原副标题:该文看清楚电脑,组织工作基本原理超详尽导出!
电脑到底是什么?很多人能将电脑与科幻片中的,“星战”“闪电侠”TNUMBERA51到一起,是外貌酷炫,能力巨大的高技术乙醛。只不过,假如你深入细致电脑行业,你会发现,电脑只不过并不是如此,接下去,这首诗将天主教会您该文看清楚电脑!并了解电脑是如何完成任务的。
从其本质上讲,电脑是由人类文明锻造的“动物”,它是仿效人类文明和动物行为的电脑。电脑的重要组成部分与人类文明极其类似,一个众所周知的电脑有两套可终端的皮肤结构、第一部近似于发电机的器、两套感测控制系统、两个控制器和两个用以控制大部份那些基本要素的计算机控制系统 “神经系统”。
人造鸵鸟电脑
电脑的表述范围很广泛,大到厂房服务的工业电脑,小到老年清扫电脑。按照目前最笼统的表述,假如胡尔坎东西被许多人认为是电脑,那么它就是电脑。许多电脑专家(锻造电脑的人)采用的是一种更为精确的表述。他们规定,电脑应具有可重新程式设计的神经系统(两台计算机控制系统)用来终端皮肤。
根据这一表述,电脑与其他可终端的电脑(如汽车)的不同点在于它的计算机控制系统基本要素。电脑在力学优点方面与一般计算机控制系统不同,它各自相连两个皮肤,而一般计算机控制系统则要不然。
一、电脑的共同优点
首先,几乎大部份电脑都有两个可终端的皮肤。很多只是机动化的车轮,很多是大量可终端组件,那些组件一般是由金属或塑胶做成,那些独立组件是由下肢相连的。
电脑的轮与轴是用这种传动控制系统相连起来的。很多电脑采用发电机和螺线管作为传动控制系统;另一半则采用油压控制系统;还有一些采用副翼控制系统(由填充液体驱动力的控制系统)。电脑可以采用上述任何类型的传动控制系统。
其次,电脑须要两个热量Settons驱动力那些传动控制系统。绝大多数电脑会采用电池组或门上的插座来供电系统。此外,油压电脑还须要两个泵来为固体冷却系统,而副翼电脑则须要液体填充机或填充气罐。
大部份传动控制系统都通过导线与一块电路相连。该电路直接为电动发电机和螺线圈供电系统,并操纵电子阀门来启动油压控制系统。阀门可以控制承压流体在电脑内流动的路径。比如说,假如电脑要终端一只由油压驱动力的腿,它的控制器会打开一只阀门,这只阀门由油压泵通向腿上的活塞筒。承压流体将推动活塞,使腿部向前旋转。通常,电脑采用可提供双向推力的活塞,以使组件能向两个方向活动。
电脑的计算机控制系统可以控制与电路相连的大部份组件。为了使电脑动起来,计算机控制系统会打开大部份须要的发电机和阀门。绝大多数电脑是可重新程式设计的。假如要改变某部电脑的行为,您只需将两个新的程序写入它的计算机控制系统即可。
并非大部份的电脑都有感测控制系统。很少有电脑具有视觉、听觉、嗅觉或味觉。电脑拥有的最常见的一种感觉是运动感,也就是它监控自身运动的能力。在标准设计中,电脑的下肢处安装着刻有凹槽的车轮。在车轮的一侧有两个发光二极管,它发出一道光束,穿过凹槽,照在位于车轮另一侧的光感测器上。当电脑终端某个特定的下肢时,有凹槽的车轮会转动。在此过程中,凹槽将挡住光束。
光学感测器读取光束闪动的模式,并将数据传送给计算机控制系统。计算机控制系统可以根据这一模式准确地计算出下肢已经旋转的距离。计算机控制系统鼠标中采用的基本控制系统与此相同。
以上那些是电脑的基本重要组成部分。电脑专家有无数种方法可以将那些元素组合起来,从而锻造出无限复杂的电脑。电脑臂是最常见的设计之一。
二、电脑是如何组织工作的
世界上的电脑大多用以从事繁重的重复性锻造组织工作。它负责那些对人类文明来说非常困难、危险或枯燥的任务。
最常见的锻造业机器人是机械臂
第一部众所周知的电脑臂由七个金属组件构成,它是用六个下肢接起来的。计算机控制系统将旋转与每个下肢分别相连的步进式发电机,以便控制电脑(某些大型电脑臂采用油压或副翼控制系统)。
与一般发电机不同,步进式发电机会以增量方式精确终端。这使计算机控制系统可以精确地终端电脑臂,使电脑臂不断重复完全相同的动作。电脑利用运动感测器来确保自己完全按正确的量终端。
这种带有六个下肢的工业电脑与人类文明的手臂极其相似,它具有相当于肩膀、肘部和腕部的部位。它的“肩膀”通常安装在两个固定的基座结构(而不是终端的皮肤)上。这种类型的电脑有六个自由度,也就是说,它能向六个不同的方向转动。与之相比,人的手臂有七个自由度。
工业电脑专门用以在受控环境下反复执行完全相同的组织工作。例如,某部电脑可能会负责给装配线上传送的花生酱罐子拧上盖子。为了教电脑如何做这项组织工作,程序员会用一只手持控制器来引导电脑臂完成整套动作。电脑将动作序列准确地存储在内存中,此后每当装配线上有新的罐子传送过来时,它就会反复地做这套动作。
绝大多数工业电脑在汽车装配线上组织工作,负责组装汽车。在进行大量的此类组织工作时,电脑的效率比人类文明高得多,因为它非常精确。无论它已经组织工作了多少小时,它仍能在相同的位置钻孔,用相同的力度拧螺钉。锻造类电脑在计算机控制系统产业中也发挥着十分重要的作用。它无比精确的巧手可以将一块极小的微型芯片组装起来。
电脑臂的锻造和程式设计难度相对较低,因为它只在两个有限的区域内组织工作。假如您要把电脑送到广阔的外部世界,事情就变得很多复杂了。
首要的难题是为电脑提供两个可行的运动控制系统。假如电脑只须要在平地上终端,车轮或轨道往往是最好的选择。假如车轮和轨道足够宽,它还适用于较为崎岖的地形。但是电脑的设计者往往希望采用腿状结构,因为它的适应性更强。锻造有腿的电脑还有助于使研究人员了解自然运动学的知识,这在生物研究领域是有益的实践。
电脑的腿通常是在油压或副翼活塞的驱动力下前后终端的。各个活塞相连在不同的腿部组件上,就像不同骨骼上附着的肌肉。若要使大部份那些活塞都能以正确的方式协同组织工作,这无疑是两个难题。在婴儿阶段,人的神经系统必须弄清哪些肌肉需要同时收缩才能使得在直立行走时不致摔倒。同理,电脑的设计师必须弄清与行走有关的正确活塞运动组合,并将这一信息编入电脑的计算机控制系统中。许多终端型电脑都有两个内置平衡控制系统(如一组陀螺仪),该控制系统会告诉计算机何时须要校正电脑的动作。
波士顿动力最新升级版的Atlas人形电脑
两足行走的运动方式本身是不稳定的,因此在电脑的锻造中实现难度极大。为了设计出行走更稳的电脑,设计师们常会将眼光投向动物界,尤其是昆虫。昆虫有六条腿,它往往具有超凡的平衡能力,对许多不同的地形都能适应自如。
某些终端型电脑是远程控制的,人类文明可以指挥它在特定的时间从事特定的组织工作。遥控器可以采用相连线、无线电或红外信号与机器人通信。远程电脑常被称为傀儡电脑,它在探索充满危险或人类文明无法进入的环境(如深海或火山内部)时非常有用。很多电脑只是部分受到遥控。例如,操作人员可能会指示电脑到达某个特定的地点,但不会为它指引路线,而是任由它找到自己的路。
NASA研发可远程控制的太空电脑R2
自动电脑可以自主行动,无需依赖于任何控制人员。其基本基本原理是对电脑进行程式设计,使之能以这种方式对外界刺激做出反应。极其简单的碰撞反应电脑可以很好地诠释这一基本原理。
这种电脑有两个用以检查障碍物的碰撞感测器。当您启动电脑后,它大体上是沿一条直线曲折行进的。当它碰到障碍物时,冲击力会作用在它的碰撞感测器上。每次发生碰撞时,电脑的程序会指示它后退,再向右转,然后继续前进。按照这种方法,电脑只要遇到障碍物就会改变它的方向。
高级电脑会以更精巧的方式运用这一基本原理。电脑专家们将开发新的程序和感测控制系统,以便锻造出智能程度更高、感知能力更强的电脑。如今的电脑可以在各种环境中大展身手。
较为简单的终端型电脑采用红外或超声波感测器来感知障碍物。那些感测器的组织工作方式近似于动物的回声定位控制系统:电脑发出两个声音信号(或一束红外光线),并检测信号的反射情况。电脑会根据信号反射所用的时间计算出它与障碍物之间的距离。
某些自动电脑只能在它熟悉的有限环境中组织工作。例如,割草电脑依靠埋在地下的界标确定草场的范围。而用以清洁办公室的电脑人则须要建筑物的地图才能在不同的地点之间终端。
较高级的电脑可以分析和适应不熟悉的环境,甚至能适应地形崎岖的地区。那些电脑可以将特定的地形模式与特定的动作相关联。例如,两个漫游车电脑会利用它的视觉感测器生成前方地面的地图。假如地图上显示的是崎岖不平的地形模式,电脑会知道它该走另一条道。这种控制系统对于在其他行星上组织工作的探索型电脑是非常有用的。
有两套备选的电脑设计方案采用了较为松散的结构,引入了随机化因素。当这种电脑被卡住时,它会向各个方向终端附肢,直到它的动作产生效果为止。它通过力感测器和传动控制系统紧密协作完成任务,而不是由计算机控制系统通过程序指导一切。这和蚂蚁尝试绕过障碍物时有相似之处:蚂蚁在须要通过障碍物时似乎不会当机立断,而是不断尝试各种做法,直到绕过障碍物为止。
三、人工智能
人工智能(AI)无疑是电脑学中最令人兴奋的领域,无疑也是最有争议的:大部份人都认为,电脑可以在装配线上组织工作,但对于它是否可以具有智能则存在分歧。
终极的人工智能是对人类文明思维过程的再现,即第一部具有人类文明智能的人造电脑。人工智能包括学习任何知识的能力、推理能力、语言能力和形成自己的观点的能力。目前电脑专家还远远无法实现这种水平的人工智能,但他们已经在有限的人工智能领域取得了很大进展。如今,具有人工智能的电脑已经可以仿效某些特定的智能基本要素。
计算机控制系统已经具备了在有限领域内解决问题的能力。用人工智能解决问题的执行过程很复杂,但基本基本原理却非常简单。首先,人工智能电脑或计算机控制系统会通过感测器(或人工输入的方式)来收集关于某个情景的事实。计算机控制系统将此信息与已存储的信息进行比较,以确定它的含义。计算机控制系统会根据收集来的信息计算各种可能的动作,然后预测哪种动作的效果最好。当然,计算机控制系统只能解决它的程序允许它解决的问题,它不具备一般意义上的分析能力。象棋计算机控制系统就是此类电脑的两个范例。
人工智能的真正难题在于理解自然智能的组织工作基本原理。开发人工智能与锻造人造心脏不同,科学家手中并没有两个简单而具体的模型可供参考。我们知道,神经系统中含有上百亿个神经元,我们的思考和学习是通过在不同的神经元之间建立电子相连来完成的。但是我们并不知道那些相连如何实现高级的推理能力,甚至对低层次操作的实现基本原理也并不知情。神经系统神经网络似乎复杂得不可理解。
因此,人工智能在很大程度上还只是理论。科学家们针对人类文明学习和思考的基本原理提出假说,然后利用电脑来实验他们的想法。
正如电脑的力学设计是了解动物和人类文明解剖学的便利工具,对人工智能的研究也有助于理解自然智能的组织工作基本原理。对于某些电脑专家而言,这种见解是设计电脑的终极目标。其他人则在幻想两个人类文明与智能电脑共同生活的世界,在这个世界里,人类文明采用各种小型电脑来从事手工劳动、健康护理和通信。许多电脑专家预言,电脑的进化最终将使我们彻底成为半电脑,即与电脑融合的人类文明。有理由相信,未来的人类文明会将他们的思想植入强健的电脑体内,活上几千年的时间!
无论如何,电脑都会在我们未来的日常生活中扮演重要的角色。在未来的几十年里,电脑将逐渐扩展到工业和科学之外的领域,进入日常生活,这与计算机控制系统在20世纪80年代开始逐渐普及到家庭的过程类似。