計算機(jī)語言之父:尼蓋德

計算機(jī)語言之父:尼蓋德

10日，計算機(jī)編程語言的先驅(qū)克里斯汀·尼蓋德死于心臟病，享年75歲。尼蓋德幫助因特網(wǎng)奠下了基礎(chǔ)，為計算機(jī)業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)。據(jù)挪威媒體報道，尼蓋德11日在挪威首都奧斯陸逝世。

尼蓋德是奧斯陸大學(xué)的教授，因?yàn)榘l(fā)展了Simula編程語言，為MS－DOS和因特網(wǎng)打下了基礎(chǔ)而享譽(yù)國際?？死锼雇?/span>·尼蓋德于1926年在奧斯陸出生，1956年畢業(yè)于奧斯陸大學(xué)并取得數(shù)學(xué)碩士學(xué)位，此后致力于計算機(jī)計算與編程研究。

1961年～1967年，尼蓋德在挪威計算機(jī)中心工作，參與開發(fā)了面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。因?yàn)楸憩F(xiàn)出色，2001年，尼蓋德和同事奧爾·約安·達(dá)爾獲得了2001年A．M．圖靈機(jī)獎及其它多個獎項(xiàng)。當(dāng)時為尼蓋德頒獎的計算機(jī)協(xié)會認(rèn)為他們的工作為Java，C＋＋等編程語言在個人電腦和家庭娛樂裝置的廣泛應(yīng)用掃清了道路，“他們的工作使軟件系統(tǒng)的設(shè)計和編程發(fā)生了基本改變，可循環(huán)使用的、可靠的、可升級的軟件也因此得以面世

世紀(jì)發(fā)現(xiàn)·從圖靈機(jī)到馮·諾依曼機(jī)

英國科學(xué)家艾倫·圖靈1937年發(fā)表著名的《論應(yīng)用于解決問題的可計算數(shù)字》一文。文中提出思考原理計算機(jī)——圖靈機(jī)的概念，推進(jìn)了計算機(jī)理論的發(fā)展。1945年圖靈到英國國家物理研究所工作，并開始設(shè)計自動計算機(jī)。1950年，圖靈發(fā)表題為《計算機(jī)能思考嗎？》的論文，設(shè)計了著名的圖靈測驗(yàn)，通過問答來測試計算機(jī)是否具有同人類相等的智力。

圖靈提出了一種抽象計算模型，用來精確定義可計算函數(shù)。圖靈機(jī)由一個控制器、一條可無限伸延的帶子和一個在帶子上左右移動的讀寫頭組成。這個在概念上如此簡單的機(jī)器，理論上卻可以計算任何直觀可計算的函數(shù)。圖靈機(jī)作為計算機(jī)的理論模型，在有關(guān)計算機(jī)和計算復(fù)雜性的研究方面得到廣泛應(yīng)用。

計算機(jī)是人類制造出來的信息加工工具。如果說人類制造的其他工具是人類雙手的延伸，那么計算機(jī)作為代替人腦進(jìn)行信息加工的工具，則可以說是人類大腦的延伸。最初真正制造出來的計算機(jī)是用來解決數(shù)值計算問題的。二次大戰(zhàn)后期，當(dāng)時為軍事目的進(jìn)行的一系列破譯密碼和彈道計算工作，越來越復(fù)雜。大量的數(shù)據(jù)、復(fù)雜的計算公式，即使使用電動機(jī)械計算器也要耗費(fèi)相當(dāng)?shù)娜肆蜁r間。在這種背景下，人們開始研制電子計算機(jī)。

世界上第一臺計算機(jī)“科洛薩斯”誕生于英國，“科洛薩斯”計算機(jī)是1943年3月開始研制的，當(dāng)時研制“科洛薩斯”計算機(jī)的主要目的是破譯經(jīng)德國“洛倫茨”加密機(jī)加密過的密碼。使用其他手段破譯這種密碼需要6至8個星期，而使用‘科洛薩斯’計算機(jī)則僅需6至8小時。1944年1月10日，“科洛薩斯”計算機(jī)開始運(yùn)行。自它投入使用后，德軍大量高級軍事機(jī)密很快被破譯，盟軍如虎添翼。“科洛薩斯”比美國的ENIAC計算機(jī)問世早兩年多，在二戰(zhàn)期間破譯了大量德軍機(jī)密，戰(zhàn)爭結(jié)束后，它被秘密銷毀了，故不為人所了解。

盡管第一臺電子計算機(jī)誕生于英國，但英國沒有抓住由計算機(jī)引發(fā)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)革命的機(jī)遇。相比之下，美國抓住了這一歷史機(jī)遇，鼓勵發(fā)展計算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，從而崛起了一大批計算機(jī)產(chǎn)業(yè)巨頭，大大促進(jìn)了美國綜合國力的發(fā)展。1944年美國國防部門組織了有莫奇利和?？嗣擃I(lǐng)導(dǎo)的ENIAC計算機(jī)的研究小組，當(dāng)時在普林斯頓大學(xué)工作的現(xiàn)代計算機(jī)的奠基者美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼也參加了者像研究工作。1946年研究工作獲得成功，制成了世界上第一臺電子數(shù)字計算機(jī)ENIAC。這臺用18000只電子管組成的計算機(jī)，盡管體積龐大，耗電量驚人，功能有限，但是確實(shí)起了節(jié)約人力節(jié)省時間的作用，而且開辟了一個計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元。這也許連制造它的科學(xué)家們也是始料不及的。

最早的計算機(jī)盡管功能有限，和現(xiàn)代計算機(jī)有很大的差別，但是它已具備了現(xiàn)代計算機(jī)的基本部分，那就是運(yùn)算器、控制器和存儲器。

運(yùn)算器就象算盤，用來進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，并獲得計算結(jié)果。而控制器就象機(jī)算機(jī)的司令部，指揮著計算機(jī)各個部分的工作，它的指揮是靠發(fā)出一系列控制信號完成的。

計算機(jī)的程序、數(shù)據(jù)、以及在運(yùn)算中產(chǎn)生的中間結(jié)果以及最后結(jié)果都要有個存儲的地方，這就是計算機(jī)的第三個部件——存儲器。

計算機(jī)是自動進(jìn)行計算的，自動計算的根據(jù)就是存儲于計算機(jī)中的程序。現(xiàn)代的計算機(jī)都是存儲程序計算機(jī)，又叫馮·諾依曼機(jī)，這是因?yàn)榇鎯Τ绦虻母拍钍邱T·諾依曼提出的。人們按照要解決的問題的數(shù)學(xué)描述，用計算機(jī)能接受的“語言”編制成程序，輸入并存儲于計算機(jī)，計算機(jī)就能按人的意圖，自動地高速地完成運(yùn)算并輸出結(jié)果。程序要為計算機(jī)提供要運(yùn)算的數(shù)據(jù)、運(yùn)算的順序、進(jìn)行何種運(yùn)算等等。

微電子技術(shù)的產(chǎn)生使計算機(jī)的發(fā)展又有了新的機(jī)遇，它使計算機(jī)小型化成為可能。微電子技術(shù)的發(fā)展可以追溯到晶體管的出現(xiàn)。1947年美國電報電話公司的貝爾實(shí)驗(yàn)室的三位學(xué)家巴丁、不賴頓和肖克萊制成第一支晶體管，開始了以晶體管代替電子管的時代。

晶體管的出現(xiàn)可以說是集成電路出臺的序幕。晶體管出現(xiàn)后，一些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，把電路元器件和連線像制造晶體管那樣做在一塊硅片上可實(shí)現(xiàn)電路的小型化。于是，晶體管制造工業(yè)經(jīng)過10年的發(fā)展后，1958年出現(xiàn)了第一塊集成電路。

微電子技術(shù)的發(fā)展，集成電路的出現(xiàn)，首先引起了計算機(jī)技術(shù)的巨大變革?，F(xiàn)代計算機(jī)多把運(yùn)算器和控制器做在一起，叫微處理器，由于計算機(jī)的心臟——微處理器（計算機(jī)芯片）的集成化，使微型計算機(jī)應(yīng)運(yùn)爾生，并在70－80年代間得到迅速發(fā)展，特別是IBM PC個人計算機(jī)出現(xiàn)以后，打開了計算機(jī)普及的大門，促進(jìn)了計算機(jī)在各行各業(yè)的應(yīng)用，五六十年代，價格昂貴、體積龐大、耗電量驚人的計算機(jī)，只能在少數(shù)大型軍事或科研設(shè)施中應(yīng)用，今天由于采用了大規(guī)模集成電路，計算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入普通的辦公室和家庭。

標(biāo)志集成電路水平的指標(biāo)之一是集成度，即在一定尺寸的芯片上能做出多少個晶體管，從集成電路出現(xiàn)到今天，僅40余年，發(fā)展的速度卻是驚人的，芯片越做越小，這對生產(chǎn)、生活的影響也是深遠(yuǎn)的。ENIAC計算機(jī)占地150平方米，重達(dá)30噸，耗電量幾百瓦，其所完成的計算，今天高級一點(diǎn)的袖珍計算器皆可完成。這就是微電子技術(shù)和集成電路所創(chuàng)造的奇跡。

現(xiàn)狀與前景

美國科學(xué)家最近指出，經(jīng)過30多年的發(fā)展，計算機(jī)芯片的微型化已接近極限。計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展只能寄希望于全新的技術(shù)，如新材料、新的晶體管設(shè)計方法和分子層次的計算技術(shù)。

過去30多年來，半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展基本上遵循穆爾法則，即安裝在硅芯片上的晶體管數(shù)目每隔18個月就翻一番。芯片體積越來越小，包含的晶體管數(shù)目越來越多，蝕刻線寬越來越?。挥嬎銠C(jī)的性能也因而越來越高，同時價格越來越低。但有人提出，這種發(fā)展趨勢最多只能再持續(xù)10到15年的時間。

美國最大的芯片生產(chǎn)廠商英特爾公司的科學(xué)家保羅·A·帕坎最近在美國《科學(xué)》雜志上撰文說，穆爾法則（1965年提出的預(yù)測半導(dǎo)體能力將以幾何速度增長的法則）也許在未來10年里就會遇到不可逾越的障礙：芯片的微型化已接近極限。人們尚未找到超越該極限的方法，一些科學(xué)家將其稱之為“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)”。

目前最先進(jìn)的超大規(guī)模集成電路芯片制造技術(shù)所能達(dá)到的最小線寬約為0.18微米，即一根頭發(fā)的5％那樣寬。晶體管里的絕緣層只有4到5個原子那樣厚。日本將于2000年初開始批量生產(chǎn)線寬只有0. 13微米的芯片。預(yù)計這種芯片將在未來兩年得到廣泛應(yīng)用。下一步是推出線寬0. 1微米的的芯片。帕坎說，在這樣小的尺寸上，晶體管只能由不到100個原子構(gòu)成。

芯片線寬小到一定程度后，線路與線路之間就會因靠得太近而容易互相干擾。而如果通過線路的電流微弱到只有幾十個甚至幾個電子，信號的背景噪聲將大到不可忍受。尺寸進(jìn)一步縮小，量子效應(yīng)就會起作用，使傳統(tǒng)的計算機(jī)理論完全失效。在這種情況下，科學(xué)家必須使用全新的材料、設(shè)計方法乃至運(yùn)算理論，使半導(dǎo)體業(yè)和計算機(jī)業(yè)突破傳統(tǒng)理論的極限，另辟蹊徑尋求出路。

當(dāng)前計算機(jī)發(fā)展的主流是什么呢？國內(nèi)外比較一致的看法是

RISC

RISC是精簡指令系統(tǒng)計算機(jī)（Reduced Instruction Set Computer）的英文縮寫。所謂指令系統(tǒng)計算機(jī)所能執(zhí)行的操作命令的集合。程序最終要變成指令的序列，計算機(jī)能執(zhí)行。計算機(jī)都有自己的指令系統(tǒng)，對于本機(jī)指令系統(tǒng)的指令，計算機(jī)能識別并執(zhí)行，識別就是進(jìn)行譯碼——把代表操作的二進(jìn)制碼變成操作所對應(yīng)的控制信號，從而進(jìn)行指令要求的操作。一般講，計算機(jī)的指令系統(tǒng)約豐富，它的功能也約強(qiáng)。RISC系統(tǒng)將指令系統(tǒng)精簡，使系統(tǒng)簡單，目的在于減少指令的執(zhí)行時間，提高計算機(jī)的處理速度。傳統(tǒng)的計算機(jī)一般都是每次取一條指令，而RISC系統(tǒng)采用多發(fā)射結(jié)構(gòu)，在同一時間發(fā)射多條指令，當(dāng)然這必須增加芯片上的執(zhí)行部件。

并行處理技術(shù)

并行處理技術(shù)也是提高計算機(jī)處理速度的重要方向，傳統(tǒng)的計算機(jī)，一般只有一個中央處理器，中央處理器中執(zhí)行的也只是一個程序，程序的執(zhí)行是一條接一條地順序進(jìn)行，通過處理器反映程序的數(shù)據(jù)也是一個接一個的一串，所以叫串行執(zhí)行指令。并行處理技術(shù)可在同一時間內(nèi)多個處理器中執(zhí)行多個相關(guān)的或獨(dú)立的程序。目前并行處理系統(tǒng)分兩種：一種具有4個、8個甚至32個處理器集合在一起的并行處理系統(tǒng)，或稱多處理機(jī)系統(tǒng)；另一種是將100個以上的處理器集合在一起，組成大規(guī)模處理系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)不僅是處理器數(shù)量多少之分，其內(nèi)部互連方式、存儲器連接方式、操作系統(tǒng)支持以及應(yīng)用領(lǐng)域都有很大的不同。

曾經(jīng)有一段時間，超級計算機(jī)是利用與普通計算機(jī)不同的材料制造的。最早的克雷1號計算機(jī)是利用安裝在鍍銅的液冷式電路板上的奇形怪狀的芯片、通過手工方式制造的。而克雷2號計算機(jī)看起來更加奇怪，它在一個盛有液態(tài)碳氟化合物的浴器中翻騰著氣泡———采用的是“人造血液”冷卻。并行計算技術(shù)改變了所有這一切?，F(xiàn)在，世界上速度最快的計算機(jī)是美國的“Asci Red”，這臺計算機(jī)的運(yùn)算速度為每秒鐘2·1萬億次，它就是利用與個人計算機(jī)和工作站相同的元件制造的，只不過超級計算機(jī)采用的元件較多而已，內(nèi)部配置了9000塊標(biāo)準(zhǔn)奔騰芯片。鑒于目前的技術(shù)潮流，有一點(diǎn)是千真萬確的，那就是超級計算機(jī)與其它計算機(jī)的差別正在開始模糊。

至少在近期，這一趨勢很明顯將會繼續(xù)下去。那么，哪些即將到來的技術(shù)有可能會擾亂計算技術(shù)的格局，從而引發(fā)下一次超級計算技術(shù)革命呢？

這樣的技術(shù)至少有三種：光子計算機(jī)、生物計算機(jī)和量子計算機(jī)。它們能夠成為現(xiàn)實(shí)的可能性都很小，但是由于它們具有引發(fā)革命的潛力，因此是值得進(jìn)行研究的。

光子計算機(jī)

光子計算機(jī)可能是這三種新技術(shù)中最接近傳統(tǒng)的一種。幾十年來，這種技術(shù)已經(jīng)得到了有限的應(yīng)用，尤其是在軍用信號處理方面。

在光子計算技術(shù)中，光能夠像電一樣傳送信息，甚至傳送效果更好，，光束在把信息從一地傳送至另一地的效果要優(yōu)于電，這也就是電話公司利用光纜進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信的緣故。光對通信十分有用的原因，在于它不會與周圍環(huán)境發(fā)生相互影響，這是它與電不同的一點(diǎn)。兩束光線可以神不知鬼不覺地互相穿透。光在長距離內(nèi)傳輸要比電子信號快約100倍，光器件的能耗非常低。預(yù)計，光子計算機(jī)的運(yùn)算速度可能比今天的超級計算機(jī)快1000到10000倍。

令人遺憾的是，正是這種極端的獨(dú)立性使得人們難以制造出一種全光子計算機(jī)，因?yàn)橛嬎闾幚硇枰孟嗷ブg的影響。要想制造真正的光子計算機(jī)，就必須開發(fā)出光學(xué)晶體管，這樣就可以用一條光束來開關(guān)另一條光束了。這樣的裝置已經(jīng)存在，但是要制造具有適合的性能特征的光學(xué)晶體管，還需要仰仗材料科學(xué)領(lǐng)域的重大突破。

生物計算機(jī)

與光子計算技術(shù)相比，大規(guī)模生物計算技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來更為困難，不過其潛力也更大。不妨設(shè)想一種大小像柚子，能夠進(jìn)行實(shí)時圖像處理、語音識別及邏輯推理的超級計算機(jī)。這樣的計算機(jī)已經(jīng)存在：它們就是人腦。自本世紀(jì)70年代以來，人們開始研究生物計算機(jī)（也叫分子計算機(jī)），隨著生物技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展，我們將開始了解并操縱制造大腦的基因?qū)W機(jī)制。

生物計算機(jī)將具有比電子計算機(jī)和光學(xué)計算機(jī)更優(yōu)異的性能。如果技術(shù)進(jìn)步繼續(xù)保持目前的速度，可以想像在一二十年之后，超級計算機(jī)將大量涌現(xiàn)。這聽起來也許像科幻小說，但是實(shí)際上已經(jīng)出現(xiàn)了這方面的實(shí)驗(yàn)。例如，硅片上長出排列特殊的神經(jīng)元的“生物芯片”已被生產(chǎn)出來。

在另外一些實(shí)驗(yàn)室里，研究人員已經(jīng)利用有關(guān)的數(shù)據(jù)對DNA的單鏈進(jìn)行了編碼，從而使這些單鏈能夠在燒瓶中實(shí)施運(yùn)算。這些生物計算實(shí)驗(yàn)離實(shí)用還很遙遠(yuǎn)，然而1958年時我們對集成電路的看法也不過如此。

量子計算機(jī)

量子力學(xué)是第三種有潛力創(chuàng)造超級計算革命的技術(shù)。這一概念比光子計算或生物計算的概念出現(xiàn)得晚，但是卻具有更大的革命潛力。由于量子計算機(jī)利用了量子力學(xué)違反直覺的法則，它們的潛在運(yùn)算速度將大大快于電子計算機(jī)。事實(shí)上，它們速度的提高差不多是沒有止境的。一臺具有5000個左右量子位的量子計算機(jī)可以在大約3 0秒內(nèi)解決傳統(tǒng)超級計算機(jī)需要100億年才能解決的素數(shù)問題。

眼下恰好有一項(xiàng)重要的用途適合這種貌似深奧的作業(yè)。通過對代表數(shù)據(jù)的代碼進(jìn)行加密，計算機(jī)數(shù)據(jù)得到保護(hù)。而解密的數(shù)學(xué)“鑰匙”是以十分巨大的數(shù)字——一般長達(dá)250位——及其素數(shù)因子的形式出現(xiàn)的。這樣的加密被認(rèn)為是無法破譯的，因?yàn)闆]有一臺傳統(tǒng)計算機(jī)能夠在適當(dāng)?shù)臅r間里計算出如此巨大數(shù)字的素數(shù)因子。但是，至少在理論上，量子計算機(jī)可以輕易地處理這些素數(shù)加密方案。因此，量子計算機(jī)黑客將不僅能夠輕而易舉地獲得常常出沒于各種計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（包括因特網(wǎng)）中的信用卡號碼及其他個人信息，而且能夠輕易獲取政府及軍方機(jī)密。這也正是某些奉行“寧為人先、莫落人后”這一原則的政府機(jī)構(gòu)一直在投入巨資進(jìn)行量子計算機(jī)研究的原因。

量子超級網(wǎng)絡(luò)引擎

量子計算機(jī)將不大可能破壞因特網(wǎng)的完整性，不僅如此，它們到頭來還可能給因特網(wǎng)帶來巨大的好處。兩年前，貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究人員洛夫·格羅弗發(fā)現(xiàn)了用量子計算機(jī)處理我們許多人的一種日常事務(wù)的方法———搜尋隱藏在浩如煙海的龐大數(shù)據(jù)庫內(nèi)的某項(xiàng)信息。尋找數(shù)據(jù)庫中的信息就像是在公文包里找東西一樣。如果各不相同的量子位狀態(tài)組合分別檢索數(shù)據(jù)庫不同的部分，那么其中的一種狀態(tài)組合將會遭遇到所需查找的信息。

由于某些技術(shù)的限制，量子搜索所能帶來的速度提高并沒有預(yù)計的那么大，例如，如果要在1億個地址中搜索某個地址，傳統(tǒng)計算機(jī)需要進(jìn)行大約5000萬次嘗試才能找到該地址；而量子計算機(jī)則需大約1萬次嘗試，不過這已經(jīng)是很大的改善了，如果數(shù)據(jù)庫增大的話，改善將會更大。此外，數(shù)據(jù)庫搜索是一種十分基礎(chǔ)的計算機(jī)任務(wù)，任何的改善都很可能對大批的應(yīng)用產(chǎn)生影響。

迄今為止，很少有研究人員愿意預(yù)言量子計算機(jī)是否將會得到更為廣泛的應(yīng)用。盡管如此，總的趨勢一直是喜人的。盡管許多物理學(xué)家————如果不是全部的話———一開始曾認(rèn)為量子力學(xué)撲朔迷離的本性必定會消除實(shí)用量子計算技術(shù)面臨的難以捉摸而又根深蒂固的障礙，但已經(jīng)進(jìn)行的深刻而廣泛的理論研究卻尚未能造就一臺實(shí)實(shí)在在的機(jī)器。

那么，量子計算機(jī)的研究熱潮到底意味著什么？計算技術(shù)的歷史表明，總是先有硬件和軟件的突破，然后才出現(xiàn)需要由它們解決的問題?；蛟S，到我們需要檢索那些用普通計算機(jī)耗時數(shù)月才能查完的龐大數(shù)據(jù)庫時，量子計算機(jī)才將會真正開始投入運(yùn)行。研究將能取代電子計算機(jī)的技術(shù)并非易事。畢竟，采用標(biāo)準(zhǔn)微處理器技術(shù)的并行計算機(jī)每隔幾年都會有長足的進(jìn)步。因此，任何要想取代它的技術(shù)必須極其出色。不過，計算技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步始終是十分迅速的，并且充滿了意想不到的事情。對未來的預(yù)測從來都是靠不住的，事后看來，那些斷言“此事不可行”的說法，才是最最愚蠢的。

除了超級計算機(jī)外，未來計算機(jī)還會在哪些方面進(jìn)行發(fā)展呢？

多媒體技術(shù)

多媒體技術(shù)是進(jìn)一步拓寬計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的新興技術(shù)。它是把文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像和聲音等信息媒體作為一個集成體有計算機(jī)來處理，把計算機(jī)帶入了一個聲、文、圖集成的應(yīng)用領(lǐng)域。多媒體必須要有顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿、視頻錄象帶／盤、攝象機(jī)、輸入／輸出、電訊傳送等多種外部設(shè)備。多媒體系統(tǒng)把計算機(jī)、家用電器、通信設(shè)備組成一個整體由計算機(jī)統(tǒng)一控制和管理。多媒體系統(tǒng)將對人類社會產(chǎn)生巨大的影響。

網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)前的計算機(jī)系統(tǒng)多是連成網(wǎng)絡(luò)的計算機(jī)系統(tǒng)。所謂網(wǎng)絡(luò)，是指在地理上分散布置的多臺獨(dú)立計算機(jī)通過通信線路互連構(gòu)成的系統(tǒng)。根據(jù)聯(lián)網(wǎng)區(qū)域的大小，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分成居域網(wǎng)和遠(yuǎn)程網(wǎng)。小至一個工廠的各個車間和辦公室，大到跨洲隔洋都可構(gòu)成計算機(jī)網(wǎng)。因特網(wǎng)將發(fā)展成為人類社會中一股看不見的強(qiáng)大力量－－它悄無聲息地向人們傳遞各種信息，以最快、最先進(jìn)的手段方便人類的工作和生活?，F(xiàn)在的因特網(wǎng)發(fā)展有將世界變成“地球村”的趨勢。

專家認(rèn)為PC機(jī)不會馬上消失，而同時單功能或有限功能的終端設(shè)備（如手執(zhí)電腦、智能電話）將挑戰(zhàn)PC機(jī)作為計算機(jī)革新動力的地位。把因特網(wǎng)的接入和電子郵件的功能與有限的計算功能結(jié)合起來的“置頂式”計算機(jī)如網(wǎng)絡(luò)電視將會很快流行開來。單功能的終端最終會變得更易應(yīng)用

智能化計算機(jī)

我們對大腦的認(rèn)識還很膚淺，但是使計算機(jī)智能化的工作絕不能等到人們對大腦有足夠認(rèn)識以后才開始。使計算機(jī)更聰明，從開始就是人們不斷追求的目標(biāo)。目前用計算機(jī)進(jìn)行的輔助設(shè)計、翻譯、檢索、繪圖、寫作、下棋、機(jī)械作業(yè)等方面的發(fā)展，已經(jīng)向計算機(jī)的智能化邁進(jìn)了一步。隨著計算機(jī)性能的不斷提高，人工智能技術(shù)在徘徊了50年之后終于找到了露臉的機(jī)會，世界頭號國際象棋大師卡斯帕羅夫向“深藍(lán)”的俯首稱臣，讓人腦第一次嘗到了在電腦面前失敗的滋味。人類從來沒有像今天這樣深感憂懼，也從來沒有像今天這樣強(qiáng)烈地感受到認(rèn)識自身的需要。

目前的計算機(jī)，多數(shù)是馮·諾依曼型計算機(jī)，它在認(rèn)字、識圖、聽話及形象思維方面的功能特別差。為了使計算機(jī)更加人工智能化，科學(xué)家開始使計算機(jī)模擬人類大腦的功能，近年來，各先進(jìn)國家注意開展人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究，向計算機(jī)的智能化邁出了重要的一步。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在三個方面：具有自學(xué)功能。六如實(shí)現(xiàn)圖象識別時，只要線把許多不同的圖象樣板和對應(yīng)的應(yīng)識別的結(jié)果輸入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)就會通過自學(xué)功能，漫漫學(xué)會識別類似的圖像。自學(xué)功能對于預(yù)測有特別重要的意義。預(yù)期未來的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)將為人類提供同經(jīng)濟(jì)預(yù)測、市場預(yù)測、效益預(yù)測、其前途是很遠(yuǎn)大的。

具有聯(lián)想儲存功能。人的大腦是具有兩廂功能的。如果有人和你提起你幼年的同學(xué)張某某。，你就會聯(lián)想起張某某的許多事情。用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反饋網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)這種聯(lián)想。

具有高速尋找優(yōu)化解的能力。尋找一個復(fù)雜問題的優(yōu)化解，往往需要很大的計算量，利用一個針對某問題而設(shè)計的反饋人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮計算機(jī)的高速運(yùn)算能力，可能很快找到優(yōu)化解。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是未來為電子技術(shù)應(yīng)用的新流域。智能計算機(jī)的構(gòu)成，可能就是作為主機(jī)的馮·諾依曼機(jī)與作為智能外圍的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。

人們普遍認(rèn)為智能計算機(jī)將像穆爾定律（1965年提出的預(yù)測半導(dǎo)體能力將以幾何速度增長的定律）的應(yīng)驗(yàn)?zāi)菢颖厝怀霈F(xiàn)。提出這一定律的英特爾公司名譽(yù)董事長戈登·穆爾本人也同意這一看法，他認(rèn)為：“硅智能將發(fā)展到很難將計算機(jī)和人區(qū)分開來的程度。”但是計算機(jī)智能不會到此為止。許多科學(xué)家斷言，機(jī)器的智慧會迅速超過阿爾伯特·愛因斯坦和霍金的智慧之和?；艚鹫J(rèn)為，就像人類可以憑借其高超的搗弄數(shù)字的能力來設(shè)計計算機(jī)一樣，智能機(jī)器將創(chuàng)造出性能更好的計算機(jī)。最遲到下個世紀(jì)中葉（而且很可能還要快得多），計算機(jī)的智能也許就會超出人類的理解能力。

世紀(jì)發(fā)現(xiàn)·從圖靈機(jī)到馮·諾依曼機(jī)

英國科學(xué)家艾倫·圖靈1937年發(fā)表著名的《論應(yīng)用于解決問題的可計算數(shù)字》一文。文中提出思考原理計算機(jī)——圖靈機(jī)的概念，推進(jìn)了計算機(jī)理論的發(fā)展。1945年圖靈到英國國家物理研究所工作，并開始設(shè)計自動計算機(jī)。1950年，圖靈發(fā)表題為《計算機(jī)能思考嗎？》的論文，設(shè)計了著名的圖靈測驗(yàn)，通過問答來測試計算機(jī)是否具有同人類相等的智力。

圖靈提出了一種抽象計算模型，用來精確定義可計算函數(shù)。圖靈機(jī)由一個控制器、一條可無限伸延的帶子和一個在帶子上左右移動的讀寫頭組成。這個在概念上如此簡單的機(jī)器，理論上卻可以計算任何直觀可計算的函數(shù)。圖靈機(jī)作為計算機(jī)的理論模型，在有關(guān)計算機(jī)和計算復(fù)雜性的研究方面得到廣泛應(yīng)用。

計算機(jī)是人類制造出來的信息加工工具。如果說人類制造的其他工具是人類雙手的延伸，那么計算機(jī)作為代替人腦進(jìn)行信息加工的工具，則可以說是人類大腦的延伸。最初真正制造出來的計算機(jī)是用來解決數(shù)值計算問題的。二次大戰(zhàn)后期，當(dāng)時為軍事目的進(jìn)行的一系列破譯密碼和彈道計算工作，越來越復(fù)雜。大量的數(shù)據(jù)、復(fù)雜的計算公式，即使使用電動機(jī)械計算器也要耗費(fèi)相當(dāng)?shù)娜肆蜁r間。在這種背景下，人們開始研制電子計算機(jī)。

世界上第一臺計算機(jī)“科洛薩斯”誕生于英國，“科洛薩斯”計算機(jī)是1943年3月開始研制的，當(dāng)時研制“科洛薩斯”計算機(jī)的主要目的是破譯經(jīng)德國“洛倫茨”加密機(jī)加密過的密碼。使用其他手段破譯這種密碼需要6至8個星期，而使用‘科洛薩斯’計算機(jī)則僅需6至8小時。1944年1月10日，“科洛薩斯”計算機(jī)開始運(yùn)行。自它投入使用后，德軍大量高級軍事機(jī)密很快被破譯，盟軍如虎添翼。“科洛薩斯”比美國的ENIAC計算機(jī)問世早兩年多，在二戰(zhàn)期間破譯了大量德軍機(jī)密，戰(zhàn)爭結(jié)束后，它被秘密銷毀了，故不為人所了解。

盡管第一臺電子計算機(jī)誕生于英國，但英國沒有抓住由計算機(jī)引發(fā)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)革命的機(jī)遇。相比之下，美國抓住了這一歷史機(jī)遇，鼓勵發(fā)展計算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，從而崛起了一大批計算機(jī)產(chǎn)業(yè)巨頭，大大促進(jìn)了美國綜合國力的發(fā)展。1944年美國國防部門組織了有莫奇利和埃克脫領(lǐng)導(dǎo)的ENIAC計算機(jī)的研究小組，當(dāng)時在普林斯頓大學(xué)工作的現(xiàn)代計算機(jī)的奠基者美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼也參加了者像研究工作。1946年研究工作獲得成功，制成了世界上第一臺電子數(shù)字計算機(jī)ENIAC。這臺用18000只電子管組成的計算機(jī)，盡管體積龐大，耗電量驚人，功能有限，但是確實(shí)起了節(jié)約人力節(jié)省時間的作用，而且開辟了一個計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元。這也許連制造它的科學(xué)家們也是始料不及的。

最早的計算機(jī)盡管功能有限，和現(xiàn)代計算機(jī)有很大的差別，但是它已具備了現(xiàn)代計算機(jī)的基本部分，那就是運(yùn)算器、控制器和存儲器。

運(yùn)算器就象算盤，用來進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，并獲得計算結(jié)果。而控制器就象機(jī)算機(jī)的司令部，指揮著計算機(jī)各個部分的工作，它的指揮是靠發(fā)出一系列控制信號完成的。

計算機(jī)的程序、數(shù)據(jù)、以及在運(yùn)算中產(chǎn)生的中間結(jié)果以及最后結(jié)果都要有個存儲的地方，這就是計算機(jī)的第三個部件——存儲器。

計算機(jī)是自動進(jìn)行計算的，自動計算的根據(jù)就是存儲于計算機(jī)中的程序?，F(xiàn)代的計算機(jī)都是存儲程序計算機(jī)，又叫馮·諾依曼機(jī)，這是因?yàn)榇鎯Τ绦虻母拍钍邱T·諾依曼提出的。人們按照要解決的問題的數(shù)學(xué)描述，用計算機(jī)能接受的“語言”編制成程序，輸入并存儲于計算機(jī)，計算機(jī)就能按人的意圖，自動地高速地完成運(yùn)算并輸出結(jié)果。程序要為計算機(jī)提供要運(yùn)算的數(shù)據(jù)、運(yùn)算的順序、進(jìn)行何種運(yùn)算等等。

微電子技術(shù)的產(chǎn)生使計算機(jī)的發(fā)展又有了新的機(jī)遇，它使計算機(jī)小型化成為可能。微電子技術(shù)的發(fā)展可以追溯到晶體管的出現(xiàn)。1947年美國電報電話公司的貝爾實(shí)驗(yàn)室的三位學(xué)家巴丁、不賴頓和肖克萊制成第一支晶體管，開始了以晶體管代替電子管的時代。

晶體管的出現(xiàn)可以說是集成電路出臺的序幕。晶體管出現(xiàn)后，一些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，把電路元器件和連線像制造晶體管那樣做在一塊硅片上可實(shí)現(xiàn)電路的小型化。于是，晶體管制造工業(yè)經(jīng)過10年的發(fā)展后，1958年出現(xiàn)了第一塊集成電路。

微電子技術(shù)的發(fā)展，集成電路的出現(xiàn)，首先引起了計算機(jī)技術(shù)的巨大變革。現(xiàn)代計算機(jī)多把運(yùn)算器和控制器做在一起，叫微處理器，由于計算機(jī)的心臟——微處理器（計算機(jī)芯片）的集成化，使微型計算機(jī)應(yīng)運(yùn)爾生，并在70－80年代間得到迅速發(fā)展，特別是IBM PC個人計算機(jī)出現(xiàn)以后，打開了計算機(jī)普及的大門，促進(jìn)了計算機(jī)在各行各業(yè)的應(yīng)用，五六十年代，價格昂貴、體積龐大、耗電量驚人的計算機(jī)，只能在少數(shù)大型軍事或科研設(shè)施中應(yīng)用，今天由于采用了大規(guī)模集成電路，計算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入普通的辦公室和家庭。

標(biāo)志集成電路水平的指標(biāo)之一是集成度，即在一定尺寸的芯片上能做出多少個晶體管，從集成電路出現(xiàn)到今天，僅40余年，發(fā)展的速度卻是驚人的，芯片越做越小，這對生產(chǎn)、生活的影響也是深遠(yuǎn)的。ENIAC計算機(jī)占地150平方米，重達(dá)30噸，耗電量幾百瓦，其所完成的計算，今天高級一點(diǎn)的袖珍計算器皆可完成。這就是微電子技術(shù)和集成電路所創(chuàng)造的奇跡。