统中, 对问题求解与推理系统和知识库管理系统直接使用的将只 是核心语言, 其他的将用核心语言来发展。 因此, 核心语言在一定意义上也可以 认为是第五代计算机系统的机器语言。
3. 计算机系统结构 对应于第五代计算机系统的三个不同问题, 将有三个 不同的器, 即问题求解与推理机、知识库管理机和智能界面机。从系统结构方面 来说, 第五代计算机的目标是要超脱“ 冯· 诺伊曼方式”。冯· 诺伊曼方式 是硬件价格高昂时代的产物, 它也是产生“ 软件危机” 的原因之一冯· 诺伊 曼的存储程序, 按指令执行的程式已经卡住了计算机的发展, 所以为了适合新 的应用要求, 必须有新一代的计算机结构系统。
4. VLSI 系统 显然, 为了确保上述这些系统具有必要的高性能, 它们都必 须用 VLSI 技术来实现.整个第五代计算机系统的实施计划就是根据上述的功能 要求和实现这些要求的总体设想来安排的计划为十年, 分三个阶段, 每一阶段 大致为三年左右。每一阶段的成果都将为下一阶段创造经验和提供更好的条件, 并据此对下一阶段的计划作必要的修改。
四 第五代计算机发展的障碍
由于微电子学工艺上的突破, 前四代计算机在硬件结构工艺技术方面有重 大的进 展, 提高了存贮容量、运算速度与可靠性,减少了体积、重量和能耗, 降 低了成本和运 行费用, 为计算机的广泛应用提供了物质墓础。但是, 前四代计 算机在原理上却没重大的突破, 仍然是像第一代计算机那样, 按“ 冯· 诺曼” 的设计原理工作的“冯· 诺曼”计算机, 其特点在于:1.集中式结构 2.串行 3. 工作方式 4.二进制(两态逻辑)。 因为在集中式存贮器与处理器之间, 采用串 行工作方式进行信息交换, 从原理上限制了运算速度的进一步提高, 所以, 称 为前四代计算机的 “ 冯· 诺曼”瓶颈, 这是现有的计算机在原理上存在的问题。
目前的电子计算机一一“ 电脑” 在智能水平与“ 人脑” 还有很大的距离, 主要表现在:
1.不能“联想” 记忆;
2. 缺乏“ 推理” 能力。
因此, 如何提高电脑的智能水平, 使它更“ 聪明” , 也是现有计算机有待 解决的问题。除了主机之外, “ 输入/ 输出” 接日设备是决定计算机性能的关 键所在, 先进的主机与落后的接收设备之间矛盾是长期存在的老大难间题, 前 四代计算机的“ 输入/输” 接口设备虽然也有很大的进展, 但是, 仍是以“非 自然” 的方式进行信息交换, 主要表现在:
1.不能接受“ 自然” 信息, 如:文字、图象、景物、声音等。
2.不能与人用自然语言对话.
此外, 目前在计算机领域中还存在所谓“ 软件危机” 问题:
1. 软件的复杂性、 可靠性问题.现有计算机需要预先编好程序详细规定每步 操作, 因此使软件复杂化, 错误率增加, 发现与纠正程序中的错误是个困难问
题。
2. 软件编制、调试要耗费大量人力和时间, 尚未实现自动程序设计。
3. 现有的计算机语言, 一般是适用于数值“ 计算” , 而不适应于逻辑的 “推理”,但大量的实际问题是需要通过推理求解的。
在处理人的自然语言的问题上出现了困难,它如何理解人的语言,如何自己 说出的语言(绝对不是录音),在这些问题上,计算机学家一时手足无措。虽然 Chomsky 的语言学理论曾经轰动一时,尤其是在计算机学界,几乎巨大部分计算 机专业的研究生都知道Chomsky,而不一定每一位语言学的研究生都知道有一位 语言学家Chomsky。然而,经过30多年的曲折发展,Chomsky 的语言学理论逐渐 冷静下来,其计划再也没有原先想像的那么庞大了,其生成能力大大缩小了。原 因就在于,语言这个研究对象实在太复杂了,复杂到什么程度?复杂到说它“是 世界上最复杂的研究对象”毫不过分。如果我们拿它跟生命现象比较,至少其复 杂度相当。要让一台计算机学会人类的语言,让它能够听懂人的语言,能够学会 说人的语言,实在太难,太难。
五 总结
通过了解有关第五代计算机的特点,发展方向和发展中的障碍后,我有 了进一步学习计算机的相关知识的欲望, 我觉得我们这一代还有很多可以发展的 空间,计算机的时代不会慢慢消失,只会更加强盛,我觉得选择计算机相关行业 是明智的决定,希望自己能紧随时代发展的步伐,能够有所突破。第五代计算机 的研发还需要我们这一代人,所以我们要不断创新,好好把专业知识学好。
六 参考文献
吴立德(复旦大学) 《谈谈第五代计算机》 http://cnki.net
涂序彦 ( 科学院自动化所 ) 《 关于 “ 第五代计算机 ” 的几个问 题》 http://cnki.net
何克清 胡久清 刘良观(武汉大学)《试论第五代计算机的设计思想》 http://cnki.net