有限自动机（电脑计算机）

目前计算机已经跟我们的生活密不可分了，上网购物，银行转账，网络通信等都有计算机来控制，如果哪一天没有计算机，我们的生活真是不敢想象。计算机从开始到现在已有五、六十年的发展，可以说发展是相等的迅猛，让我们看看计算机的发展简史吧。

一、第一台计算机 电子管计算机 (1946-1957年)

第一代计算机"ENIAC"

电子管

世界上第一台电子计算机"ENIAC"于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学诞生，是美国人莫克利（JohnW.Mauchly）和艾克特（J.PresperEckert）发明的，主要是有大量的电子管组成，主要用于科学计算。

主要特点：

1、它以电子管作为元器件，所以又被称为电子管计算机。

2、它是个庞然大物，用了18000个电子管，占地150平方米，足有两间房子大，重达30吨，耗电功率约150千瓦，每秒钟可进行5000次运算。

3、由于它使用的电子管体积很大，耗电量大，易发热，因而工作的时间不能太长。

4、使用机器语言，没有系统软件。

5、采用磁鼓、小磁芯作为储存器，存储空间有限。

6、输入/输出设备简单，采用穿孔纸带或卡片。

7、主要用于科学计算，当时美国国防部用它来进行弹道计算。

冯.诺依曼与第一代计算机

第一代计算机

第一代计算机基于真空管技术，典型产品有1951生产的UNIVAC，由Mauchly and Eckert设计第一代机的特点：无操作系统，采用机器指令或汇编语言

基本信息

中文名

第一代计算机

外文名

The first generation of computer

别名

冯·诺伊曼机

产生背景

50年代是计算机研制的第一个高潮时期，那时的计算机中的主要元器件都是用电子管制成的，后人将用电子管制作的计算机称为第一代计算机。这个时期的计算机发展有三个特点：即由军用扩展至民用，由实验室开发转入工业化生产，同时由科学计算扩展到数据和事务处理。

以“埃尼亚克”为代表，一批计算机迅速推向市场，形成了第一代计算机族。在这一时期，美籍匈牙利科学家冯·诺伊曼提出了“程序存储”的概念，其基本思想是把一些常用的基本操作都制成电路，每一个这样的操作都用一个数代表，于是这个数就可以指令计算机执行某项操作。程序员根据解题的要求，用这些数来编制程序，并把程序同数据一起放在计算机的内存储器里。当计算机运行时，它可以依次以很高的速度从存储器中取出程序里的一条条指令，逐一予以执行，以完成全部计算的各项操作，它自动从一个程序指令进到下一个程序指令，作业顺序通过“条件转移”指令自动完成。“程序存储”使全部计算成为真正的自动过程，它的出现被誉为电子计算机史上的里程碑，而这种类型的计算机被人们称为“冯·诺伊曼机”。

特点

第一代计算机的主要特点是：

• 采用电子管作基础元件；

• 使用汞延迟线作存储设备，后来逐渐过渡到用磁芯存储器；

• 输入、输出设备主要是用穿孔卡片，用户使用起来很不方便；

• 系统软件还非常原始，用户必须掌握用类似于二进制机器语言进行编程的方法.

二、第二代计算机 晶体管计算机 (1958-1964年)

第二代计算机

晶体管

第二代计算机采用的主要元件是晶体管，称为晶体管计算机。计算机软件有了较大发展，程序语言也出现了Fortran，Cobol计算机高级语言，采用了监控程序，这是操作系统的雏形。

主要特点：

1、体积小，可靠性增强，寿命延长。

2、运算速度快。

3、提高了操纵系统适应性。

4、容量提高。

5、应用领域扩大。

第二代电子计算机

第二代电子计算机是晶体管电路电子计算机，时间大约为1958年～1964年。其基本特征是逻辑元件逐步由电子管改为晶体管，内存所使用的器件大都使用铁氧磁性材料制成的磁芯存储器。外存储器有了磁盘、磁带，外设种类也有所增加。运算速度大到每秒几十万次，内存容量扩大到几十KB。与此同时，计算机软件也有了较大的发展，出现了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级语言。与第一代计算机相比，晶体管电子计算机体积小、成本低、功能强、可靠性大大提高。除了科学计算外，还用于数据处理和事务处理。去代表机型有IBM7094、CDC7600。

基本信息

中文名

第二代电子计算机

作用

实现电子管的功能

特点

尺寸小、重量轻

特点

采用晶体管

晶体管不仅能实现电子管的功能，又具有尺寸小、重量轻、寿命长、效率高、发热少、功耗低等优点。

出现高级语言中央处理单元

第二代计算机语言仍然是“面向机器”的语言，但它已注定要成为机器语言向更高级语言进化的桥梁。

详细

第二代电子计算机是用晶体管制造的计算机。在20世纪50年代之前，计算机都采用电子管作元件。电子管元件有许多明显的缺点。例如，在运行时产生的热量太多，可靠性较差，运算速度不快，价格昂贵，体积庞大，这些都使计算机发展受到限制。于是，晶体管开始被用来作计算机的元件。晶体管不仅能实现电子管的功能，又具有尺寸小、重量轻、寿命长、效率高、发热少、功耗低等优点。使用了晶体管以后，电子线路的结构大大改观，制造高速电子计算机的设想也就更容易实现了。

1954年，美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线路的计算机，取名“催迪克”（TRADIC），装有800个晶体管。1955年，美国在阿塔拉斯洲际导弹上装备了以晶体管为主要元件的小型计算机。10年以后，在美国生产的同一型号的导弹中，由于改用集成电路元件，重量只有原来的1/100，体积与功耗减少到原来的1/300。1958年，美国的IBM公司制成了第一台全部使用晶体管的计算机RCA501型。由于第二代计算机采用晶体管逻辑元件，及快速磁芯存储器，计算机速度从每秒几千次提高到几十万次，主存储器的存贮量，从几千提高到10万以上。1959年，IBM公司又生产出全部晶体管化的的电子计算机IBM7090。1958-1964年，晶体管电子计算机经历了大范围的发展过程。从印刷电路板到单元电路和随机存储器，从运算理论到程序设计语言，不断的革新使晶体管电子计算机日臻完善。1961年，世界上最大的晶体管电子计算机ATLAS安装完毕。1964年，中国制成了第一台全晶体管电子计算机441-B型。

晶体管计算机，集成电路发展 时间表

1947: Bell实验室的William B. Shockley、 John Bardeen和Walter H. Brattain.发明了晶体管，开辟了电子时代新纪元。

1949: EDSAC：剑桥大学的Wilkes和他的小组建成了一台存储程序的计算机。输入输出设备仍是纸带。

1949: EDVAC (electronic discrete variable computer)：第一台使用磁带的计算机。这是一个突破，可以多次在其上存储程序。这台机器是John von Neumann提议建造的。

1949: “未来的计算机不会超过1.5吨。”这是当时科学杂志的大胆预测。

1950: 软磁盘由东京帝国大学的Yoshiro Nakamats发明。其销售权由IBM公司获得。开创存储时代新纪元。

1950: 英国数学家和计算机先驱Alan Turing说：计算机将会具有人的智慧，如果一个人和一台机器对话，对于提出和回答的问题，这个人不能区、别到底对话的是机器还是人，那么这台机器就具有了人的智能。

1951: Grace Murray Hopper完成了高级语言编译器。

1951: Whirlwind：美国空军的第一个计算机控制实时防御系统研制完成。

1951: UNIVAC-1：第一台商用计算机系统。设计者：J. Presper Eckert 和John Mauchly。被美国人口普查部门用于人口普查，标志着计算机的应用进入了一个新的、商业应用的时代。

1952: EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer)：由Von Neumann领导设计并完成。取名：电子离散变量计算机。 1953: 此时世界上大约有100台计算机在运转。

1953: 磁芯存储器被开发出来。

1954: IBM的John Backus和他的研究小组开始开发 FORTRAN ，957年完成。是一种适合科学研究使用的计算机高级语言。

1956: 第一次有关人工智能的会议在Dartmouth 学院召开。

1957: IBM开发成功第一台点阵打印机。

1957: FORTRAN 高级语言开发成功。

1959: 1959年到1964年间设计的计算机一般被称为第二代计算机。大量采用了晶体管和印刷电路。计算机体积不断缩小，功能不断增强，可以运行FORTRAN和COBOL ，接收英文字符命令。出现大量应用软件。

1959: Grace Murray Hopper开始开发COBOL

三、第三代计算机 中小规模集成电路计算机 (1965-1969年)

第三代计算机-IBM 360

小规模集成电路

集成电路可在几平方毫米的单晶硅片上集成十几个甚至上百个电子元件。计算机开始采用中小规模的集成电路元件，这一代比上一代更小，耗电更少，功能更强，寿命更长，领域扩大，性能比上一代有很大提高。

主要特点：

1、体积更小，寿命更长。

2、运行计算速度更快。

3、外围设备考试出现多样化。

4、有类似操作系统和应用程序，高级语言进一步发展。

5、应用范围扩大到企业管理和辅助设计等领域。

第三代计算机

第三代计算机即第三代集成电路计算机 (1964-1971)。特征是以中小规模集成电路（每片上集成一千个逻辑门以内）（西文写作SSI、MSI）来构成计算机的主要功能部件；主存储器采用半导体存储器。运算速度可达每秒几十万次至几百万次基本运算。在软件方面，操作系统日趋完善。

基本信息

中文名 第三代计算机

时间 1964-1971

过程 已逐步成为一个庞大的现代产业。

特征

中小规模集成电路

简介

1958年德州仪器的工程师Jack Kilby发明了集成电路(IC)，将三种电子元件结合到一片小小的硅片上。更多的元件集成到单一的半导体芯片上，计算机变得更小，功耗更低，速度更快。这一时期的发展还包括使用了操作系统，使得计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序。

特征

以小规模集成电路（每片上集成几百到几千个逻辑门）LSI（Large-Scale Integration）来构成计算机的主要功能部件，集成电路是把多个电子元器件集中在几平方毫米的基片上形成的逻辑电路。第三代计算机的基本电子元件是每个基片上集成几个到十几个电子元件（逻辑门）的小规模集成电路和每片上几十个元件的中规模集成电路。

计算机软件技术的进一步发展，尤其是操作系统的逐步成熟是第三代计算机的显著特点。多处理机、虚拟存储器系统以及面向用户的应用软件的发展，大大丰富了计算机软件资源。为了充分利用已有的软件，解决软件兼容问题，出现了系列化的计算机。最有影响的是IBM公司研制的IBM-360计算机系列。

这个时期的另一个特点是小型计算机的应用。DEC公司研制的PDP-8机、PDP-11系列机以及后来的VAX-11系列机等，都曾对计算机的推广起了极大的作用。其特征是用晶体管代替了电子管；大量采用磁芯做内存储器，采用磁盘、磁带等作外存储器；体积缩小、功耗降低、运算速度提高到每秒几十万次基本运算，内存容量扩大到几十万字。

计算机语言发展到第三代时，就进入了“面向人类”的语言阶段。第三代语言也被人们称之为“高级语言”。高级语言是一种接近于人们使用习惯的程序设计语言。它允许用英文写解题的计算程序，程序中所使用的运算符号和运算式子，都和我们日常用的数学式子差不多。高级语言容易学习，通用性强，书写出的程序比较短，便于推广和交流，是很理想的一种程序设计语言。高级语言发展于50年代中叶到70年代，有些流行的高级语言已经被大多数计算机厂家采用，固化在计算机的内存里，如BASIC语言（已有不少于128种不同的BASIC语言在流行，当然其基本特征是相同的）。除了BASIC语言外，还有FORTRAN（公式翻译）语言、COBOL（通用商业语言）、C语言、DL/I语言、 PASCAC语言、ADA语言等250多种高级语言。

第四代计算机

超大规模集成电路

这时期的计算机的体积、重量、功耗进一步减少，运算速度、存储容量、可靠性都有很大提高。

主要特点：

1、采用了大规模和超大规模集成电路逻辑元件，体积与第三代相比进一步缩小，可靠性更高，寿命更长。

2、运算速度加快，每秒可达集千万次到几十亿次。

3、系统软件和应用软件获得了巨大的发展，软件配置丰富，程序设计部分自动化。

4、计算机网络技术、多媒体技术、分布式处理技术有了很大的发展，微型计算机大量进入家庭，产品更新速度加快。

5、计算机在办公自动化、数据库管理、图像处理、语言设别和专家系统等各个领域得到应用，电子商务已开始进入家庭，出现个人电脑(PC)，计算机的发展进入到了一个新的历史时期。

第四代电子计算机

1967年和1977年分别出现了大规模和超大规模集成电路。由大规模和超大规模集成电路组装成的计算机，被称为第四代电子计算机。美国ILLIAC-IV计算机，是第一台全面使用大规模集成电路作为逻辑元件和存储器的计算机，它标志着计算机的发展已到了第四代。1975年，美国阿姆尔公司研制成470V/6型计算机，随后日本富士通公司生产出M-190机，是比较有代表性的第四代计算机。英国曼彻斯特大学1968年开始研制第四代机。1974年研制成功ICL2900计算机，1976年研制成功DAP系列机。1973年，德国西门子公司、法国国际信息公司与荷兰飞利浦公司联合成立了统一数据公司。共同研制出Unidata7710系列机。

基本信息

中文名

第四代电子计算机

时间

1967年和1977年

性能

大规模和超大规模集成电路

第一台

ILLIAC-IV计算机

百科目录

简介

电子元件

四代特点

四个阶段

出现与发展

计算机

关闭

电子元件

第四代电子计算机以大规模、超 大规模集成电路作为基本电子元件。

四代特点

第四代计算机是指从1970年以后采用大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）为主要电子器件制成的计算机。例如80386微处理器，在面积约为10mm X l0mm的单个芯片上，可以集成大约32万个晶体管。

第四代计算机的另一个重要分支是以大规模、超大规模集成电路为基础发展起来的微处理器和微型计算机。

四个阶段

第一阶段是1971～1973年，微处理器有4004、4040、8008。 1971年Intel公司研制出MCS4微型计算机（CPU为4040，四位机）。后来又推出以8008为核心的MCS-8型。

第二阶段是1973～1977年，微型计算机的发展和改进阶段。微处理器有8080、8085、M6800、Z80。初期产品有Intel公司的MCS一80型（CPU为8080，八位机）。后期有TRS-80型（CPU为Z80）和APPLE-II型（CPU为6502），在八十年代初期曾一度风靡世界。

第三阶段是1978～1983年，十六位微型计算机的发展阶段，微处理器有8086、8088、80186、80286、M68000、Z8000。微型计算机代表产品是IBM-PC（CPU为8086）。本阶段的顶峰产品是APPLE公司的Macintosh(1984年)和IBM公司的PC/AT286(1986年)微型计算机。

第四阶段便是从1983年开始为32位微型计算机的发展阶段。微处理器相继推出80386、80486。386、486微型计算机是初期产品。 1993年， Intel公司推出了Pentium或称P5（中文译名为“奔腾”）的微处理器，它具有64位的内部数据通道。Pentium III（也有人称P7）微处理器己成为了主流产品，预计Pentium IV 将在2000年10月推出。

由此可见，微型计算机的性能主要取决于它的核心器件——微处理器（CPU）的性能。

出现与发展

将CPU浓缩在一块芯片上的微型机的出现与发展，掀起了计算机大普及的浪潮。1969年，英特尔（Intel）公司受托设计一种计算器所用的整套电路，公司的一名年轻工程师费金（Federico Fagin）成功地在4.2×3.2的硅片上，集成了2250个晶体管。这就是第一个微处理器——Intel 4004。它是4位的。在它之后，1972年初又诞生了8位微处理器Intel 8008。1973年出现了第二代微处理器（8位），如Intel 8080（1973）、M6800（1975，M代表摩托罗拉公司）、Z80（1976，Z代表齐洛格公司）等。1978年出现了第三代微处理器（16位），如Intel 8086、Z8000、M68000等。1981年出现了第四代微处理器（32位），如iAPX432、i80386、MAC-32、NS-16032、Z80000、HP-32等。它们的性能都与七十年代大中型计算机大致相匹敌。微处理器的两三年就换一代的速度，是任何技术也不能比拟的。

计算机

最早的个人计算机之一是美国苹果（Apple）公司的AppleⅡ型计算机，于1977年开始在市场上出售。继之出现了TRS－80（Radio Shack公司）和PET－2001（Commodore公司）。从此以后，各种个人计算机如雨后春笋一般纷纷出现。当时的个人计算机一般以8位或16位的微处理器芯片为基础，存储容量为64KB以上，具有键盘、显示器等输入输出设备，并可配置小型打印机、软盘、盒式磁盘等外围设备，且可以使用各种高级语言自编程序。

随着PC机的不断普及，IBM公司于1979年8月也组织了个人计算机研制小组。两年后宣布了IBM－PC，1983年又推出了扩充机型IBM－PC/XT，引起计算机工业界极大震动。在当时，IBM个人计算机具有一系列特点：设计先进（使用Intel8088微处理器）、软件丰富（有八百多家公司以它为标准编制软件）、功能齐全（通信能力强，可与大型机相连）、价格便宜（生产高度自动化，成本很低）。到1983年，IBM－PC迅速占领市场，取代了号称美国微型机之王的苹果公司

五、新一代计算机

下一代计算机可能是超导计算机、纳米计算机、光计算机、DNA计算机、量子计算机和神经网络计算机等，体积更小，运算速度更快，更加智能化，耗电量更小。

第五代电子计算机

第五代计算机，又称新一代计算机，是把信息采集、存储、处理、通信同人工智能结合在一起的智能计算机系统。

基本信息

基本结构

求解与推理、知识库管理

作用

信息采集、存储、处理

研究进程

1981年10月，日本首先向世界宣告开始研制第五代计算机，并于1982年4月制订为期10年的“第五代计算机技术开发计划”，总投资为1000亿日元，目前已顺利完成第五代计算机第一阶段规定的任务。

第五代计算机是为适应未来社会信息化的要求而提出的，与前四代计算机有着本质的区别，是计算机发展史上的一次重要变革。

当前电子计算机存在的主要不足有

首先，目前的电子计算机虽然已具有一些相当幼稚的“智能”，但它不能进行联想（即根据某一信息，从记忆中取出其他有关信息的功能）、推论（针对所给的信息，利用已记忆的信息对未知问题进行推理得出结论的功能）、学习（将对应新问题的内容，以能够高度灵活地加以运用的方式进行记忆的功能）等人类头脑的最普通的思维活动。

其次，目前电子计算机虽然已能在一定程度上配合、辅助人类的脑力劳动，但是，它还不能真正听懂人的说话，读懂人的文章，还需要由专家用电子计算机懂得的特殊的“程序语言”同它进行“对话”。这就大大限制了电子计算机的应用、普及及大众化。

最后，目前的电子计算机虽然能以惊人的信息处理来完成人类无法完成的工作（例如遥控已发射的火箭），但是它仍不能满足某些科技领域的高速、大量的计算任务的要求。例如，在进行超高层建筑的耐震设计时，为解析一种立柱模型受到摇动时的三维振动情况，用目前的超大型电子计算机算上100年也难以完成。又如，原子反应堆事故和核聚变反应的模拟实验、资源探测卫星发回的图象数据的实时解析、飞行器的风洞实验、天气预报、地震预测等要求极高的计算速度和精度，都远远超出目前电子计算机的能力极限。由此可见，当今的电子计算机已不能适应信息社会的需要，必须在崭新的理论和技术基础上创制新一代计算机。

第五代计算机基本结构

第五代计算机基本结构通常由问题求解与推理、知识库管理和智能化人机接口三个基本子系统组成。

问题求解与推理子系统相当于传统计算机中的中央处理器。与该子系统打交道的程序语言称为核心语言，国际上都以逻辑型语言或函数型语言为基础进行这方面的研究，它是构成第五代计算机系统结构和各种超级软件的基础。

知识库管理子系统相当于传统计算机主存储器、虚拟存储器和文体系统结合。与该子系统打交道的程序语言称为高级查询语言，用于知识的表达、存储、获取和更新等。这个子系统的通用知识库软件是第五代计算机系统基本软件的核心。通用知识库包含有：日用词法、语法、语言字典和基本字库常识的一般知识库；用于描述系统本身技术规范的系统知识库；以及把某一应用领域。如超大规模集成电路设计的技术知识集中在一起的应用知识库。

智能化人—机接口子系统是使人能通过说话、文字、图形和图象等与计算机对话，用人类习惯的各种可能方式交流信息。这里，自然语言是最高级的用户语言，它使非专业人员操作计算机，并为从中获取所需的知识信息提供可能。

当前第五代计算机的研究领域

当前第五代计算机的研究领域大体包括人工智能，系统结构，软工程和支援设备，以及对社会的影响等。

人工智能的应用将是未来信息处理的主流，因此，第五代计算机的发展，必将与人工智能、知识工程和专家系统等的研究紧密相联，并为其发展提供新基础。目前的电子计算机的基本工作原理是先将程序存入存储器中，然后按照程序逐次进行运算。这种计算机是由美国物理学家诺伊曼首先提出理论和设计思想的，因此又称诺伊曼机器。第五代计算机系统结构将突破传统的诺伊曼机器的概念。这方面的研究课题应包括逻辑程序设计机、函数机、相关代数机、抽象数据型支援机、数据流机、关系数据库机、分布式数据库系统、分布式信息通信网络等。

第五代计算机的发展意义

第五代计算机的发展必然引起新一代软件工程的发展，极大地提高软件的生产率和可靠性。为改善软件和软件系统的设计环境，将研制各种智能化的支援系统，包括智能程序设计系统、知识库设计系统、智能超大规模集成电路输助设计系统、以及各种智能应用系统和集成专家系统等。在硬件方面，将出现一系列新技术，如先进的微细加工和封装测试技术、砷化镓器件、约瑟夫森器件、光学器件、光纤通信技术以及智能辅助设计系统等。另外，第五代计算机将推动计算机通信技术发展，促进综合业务数字网络的发展和通信业务的多样化，并使多种多样的通信业务集中于统一的系统之中，有力地促进了社会信息化。

大脑芯片

大脑芯片，是能够实时模拟人类大脑处理信息的新奇的芯片。IBM打造世界首个大脑芯片，研制出两个芯片原型，在模拟人脑的道路上又向前迈出一步。

基本信息

中文名

大脑芯片

开发商

IBM

特性

芯片

简介

几十年来，科学家一直“训练”电脑，使其能够像人脑一样思考。这种挑战考验着科学的极限。IBM公司的研究人员18日表示，在将电脑与人脑结合在一起的研究道路上，他们取得了一项重大进展。

这家美国科技公司研制出两个芯片原型，与此前的PC和超级计算机采用的芯片相比，这些芯片处理数据的方式与人脑处理信息的方式更为接近。这两个芯片是一项为期6年的项目取得的一项具有里程碑意义的重大成就。共有100名研究人员参与这一项目，美国政府的国防高级研究计划局(DARPA)提供了4100万美元资金。IBM的投资数额并未对外公布。

两个芯片原型提供了进一步证据，证明“平行处理”日益提高的重要性。平行处理具体是指电脑同时处理多个任务。多任务处理对渲染图片和处理大量数据非常重要。迄今为止，这两个芯片仅用于处理一些非常简单的任务，例如操控一辆仿真车穿过迷宫或者玩《Pong》。它们最终走出实验室并应用于实际产品可能需要10年或者更长时间。

研制

技术人员便希望研制能够像人脑一样学习的电脑。iPhone或者谷歌服务器编程后能够根据以往的事件预测确定行为。IBM和其他公司及大学实验室研发的技术围绕“认知计算”展开，提高芯片处理意想不到的信息的能力。IBM之所以研发这种芯片是因为它们能够潜在地帮助处理现实世界的信号，例如温度、声音或者运动，用以提高电脑的功能。

在将发电站或者交通信号灯等实体基础设施与服务器或者软件等信息技术结合，帮助管理它们的功能方面，总部设于纽约的IBM扮演着领导者角色。类似这样的研究计划能够研制出性能更为出色的工具，用于监视存在于这些环境下的无数模拟信号。IBM芯片研制项目领导人达曼德拉·摩德哈表示，新型芯片的组件就像是数字神经细胞和数字突触，因此有别于其他芯片。每一个核或者处理器引擎都拥有计算、通讯和存储功能。他说：“我们不得不抛弃自己了解的有关芯片设计的所有东西。关键的差异是存储器和处理器，它们非常紧密地结合在一起。这些芯片并行计算的规模可以用‘庞大’形容。”

2009年，IBM宣布他们成功利用一台超级计算机模拟猫的大脑皮层。大脑皮层是进行思考和逻辑推理的部位。模拟猫的大脑皮层和研制新型芯片属于同一项研究计划。借助于性能更卓越的超级计算机，IBM曾于2006年成功模拟老鼠大脑40%的区域，2007年成功模拟整个老鼠大脑，2009年成功模拟人脑大脑皮层1%的区域。

动物实验

美国生物学家吉尔˙阿特马（Jelle Atema）于2006年完成了一项令人瞠目结舌的实验——将一条角鲨脑中植入一个电子元件，以影响鲨鱼的行为。

当吉尔˙阿特马操纵遥控器时，鲨鱼仿佛闻到了某种根本不存在的气味。例如，按下“右”键，鲨鱼大脑中通常处理右鼻孔嗅觉信息的区域就会受到电流刺激，鲨鱼就像真的闻到右边有诱人的食物一样，其大脑灰质细胞开始运作，并向自己发出吃饭的指令。于是鲨鱼便真的向右边游去。但吉尔˙阿特马也指出，目前自己还不能完全控制鲨鱼的大脑，只能控制鲨鱼的左右转。

约翰˙查平(John Chapin)也在老鼠身上完成了类似的实验。

1920年，生物学家沃特˙ 赫斯(Walter Hess)用电流刺激猫的大脑，成功地将一只原本温顺的猫变得凶狠好斗。

1950年，大脑专家胡塞 ˙德尔加多（Jose Delgado）依靠一部记录他自己斗牛场面的影片一举成名。在片中，一头公牛奋力向他冲去，在几乎被牛顶翻之际，他启动遥控器……公牛突然出现一副恐惧的样子，掉头而去。

发展进程

首例人脑芯片出现在1950年，胡塞 ˙戴尔卡多尝试在人类身上进行此项操作：通过轻微刺激人脑的某一部分而改变人的情绪，甚至控制人的一条胳膊或腿。最终这项实验因为有悖伦理而终止。

但从此之后，用电流刺激大脑的方法被证实可以用来治疗某些疾病。例如，始于30多年前的人工耳蜗植入术可以令一些失聪的人恢复部分听力。

目前，这一领域的研究又重新成为热点。有些科学家甚至设想通过一些装置，使人得以依靠思维控制机器的运行。已经有一些瘫痪病人利用植入脑中的电极，成功地做到这点。

最新进展

日前，由瑞士、德国和美国的科学家组成的研究小组首次成功研发出一种新奇的微芯片，能够实时模拟人类大脑处理信息的过程。这项新成果将有助于科学家们制造出能同周围环境实时交互的认知系统，为神经网络计算机和高智能机器人的研制提供强有力的技术支撑。

以前的类似研究都局限于在传统计算机上研制神经网络模型或在超级计算机上模拟复杂的神经网络，而新研究的思路是：研发在大小、处理速度和能耗方面都可与真实大脑相媲美的电路。研究小组成员基尔克莫·因迪韦里表示：“我们的目标是直接在微芯片上模拟生物神经元和突触的属性。”

做到这一点面临的主要挑战，是配置由人造神经元组成的网络，让其能执行特定的任务。研究小组现在已经成功地攻克了这一“碉堡”，他们研发出一种被称为“神经形态芯片”(neuromorphic chips)的装置，能够实时执行复杂的感觉运动任务，并借助这一装置，演示了一个需要短期记忆力和依赖语境的决策能力的任务，这是认知测试所必需的典型特征。

研究小组把神经形态神经元与利用神经处理模块——相当于所谓“有限自动机”的网络相结合。有限自动机是一个用来描述逻辑过程和计算机程序的数学概念。行为可以表示为有限自动机，由此以自动化的方式转给神经形态硬件。因迪韦里说：“网络连接模式非常类似于在大脑中发现的结构。”

由于神经形态芯片可以实时处理输入的信息并作出回应，有关专家认为这项技术将有望走向实用化，从而允许机器人在复杂环境中，在不受人类远程遥控的情况下实现自动作业。

这项技术的采用还将有望在未来让计算机能够在有部件损坏的情况下继续运作，就像人类的大脑那样，每天损失数以百万计的脑细胞，但是其整体的思维能力却仍然继续正常运转。

欧盟、美国和瑞士目前正在紧锣密鼓地研制模拟大脑处理信息的神经网络计算机，希望通过模拟生物神经元复制人工智能系统。这种新型计算机的“大脑芯片”迥异于传统计算机的“大脑芯片”。它能运用类似人脑的神经计算法，低能耗和容错性强是其最大优点，较之传统数字计算机，它的智能性会更强，在认知学习、自动组织、对模糊信息的综合处理等方面也将前进一大步。

不过也有人表示了担忧：装上这种芯片的机器人将来是否会在智能上超越人类，甚至会对人类造成威胁？

不少科学家认为，这类担心是完全没有必要的。就智能而言，目前机器人的智商相当于4岁儿童的智商，而机器人的“常识”比起正常成年人就差得更远了。美国科学家罗伯特·斯隆日前说：“我们距离能够以8岁儿童的能力回答复杂问题的、具有常识的人工智能程序仍然很遥远。”日本科学家广濑茂男也认为：即使机器人将来具有常识并能进行自我复制，也不可能对人类造成威胁。值得一提的是，中国科学家周海中在1990年发表的《论机器人》一文中指出：机器人并非无所不能；它在工作强度、运算速度和记忆功能方面可以超越人类，但在意识、推理等方面不可能超越人类。另外，机器人会越来越“聪明”，但只能按照制定的原则纲领行动，服务人类、造福人类。(作者恢菜[憨笑])