Illiac計算機基本概念

ILLIAC是一臺采用64個處理單元在統(tǒng)一控制下進行處理的陣列機。為了以較低的成本得到很高的速度，ILLIAC的中央處理裝置分成了四個可以執(zhí)行單獨指令組的控制器，每個控制器管理數(shù)個處理單元，總共有256個處理單元。每個處理單元可以作為一個運算和邏樣裝置, 具有它自己的2048字（每字64位）存片器，并能和所有其它的處理單元發(fā)生聯(lián)系。由于運算和邏輯功能分配在256個處理單元上，因此ILLIAC可以同時完成很多類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作。根據(jù)這種平行機理，就要求處理單元本身是一臺快速計算機，存儲器周期小于300ns，64位的浮點加法為250ns，二個64位數(shù)的浮點乘法為450ns。

美國ILLIAC-IV計算機，是第一臺全面使用大規(guī)模集成電路作為邏輯元件和存儲器的計算機，它的出現(xiàn)標(biāo)志著計算機的發(fā)展已到了第四代。

如圖1所示是ILLIAC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

它由四個單獨的CU，每個CU驅(qū)動帶有64個PE存儲器的PE。各CU的連接線允許所有的CU精確地執(zhí)行同一指令流，在這種“聯(lián)合” 操作方式時，程序傳送是跨象限的，

Illiac計算機立體型計算機

一臺立體型計算機根據(jù)其功能特點表示為下圖2：

它包括：

（1）保存操作數(shù)和指令的存儲器。

（2）一臺控制制器，它從存儲器取出指令，對指令譯碼，發(fā)出操作或驅(qū)動的控制信號（微序列脈沖）。

（3）一臺運算器，對由存儲器取出的操作數(shù)進行運算（加、邏輯操作、乘），并將結(jié)果送回存儲器。事實上，控制器監(jiān)視和控制在存儲器與運算器之簡的信息流動情況，并對運算器進行操作。

Illiac計算機ILLIAC立體型設(shè)計

下圖給出了ILLIAC設(shè)計中如何對立體型設(shè)計進行了修改，該圖只給出了一個象限，也可以說是四分之一的ILLIAC列陣。

其控制器的工作方式與立體型計算機中控制器的工作極端相像，指令從存儲器到控制器，并在其中進行，然后產(chǎn)生微序列信號。這種微序列信號重復(fù)64次，每組送到一個單獨的運算器。同樣的信號控制64個不同的運算

器，從而使運算器運算的數(shù)量增加了64倍。一個運算器定為一個“處理單元”（PE），64個PE中的每一個都有一個存儲器，而且只能與它自己的存儲器發(fā)生取數(shù)與存數(shù)的關(guān)系，然而控制器卻能從64個存儲器中的任一個中取出

指令，這種每個運算器只能與它單一的存儲器執(zhí)行存儲器操作的限制解決了某些問題, 但也帶來了某些另外的難題。

Illiac計算機處理單元

ILLIAC的處理單元基本上是一個四寄存器的運算器。有一個A寄存器和一個B寄存器，用以存放運算操作和邏輯操作的操作數(shù)，執(zhí)行運算操作時，其操作數(shù)一個放在A寄存器中，一個放在B寄存器中，結(jié)果留在A寄存器中。S寄存器作為暫用存儲器，以防止利用中簡結(jié)果時重復(fù)地動周存儲器。R寄存器用作程序傳送時PE之間的信息轉(zhuǎn)換。這些寄存器的字長都是64位。下圖是ILLIAC的處理單元和處理單元存儲器：

Illiac計算機控制器

ILLIAC的機器語言指令由32 位組成，PLA中的64字（每字64位）提供128條指合的排隊，多至128條指令的循環(huán)執(zhí)行時不需與PE存儲器打交道。64字分成8組，每組8個字。當(dāng)控制器正在執(zhí)行的指令進入8字的第5個字時，它就檢驗下一個8個字是否已經(jīng)放入PLA，如果還沒有進人PLA ，則就發(fā)出命令，把它們送入PLA，同時把原來的8個字清除。這就有效地減少了由于取指令而產(chǎn)生的大量延遲時間，但下述情況除外，即向程序的一部分執(zhí)行轉(zhuǎn)移，而該程序不在PLA中。對大量的已被模擬的程序來說，已發(fā)現(xiàn)控制器為了等待從存儲器取出指令的延遲時間大大小于原需時間的1 %。

下圖是控制器中主要部分的功能圖：

Illiac計算機控制器（CU）和處理單元（PE）的通訊

在CU和PE間轉(zhuǎn)換操作數(shù)與信息，可用下述幾種方法：

（1）CU可以同時向所有的PE送出一個64位的字，該字原來可在CU的局部存儲器中，或CU的運算器中。其目的地可為PE的64位操作寄存器中的任何一個。

（2）CU把64位的字送到PE，每個PE用一位，即第一位至

（3）CU以上述相反的方法從PE接收信息，即從每個PE的1位寄存器中取樣一位，在CU中組合成一個64位的字，利用這個方便，CU就可以借助于64個不同的PE的一位模寄存器來的64位字，判斷哪個PE是響應(yīng)的。

（4）CU可把任一PE存儲器的字取至局部數(shù)據(jù)存儲器或PLA，這種取數(shù)可以是一個64位字的傳送，也可以是8個相接的64位字的傳送。8個相接字的取出僅比單個字的取出需要稍長的時間，因此是把PE存儲器的數(shù)成批進入CU的快速方法。所有送至PLA的取數(shù)操作都是自動進行的 。2100433B

一部計算機表現(xiàn)出某種智能行為并不一定被認(rèn)為它本身有智能。為了判定計算機是否具有智能，圖靈曾設(shè)計了一種測試方法，即有名的圖靈試驗。設(shè)想一個測試者用計算機終端分別與被測的人及計算機聯(lián)系（測試者不能直接看到被測人與計算機），如果從回答測試者問題的信息中不能正確區(qū)分被測者是人還是計算機，即把計算機當(dāng)成人了，就應(yīng)認(rèn)為計算機具有智能。這是一種關(guān)于智能機的行為主義的觀點。以回答問題的能力做為具有智能的判據(jù)有一定局限性，因為人的智能涉及許多方面，有些智能如形象思維就不可以言傳。這種測試也難以反映自學(xué)習(xí)自適應(yīng)能力。人們一方面追求用機器實現(xiàn)智能，另一方面又不大相信電子器件的自動開與關(guān)能實現(xiàn)人的思維。因此當(dāng)一種實現(xiàn)智能應(yīng)用的方法很有效時，往往認(rèn)為這是一種已知的技術(shù)，與其他計算機程序運行沒什么不同，人們對于機器模擬人類思維的矛盾心理趨向于認(rèn)為一個能工作的系統(tǒng)是有用的但不是真正有智能的。

實際上，智能計算機已經(jīng)成為一個動態(tài)的發(fā)展的概念，它始終處于不斷向前推進的計算機技術(shù)的前沿。人工智能的權(quán)威學(xué)者M.明斯基定義人工智能的任務(wù)是研究還沒有解決的計算機問題。這一觀點反映了人工智能與智能機研究有別于其他學(xué)科的顯著特點。智能應(yīng)用問題往往沒有確定的求解算法而采用搜索的辦法，一旦人們對某一問題掌握了足夠豐富的知識，即已找到了不需要搜索的確定型算法，可以預(yù)見其行為與效果時，這個問題一般就不再認(rèn)為是一個智能問題了。從應(yīng)用的角度看，如果一項人工智能的研究成果已經(jīng)成熟并被廣泛采用，人們已經(jīng)了解它的運行機制，就不再把它視為智能技術(shù)了?？梢灶A(yù)言，目前被看成是智能計算機主要組成部分的知識庫在不久的將來就會像數(shù)據(jù)庫一樣被當(dāng)成一般的計算機技術(shù)。因此，智能計算機與其看成是與傳統(tǒng)計算機完全不同的一種機器，還不如看成是帶動計算機不斷發(fā)展的一項高技術(shù)。這種壓力迫使從事智能計算機研究的科研人員必須不斷提出新概念、新方法，不斷攻克新的技術(shù)難關(guān)。

研制智能計算機的目的不是用計算機代替人的腦力勞動，而是充分發(fā)揮人和計算機各自的特長，形成互補、協(xié)調(diào)的人機合作環(huán)境。不怎么聰明的智能計算機可以使聰明的人更加聰明。在人機合作的和諧環(huán)境中，人主要負責(zé)提供涉及面很廣的常識和從事有創(chuàng)造性的工作，機器作為人的助手從事需要一定智能的其他工作。智能機往往是某些方面聰明過人而其他方面又十分愚笨，因此設(shè)計一個高效率高智商的人機協(xié)作智能系統(tǒng)必須合理地確定哪些事由人做，哪些事由機器做，而且要建立十分友好的人機對話界面。

在鋼鐵生產(chǎn)中高爐煉鐵較其他部門需要更復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，目前計算機控制主要用于各種數(shù)據(jù)的收集、分析、記錄，爐料的稱量、校正、裝卸、運輸，控制熱平衡，穩(wěn)定爐況等。比較成熟的是用于熱風(fēng)爐系統(tǒng)和裝料系統(tǒng)的自動控制。目前電子計算機應(yīng)用于高爐生產(chǎn)的職能與任務(wù)可以概括為：

高爐計算機控制,現(xiàn)在傾向于采用以下兩種形式:①分支控制，即上料系統(tǒng)和熱風(fēng)爐各用一臺小型計算機控制，高爐本體另用一臺主計算機控制。也有數(shù)座高爐共用一臺主機集中控制,而每座高爐的熱風(fēng)及上料系統(tǒng),各由一臺小型計算機控制。②將高爐分成若干區(qū)域，進行局部控制。計算機接受高爐各部分發(fā)來的信號，然后發(fā)出指令，直接傳送給調(diào)節(jié)器或提供給操作人員。