1、湖北师范学院计算机科学与技术学院硬件课程论文设计1HUBEI NORMAL UNIVERSITY期末论文Bachelors Thesis论文题目 智能计算机与智能计算作者姓名 王子聪指导教师 许新山所在院系 计算机科学与技术学院专业名称 计算机应用技术完成时间 2010 年 12 月 27 日湖北师范学院计算机科学与技术学院硬件课程论文设计2智能计算机计算机未来发展方向 王子聪 (指导教师： 许新山)（湖北师范学院 计科系 湖北 黄石 435000）摘 要: 现代的第四代计算机是大规模、超大规模集成电路的时代。集成电路由于体积的限制，愈发不能满足人们在日常生活和工作中的需要，因此，研制“智能”
2、计算机是计算机技术发展的重要方向。让计算机能够模拟人类的智能活动，包括感知、判断、理解、学习、问题求解等内容。智能计算机的研究将导致传统程序设计方法发生质的飞跃，使计算机突破“计算”这一含义，从本质上扩充计算机的能力。智能计算机已经成为一个动态的发展的概念，它始终处于不断向前推进的计算机技术的前沿。关键词: 第四代计算机 智能 计算中图分类号:TP18 Intelligent Computerthe future direction of computer Wang Zicong （Tutor：Xu Xinshan）(Institute of Computer Science and Tech
3、nology,Hubei Normal University,Huangshi 435002 , China)Abstract : The fourth generation of the modern computer is a large-scale, VLSI era. Integrated circuits due to volume constraints, increasingly unable to meet people in their daily life and work needs, therefore, develop “smart“ computer is an i
4、mportant direction of development of computer technology. Let the computer can simulate human intelligence activities, including perception, judging, understanding, learning, problem solving, and so on. Intelligent computer research will lead to the traditional method of programming a qualitative le
5、ap in the computer break the “calculate“the 湖北师范学院计算机科学与技术学院硬件课程论文设计3meaning is essentially the computers ability to expand. Intelligent computer has become a dynamic development of the concept, it is always constantly advancing the forefront of computer technology. Key words : Fourth generation com
6、puter; smart; calculation 现代的计算机属于第四代计算机，是集成电路、超大规模集成电路的时代。计算机的整体性能和计算机的体积成正比，要想提高计算机的运算速度就必须得增大相关硬件的体积。摩尔定律问世 40 年了。人们不无惊奇地看到半导体芯片制造工艺水平以一种令人目眩的速度提高。目前，Intel 的微处理器芯片 Pentium 4 的主频已高达 2G（即 2000M） ，2011 年则要推出含有 10 亿个晶体管、每秒可执行 1 千亿条指令的芯片。人们不禁要问：这种令人难以置信的发展速度会无止境地持续下去吗？ 不需要复杂的逻辑推理就可以知道：芯片上元件的几何尺寸总不可能无限
7、制地缩小下去，这就意味着，总有一天，芯片单位面积上可集成的元件数量会达到极限。问题只是这一极限是多少，以及何时达到这一极限。业界已有专家预计，芯片性能的增长速度将在今后几年趋缓。一般认为，摩尔定律能再适用 10 年左右。其制约的因素一是技术，二是经济。制约因素之一技术：从技术的角度看，随着硅片上线路密度的增加，其复杂性和差错率也将呈指数增长，同时也使全面而彻底的芯片测试几乎成为不可能。一旦芯片上线条的宽度达到纳米（10-9 米）数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律也就要走到它的尽头了。制约因素之二经
8、济：从经济的角度看，正如上述摩尔第二定律所述，目前是 20-30 亿美元建一座芯片厂，线条尺寸缩小到 0.1 微米时将猛增至 100 亿美元，比一座核电站投资还大。由于花不起这笔钱，迫使越来越多的公司退出了芯片行业。看来摩尔定律要再维持十年的寿命，也决非易事。因此， “智能”计算机的研究与问世将是未来几十年计算机信息技术最重要的课题。一、初识智能计算机智能计算机迄今未有公认的定义 。计算理论的奠基人之一 A. 图灵定义计算机为处理离散量信息的数字计算机。而对数字计算机能不能模拟人的智能这湖北师范学院计算机科学与技术学院硬件课程论文设计4一原则问题，存在截然对立的看法。1937 年 A.丘奇和图
9、灵分别独立地提出关于人的思维能力与递归函数的能力等价的假说。这一未被证明的假说后来被一些人工智能学者表述为：如果一个可以提交给图灵机的问题不能被图灵机解决，则这个问题用人类的思维也不能解决。这一学派继承了以逻辑思维为主的唯理论与还原论的哲学传统，强调数字计算机模拟人类思维的巨大潜力。另一些学者，如 H.德雷福斯等哲学家肯定地认为以图灵机为基础的数字计算机不能模拟人的智能。他们认为数字计算机只能做形式化的信息处理，而人的智能活动不一定能形式化，也不一定是信息处理，不能把人类理智看成是由离散、确定的与环境局势无关的规则支配的运算。这一学派原则上不否认用接近于人脑的材料构成智能机的可能性，但这种广义
10、的智能机不同于数字计算机。还有些学者认为不管什么机器都不可能模拟人的智能，但更多的学者相信大脑中大部分活动能用符号和计算来分析。必须指出，人们对于计算的理解在不断加深与拓宽。有些学者把可以实现的物理过程都看成计算过程。基因也可以看成开关，一个细胞的操作也能用计算加以解释，即所谓分子计算。从这种意义讲，广义的智能计算机与智能机器或智能机范畴几乎一样。二、人工智能与智能计算机人工智能领域的研究是从 1956 年正式开始的，这一年在达特茅斯大学召开的会议上正式使用了“人工智能“(Artificial Intelligence，AI)这个术语。随后的几十年中，人们从问题求解、逻辑推理与定理证明、自然语
11、言理解、博弈、自动程序设计、专家系统、学习以及机器人学等多个角度展开了研究，已经建立了一些具有不同程度人工智能的计算机系统，例如能够求解微分方程、设计分析集成电路、合成人类自然语言，而进行情报检索，提供语音识别、手写体识别的多模式接口，应用于疾病诊断的专家系统以及控制太空飞行器和水下机器人更加贴近我们的生活。我们熟知的 IBM 的“深蓝“在棋盘上击败了国际象棋大师卡斯帕罗夫就是比较突出的例子。 当然，人工智能的发展也并不是一帆风顺的，也曾因计算机计算能力的限制无法模仿人脑的思考以及与实际需求的差距过远而走入低谷，但是随着硬件和软件的发展，计算机的运算能力在以指数级增长，同时网络技术蓬勃兴起，确
12、保计算机已经具备了足够的条件来运行一些要求更高的 AI 软件，而且现在的AI 具备了更多的现实应用的基础。90 年代以来，人工智能研究又出现了新的高潮。三、研制智能计算机的主要途径湖北师范学院计算机科学与技术学院硬件课程论文设计5符号处理与知识处理。把智能问题当成符号处理与知识处理问题是人工智能的主流。纽威尔和西蒙教授在 1975 年的图灵奖演说中提出物理符号系统假设：物理符号系统是智能行为的充分必要条件。这一假设把符号处理技术摆到智能机研制的关键位置。60 年代关于推理机制和问题求解技术的研究使人们认识到一个智能系统的能力主要在于系统中包含的知识而不是它的推理机制，这就是E.费根鲍姆教授倡导
13、的知识原则。根据这一原则，构造智能机系统的关键是建立包含大量常识和专门知识的知识库，其技术难点在于知识的自动获取和自动维护以及知识共享等。这一途径的基础是逻辑理论与认知心理学。人工神经网络。构造智能机的另一途径根源于神经生理学的研究成果，即用大量相对简单的处理单元（人工神经元）通过复杂的互连构成神经网络计算机。这一途径强调大规模并行、分布式的表示与处理、非线性的动力学系统行为、系统的训练与学习以及模拟量的处理等等。尽管目前提出的人工神经网模型及已研制的各种人工神经网系统与人脑的神经网结构相距甚远，但这种以整体的统计行为取代逻辑推理，以样本训练与学习取代执行某种算法的新思路对传统的唯理论与还原论
14、是一种冲击。神经网计算机在模式识别和低层次感知模拟等方面有发展潜力，但也有一定局限性。它与传统的符号处理有某种互补关系。这两者的结合可以发挥各自的优势。层次化的智力社会模型。错综复杂的人类社会是由许多个人和不同层次的团体组成。与此类似，智能行为也可看成是许多在不同层次上的相互影响的并行操作的进程。层次越低，其智力越差，最底层的处理应是非智能的行为。按这种思路，关键是要弄明白非智能的活动的联合如何才能浮现智能行为，其奥秘应在其相互联系之中。这就是明斯基教授主张的所谓“智力社会”模型。这一学派强调理解智能的层次和系统中各部分的联系，主要从人类社会的行为来看待思维与智能，其实现上较侧重分布式的人工智
15、能和复杂的巨系统。基于生物进化的智能系统。人类的智能是通过极其漫长的生物进化产生的，进化是智能的源泉。如果把机器智能的提高也当成是一种进化过程，其进化速度将比形成人的智能快得多。生物进化的关键是在动态环境中的适应能力。基于这一观点，布鲁克 斯教 授 提出研制智能 机的另一种途径：建立在现实世界中具有真正感知和行动能力的智能系统，由简单到复杂逐步提高其智能水平。这一方法强调自适应控制，主张无需表示无需推理的智能系统。四、人工智能的发展预测（1）应用阶段（1980 年至今）：在这一阶段里，人工智能技术在军事、工业和医学等领域中的应用显示出湖北师范学院计算机科学与技术学院硬件课程论文设计6了它具有明
16、显的经济效益潜力。适合人们投资的这一新天地浮出了水面。（2）融合阶段（20102020 年）：在某些城市，立法机关将主要采用人工智能专家系统来制定新的法律。人们可以用语言来操纵和控制智能化计算机、互联网、收音机、电视机和移动电话，远程医疗和远程保健等远程服务变得更为完善。智能化计算机和互联网在教育中扮演了重要角色，远程教育十分普及。随着信息技术、生物技术和纳米技术的发展，人工智能科学逐渐完善。许多植入了芯片的人体组成了人体通信网络（以后甚至可以不用植入任何芯片） 。比如，将微型超级计算机植入人脑，人们就可通过植入的芯片直接进行通信。量子计算机和 DNA 计算机会有更大发展，能够提高智能化水平的
17、新型材料会不断问世。抗病毒程序可以防止各种非自然因素引发灾难。随着人工智能的加速发展，新制定的法律不仅可以用来更好地保护人类健康，而且能大幅度提高全社会的文明水准。比如，法律可以保护人们免受电磁烟雾的侵害，可以规范家用机器人的使用，可以更加有效地保护数据，可以禁止计算机合成技术在一些文化和艺术方面的应用（比如禁止合成电视名人） ，可以禁止编写具有自我保护意识的计算机程序。（3）自我发展阶段（20202030 年）：智能化计算机和互联网既能自我修复，也能自行进行科学研究，还能自己生产产品。一些新型材料的出现，促使智能化向更高层次发展。用可植入芯片实现人类、计算机和鲸目动物之间的直接通信，在以后的
18、发展中甚至不用植入芯片也可实现此项功能。制定“机器人法”等新的法律来约束机器人的行为，使人们不受机器人的侵害。高水准的智能化技术可以使火星表面环境适合人类居住和发展。（4）升华阶段（20302040 年）：信息化的世界进一步发展成全息模式的世界。人工智能系统可从环境中采集全息信息，身处某地的人们可以更容易地了解和知晓其他地方的情况。人们对一些目前无法解释的自然现象会有更清楚的认识和更完善的解释，并将这些全新的知识应用在医疗、保健和安全等领域。人工智能可以模仿人类的智能，因此会出现有关法律来规范这些行为。湖北师范学院计算机科学与技术学院硬件课程论文设计7五、应用前景智能计算机技术还很不成熟，现主
19、要在做模式识别、 装配了智能计算机的玩具知识处理及开发智能应用等方面的工作。尽管所取得的成果离人们期望的目标还有很大距离，但已经产生明显的经济效益与社会效益。专家系统已在管理调度、辅助决策、故障诊断、产品设计、教育咨询等方面广泛应用。文字、语音、图形图像的识别与理解以及机器翻译等领域也取得了重大进展，这方面的初级产品已经问市。计算机产品的智能化和智能机系统的研究开发将对国防、经济、教育、文化等各方面产生深远影响。计算机智能化是 21 世纪信息产业的重要发展方向。发展智能计算机将加速以信息产业为标志的新的工业革命。智能计算机的应用将放大人的智力，减少对自然资源的利用。它只需要极少的能量和材料，其价值主要在于知识。另一方面，研制智能计算机可以帮助人们更深入地理解人类自己的智能，最终揭示智能的本质与奥秘。参考文献：1 蔡瑞英，李长河. 人工智能. 武汉市：武汉理工大学出版社, 2003.2（美）拉塞尔， （美）诺文著，姜哲等译人工智能 一种现代方法M人民邮电出版社，20103 马少平，朱小燕.人工智能M.清华大学出版社，2004.4 科学画报J.人民文摘 2004年第六期.5 王永庆.高等学校电子住处类规划教材 人工智能原理与方法M.西安交通大学出版社,1998年05月第1版.
