智能科学技术导论 第02讲 机器系统

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1、周昌乐教授教学课件dozero@xmu.edu.cn智能科学技术导论第02讲机器系统主讲:周昌乐教授福建省仿脑智能系统重点实验室www.bliss.xmu.edu.cn厦门大学智能科学与技术系导语机器系统既是智能的载体，又是实现智能的工具。一般类似于我们人类智能系统的大脑与心智，任意一个机器系统分为硬件（含软件硬件化的固件）与软件两个方面。比较典型的机器系统就是我们最为常见的通用计算机系统。因此，我们以通用计算机系统为例来介绍机器系统及其基本工作原理。福建省仿脑智能系统重点实验室2导语OperatingSystemProc

2、essInputOutputStorage一般机器系统的构成原理图福建省仿脑智能系统重点实验室3导语我们日常使用的台式计算机或笔记本计算机就是一种典型的机器系统，可以接受数据（输入）、根据某些规则来处置这些数据（处理）、产生处理结果（输出），并储存这些结果（存储）为以后所用。本讲就是为诸位介绍机器系统的一般功能实现原理。福建省仿脑智能系统重点实验室4导语自左顺时针依次是掌上机，小型机，大型机，超级机，专用机。福建省仿脑智能系统重点实验室5第2.1节数据存储无论是人脑，还是机器，信息表征一直是一个关键问题。对于机器而言，信息

3、表征就是数据存储问题。信息对于心智而言，主要是知识；信息对于机器而言，则就是数据。区分两者的主要标准就是意义解读。数据仅仅是对事物的一种编码形式，而知识则不仅仅是编码，其中对于主体而言，还有更加重要的“意义”。但对于机器而言，我们只能关心其中的编码形式与存放，这就是数据存储所关心的问题。福建省仿脑智能系统重点实验室6第2.1节数据存储1、数字位及其存储就像人脑神经系统通过基本单元神经元来进行信息加工一样，机器系统也有自己的基本单元，那就是数字位。所谓数字位（binarydigit），简称位，可以表示0或1中的一个数字，用以

4、表征简单事物两种状态之一，比如神经元兴奋或抑制、开关的开或关、粒子自旋手性方向的上或下、易经卦象爻符的阳爻或阴爻、人类性别的男或女，如此等等。福建省仿脑智能系统重点实验室7第2.1节数据存储1、数字位及其存储当然，就一般情况而言，0或1仅仅看作是两个不同的符号，没有固定含义。但排列有序的系列数字位，却可以用来表征各种事物对象，比如可以表示数值（如整数）、编码符号（如字母）、刻画声音（一维数组）、描述图像（二维数组）等等，一切你需要表征的事物对象。下面给出的就是一种对八卦进行数字位的排列表征。福建省仿脑智能系统重点实验室8第

5、2.1节数据存储000用数位来编码八卦，即用0编码阳001100爻，用1编码阴爻，乾兑巽并按照经卦构成规律来排列（从里向外排010离坎101列），就可以形成左图的系统编码。当年震艮莱布尼兹就是受到坤《易经》启发，才发011110明了二进制，只是对111阳爻与阴爻的次序理解有误。福建省仿脑智能系统重点实验室9第2.1节数据存储1、数字位及其存储从物理上讲，存储一个数字位需要使用某种具有两种状态的介质，并能够对其进行某种变换操作，其中一个状态代表0，另一种状态代表1。目前机器系统通行采用的物理介质是电磁介质，但从未来发展的趋势

6、看，生物介质、量子介质可能是更好的选择。下面我们仅对其中电磁介质及其逻辑变换原理进行介绍。福建省仿脑智能系统重点实验室10第2.1节数据存储1、数字位及其存储这是目前机器系统中采用的主要存储方式，为了说明其中的原理，我们必须介绍逻辑门及其逻辑变换。在逻辑电路设计中，对数字位进行逻辑变换的最基本单元称为“门”（gate）的装置。每个门可以根据输入数字位来给出特定需要的输出数字位。不同的门往往根据其完成变换功能的不同加以命名，分别称为非门、与门、或门及异或门。非门完成非变换、与门完成与变换、或门完成或变换、异或门完成与或变换。

7、各种逻辑门及其具体变换参见如下图表。从逻辑门的一头输入一个或两个数字位，另一头输出一个数字位。福建省仿脑智能系统重点实验室11第2.1节数据存储输入输出输入输出输输01输输000入出10入出010100非门与门111输入输出输入输出输输输输000出000入入出011011101异或101或门111110基本逻辑门及其输入输出逻辑关系福建省仿脑智能系统重点实验室12第2.1节数据存储1、数字位及其存储逻辑门是电子计算机的基本模块，通过基本逻辑门还可以复合出一些复杂功能的组合门，加上非门的逻辑变换，采用不同的逻辑门（下面列表给

8、出了常用的逻辑门），可以组合出各种不同的数字电路，完成更加复杂的逻辑变化功能。福建省仿脑智能系统重点实验室13第2.1节数据存储常用逻辑门列表福建省仿脑智能系统重点实验室14第2.1节数据存储若干更加复杂的逻辑门举例福建省仿脑智能系统重点实验室15第2.1节数据存储1、数字位及其存储特别是，采用一种称为