阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第56章
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1＋1=10。［10中重要的一
个数字是
1；它向左移动了一位，这一点并不重要。在二进制中，
10表示（1×21）＋（0×20），它和十进制中的
2是一样的。］
布尔代数在通信工程中已变得很重要，并且构成了现在人们
所说的信息论的一个组成部分。
人工智能
第一个真正看到提花织机穿孔卡片的潜力的人是英国数学家
巴贝奇。在
1823年，他开始着手设计并建造一个他称之为差分机
的装置，并在
1836年试图建造一部更为复杂的分析机，但两者均
未能完成。
理论上，他的想法是完全正确的。他设想通过使用穿孔卡片
自动地完成算术运算，然后再将运算结果打印出来或采用在空白
第十七章 头 脑
第十七章 头 脑
卡片上穿孔的方式输出。他还计划使机器能够存贮卡片（这些卡
片是经过适当穿孔的），并能在将来需要的时候取用这些卡片，这
样机器就具有记忆功能了。
这部机器的机械运动是通过连杆、汽缸、齿条，以及按十进制
系统制造的齿轮完成的。机器用铃声通知操作人员送入一些卡
片，如果送错了卡片，就会有更加响亮的铃声告诉他们。
不幸的是，巴贝奇脾气暴躁，性情古怪。随着不断有新的灵
感，他每过一段时间就将他的机器拆了，重新建造更加复杂的机
器，结果不可避免地耗尽了资金。
更重要的是，他所依靠的机械的轮子、杠杆和齿轮根本就不能
完成他所要求完成的任务。巴贝奇的机器比起帕斯卡的机器来，
需要更加精巧、更加灵敏的技术，这样的技术当时还不存在。
由于这些原因，巴贝奇的工作逐渐失败了，并被遗忘了一个世
纪。当人们最终成功地建造出巴贝奇式的计算机时，是由于有人
又独立地重新发现了他提出的原理。
电子计算机
穿孔卡片在计算工作中的一项更为成功的应用，发源于美国
人口普查的需求。美国宪法规定，每十年要进行一次人口普查。
而且实践证明，对于全国的人口和经济进行的普查效益极大。事
实上，每过十年，不但国家的人口和财富有所增加，而且所需的统
计细节也有所增加。其结果是，完成全部统计所需的时间也越来
越长。到了
19世纪
80年代，人们开始发现也许到
1890年的普查
快要到来时，1880年的普查结果还不能完全出来。
就是在这个时候，美国联邦统计局的统计员霍勒里思发明了
一种记录统计资料的方法。这种方法是在卡片的适当位置上用机
械方法做出一些孔。卡片本身是非导体，但是电流能流过位于孔
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处的接触点。通过这种方式，计数和其他的运算就能由电流来自
动完成，这一点相对于巴贝奇的纯机械的装置来说是一项重要的
甚至是决定性的进步，因为电是可以担当这一任务的。
霍勒里思的机电制表机在
1890年和
1900年的美国人口普查
中获得了成功的应用。即使用上了霍勒里思的装置，1890年
6500万人的人口普查也花了两年半时间才列表完毕。但是，到了
1900年，他已经改进了自己的机器，使卡片能自动进给，并由电
刷读出。于是
1900年的新的更大的人口普查仅用了一年半多一
点的时间就完成了全部统计工作。
霍勒里思创办了一家公司，它就是国际商业机器公司（
IBM）
的前身。这家公司以及由霍勒里思的助手鲍尔斯领导的雷明顿·
兰德公司，在其后的
30年中对机电计算系统进行了不断的改进。
这两家公司不得不这样做。
随着工业化的进展，世界经济越来越复杂化。而且，想成功地
管理世界事物，必须要越来越多地知道有关的数字、信息和统计资
料的细节。世界正在变成一个信息社会，而人类如果不能足够快
地学会收集、理解这些信息并做出相应的反应，则这样一种信息社
会会因负荷太重而崩溃。
正是由于这种无情的压力，这种必须处理不断增加的大量信
息的压力，推动社会向着发明更加精巧、更加多样化和更大容量的
计算装置的方向前进。这种前进趋势自
20世纪开始以来一直势
头未减。
机电计算机的速度越来越高，而且在整个第二次世界大战期
间得到了广泛地应用。但是，只要这些机器离不开像开关继电器
和控制计数轮的电磁铁之类的运动部件，它们的速度和可靠性就
不会超过某种限度。
1925年，美国的电气工程师布什和他的同事们建造了一部能
第十七章 头 脑
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解微分方程的机器。这部机器能够做巴贝奇想让他的机器做的事
情。它是第一部成功的我们今天称之为计算机的仪器。这是部机
电计算机。
1937年，哈佛大学的艾肯在
IBM公司工作期间，设计了一台
更为惊人的机电计算机。这部机器名叫
IBM自动顺序控制计算
器，在哈佛叫做马克Ⅰ型。它在
1944年建造完毕，是为科学应用
而设计的。它能够完成包含
23位二进制数的数学运算。换句话
说，它能在
3秒钟内正确完成两个
11位数的乘法运算。这是一部
机电装置，由于它主要是用于处理数字，所以它是现代第一部数字
计算机。（布什的装置，像计算尺一样，是通过把数字转变成长度
的方法来求解。由于它使用的是模拟量，而不是数字本身，所以它
是一部模拟计算机。）
但是，要取得完全的成功，这些计算机里的开关必须是电子的
才行。对电流进行机械的中断和重新导通确实比轮子和齿轮要强
得多，但还是既笨又慢，更不用说不可靠了。在电子器件如电子管
中，可以对电子流进行精巧、准确和迅速得多地操作，而这就是下
一个发展步骤。
第一部大型电子计算机共包含了
19 000个真空管，它是由埃
克特和莫奇利于第二次世界大战期间在宾夕法尼亚大学建造的，
被称为电子数值积分器和计算器，简称
ENIAC。ENIAC在
1955
年停止了工作并在
1957年被拆除。当时这部机器才
12岁，却已
是一个毫无希望大大过时的老糊涂了，但是它却留下了很多非常
尖端的后裔。ENIAC重达
30吨，占地
140平方米，而
30年后具
有同等功能的计算机可以做得像一台电冰箱一样大小，这都是由
于使用了比老式的真空管小得多、快得多而又可靠得多的开关元
件的缘故。
这方面的进展非常快，到了
1948年，已经开始了小型电子计
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算机的批量生产。5年之内，已有
2 000台电子计算机投入使用。
到了
1961年，这个数字增至
10 000台。而到了
1970年，使用中的
计算机已突破
100 000台的大关。然而这只不过是刚刚开始而已。
进展之所以如此迅速，是因为虽然电子技术能满足计算机械
化的需要，电子真空管却不是这个问题的答案。真空管尺寸大、脆
弱并需要消耗很多能量。
1948年，有人发明了晶体管（见第九
章），由于有了这一类的固态器件，使得电子控制部件变得结实、小
巧而且能耗极低。
在计算机尺寸变小、价格下降的同时，它们的容量和应用范围
却在大大增加。在晶体管出现后的几十年间，人们很快一个接一
个地发现了许多新的方法，将越来越多的信息容量和存贮量塞进
一个比一个小的固态器件里去。到了
20世纪
70年代，微晶片盛
行了起来；这是一种细小的硅片，上面在显微镜下蚀刻上了密集的
电路。
结果不算太富有的人也买得起计算机了。很可能
20世纪
80
年代会成为家用计算机盛行的年代，就像
20世纪
50年代是家用
电视盛行的年代一样。
第二次世界大战以后投入使用的计算机，对当时的普通民众
来说，已经像是“思维机器”了。于是，科学家和普通外行人士都开
始思考人工智能的可能性和它可能带来的后果。人工智能这个术
语是由麻省理工学院的计算机工程师麦卡锡首先使用的。
这方面的思考在今天比当时要广泛得多，出现仅仅
40年的计
算机已成为人们生活中必不可少的、有巨大能力的工具。没有计
算机就不可能有空间探险。没有它们航天飞机就不能上天。没有
它们，我们的战争机器也会崩溃，倒退到第二次世界大战时的程
度。没有它们，任何工业，不论规模大小，甚至于几乎所有的办公
室，都不能继续以目前的结构存在下去。美国的政府机构（特别是
第十七章 头 脑
第十七章 头 脑
联邦税务局）一般情况下本来就够无效的了，没有计算机的话他们
就更加一筹莫展了。
于是，人们一直在不断地探索计算机的新用途。除了解题、作
图、存取数据等等，还能用它们做一些琐碎的事情。经过编程，有
些计算机能够下国际象棋，水平接近象棋大师。还有一些计算机
可用来玩各种游戏；到了
20世纪
80年代，这些游戏抓住了千百万
青少年的想象力并为厂家赢得了亿万美元的收益。计算机工程师
们目前正努力改善计算机从一种语言翻译成另一种语言的能力，
并赋予它们读、听和说的能力。
机器人
有没有什么事情是计算机最终也不能做的呢？产生这种问题
是不可避免的。例如，能不能把某种计算机装入到一个类似人体
的结构中去，以造出真正的自动机呢？（这不是指
17世纪时造出
的玩具，而是具有真人的相当一部分功能的人造人。）
甚至在第一批现代计算机问世以前，科学幻想作家们就已经
严肃地考虑过这类事情。在
1920年，捷克剧作家恰彼克发表了一
部叫做《R。U。R。》的剧本，在这出戏中，一个名叫罗素姆的英国人
大规模地生产自动机，生产自动机的目的是让它们去做世上所有
的工作，以便使人类过上更好的日子；但是最终它们却造反了，消
灭了人类，并使自己成为一种新的智慧生物。
“罗素姆”来自捷克语“rozum”一词，原意是“理性”，而“R。U。
R。”则是“罗素姆的全能机器人”的缩写。机器人一词在捷克语中
是“工人”的意思，但同时又有非自愿地受奴役的含意，所以还可翻
译成“农奴”或“奴隶”。这出戏大受欢迎并广为流传，因而使旧的
术语“自动机”一词不再流行，而在所有语言中，取而代之的都是机
器人。因此现在一提起机器人，我们就会想到它是一部人造装置
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（在人们的想象中，它还至少略具一点人形），具有通常认为是人类
成员才会具有的一些功能。
但是，总的来说，科学幻想作家们并没有把机器人当作真实的
东西来对待，而只是用它们来告诫人类。它们不是以恶棍便是以
英雄的面目出现，引入这类角色的目的是清楚地展示人类的状况。
然而，到了
1939年，当时年仅
19岁的阿西莫夫（是的，就是本
书的作者）对不是坏得极不真实就是好得极不真实的机器人感到
厌倦了，于是便开始发表了一些专谈机器人的科学幻想小说。他
把机器人看作仅仅是机器，就像所有其他机器一样，这些机器人在
建造时已采取了合理的安全保障措施。他在整个
20世纪
40年代
期间，连续发表了多部这类小说。到了
1950年，其中的九部被集
成一本书，书名叫做《我是机器人》。
阿西莫夫提出的安全保障措施，定型后就是“机器人学三定
律”。这种说法是在
1942年
3月发表的一部小说中首次提出的，
这是现在所知的第一次有人使用机器人学这个词。机器人学今天
已成了广为人知的术语，指的是关于设计、建造、维护和使用机器
人方面的一切科学与工艺学。
机器人学三定律是：
1。 机器人不得伤害人类，并必须尽力防止人类受到伤害。
2。 在不违背第一定律的前提下，机器人必须服从人类的一切
命令。
3。 在不违背前两条定律的前提下，机器人必须保护自身的存
在。
当然，阿西莫夫所提出的只不过是纯粹的推测而已，最多只能
当作灵感的来源，而实际工作是由科学家们做的。
进行这方面的工作部分是由于第二次世界大战的压力。电子
学的应用使人们可以赋予武器装备非常灵敏快速的反应能力，甚
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第十七章 头 脑
至超过了生物体的功能。另外，无线电的作用范围也有了明显地
增加。战争中德国的自动操纵飞弹，基本上就是一个飞行的随动
系统。它不仅引出了导弹的发展，还带来了所有各种自动和遥控
操纵的运动装置发展的可能性，这些装置从地铁列车到宇宙飞船，
范围很广。由于军方对这些装置的兴趣最为强烈，又具有最丰富
的资金来源，随动系统恐怕是在枪炮和火箭的瞄准和发射机构中
发展到了最高水平。这些系统能够在上千公里外发现一个快速移
动的目标，立刻算出它的路径（并把目标运动的速度、风的情况、大
气中各层的温度及其他许多因素都计算在内），并极其准确地击中
它，整个过程完全不需人的指导。
数学家维纳是一个非常热心于自动化的理论家和倡导者。他
也曾致力研究这类目标问题。20世纪
40年代期间，他和他领导
的麻省理工学院的科研小组研究出了一些关于处理反馈的基本数
学关系。他把这一研究分支称做控制论，英语中控制论一词是以
希腊语“舵手”一词为基础创造的。这好像很合适，因为随动系统
最早的应用和舵手有关系。（“控制论”这个词还回应了瓦特的离
心调速器，因为英语的“调速器”一词就是来源于拉丁语的“舵手”
一词。）
维纳的《控制论》是第一部完全针对计算机控制理论的重要著
作。掌握了控制论的原理，人们即使造不出机器人，至少也能造出
一些利用这些原理模仿简单动物的行为的系统。
例如，英国神经病学家沃尔特在
20世纪
50年代建造了一个
装置，能够探测周围环境并对之做出反应。他把这种外观像“龟”
的东西称做“testudo”，这个词在拉丁语中是“龟”的意思。这个装
置有一个光电池作为眼，一个传感器用于触觉，以及两部电动
机——一部用于前进和后退，另一部用于转向。在黑暗中，它会绕
着一个大弧爬行。当它碰到一个障碍物时，会退后一点，转一个小
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角度后再度前进；如果再碰到障碍物，它会重复以上动作，直到绕
过去为止。当它的光电眼看到一处光源时，转向的电动机就会关
掉，然后这东西就会向光源一直走去。但是这种向光性是受到控
制的；当它走近光源时，亮度的增加使它向后，这样它就不至于犯
飞蛾投火的错误。但是，当它的电池快要耗尽时这只“饥饿”的龟
就会走近光源以接触放在电灯泡旁的充电器。电充好了以后，这
只龟的感觉又变得敏锐了，它又会从灯泡周围的明亮区域中退出
去。
除了战争的压力以外，我们也不能完全忽略灵感的影响。在
20世纪
50年代早期，哥伦比亚大学的本科生恩格
