人腦與電腦戴君惕人教版課文

1、人腦與電腦戴君惕【課文導(dǎo)讀】這是一篇介紹人腦與電腦的科普說(shuō)明文.閱讀課文,我們將走進(jìn)神奇的計(jì)算機(jī)世界.了解電腦與人腦的區(qū)別.同時(shí),從計(jì)算機(jī)日益變化開(kāi)展的過(guò)程中領(lǐng)略人類(lèi)無(wú)窮的智慧.作者恰當(dāng)運(yùn)用作比擬、 舉例子、列數(shù)字等說(shuō)明方法,把原本讓人以為極為刻板深?yuàn)W的科學(xué)知 識(shí)介紹的既準(zhǔn)確細(xì)致又引人入勝,使課文融知識(shí)性、科學(xué)性和趣味性于一體.閱讀時(shí),我們要認(rèn)真體會(huì)這一特點(diǎn).1946年,在美國(guó)科學(xué)家艾克特和毛里利的指導(dǎo)下,第一家大型電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世了.人 們從世界各地絡(luò)繹不絕地來(lái)參觀這個(gè)占地6個(gè)房間的面積,重 30噸的龐然大物.這臺(tái)電子計(jì)算機(jī)叫做“埃尼阿克,機(jī)內(nèi)使用了 1800個(gè)電子管,7000個(gè)電阻,1000

2、0個(gè)電容器和6000 個(gè)繼電器,造價(jià)為1億美元.它的運(yùn)算速度是每秒5000次,比人算快20萬(wàn)倍,比當(dāng)時(shí)最好的手搖計(jì)算機(jī)快1000倍.人們看到它輕而易舉地計(jì)算著各種繁難的數(shù)學(xué)題,無(wú)不大為贊嘆.操縱“埃尼阿克當(dāng)然是件無(wú)上榮耀的事.所以,年輕的計(jì)算機(jī)專(zhuān)家在白天緊張的工作后,仍舍不得離開(kāi).他們想利用機(jī)器的空余時(shí)間做一項(xiàng)有趣的嘗試一一打破計(jì)算“兀 的小 數(shù)點(diǎn)后數(shù)字的世界紀(jì)錄.“兀即圓周率,是自然界最重要的無(wú)理數(shù)之一.遠(yuǎn)在 1500年前,我國(guó)偉大的數(shù)學(xué)家 祖沖之就精確測(cè)算出兀的數(shù)值到小數(shù)點(diǎn)后第七位,即兀值在 3.1415926和3.1415927之間. 西方數(shù)學(xué)家在1100多年后才得到這個(gè)數(shù)值.從這以后,

3、許多數(shù)學(xué)家消耗了大量精力來(lái)計(jì)算更精確的兀值. 1593年,法國(guó)數(shù)學(xué)家韋 達(dá)把兀值計(jì)算到17位小數(shù),德國(guó)的魯爾道夫算到了小數(shù)點(diǎn)后35位.1717年,英國(guó)的夏普超過(guò)魯爾道夫,把兀算到了小數(shù)點(diǎn)后72位,到了 19世紀(jì),威加、達(dá)斯、雷歇分別把兀算到了小數(shù)點(diǎn)后第140、200和500位.最后在1873年,謝克斯花了整整15年時(shí)間來(lái)計(jì)算兀值,終于求得了小數(shù)點(diǎn)后 707位數(shù)值,這個(gè)世界紀(jì)錄一直保持到20世紀(jì)40年代.現(xiàn)在,操縱計(jì)算機(jī)的小伙子們編好了一個(gè)計(jì)算兀的無(wú)窮級(jí)數(shù)的程序,把它輸入“埃尼阿克.結(jié)果,計(jì)算機(jī)只算了 70多個(gè)小時(shí),竟把兀值計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后2035位！使人們大為震驚的是在第五百幾十位的地方,計(jì)算機(jī)

4、專(zhuān)家發(fā)現(xiàn)謝克斯的數(shù)值有一個(gè)錯(cuò)誤.這樣,謝克斯的兀值從這位數(shù)后的100多個(gè)位數(shù)便全部出了錯(cuò), 這就把可憐的謝克斯的15年努力全部一筆勾銷(xiāo)了！電子計(jì)算機(jī)真是人類(lèi)的偉大創(chuàng)造.在運(yùn)算速度方面,它有著人所無(wú)法相比的優(yōu)越性.最近我國(guó)制成的“銀河巨型計(jì)算機(jī),每秒鐘能進(jìn)行10億次運(yùn)算,利用它可以解決那些要花費(fèi)成千上萬(wàn)人的一生才能精確計(jì)算的極為復(fù)雜的問(wèn)題.同時(shí),也只有利用計(jì)算機(jī)才能限制各種快速運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜系統(tǒng).但是,在以計(jì)算機(jī)為核心的現(xiàn)代限制系統(tǒng)里,人仍然是最重要的環(huán)節(jié),這是由于人體擁有一臺(tái)世界上最完善的“天然計(jì)算機(jī)一一大腦.人腦,大約只有1500克重,體積只有1500毫升左右,所需能量不到 2.5瓦,但卻有 1

5、40億到150億個(gè)細(xì)胞,這個(gè)數(shù)目是全世界人口總數(shù)的3倍.目前,最好的電子計(jì)算機(jī)一一巨型機(jī)比人腦要重上萬(wàn)倍,消耗的電能也要多上萬(wàn)倍,但它的“記憶和“思考水平卻遠(yuǎn) 不及人腦,可靠性也比人腦差得多.人腦有很強(qiáng)的記憶力,并且善于思考.人類(lèi)在解決問(wèn)題時(shí),能夠聯(lián)想和回憶,能夠一邊 思考舊問(wèn)題,一邊解答新問(wèn)題；遇到出乎意料的情況時(shí),人能夠隨機(jī)應(yīng)變,妥善處理,電子 計(jì)算機(jī)就缺乏這種創(chuàng)造性思維.至于人腦能利用視、聽(tīng)、味、觸等感覺(jué)器官的信息,綜合地感知外界的復(fù)雜情況,做出相應(yīng)的處理,更是電子計(jì)算機(jī)所望塵莫及的.為了進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和自動(dòng)機(jī)的新的設(shè)計(jì)原理,仿生學(xué)家和電子學(xué)家正致力于生物腦思維和記憶機(jī)制的研究. 當(dāng)然

6、,事情得由易到難,首先應(yīng)研究昆蟲(chóng)和蠕蟲(chóng)的簡(jiǎn)單的腦.目前科學(xué)家已研制出一種“人工腦模型,它不但具有復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序,還有簡(jiǎn)單的“思考 水平.將來(lái),把這種“人工腦裝在機(jī)器人身上,就有可能制造具有較高 “智能的機(jī)器人.第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生于 1946年,但它“衰老得很快.1955年,這臺(tái)每秒只能運(yùn)算 5000次的巨人就被停止使用了.至IJ1957年,12歲的“埃尼阿克已被人們拆得七零八落,正式進(jìn)入了墳?zāi)?但它的子孫卻一代勝過(guò)一代,在地球上迅速地繁衍起來(lái).1956年第二代電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世了. 它的元件不再是電子管,而是體積小得多、性能好得多的晶體管.晶體管計(jì)算機(jī)的體積是電子管計(jì)算機(jī)體積的千分之一,但效率

7、和壽命卻提升1000倍！1958年美國(guó)人吉爾比把晶體管、二極管、電阻、電容、電感等分立的電子元件做在一 塊硅片上,制成了世界上第一塊集成電路.不久,第三代電子計(jì)算機(jī)一一集成電路計(jì)算機(jī)制 成,它的體積比第二代計(jì)算機(jī)又明顯縮小.1971年,英國(guó)霍夫把2250個(gè)晶體管微化到一粒米大小的硅片上,制成了第一塊大規(guī)模 集成電路.1975年,以大規(guī)模集成電路為元件的第四代電腦問(wèn)世.這一代電腦向著兩個(gè)方 向開(kāi)展：一個(gè)方向是每秒計(jì)算億次甚至幾十、幾百億次的巨型機(jī)；另一個(gè)方向是體積很小的微電腦.短短幾年內(nèi),微電腦一躍而成為計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化科學(xué)的最大熱門(mén).從第一代計(jì)算機(jī)到最小的微型電腦,重量已從幾十噸減輕到幾十克,體

8、積已從幾個(gè)大房間縮小到一個(gè)香煙盒 那么大,耗電量已從幾百千瓦下降到幾十瓦,而計(jì)算機(jī)性能卻提升了上百萬(wàn)倍,價(jià)格也降低到原來(lái)的萬(wàn)分之一,這是多么了不起的成就啊！可是,與生物的腦相比,計(jì)算機(jī)還存在很大的差距.人們還得趕緊研制更新式的計(jì)算機(jī).1978年美國(guó)沃爾夫創(chuàng)造了超大規(guī)模集成電路.兩年后,采用沃爾夫的方法制造出能集 成60萬(wàn)個(gè)晶體管的微型硅片.此后,一家公司造出了含1048000個(gè)信息單位的微型集成電路片,最近又有4兆個(gè)信息單位存儲(chǔ)芯片問(wèn)世.在這根底上,第五代電腦已經(jīng)研究成功.第五代電腦在微型化方面已經(jīng)可以與生物腦媲美了.但是,這仍然是沒(méi)有思維水平的機(jī)器.要更逼真地模仿人腦,從現(xiàn)在起就得著手研究第

9、六代、第七代電子計(jì)算機(jī).人類(lèi)的智慧真是無(wú)窮無(wú)盡.現(xiàn)在,第六代計(jì)算機(jī)的研究方案已經(jīng)提出來(lái)了,這就是利用活的“生物集成電路的生物電子計(jì)算機(jī).擬議中的生物電子計(jì)算機(jī),不用現(xiàn)行的硅集成塊組裝,而是用系列生物分子構(gòu)成. 這種“生物集成電路,可以是涂有單層蛋白質(zhì)的平面型集成電路玻璃片,也可以是利用活性極 強(qiáng)的蛋白質(zhì)組成的立體分子陣列,植入生物細(xì)胞內(nèi),讓它像集成電路一樣指導(dǎo)電流脈沖.現(xiàn)今硅片上存儲(chǔ)一個(gè)信息單位的地區(qū)仍包含數(shù)以?xún)|計(jì)的原子數(shù),而生物集成電路里,一個(gè)分子就能存儲(chǔ)一個(gè)信息單位. 這樣,計(jì)算機(jī)就能再縮減千萬(wàn)倍, 其運(yùn)算速度要比目前最先進(jìn)的微 電腦快100萬(wàn)倍！最近,科學(xué)家們又設(shè)計(jì)了一種新型的生物電子計(jì)

10、算機(jī)一一DNA分子計(jì)算機(jī).DNA是脫氧核糖核酸的簡(jiǎn)稱(chēng),它是最重要的生命物質(zhì)之一,負(fù)責(zé)貯存和傳遞遺傳信息.DNA有4種生物堿基,它們的不同排列構(gòu)成基因的遺傳密碼.而在DNM分子中,4種堿基的不同排列是一個(gè)天文數(shù)字,因此可以貯存大量的信息.在某種酶的作用下,DN6子之間可在瞬間完成生物化學(xué)反響,從一種基因代碼變成另一種基因代碼,利用這一特點(diǎn)可制造 DNA十算機(jī).到那時(shí),DNA十算機(jī)運(yùn)算幾天相當(dāng)于從計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)全世界所產(chǎn)生的電子計(jì)算機(jī)運(yùn)算量的總 和.1立方米的DNA溶液可存儲(chǔ)1萬(wàn)億億位的數(shù)據(jù),而消耗的能量卻只有一臺(tái)普通電腦的十 億分之一.除運(yùn)算快和耗能低外,生物計(jì)算機(jī)最吸引人的還是它的可思維性,它

11、具有類(lèi)似人腦的功能,即在平行水平上同時(shí)處理眾多的信號(hào)脈沖.這種第六代電腦制成后對(duì)人類(lèi)社會(huì)的巨大影響,是怎么估計(jì)也不會(huì)過(guò)分的！機(jī)器人英文稱(chēng) Roboto這個(gè)名字來(lái)源自捷克作家一出戲劇中的人物.人們?cè)诳苹秒娪爸?常常見(jiàn)到英雄.看過(guò)科幻卡通片“變形金剛的,也無(wú)不對(duì)神通廣闊的汽車(chē)人有著深刻的印 象.人類(lèi)夢(mèng)想制造機(jī)器人來(lái)減輕自己的勞動(dòng)已經(jīng)有幾千年的歷史了.傳說(shuō)魯班曾經(jīng)制造了一個(gè)木人,它“機(jī)關(guān)備具,能在路上自動(dòng)行走并能駕御“木車(chē)馬,這可以說(shuō)是世界上最早的機(jī)器人.到了工業(yè)革命時(shí)代,由于生產(chǎn)開(kāi)展的需要,特別是要進(jìn)行高溫、高壓、高真空或放 射性等危險(xiǎn)條件下的生產(chǎn),機(jī)器人的制作提到了議事日程,日益受到人們的重視.

12、最初的機(jī)器人其實(shí)只是機(jī)械手或操作器,它是模擬人手功能的技術(shù)裝置.機(jī)械手就像一只巨大的手,它的手臂能上下左右地轉(zhuǎn)動(dòng)和伸縮,腕關(guān)節(jié)也能彎曲和轉(zhuǎn)動(dòng),因此能使手指部分自由定向.機(jī)械手在宇宙空間、深海、燃燒室、放射性室、核反響堆等對(duì)人體有危害的區(qū) 域有著十分廣泛的應(yīng)用.機(jī)械手的進(jìn)一步開(kāi)展是遙控操作器,它是帶有“人造眼一一 電視機(jī)的操作器與電子計(jì)算機(jī)聯(lián)用,并由人進(jìn)行限制的人機(jī)系統(tǒng).這種操作器工作時(shí),它的手指觸覺(jué)信號(hào)和 電視機(jī)的視覺(jué)信號(hào)傳給遙控計(jì)算機(jī),此計(jì)算機(jī)像人腦一樣將信息加工后發(fā)到地面限制室里,操作員可直接在顯示屏上看見(jiàn)操作器的工作情況,并通過(guò)限制器和地面計(jì)算機(jī)限制操作器的下一步行動(dòng).遙控操作器已經(jīng)有成

13、百上千種,它們?cè)诟鞣N危險(xiǎn)區(qū)域執(zhí)行著各種各樣的任務(wù).1967年,一臺(tái)遙控操作器登上了月球,它在地球上人的限制下,挖掘了月球外表46厘米深處的土壤樣品,并對(duì)樣品進(jìn)行初步分析,以確定土壤的硬度和重量等,儼然是一位在行的土壤學(xué)家.據(jù)統(tǒng)計(jì),目前世界上共有30萬(wàn)個(gè)工業(yè)機(jī)器人在流水線(xiàn)旁,日夜不停地從事焊接、 油漆、拋光、安裝等簡(jiǎn)單重復(fù)的機(jī)械性操作.在巴黎地鐵車(chē)站內(nèi),一隊(duì)機(jī)器清潔工天天在清掃衛(wèi)生, 它們用履帶行走,還可以上下樓梯.在德國(guó)法蘭克福機(jī)場(chǎng),一個(gè)名叫“全天候清潔工的機(jī) 器人為漢莎航空公司擦洗遠(yuǎn)航歸來(lái)的飛機(jī),它可以在兩小時(shí)之內(nèi)把一架波音747大型客機(jī)擦洗得一干二凈,這項(xiàng)工作原先由16個(gè)清潔工干上十個(gè)小時(shí)

14、才能完成.在日本,機(jī)器人在建筑行業(yè)大顯身手,高樓機(jī)器人用它們腳下的吸盤(pán)牢牢地“站在大樓的玻璃墻面上,進(jìn)行擦玻璃窗的危險(xiǎn)工作.在美國(guó),機(jī)器護(hù)士小姐已經(jīng)在醫(yī)院里代替護(hù)理人員從事各種各樣的效勞 性工作,如送衣、送飯、送藥、送病人及護(hù)理人員需要的一切東西.更神的是偵探機(jī)器人, 它體積極小,行動(dòng)方便,簡(jiǎn)直可以無(wú)孔不入.它嗅覺(jué)靈敏,不僅能嗅到埋藏于地下的炸彈, 還能發(fā)現(xiàn)核技術(shù)裝置的位置,在特別緊急的情況下, 它還能帶上攝像機(jī), 深入敵巢或有放射性物質(zhì)的建筑物中, 向遠(yuǎn)在平安地帶的人傳送圖像及情報(bào).在德國(guó)、日本和美國(guó),還制造出了一些會(huì)走路、看書(shū)、寫(xiě)字、聽(tīng)話(huà)和說(shuō)話(huà)的機(jī)器傭人,它們能熟悉自己的主人.早晨主人起 床時(shí),它會(huì)禮貌地問(wèn)安,然后送上早點(diǎn),主人不在家時(shí)它能按主人的