人工智能与计算机硬件:计算机的身体

2023-11-15 理论教育版权反馈

【摘要】：由于计算机强大的信息处理功能，可以代替一部分人脑的劳动，人们把它看作是人脑的延伸，所以将计算机称“电脑”，把微型电子计算机称为微电脑。人的活动由人脑支配，人脑的功能主要是信息处理过程即信息收集、信息的加工以及信息的传递。但是，如果耳、口、手、眼以及头脑都只是物理地单独存在，也就达不到任何目的。电子计算机的工作和人脑的工作过程十分相似，如银行原有200元，现在又存入50元，以后又取出20元，问结余多少？

在人与大自然的斗争中，人类创造出各种工具和器械，这些工具和器械是人们五官的延伸。比如，钳、锤、锹、镐、车床、吊车等是人手功能的延伸；车、船、飞机是人腿功能的延伸；显微镜、放大镜、望远镜等是人眼功能的延伸；电话、收音机等是人耳功能的延伸。

电子计算机，人们又把它称为“电脑”。“电”就是“电子产品”的电，那么“脑”呢，是人类大脑的“脑”吗？不错，就是大脑的“脑”。计算机最初设计是为了记录数字和运算数字，今天的计算机除了运算以外，还能够处理各种信息，如文字、图像、声音等。因此，计算机是一种能快速而高效地自动完成信息处理的电子设备。它能够按照程序引导的确定步骤，对输入数据进行加工处理、存储或传输，以便获得所期望的输出信息。由于计算机强大的信息处理功能，可以代替一部分人脑的劳动，人们把它看作是人脑的延伸，所以将计算机称“电脑”，把微型电子计算机称为微电脑。

在电子计算机出现初期，人们把它当作一种高级的计算工具，用来代替人工进行烦琐、精密的数字运算。随着计算机技术的飞速发展，计算机的功能已越来越强，大量应用于工业自动化控制、信息收集和分析处理、图像识别、文章翻译等非数值处理方面。目前，电子计算机已经广泛应用于社会各个领域，微型电子计算机也开始进入寻常百姓家，成为人们工作、学习、娱乐的好助手。那么电脑是怎样工作的呢？让我们先来看看人脑是怎样工作的。

人的活动由人脑支配，人脑的功能主要是信息处理过程即信息收集、信息的加工以及信息的传递。

人对信息的收集，主要靠口、鼻、眼、耳、手5种器官：手可以感觉冷热、硬软，耳可以分辨声音，眼能识别文字、颜色、形状、记号，口、鼻能辨别气味。

由于感官所感觉到的信息送到脑子里被记忆起来，就是信息的输入和存储。人的头脑构造是非常奇妙的，认为需要的事就可以记住，而且又能够根据需要把它重新回忆起来，还具有对收集到的信息进行计算、比较、判断和加工的能力。这些能力称为信息的输入、存储、记忆和运算功能，从而能进行信息的存储和加工。脑子里处理过的信息还可以根据需要输送出来，用手以文字和图画来表示，或由嘴以语言来表达。这些都称为输出功能，只有有了这些功能才能够把自己的意思传达给别人。

把上述输入、记忆、运算、输出等各项功能巧妙地结合起来，就可以进行预期目的的信息处理。另外，还有更加重要的一项功能，即整体的功能。此项功能主要是依赖神经系统的作用，把必要的指令传递给口、鼻、眼、耳、手等各个功能器官，控制信息处理。如上所述，人具有以头脑为核心的输入、输出、记忆、运算和控制等五种处理信息的功能，并能把它们有机地联系起来，使人能灵活地处理各种事物。但是，如果耳、口、手、眼以及头脑都只是物理地单独存在，也就达不到任何目的。实际上，为了处理信息，必须对5种功能器官发出某种动作指令才行，也就是说，在进行信息处理时，应该了解其处理方法。例如，为了预报天气，有必要掌握有关知识以作为分析判断的根据。如果遇到了低气压，就是要下雨的征兆；而见到了晚霞，说明第二天可能是晴天。这些工作就是人类的信息处理。(www.chuimin.cn)

为了完成信息处理，只靠手、眼、口、鼻、耳五大器官这样的硬件还不行，还必须具备必要的方法、规则和知识，这些方法、规则和知识统称为软件。人对输入信息的处理方法主要用的是比较法，也就是说拿新收集到的信息与人脑中已有的知识比较，相同的、相似的就认识了；从来没有见过的就要进行学习，学会了就会存在脑子里，再遇到类似的就能认识了。算术也是一样，要让小孩做乘法，得首先教给他乘法规则，即软件。因此，脑子里知识越多，即软件越丰富，处理信息的能力就越强。这样一来，人在日常活动中要想处理信息时，在功能方面就可以满足要求了。但是在处理速度、正确性以及经济性方面，由于情况不同、差异很大，即使所有的人在上述方面都存在着相同的性能，而从眼和耳输入的速度和准确性方面也是有不同的。不过，输入速度在某种程度上是受限制的，这主要是为了和人的脑子在处理信息方面的能力保持平衡。一般认为，我们头脑中有140亿个记忆元素，足见容量是相当可观的。但是，人的记忆运算信息的速度如果追不上输入速度的话，那么两者之间就产生了不平衡，从而引起某些功能的紊乱。为了防止出现这种情况，就要根据头脑中信息的再生速度、运算速度、记忆速度等，与输入输出处理在时间上保持平衡。有时我们把不能全部记住的或一时用不着但以后有用的内容记录下来，而当我们查阅记录时，就弥补了我们记忆上的模糊和遗忘。这些记录也可以叫脑外存储器，以帮助脑记忆。我们平时所用的账簿或报表就是用来代替脑子的，以弥补我们脑子记忆力的不足。

人的计算和判断能力差别很大，判断速度也因人而异，其判断得正确与否也因人而不同。我们为了弥补计算和判断能力的不足，通常都要使用台式计算器、计算尺和算盘等工具。信息通过人脑的判断，去掉错误成分，把正确的东西传给别人，就是所谓输出，写和说是主要形式。写字快、慢或整齐、潦草因人而异。另一方面，说话也有各种各样的差别，为了弥补输出功能上的这些欠缺，人们常使用打字机和复印机，或者电话和扩音器。

总之，只靠人自己所具有的信息处理功能，在现代复杂的社会里不能应付的事情是很多的。为了对大量的信息准确、快速而又经济地处理，把结果提供给别人，就不得不使用计算器、算盘、电话、打字机以及复印机等小工具。但是，这些小工具只不过是部分地把眼、耳、手等的功能稍微增加了一些，而在信息量飞速增长、处理的内容复杂化的当今社会，只依靠这些是不可能完全处理好的。于是，人们制造了优良的信息处理系统来代替人的信息处理功能。电子计算机的工作和人脑的工作过程十分相似，如银行原有200元，现在又存入50元，以后又取出20元，问结余多少？这是一个简单的加减计算。计算这个问题，如果用算盘做计算工具，用纸和笔做记录工具，整个技术工作在人脑控制下进行需要下面四个步骤：第一步，先把3个数200、50、20记录在纸上；第二步，记录算法200+50-20；第三步，按照算法在算盘上进行运算，得到结果，在纸上记录下别的结果；第四步，把这个过程用账单的方式写出来，以便看清楚。

现在我们用计算机完成上述工作。数据通过输入设备送入存储器，相当于第一步；在控制器的指挥下，数据从存储器到运算器进行运算，所有的运算都在这里完成，它是电脑的技术中心；所有运算完成以后将结果通过输出设备打印或显示出来；控制器起人大脑的指挥作用，它指挥计算机做一系列动作。

从上述过程可以看出，用计算机来完成这个存款结算问题与用算盘来做是类似的，只不过计算机在工作之前必须将题目的原始数据、解题步骤、方法等全部存入存储器。控制器在适当的时间向适当的部件发出适当的命令，一切的运算和信息加工都在运算器里完成，最后将结果输出。

由此可知，与人相似，电子计算机系统也是由硬件和软件组成。人们把组成电子计算机的一切电器设备，如运算器、控制器、存储器、输入、输出设备等计算机本身的物理机构称为计算机硬件，简称硬件。然而，只有硬件计算机是不能工作的，要使计算机能够顺利地运行并计算和处理各种问题，必须给它编各种程序及相关的文档资料，统称为计算机的软件。计算机的软件主要包括：各种计算机语言的汇编或解释、编译程序；计算机的监控管理程序，故障检查和诊断程序；程序库；操作系统；各种应用程序。软件与硬件的紧密结合才成为完整的计算机系统。

人工智能与计算机硬件:计算机的身体

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