第六代計算機

第六代計算機，又稱為生物計算機，其主要原材料是藉助生物工程技術（特別是蛋白質工程）生產的蛋白質分子，以它作為生物積體電路――生物晶片。在生物晶片中，信息以波的形式傳遞。當波沿著蛋白質分子鏈傳播時，會引起蛋白質分子鏈子單鍵、雙鍵結構順序的改變。它的功能模仿人的大腦判斷能力和適應能力，並具有可並行處理多種數據功能的神經網路計算機。與以邏輯處理為主的第五代計算機不同，它本身可以判斷對象的性質與狀態，並能採取相應的行動，而且它可同時並行處理實時變化的大量數據，並引出結論。以往的信息處理系統只能處理條理清晰、經絡分明的數據。而人的大腦活動具有能處理零碎、含糊不清信息的靈活性，第六代電子計算機將類似人腦的智慧和靈活性。

基本介紹

• 中文名：第六代計算機
• 外文名：Sixth generation computer
• 功能：模仿人的大腦判斷能力和適應能力
• 又稱：生物計算機
• 核心：實心制
• 作用：相當於一台微型電腦

從第一代到第六代計算機

計算機從20世紀40年代誕生至今，已有50多年了。隨著數字科技的革新，計算機差不多每10年就更新換代一次。

第一代：電子管計算機

1946年，世界上第一台電子數字積分式計算機――埃尼阿克（ENIAC）在美國賓夕法尼亞大學莫爾學院誕生。ENIAC猶如一個龐然大物，它重達30噸，占地170m2，內裝18000個電子管，但其運算速度比當時最好的機電式計算機快1000倍。

1949年，第一台存儲程式計算機――EDSAC在劍橋大學投入運行，ENIAC和EDSAC均屬於第一代電子管計算機。

電子管計算機採用磁鼓作存儲器。磁鼓是一種磁記錄設備，它是一種高速運轉的鼓形圓筒，表面塗有磁性材料，根據每一點的磁化方向來確定該點的信息。第一代計算機由於採用電子管，因而體積大、耗電多、運算速度較低、故障率較高而且價格極貴。本階段，計算機軟體尚處於初始發展期，符號語言已經出現並被使用，主要用於科學計算方面。

第二代：電晶體計算機

1947年，肖克利、巴丁、布拉頓三人的電晶體，比電子管功耗小、體積小、重量輕、工作電壓低、工作可靠性好。1954年，美國貝爾實驗室製成第一台電晶體計算機――TRADIC，使計算機體積大大縮小。

1957年，美國製成全部使用電晶體的計算機，第二代計算機誕生了。第二代計算機的運算速度比第一代計算機提高了近百倍。

第二代計算機的主要邏輯部件採用電晶體，記憶體儲器主要採用磁芯，外存儲器主要採用磁碟，輸入和輸出方面有了很大的改進，價格大幅下降。在程式設計發明，研製出了一些通用的算法和語言，其中影響最大的是FORTRAN語言。ALGOL和COBOL語言隨後也相繼出現，作業系統的雛形開始形成。

第三代：積體電路計算機

60年代初期，美國的基爾比和諾伊斯發明了積體電路，引發了電路設計革命。隨後，積體電路的集成度以每3～4年提高一個數量級的速度增長。

1962年1月，IBM公司採用雙極型積體電路，生產了IBM360系列計算機。DEC公司（現併入Compaq公司）交付了數千台PDP小型計算機。

第三代計算機用積體電路作為邏輯元件，使用範圍更廣，尤其是一些小型計算機在程式設計技術方面形成了三個獨立的系統：作業系統、編譯系統和應用程式，總稱為軟體。值得一提的是，作業系統中“多道程式”和“分時系統”等概念的提出，結合計算機終端設備的廣泛使用，使得用戶可以在自己的辦公室或家中使用遠程計算機。

第四代：大規模積體電路計算機

1971年發布的Intel 4004，是微處理器（CPU）的開端，也是大規模積體電路發展的一大成果。4004用大規模積體電路把運算器和控制器做在一塊晶片上，雖然字長只有4位，且功能很弱，但它是第四代計算機在微型機方面的先鋒。

1972～1973年，8位微處理器相繼問世，最先出現的是Intel 8008。儘管它的性能還不完善，但展示了無限的生命力，驅使眾多廠家投入競爭，使微處理器得到了蓬勃的發展。後來出現了Intel 8080、MOTOROLA 6800和Zilog公司的Z－80。

1978年以後， 16位微處理器相繼出現，微型計算機達到一個新的高峰，典型的代表有Intel 8086、Zilog公司的Z－8000和MOTOROLA公司的MC68000。

Intel公司不斷推進著微處理器的革新。緊隨8086之後，又研製成功了80286、80386、80486、奔騰（Pentium）、奔騰二代（PentiumⅡ）和奔騰三代（PentiumⅢ）。個人電腦（PC）不斷更新換代，日益深入人心。

第四代計算機以大規模積體電路作為邏輯元件和存儲器，使計算機向著微型化和巨型化方向發展。

從第一代到第四代，計算機的體系結構都是相同的，都是由控制器、存儲器、運算器、輸入輸出設備組成，稱馮·諾依曼體系結構。

第五代：智慧型計算機

1981年，在日本東京召開了第五代計算機研討會，隨後制訂出研製第五代計算機的長期計畫。第五代計算機的系統設計中考慮了編制知識庫管理軟體和推理機，機器本身能根據存儲的知識進行判斷和推理。同時，多媒體技術得到廣泛套用，使人們能用語音、圖像、視頻等更自然的方式與計算機進行信息互動。

智慧型計算機的主要特徵是具備人工智慧，能像人一樣思維，並且運算速度極快，其硬體系統支持高度並行和推理，其軟體系統能夠處理知識信息。神經網路計算機（也稱神經元計算機）是智慧型計算機的重要代表。

第六代：生物計算機

半導體矽晶片的電路密集，散熱問題難以徹底解決，影響了計算機性能的進一步發揮與突破。研究人員發現，脫氧核糖核酸（DNA）的雙螺旋結構能容納巨量信息，其存儲量相當於半導體晶片的數百萬倍。一個蛋白質分子就是存儲體，而且阻抗低、能耗小、發熱量極低。

基於此，利用蛋白質分子製造出基因晶片，研製生物計算機（也稱分子計算機、基因計算機），已成為當今計算機技術的最前沿。生物計算機比矽晶片計算機在速度、性能上有質的飛躍，被視為極具發展潛力的“第六代計算機”。

因此，當一列波傳播到分子鏈的某一部位時，它們就像矽積體電路中的載流子（電流的載體叫做載流子）那樣傳遞信息。由於蛋白質分子比矽晶片上的電子元件要小得多，彼此相距很近很近，因此，生物元件可小到幾十億分之一米，元件的密集度可達每平方厘米10~100萬億個，甚至1000萬億個門電路。

與普通計算機不同的是，由於生物晶片的原材料是蛋白質分子，所以，生物計算機晶片既有自我修復的功能，又可直接與生物活體結合。同時，生物晶片具有發熱少、功能低、電路間無信號干擾等優點。

電子計算機進入第六代—神經電腦

人腦有140億神經元都與數千個神經元交叉相聯，它的作用都相當於一台微型電腦。人腦總體運行速度相當於每秒1000萬億次的電腦功能。用許多微處理機模仿人腦的神經元結構，採用大量的並行分散式網路就構成了神經電腦。神經電腦除有許多處理器外，還有類似神經的節點，每個節點與許多點相連。若把每一步運算分配給每台微處理器，它們同時運算，其信息處理速度和智慧型會大大提高。

神經電子計算機的信息不是存在存儲器中，而是存儲在神經元之間的聯絡網中。若有節點斷裂，電腦仍有重建資料的能力，它還具有聯想記憶、視覺和聲音識別能力。日本科學家已開發出神經電子計算機用的大規模積體電路晶片，在1.5平方厘米的矽片上可設定400個神經元和40000個神經鍵，這種晶片能實現每秒2億次的運算速度。1990年，日本理光公司宣布研製出一種具有學習功能的大規模積體電路“神經LST”。這是依照人腦的神經細胞研製成功的一種晶片，它處理信息的速度為每秒90億次。富士通研究所開發的神經電子計算機，每秒更新數據速度近千億次。日本電氣公司推出一種神經網路聲音識別系統，能夠識別出任何人的聲音，正確率達99.8%。美國研究出由左腦和右腦兩個神經塊連線而成的神經電子計算機。右腦為經驗功能部分，有1萬多個神經元，適於圖像識別；左腦為識別功能部分，含有100萬個神經元，用於存儲單詞和語法規則。紐約、邁阿密和倫敦的飛機場已經用神經電腦來檢查爆炸物，每小時可查600-700件行李，檢出率為95%，誤差率為2%。神經電子計算機將會廣泛套用於各領域。它能識別文字、符號、圖形、語言以及聲納和雷達收到的信號，判讀支票，對市場進行估計，分析新產品，進行醫學診斷，控制智慧型機器人，實現汽車和飛行器的自動駕駛，發現、識別軍事目標，進行智慧型指揮等。

第六代計算機的實現

第六代電腦核心是十進制，它和二進制區分十分明顯就是能識別自然語言的0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，的十進制；計算方式可兼容二進制的方式，中國的珠算等多種算法。二進制電腦用的是狹義控制論；二十進制則用的是“廣義控制原理”；

晶片陳列與二進制剛好正負極端，不超過一萬個電晶體的計算範圍就超過二進制幾百萬個的電晶體，無需暫存器，它使用“分差乘法”的技術可實現小數無數位限制，也就沒有浮點計算的概念了。