探究二進(jìn)制數(shù)字化和信息化的發(fā)展歷程

摘要：二進(jìn)制是數(shù)學(xué)中最簡(jiǎn)單的一種記數(shù)法，雖然現(xiàn)實(shí)社會(huì)普遍采用十進(jìn)制，但由于二進(jìn)制每位數(shù)只有1和0兩個(gè)數(shù)字，具有二值性，所以任何二態(tài)事物都可以用來(lái)存儲(chǔ)二進(jìn)制信息。例如：穿孔卡上“有孔”和“無(wú)孔”、磁路的“正向”和“反向”；電路的“開(kāi)”和“關(guān)”都可以用來(lái)表示二進(jìn)制的1和0。采用二進(jìn)制可大大簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，加快了人類社會(huì)數(shù)字化和信息化進(jìn)程。因此，二進(jìn)制可以看做是開(kāi)啟了人類社會(huì)數(shù)字化和信息化大門(mén)的金鑰匙。提出和選擇使用二進(jìn)制的歷史人物功不可沒(méi)。本文試圖探究二進(jìn)制數(shù)字化和信息化的發(fā)展歷程，紀(jì)念那些對(duì)此做出卓越貢獻(xiàn)的先賢們。

二進(jìn)制是數(shù)學(xué)記數(shù)系統(tǒng)的一種最簡(jiǎn)單的進(jìn)制，每位數(shù)增加到2的時(shí)候就向上一位進(jìn)位，每位上的數(shù)字只可能是0和1。這和十進(jìn)制每位數(shù)增加到10的時(shí)候向上一位進(jìn)位，每位上的數(shù)字只可能是0、1、2、…、9的道理相同。十進(jìn)制整數(shù)與二進(jìn)制整數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下圖所示。另外在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中，也用到了二進(jìn)制的浮點(diǎn)數(shù)，因與主題無(wú)關(guān)，本文無(wú)需贅述。

圖1. 8、16和32位二進(jìn)制數(shù)可表達(dá)的十進(jìn)制數(shù)的范圍

現(xiàn)代數(shù)學(xué)對(duì)不同進(jìn)制記數(shù)法已經(jīng)研究透徹，十進(jìn)制、二進(jìn)制和十六進(jìn)制應(yīng)用較廣。二進(jìn)制因每位數(shù)字的二值性，四則運(yùn)算可以簡(jiǎn)化為加法和移位兩種運(yùn)算，以及與邏輯判斷的可對(duì)應(yīng)性，在現(xiàn)代數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)中廣泛應(yīng)用。人類在探索和發(fā)明新計(jì)算工具過(guò)程中，通過(guò)各種探索最終選擇了二進(jìn)制，使電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明化繁為簡(jiǎn)，開(kāi)辟了人類數(shù)字化和信息化新時(shí)代?？梢哉f(shuō)二進(jìn)制是開(kāi)啟這個(gè)新時(shí)代大門(mén)的金鑰匙。誰(shuí)最早發(fā)現(xiàn)和提出二進(jìn)制？在發(fā)展各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上，又是誰(shuí)選擇采用了二進(jìn)制？問(wèn)題要追溯到17世紀(jì)才能找到答案。

一、被發(fā)現(xiàn)和被利用的金鑰匙

1679年德國(guó)數(shù)學(xué)家戈特弗里德.威廉.萊布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz，1646-1716)提出二進(jìn)制記數(shù)法，并完善了它的運(yùn)算規(guī)則。萊布尼茨在微積分、拓?fù)鋵W(xué)、符號(hào)思維、單子論和形式邏輯方面貢獻(xiàn)頗大。在二進(jìn)制研究方面，萊布尼茨首次發(fā)明二進(jìn)制與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換和二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算法則，促進(jìn)了二進(jìn)制算術(shù)的公開(kāi)傳播，他的研究標(biāo)志著二進(jìn)制算術(shù)正式創(chuàng)立。歷史上，二進(jìn)制最早來(lái)源于《周易》八卦？還是萊布尼茨的創(chuàng)造？還是萊布尼茨受《周易》啟發(fā)而提出？存在一定的爭(zhēng)論。但是，如果把二進(jìn)制提出、完善和應(yīng)用的過(guò)程放在中西方文化交流的大背景下看，除了萊布尼茨個(gè)人的獨(dú)創(chuàng)性貢獻(xiàn)外，二進(jìn)制應(yīng)該是一個(gè)時(shí)期形成的“中西合璧”人類智慧的結(jié)晶。

1848年英國(guó)數(shù)學(xué)家喬治.布爾(George Boole，1815-1864)創(chuàng)立二進(jìn)制代數(shù)學(xué)，也叫布爾代數(shù)、邏輯代數(shù)。布爾出版的《邏輯的數(shù)學(xué)分析》對(duì)符號(hào)邏輯理論有很大貢獻(xiàn)。1854年，他又出版的《思維規(guī)律的研究》系統(tǒng)介紹了布爾代數(shù)。后來(lái)布爾代數(shù)被廣泛應(yīng)用于數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。他提前約一個(gè)世紀(jì)為現(xiàn)代二進(jìn)制的電子計(jì)算機(jī)研制奠定了數(shù)制理論基礎(chǔ)。今天的數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)課程中都要教授布爾代數(shù)的內(nèi)容。

1937年貝爾實(shí)驗(yàn)室的喬治.斯蒂比茲(George Stibitz，1904-1995)展示了用繼電器表示二進(jìn)制的機(jī)器。1939年9月，斯蒂比茲交付了一臺(tái)命名為M-1的電磁式數(shù)字計(jì)算機(jī)，標(biāo)志著美國(guó)的第一臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)誕生。從1940年到1949年，斯蒂比茲接著主持了M-2、M-3、M-4、M-5型電磁式計(jì)算機(jī)的研制，以滿足美國(guó)在第二次世界大戰(zhàn)和戰(zhàn)后恢復(fù)建設(shè)對(duì)計(jì)算機(jī)的需求。1997年，美國(guó)計(jì)算機(jī)博物館以他的名字設(shè)立了一個(gè)著名獎(jiǎng)項(xiàng)——斯蒂比茲計(jì)算機(jī)先驅(qū)獎(jiǎng)。

1938年德國(guó)工程師康拉德.楚澤(Konrad Zuse，1910-1995)也完成了一個(gè)用繼電器實(shí)現(xiàn)的可編程序的二進(jìn)制形式的計(jì)算機(jī)，后來(lái)命名為Z1，其理論基礎(chǔ)也是布爾代數(shù)。后來(lái)還有改進(jìn)型的Z2和Z3問(wèn)世。楚澤1941年為Z3計(jì)算機(jī)申請(qǐng)了專利，但到了1967年法官仍然拒絕受理，理由是“缺乏創(chuàng)造性”。直到1962年，他才被確認(rèn)為計(jì)算機(jī)發(fā)明人之一。20世紀(jì)60年代初，楚澤的計(jì)算機(jī)公司已有數(shù)千名員工，銷(xiāo)售了近300臺(tái)各類計(jì)算機(jī)。1966年，他的公司被著名的西門(mén)子公司收購(gòu)，楚澤擔(dān)任了西門(mén)子公司的顧問(wèn)，他也被人們承認(rèn)是“數(shù)字計(jì)算機(jī)之父”。

幾乎在相同時(shí)期，楚澤與斯蒂比茲獨(dú)立研制出二進(jìn)制數(shù)字計(jì)算機(jī)。有趣的是，斯蒂比茲的M-l計(jì)算機(jī)與楚澤的Z-3計(jì)算機(jī)采用的元件相同，都使用了電話繼電器，開(kāi)始研制的地點(diǎn)都在自己家里。唯一的區(qū)別是楚澤選擇了起居室，而斯蒂比茲的發(fā)明卻誕生于廚房的餐臺(tái)。

圖2.對(duì)二進(jìn)制發(fā)現(xiàn)、完善和應(yīng)用做出貢獻(xiàn)的人（萊布尼茨、喬治.布爾、喬治.斯蒂比茲、康拉德.楚澤）

從1679年二進(jìn)制被發(fā)現(xiàn)，到1937年被應(yīng)用到二進(jìn)制計(jì)算機(jī)研制中，大約經(jīng)歷了260年的時(shí)間。在此漫長(zhǎng)的歲月里，二進(jìn)制數(shù)學(xué)理論被逐步地完善，因?yàn)檫@是一種最簡(jiǎn)化的計(jì)算方式，它被不斷嘗試和應(yīng)用于計(jì)算工具和計(jì)算機(jī)的研制。本文列舉的人物和事件是幾個(gè)較著名的有記載的例子，可能還有許多不知名的，或者失敗的嘗試案例，無(wú)聲地消失在歷史的塵埃中。這些嘗試和探索為后來(lái)現(xiàn)代電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的誕生奠定了基礎(chǔ)。

二、金鑰匙開(kāi)啟計(jì)算機(jī)新時(shí)代

在人類社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程中，人們不斷追求著計(jì)算工具的進(jìn)步。兩千多年前，中國(guó)人學(xué)會(huì)了用算籌計(jì)算，一千多年前，中國(guó)人發(fā)明了算盤(pán)，一直沿用到近代。從1614年蘇格蘭數(shù)學(xué)家約翰.奈皮爾(JohnNapier，1550-1617)發(fā)表論文，提到他發(fā)明了一種可以計(jì)算四則運(yùn)算和方根運(yùn)算的精巧裝置，到1888年美國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家赫爾曼.霍列瑞斯(HermanHollerith，1860-1929)研制穿孔制表機(jī)用于1890年后歷次的美國(guó)人口普查，大約在280年的漫長(zhǎng)歲月里，西方人一直在探索發(fā)明各種計(jì)算工具和機(jī)器，但都是基于機(jī)械運(yùn)行方式，盡管有個(gè)別產(chǎn)品引入了一些電學(xué)應(yīng)用，但都是以機(jī)械為主導(dǎo)。

圖3.古代計(jì)算工具和計(jì)算機(jī)器大薈萃

1906年，美國(guó)人德.福雷斯特(Lee de Forest,1873-1961)發(fā)明了電子管，被人們譽(yù)為真空三極管之父。電子管的發(fā)明為電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

1946年2月14日，世界上第一臺(tái)真正意義上的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生。這臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)由美國(guó)軍方定制，命名為ENIAC(電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī))。ENIAC由約翰.莫希利(John Mauchly,1907-1980)和約翰.埃克特(John Eckert,1919-1995)為首的團(tuán)隊(duì)研制，它是美國(guó)奧伯丁武器試驗(yàn)場(chǎng)為了滿足計(jì)算彈道需要而研制的。ENIAC是否采用了二進(jìn)制？公開(kāi)的歷史資料沒(méi)有清楚說(shuō)明。多數(shù)的人認(rèn)為，ENIAC輸入數(shù)字的表現(xiàn)形式雖然是十進(jìn)制，由于它是采用電子管實(shí)現(xiàn)的電子計(jì)算機(jī)，在機(jī)器內(nèi)部應(yīng)該是采用二進(jìn)制實(shí)現(xiàn)了計(jì)算電路和控制電路。

美籍匈牙利人數(shù)學(xué)家馮.諾依曼(VonNeumann，1903-1957)了解到 ENIAC 項(xiàng)目后，在其基礎(chǔ)上帶領(lǐng) ENIAC 的原班人馬研制了EDVAC(電子離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī))，重新設(shè)計(jì)了整個(gè)架構(gòu)，從而奠定了當(dāng)今所有計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)（也稱為馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)）。

馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)一是明確計(jì)算機(jī)的數(shù)制采用二進(jìn)制；二是計(jì)算機(jī)配有程序存儲(chǔ)器，執(zhí)行時(shí)按照程序指令的存儲(chǔ)順序執(zhí)行；三是計(jì)算機(jī)由輸入設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸出設(shè)備五個(gè)部分組成。從EDVAC到當(dāng)前最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)都采用了馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)，所以馮.諾依曼被譽(yù)為電子數(shù)字計(jì)算機(jī)之父。

圖4.對(duì)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)的人（德.福雷斯特、約翰.莫希利、約翰.埃克特、馮.諾依曼）

從ENIAC到EDVAC的設(shè)計(jì)實(shí)踐，確立了采用二進(jìn)制設(shè)計(jì)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的合理性。采用二進(jìn)制的優(yōu)點(diǎn)，一是可以用多種二值媒介實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)；二是由于二進(jìn)制乘除法可以通過(guò)左右移位來(lái)實(shí)現(xiàn)，加上布爾代數(shù)理論，就也可以大大簡(jiǎn)化計(jì)算部件和控制部件的設(shè)計(jì)；三是可以通過(guò)光電二值轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化地輸入輸出數(shù)據(jù)。ENIAC和EDVAC宣告了電子數(shù)字計(jì)算機(jī)新時(shí)代的開(kāi)始，二進(jìn)制也可以看做是開(kāi)啟了這個(gè)新時(shí)代大門(mén)的金鑰匙。

三、金鑰匙開(kāi)啟了數(shù)字化時(shí)代

大家經(jīng)常使用數(shù)字化這個(gè)詞，但未必都想過(guò)到底什么是數(shù)字化？世間萬(wàn)物自然和諧地存在，事物之間存在著隱形內(nèi)在的密切聯(lián)系，構(gòu)成了自然生態(tài)。人們?yōu)榱搜芯亢吞剿髯匀粖W秘，要對(duì)事物的某些物理量的進(jìn)行研究，才有了數(shù)和量的概念，例如溫度、濕度、重量、高度和長(zhǎng)度等。為這些物理量定義了計(jì)量單位以后，它們就有了數(shù)的表達(dá)，也就是數(shù)量（數(shù)值、量值）。人類社會(huì)目前普遍采用了十進(jìn)制計(jì)數(shù)法，所以現(xiàn)實(shí)世界中物理量是十進(jìn)制的數(shù)量。

另外，現(xiàn)實(shí)世界中絕大多數(shù)物理量是連續(xù)變化的，例如溫度的高低、車(chē)速的快慢、路程的遠(yuǎn)近等，我們把這種隨時(shí)間連續(xù)變化的量稱為模擬量（Analog Quantity Value），例如人的體溫在36℃～37℃之間變化，如果超過(guò)38℃就發(fā)燒了。數(shù)字量（Digital Value）是離散的確定的數(shù)量，如果隨時(shí)間變化的話，它是一個(gè)一個(gè)確定的數(shù)量，沒(méi)有中間值。例如36℃、36.2℃、36.5℃等。

人們?yōu)榱搜芯磕硞€(gè)物理量，首先要用傳感器把物理量變成電壓模擬量，再用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱：模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、ADC）把電壓模擬量變成一個(gè)個(gè)的電壓數(shù)字量，然后保存到存儲(chǔ)器中。例如用手機(jī)錄制您的歌聲時(shí)，就要進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，把歌聲變換為一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)并按照MP3的格式記錄在手機(jī)里。相反，如果要把手機(jī)里的MP3音樂(lè)播放出來(lái)，就要把MP3中一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)送到數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱：數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、DAC）中，變成電壓模擬量后，推動(dòng)揚(yáng)聲器播放歌聲。

目前的數(shù)字量都是用二進(jìn)制表達(dá)，因此，可以把模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）看做是模擬世界和數(shù)字世界的接口。這個(gè)接口一邊是模擬世界，另一邊是數(shù)字世界，而且是二進(jìn)制的數(shù)字世界。在今天的集成電路大家族中，ADC芯片和DAC芯片是非常重要的芯片種類。該類芯片的指標(biāo)中，轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度是十分重要的技術(shù)指標(biāo)。

圖5.真實(shí)世界與數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的虛擬世界的接口

物聯(lián)網(wǎng)的世界是萬(wàn)物互聯(lián)的世界，萬(wàn)物如何互聯(lián)？萬(wàn)物的物理量(由模擬量表示)首先要經(jīng)過(guò)上述的模擬-數(shù)字接口，轉(zhuǎn)換為萬(wàn)物的數(shù)字量，再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)。物聯(lián)網(wǎng)所說(shuō)的萬(wàn)物互聯(lián)，不是簡(jiǎn)單的直接互聯(lián)，而是經(jīng)過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)換以后的互聯(lián)。在下圖所示的物聯(lián)網(wǎng)世界中，大部分物體的物理量是模擬量，經(jīng)過(guò)模擬-數(shù)字接口接入物聯(lián)網(wǎng)，少部分物體具有數(shù)字接口可直接連接到物聯(lián)網(wǎng)。所以萬(wàn)物互聯(lián)是數(shù)字世界的互聯(lián)，而且是二進(jìn)制數(shù)字世界的互聯(lián)。

圖6.萬(wàn)物互聯(lián)需要模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)

今天，人們都普遍接受在現(xiàn)實(shí)世界之外還有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)虛擬世界的事實(shí)。在這個(gè)虛擬世界中，大家有網(wǎng)名、好友和社交圈，有圖片、音樂(lè)和視頻，有網(wǎng)上業(yè)務(wù)、合同和交易。網(wǎng)絡(luò)虛擬世界也是一個(gè)小社會(huì)，有網(wǎng)上違規(guī)、違法、警察和法律法規(guī)。真實(shí)世界和虛擬世界之間是十進(jìn)制數(shù)字的物理實(shí)體和與二進(jìn)制的虛擬實(shí)體之間的相互映像。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和二進(jìn)制數(shù)字化是網(wǎng)絡(luò)虛擬世界的技術(shù)支撐。所以，網(wǎng)絡(luò)虛擬世界是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字化的世界。

圖7.真實(shí)世界與數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的虛擬世界

把真實(shí)世界的模擬物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的過(guò)程就叫做數(shù)字化。例如把老舊的檔案照片掃描后保存到電腦中，叫做照片的數(shù)字化；把老電影膠片經(jīng)過(guò)數(shù)字掃描，變成數(shù)碼電影保存起來(lái)，叫做電影的數(shù)字化；把敦煌洞窟中的壁畫(huà)拍成數(shù)碼照片、數(shù)字視頻保存起來(lái)叫做文物的數(shù)字化。把真實(shí)世界的模擬物理量和十進(jìn)制數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)變換成網(wǎng)絡(luò)世界里的二進(jìn)制數(shù)字信息，并加以處理和應(yīng)用的過(guò)程叫做信息化，例如工業(yè)信息化、農(nóng)業(yè)信息化、戰(zhàn)爭(zhēng)信息化等。我們從模擬世界中來(lái)，到數(shù)字世界中去，就好像我們生活在數(shù)字化和信息化的世界中一樣。而這個(gè)數(shù)字化社會(huì)表面上是十進(jìn)制的社會(huì)，但隱藏在背后的數(shù)字化過(guò)程，數(shù)據(jù)的獲取、處理和存儲(chǔ)過(guò)程，全部是按照二進(jìn)制數(shù)據(jù)處理方式來(lái)進(jìn)行。沒(méi)有二進(jìn)制就沒(méi)有今天的數(shù)字化和信息化社會(huì)。

四、二進(jìn)制數(shù)字化的發(fā)展進(jìn)程

如果回顧人類社會(huì)數(shù)字化和信息化的發(fā)展歷史，就要從萊布尼茨1679年提出二進(jìn)制記數(shù)法算起，到現(xiàn)在大約經(jīng)歷了340年時(shí)間。在這期間，大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段。第一階段歷時(shí)約兩個(gè)半世紀(jì)，可以看做是蟄伏期或者準(zhǔn)備期。后續(xù)各階段由于科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，人類社會(huì)數(shù)字化和信息化的步伐加快了。

第一階段：二進(jìn)制理論提出和完善(1679年～1937年，大約258年)。1679年萊布尼茨提出二進(jìn)制記數(shù)法。169后的1848年，布爾創(chuàng)立了二進(jìn)制代數(shù)學(xué)(也叫布爾代數(shù)、邏輯代數(shù))，89年后才被廣泛應(yīng)用于數(shù)字計(jì)算機(jī)的研制。

第二階段：二進(jìn)制計(jì)算機(jī)器和計(jì)算機(jī)研制(1937年～1969年，大約32年)，1937年斯蒂比茲、楚澤等人開(kāi)始了二進(jìn)制計(jì)算機(jī)器的研制，9年以后的1946年，第一臺(tái)二進(jìn)制電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC和馮.諾依曼改進(jìn)型電子數(shù)字計(jì)算機(jī)EDVAC研制成功，馮.諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)成為了經(jīng)典，也成為沿用至今的計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。后續(xù)的23年中，計(jì)算機(jī)和數(shù)字化以二進(jìn)制為基礎(chǔ)，快速發(fā)展并廣泛應(yīng)用。

第三階段：二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)化和信息化時(shí)代(1969年～2018年，大約49年)，1969年互聯(lián)網(wǎng)誕生，2年后的1971年，Intel推出第一款微處理器芯片4004，開(kāi)啟現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)新紀(jì)元，電子計(jì)算機(jī)功能越來(lái)越強(qiáng)大，逐步由工用普及到民用。4年后的1975年，由于集成電路工藝技術(shù)進(jìn)步，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC可以單片集成，大大加速了人類數(shù)字化進(jìn)程。1991年萬(wàn)維網(wǎng)誕生，開(kāi)啟互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用新時(shí)代。迄今為止，數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用無(wú)處不在，在真實(shí)世界之外，構(gòu)建了一個(gè)豐富多彩的虛擬的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)世界。

第四階段：二進(jìn)制人工智能應(yīng)用的時(shí)代(2018年～未來(lái))，2018年被稱為人工智能(AI)應(yīng)用的元年。隨著圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言對(duì)話、智能駕駛等技術(shù)日臻成熟并廣泛應(yīng)用，大大激發(fā)了政府、資本和企業(yè)對(duì)人工智能行業(yè)的支持和投入的熱情。各行各業(yè)正在利用AI賦能，以求提升與再造企業(yè)的活力，希望帶給消費(fèi)者新的消費(fèi)體驗(yàn)。AI+醫(yī)療、AI+智能家居、AI+汽車(chē)、AI+教育、AI+創(chuàng)業(yè)等不再是浮在表面的名詞，而是能實(shí)際落地，造福企業(yè)和大眾的實(shí)用技術(shù)。

可以預(yù)見(jiàn)，人類將會(huì)沿著二進(jìn)制計(jì)算機(jī)化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的道路，越走越遠(yuǎn)，永無(wú)盡頭……。

圖8.人類社會(huì)二進(jìn)制數(shù)字化和信息化的發(fā)展歷程

五、仿人腦信息系統(tǒng)是夢(mèng)想嗎？

在人工智能時(shí)代到來(lái)之際，人們發(fā)現(xiàn)目前電腦(計(jì)算機(jī))和人腦在信息存儲(chǔ)、傳遞和處理等方面，存在著很大差別。產(chǎn)生這種差別的根源在于，電腦中二進(jìn)制的信息表達(dá)與人腦中電化學(xué)模擬信號(hào)的信息表達(dá)具有天壤之別。雖然目前的人工智能的研究可以順理成章地沿著二進(jìn)制信息處理技術(shù)的老路走下去，可以參考人腦的工作方式，開(kāi)展諸如知識(shí)表示、自動(dòng)推理和搜索方法、機(jī)器學(xué)習(xí)和知識(shí)獲取、自然語(yǔ)言理解、視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)處理、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等方面的研究。但是，要進(jìn)一步提高人工智能系統(tǒng)的能力和效率，有必要對(duì)人腦信息處理方式進(jìn)行更為深入地研究。探索是否可以拋棄已有的二進(jìn)制信息技術(shù)基礎(chǔ)，從人腦最基礎(chǔ)的生物學(xué)、電學(xué)、化學(xué)方向著手，探索人腦的基本工作原理，弄清楚信息如何通過(guò)電化學(xué)模擬信號(hào)來(lái)表達(dá)、傳遞和存儲(chǔ)，以及模擬信號(hào)如何進(jìn)行比較、判斷和語(yǔ)義識(shí)別，從而構(gòu)建一套全新的仿人腦模擬信號(hào)的信息處理系統(tǒng)。

例如，人腦如果依靠海馬體(Hippocampus)存儲(chǔ)和處理信息，依賴突觸(Synapse)在神經(jīng)元(Neuron)之間傳遞信息，而且傳遞的是電化學(xué)模擬信號(hào)的話，大腦如何閃電般地快速比較兩個(gè)物體大??？大腦如何長(zhǎng)久而不僵化地記憶、判斷和識(shí)別人臉？大腦如何敏感地感知自身和周?chē)澜纾?/p>

今天的人工智能看似取得很大進(jìn)展，許多應(yīng)用已經(jīng)實(shí)用化，例如人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、下圍棋等，但從技術(shù)的角度看，這些功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是大費(fèi)周折的。以人臉識(shí)別為例，它綜合應(yīng)用了模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)庫(kù)、特征提取、檢索比對(duì)等二進(jìn)制信息處理技術(shù)。這些技術(shù)看似很高大上，但實(shí)際上模/數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)庫(kù)是“二進(jìn)制”的，特征提取是“粗放”的，檢索比對(duì)是“逐一苦干”的，完全依賴于電腦的快速重復(fù)的“傻干”而取勝。相信人腦不是這么干的，想必要高明的多。

近幾年，在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的研究上已有了重大進(jìn)展，越來(lái)越多的非馮.諾依曼計(jì)算機(jī)相繼出現(xiàn)，如光子計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、神經(jīng)元計(jì)算機(jī)以及DNA計(jì)算機(jī)等。但如論如何，它們還都屬于數(shù)字計(jì)算機(jī)的范疇，只不過(guò)數(shù)字信息的表達(dá)方式不同，處理方式也不同罷了。它們都要解決如何把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并以某種形式存儲(chǔ)在光子、量子和DNA中去，然后進(jìn)行快速數(shù)據(jù)計(jì)算和信息處理。

在繼續(xù)沿著三個(gè)多世紀(jì)積累起來(lái)的二進(jìn)制信息處理技術(shù)基礎(chǔ)，大力開(kāi)發(fā)人工智能技術(shù)的同時(shí)，如果還能另辟蹊徑，深入研究人腦模擬信號(hào)信息處理的奧秘，探索建立完全類似人腦的信息處理系統(tǒng)，可能會(huì)更加有意義。但這是非常艱巨的任務(wù)，可能需要幾個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，也可能是癡人說(shuō)夢(mèng)。人類探索自然奧秘的步伐永遠(yuǎn)不會(huì)停歇，人腦的奧秘總有一天會(huì)被破解，只有通過(guò)研究才能找到破解的鑰匙。如果人們沒(méi)有打破既有程式的勇氣，那么破解的鑰匙將永遠(yuǎn)無(wú)法找到。

仿人腦信息系統(tǒng)今天看來(lái)是個(gè)夢(mèng)想，但未來(lái)幾十年或者幾個(gè)世紀(jì)之后可能會(huì)變成現(xiàn)實(shí)。到那時(shí)，人們可以把仿人腦信息系統(tǒng)中的知識(shí)按需要打包，通過(guò)人機(jī)接口下載到新成人的大腦中，新成人可以瞬間變成一個(gè)稱職的領(lǐng)導(dǎo)、律師、警察、技師、農(nóng)民等，新成人可以省去十多年的教育培養(yǎng)過(guò)程。在那個(gè)年代里，教授和老師已不在需要，社會(huì)上已經(jīng)沒(méi)有了學(xué)校，沒(méi)有了教師這個(gè)職業(yè)。

結(jié)語(yǔ)：今天人們?cè)谙硎苤鴶?shù)字化、信息化、智能化帶來(lái)的高效便利生活的時(shí)候，我們可能忘記了為“二進(jìn)制的使用”樹(shù)碑立傳，也不再記得萊布尼茲、布爾、馮.諾依曼等人的卓越貢獻(xiàn)。電子計(jì)算機(jī)、核能應(yīng)用和生物工程被認(rèn)為是第三次工業(yè)革命的推動(dòng)力量，電子計(jì)算機(jī)作為最高級(jí)的生產(chǎn)力工具，人們對(duì)它推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的評(píng)價(jià)恰如其分，但對(duì)“二進(jìn)制”這個(gè)數(shù)字化、信息化、智能化的技術(shù)基礎(chǔ)，卻很少有人提及。試想一下，如果人們?nèi)匀谎刂?xí)以為常的十進(jìn)制搞計(jì)算機(jī)和數(shù)字化的話，人類社會(huì)數(shù)字化和信息化的進(jìn)程可能要延緩幾十年甚至幾個(gè)世紀(jì)。因此，提出和選擇“二進(jìn)制”的科學(xué)家功不可沒(méi)，應(yīng)給予高度地評(píng)價(jià)。