人脑与电脑(戴君惕)人教版课文
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人脑与电脑
戴君惕
【课文导读】
这是一篇介绍人脑与电
脑的科普说明文。
阅读课文，
我们将走进神奇的计算机世界。<
/p>
了
解电脑与人脑的区别。同时，从计算机日益变化发展的过程中领
略人类无穷的智慧。
作者恰当运用作比较、
< br>举例子、
列数字等说明方法，
把原本让人以为极为刻板深
奥的科学知
识介绍的既准确细致又引人入胜，使课文融知识性、科学性和趣味性于一体。
阅读时，
我们
要认真体会这一特点。
一
194
6
年，在美国科学家艾克特和毛里利的指导下，第一家大型电子计算机问世了。人
们从世界各地络绎不绝地来参观这个占地
6
个
房间的面积，重
30
吨的庞然大物。这台电子
< br>计算机叫做
“埃尼阿克”
，
机内
使用了
1800
个电子管，
7000<
/p>
个电阻，
10000
个电容器和
6000
个继电器，
造价为
1
亿美元。它的运算速度是每秒
5000
< br>次，比人算快
20
万倍，比当时最好
的手摇计算机快
1000
倍。
人们
看到它轻而易举地计算着各种繁难的数学题，
无不大为赞叹。
操纵“埃尼阿克”当然是件无上光荣的事。所以，
年轻的计算机
专家在白天紧张的工作
后，仍舍不得离开。
他们想利用机器的空
余时间做一项有趣的尝试——打破计算“
π
”
< br>的小
数点后数字的世界纪录。
“
π
”即圆周率，是自然界最重要的无理数之一。远在
1500
年前，我国伟大的数学家
祖冲之就精确
测算出
π
的数值到小数点后第七位，即
π
值在
3.1415926
和
3.1415927
之间。
西方数学家在
1100
多年后才得到这个数值。
从这以后，许多数学家耗费了大量精力来计算更精确的
π
值。
1593
年，法国数学家韦
达把
π
值计算到
17
位小数，德国的鲁尔道夫算到了小数点后
35
位。
1717
年，英国的夏普
超过鲁尔道夫，把
π
算到了小数点后
72
位，到了
19
世纪，威加、达斯、雷歇分别把
π
算到
了小数点后第
1
40
、
200
和
500
位。
最后在
1873
年，
谢克斯花了整整
15
年时间来计算
π
值，
终于求得了小数
点后
707
位数值，这个世界纪录一直保持到
< br>20
世纪
40
年代。
现在，
操纵计算机的小伙子们编好了一个计算<
/p>
π
的无穷级数的程序，
把它输入
“埃尼阿
克”
。结果，计算机只算了
70
多个小时，竟把
π
值
计算到小数点后
2035
位！
使人们大为震惊的是在第五百几十位的地方，计算机专家发现谢克斯的数值有一个错
误。
这样，
谢克斯的
π<
/p>
值从这位数后的
100
多个位数便全部出
了错，
这就把可怜的谢克斯的
15
年努
力全部一笔勾销了！
电子计算机真是人类的伟大发明。
在运算速度方面，
它有着人所无法相比的优越性。
最
近我国制成的“银河”巨型计算机，每秒钟能进行
10<
/p>
亿次运算，利用它可以解决那些要花
费成千上万人的一生才能精确
计算的极为复杂的问题。
同时，
也只有利用计算机才能控制各<
/p>
种快速运动的复杂系统。
但是，
在以计算
机为核心的现代控制系统里，
人仍然是最重要的环
节，这是因为
人体拥有一台世界上最完善的“天然计算机”——大脑。
人脑
，大约只有
1500
克重，体积只有
1
500
毫升左右，所需能量不到
2.5
瓦，但却有
140
亿到
150
亿个细胞，这个数目是全世界人口总数的
3
倍。
目前，最好的电子计算机——
巨型机比人脑要重上万倍，消耗的电能也要多上万倍，但它
的“记忆”和“思考”能力却远
不及人脑，可靠性也比人脑差得多。
人脑有很强的记忆力，并且善于思考。人类在解决问题时，能够联想和回忆，能够
一边
思考旧问题，一边解答新问题；遇到出乎意料的情况时，人能够随机应变，妥善处理
，电子
计算机就缺乏这种创造性思维。至于人脑能利用视、听、味、触等感觉器官的信息
，综合地
感知外界的复杂情况，做出相应的处理，更是电子计算机所望尘莫及的。
为了进一步发现计算机和自动机的新的设计原理，
< br>仿生学家和电子学家正致力于生物脑
思维和记忆机制的研究。
当然，
事情得由易到难，
首先应研究昆虫和蠕虫的简单的脑
。
目前
科学家已研制出一种“人工脑”模型，它不但具有复杂的
计算机程序，还有简单的“思考”
能力。
将来，
把这种
“人工脑”
装在机器人身上，
< br>就有可能制造具有较高
“智能”
的机器人。
二
< br>第一台电子计算机诞生于
1946
年，但它“衰老”得很
快。
1955
年，这台每秒只能运算
5
000
次的巨人就被停止使用了。到
1957
< br>年，
12
岁的“埃尼阿克”已被人们拆得七零八落，
正式进入了坟墓。但它的子孙却一代胜过一代，在地球上迅速地繁衍起来。
< br>1956
年第二代
电子计算机问世了。
< br>它的元件不再是电子管，
而是体积小得多、性能好得多的晶体管。
晶体
管计算机的体积是电子管计算机体积的千分之一，但效率和寿命却提高
1000
倍！
1
958
年美国人吉尔比把晶体管、二极管、电阻、电容、电感等分立的电子元件做在一<
/p>
块硅片上，
制成了世界上第一块集成电路。
不久，
第三代电子计算机——集成电路计算机制
成，它的体积
比第二代计算机又明显缩小。
1971
年，英国霍夫把
2250
个晶体管微化到一粒米大小的硅片上
，制成了第一块大规模
集成电路。
1975
年，以大规模集成电路为元件的第四代电脑问世。这一代电脑向着两个方
向发展：<
/p>
一个方向是每秒计算亿次甚至几十、
几百亿次的巨型机；
另一个方向是体积很小的
微电脑。
短短几年内，
微电脑一跃而成为计算机和自动化科学的最大热门。
从第一代计
算机
到最小的微型电脑，
重量已从几十吨减轻到几十克，
体积已从几个大房间缩小到一个香烟盒
那么大，
耗电量已从几百千瓦下降到几十瓦，
而计算机性能却提高了上百万倍，
价格也降低
到原来的万分之一，这是多么了不起的成就啊！
可是，
与生物的脑相比，
计算机
还存在很大的差距。
人们还得赶紧研制更新式的计算机。
1978
年美国沃尔夫发明了超大规模集成电路。两年后，采用沃尔
夫的办法制造出能集
成
60
万个晶体管
的微型硅片。尔后，一家公司造出了含
1048000
个信息单
位的微型集成电
路片，最近又有
4
兆个
信息单位存储芯片问世。在这基础上，第五代电脑已经研究成功。
第五代电脑在微型化方面已经可以与生物脑媲美了。
但是，
这仍然是没有思维能力的机
器。要更逼真地模仿人脑，从现在起就得着手研究第六代、第
七代电子计算机。
人类的智慧真是无穷无尽。
现在，
第六代计算机的研究方案已经提出来了，
这就是
利用
活的“生物集成电路”的生物电子计算机。
拟议中的生物电子计算机，
不用现行的硅集成块组装，
而是用系列生物分子构成。
这种
“生物集成电路”
，可以是涂有单层蛋白质的平面型集成电路玻璃片，也可以是利用活性极
强
的蛋白质组成的立体分子阵列，
植入生物细胞内，
让它像集成电
路一样指导电流脉冲。
现
今硅片上存储一个信息单位的地区仍包
含数以亿计的原子数，
而生物集成电路里，
一个分子
就能存储一个信息单位。
这样，
计算机就能再缩减
千万倍，
其运算速度要比目前最先进的微
电脑快
100
万倍！
最近，科学家
们又设计了一种新型的生物电子计算机——
DNA
分子计算机。
DNA
是脱氧
核糖核酸的简称，它是最
重要的生命物质之一，负责贮存和传递遗传信息。
DNA
上有<
/p>
4
种生
物碱基，它们的不同排列构成基因
的遗传密码。而在
DNA
大分子中，
4
种碱基的不同排列是
一个天文数字，因此可以贮存大量的信息。
在某种酶的作用下，
DNA
分子之间可在瞬间完成
生物化学反应，
从一种基因代码变成另一种基因代码，
利用这一特点可制造
DNA
计算机。
到
那时，
DNA
计算机运算几天相当于
从计算机问世以来全世界所产生的电子计算机运算量的总
和。
1
立方米的
DNA
溶液可存储
1
万亿亿位的数据，而消耗的能量却只有一台普通电脑的十
亿分之一。