____计算机科普（2）

 

姜咏江

 

电脑为什么能够替代人脑工作？是因为人脑和电脑都以信息为基本处理对象。什么是信息？信息就是事物的表现或描述。

 

宇宙间任何事物无不在自我表现或被其他事物描述之中。表现是事物直接表达出来的形式，而描述是事物的间接表达形式。例如，美丽的风景能以自在的形式表现着风貌，当游客见到它的面貌之时，承受的就是风景的直接表现。如果一个人是从别人拍摄的照片上见到了那美丽的风景，那么这个人就是间接地感受到了那个地方的美貌。前者旅游的人身临其境，接收的是事物直接表现的信息；后者是通过照片这种描述形式体会风景，接收的是一种描述的信息。可见信息就是以表现和描述的形式呈现在了人类面前的东西，这种表现或描述总是在向人类揭示着某种事物的内涵。

 

在信息的问题中，人是参与其中的重要方面。人类的各种知识都是信息，这其中包括口传的知识和文字记载的知识。由于人类文字记载的发展演变，使相关的信息记录形式也在不断地发生着变化。从最初的结绳计数、刻在石壁上的象形文字，到今天的电磁形态的二进制数码记录方式，都体现了人类对信息处理的把握。信息技术的发展体现了人类认识世界和改造世界能力的变化，因而信息处理是人类的最重要的活动。

 

在信息理论中，人们将信息表现或描述的对象称为信息主体，将发布信息的事物叫信息源，将接收信息的事物叫接收器。信息从一个地方传到另一个地方叫信息传输。承载信息的物质形态叫媒体。将信息以某种物质形态保留起来叫信息存储。一个信息从一种物质形态存储转到另一种物质形态存储，这叫信息转换。将复杂的信息拆分成若干个简单的信息，叫信息分析，反之将多个信息组织成更为复杂的信息叫信息综合。信息的传输、转换、存储、分析、综合及能够脱离信息主体存在等，都是信息的根本属性。人类对信息所进行的各方面工作都称为信息处理。信息处理被描述为：人们对信息的搜集、存储、转换、传输、综合分析等工作的总称。信息处理体现为一种过程，因而信息处理都是与时间有关的，因而信息处理系统是随着时间变化的多值函数。

 

天文学家观测到距地球几十万光年处有两个星系在交融演化。这实际上是通过多种媒体传递给天文学家的信息，并且观测到这一信息的那一个时间段已发生在几十万年以前，在天文学家未能观测的漫长时间中，两个星系如何演化仍然是未知的事情。为了天文研究，天文学家要对观测信息进行记录，保存相关资料，提取以往的关联资料进行比对分析，综合与此事物有关的各方面信息，进而进行判断、提出假设、推断某些与之有关的事情的发展变化，这一切都是信息处理的过程。

 

信息处理的一般过程可以用图1的框图来直观地进行描述。

 

图 1 信息处理的一般过程

 

对于人脑来说，信息处理的过程都是由神经信号的变化来表达的。对于数字电子计算机来说，信息处理的过程是由电磁信号表达出来的。虽然这两种过程信息的表达形态会有所不同，但信息处理的过程基本相似。

 

人脑的信息处理一般要有起因，这种起因就表现为信息的输入。有了起因，人脑才会思考。人脑思考的过程无非是对接收的信息进行识别，在识别的基础上实现关联，进而进行推理和判断，最后得出结论，并决定将结论存储在大脑中还是以信息的形式输出。输入输出之间的过程我们可以称之为运算，因而信息处理的过程都可以一般性地称呼为运算。

 

已知的人脑运算基本上可以用顺序、分支、循环和层次分析的基本结构体现出来，而这一切都必须与存储在头脑当中的信息作为基础。因此人脑的运算过程一定伴随着与存储信息不断地交流与交换过程。实际上，顺序表现的是推理，分支表现的是判断，循环表现的是重复，层次分析表现的是经验的再利用。

 

电脑同人脑一样用程序来模拟人脑的思维过程。人们将程序分为顺序、分支、循环和子程序调用这四种基本程序结构，并将每一结构的过程与存储器中的数据（等待处理的信息）结合起来，通过人们预先设计好的基本动作来达到人脑工作的效果。这就是电脑为什么能够替代人脑进行信息处理的内在原因。

 

电脑是人工制造出来的机器，因而会受限于人类自身对大脑工作过程的认识。由于人类对大脑工作认识的不足，必然反映在电脑模拟人脑的不完善之处，所以电脑目前还不能象人类大脑那样主动地进行思维和能够主动地进行新陈代谢。但我们有理由相信，随着人类自身对大脑工作的深入了解，能够会主动思维和具有新陈代谢功能的电脑一定会制造出来。

 

2010-10-12