資訊科學

[拼音]：xin yi dai jisuanji xitong

[英文]：new generation computer system

把資訊採集、儲存、處理、通訊同人工智慧結合在一起的智慧計算機系統。它不僅能進行數值計算或處理一般的資訊，而且主要面向知識處理，具有形式化推理、聯想、學習和解釋的能力，能夠幫助人們進行判斷、決策、開拓未知的領域和獲取新的知識。人－機之間可以直接通過自然語言（聲音、文字）或圖形影象交換資訊。新一代計算機系統又稱第五代計算機系統。新一代計算機系統是為適應未來社會資訊化的要求而提出的，與前四代計算機有著質的區別。可以認為，它是計算機發展史上的一次重大變革，將廣泛應用於未來社會生活的各個方面。

隨著元件、器件的不斷更新，傳統計算機已經經歷了四代演變。它們都屬於以順序控制和按地址尋索為基礎的諾伊曼機體制，都以高速數值計算為主要目標，而系統設計原理並沒有多大變化。由於硬體實現的功能過於簡單，軟體負擔越來越重，造成了所謂的“軟體危機”。技術體系上固有的侷限性，嚴重地妨礙了計算機效能的繼續提高，將限制傳統計算機在90年代資訊社會中的廣泛應用。因此，必須在嶄新的理論和技術基礎上創制新一代計算機。1981年10月日本首先提出的第五代計算機系統將是以片語邏輯為基礎的知識資訊處理系統。美國在人工智慧的研究和應用方面有較堅實的基礎，1983年以來，提出了多種軍用和民用的智慧計算機系統研製計劃。英國、法國和歐洲共同體等西歐國家和組織，為發展先進的微電子技術和高階資訊科技，也正在加緊研究新一代計算機系統。蘇聯在發展計算機的第三個五年計劃（1985～1989年）中，已將第五代計算機技術列為重點發展技術。

基本結構

為適應多樣化的應用要求，新一代計算機包括從小到大各種規模的機器。無論是智慧個人計算機，還是智慧超級巨型機，新一代計算機系統通常都由問題求解和推理、知識庫管理、智慧化人－機介面三個基本子系統組成（見圖）。

問題求解和推理子系統相當於傳統計算機中的中央處理器。日本計劃的最高效能指標是每秒完成 1～10億次邏輯推理，相當於傳統機每秒執行100～10000億條指令。與該子系統打交道的程式語言稱為核心語言，國際上多以邏輯型語言或函式型語言為基礎進行這方面的研究。這類核心語言在傳統觀念下是一種非常高階的語言，但它只是新概念下的機器語言，不是使用者語言。核心語言是構造新一代計算機系統結構和各種超高階軟體的基礎。

知識庫管理子系統相當於傳統計算機主儲存器、虛擬儲存器和檔案系統的結合。日本計劃的功能要求，是幾秒內能有效地檢索出推理所需要的知識，相應的主關係資料庫最大容量是100～10000億位元組。與該子系統打交道的程式語言稱為高階查詢語言，用於知識的表達、儲存、獲取和更新等。這個子系統的通用知識庫軟體，是新一代計算機系統基本軟體的核心。通用知識庫包括：含有日用詞法、語法、語言字典和基本字型檔常識的一般知識庫，用於描述系統本身技術規範的系統知識庫，以及把某一應用領域，如超大規模積體電路設計的技術知識集中在一起的應用知識庫。

智慧化人－機介面子系統使人能通過說話、文字、圖形和影象等與計算機對話，用人類習慣的各種可能方式交流資訊。這裡，自然語言是最高階的使用者語言。它使非專業人員操縱計算機，併為從中獲取所需的知識資訊提供可能。

從巨集觀結構來看，新一代計算機系統是一個為某種應用而由本地通訊網路和全球通訊網路連線起來的大規模的分散處理系統。網路的每一個結點本身也是一個新一代計算機系統，必要時，傳統計算機也可以連線到網路中。網路的所有計算機可以共享全網路所擁有的知識庫和知識處理能力。

新一代計算機由超高速超大規模積體電路構成，系統輕便、緊湊，具有極高的效能-價格比。

研究領域

新一代計算機系統的研究領域，大體可以分為人工智慧、軟體工程、系統結構和支援裝置四個方面，同時也研究社會影響和未來的需要。

人工智慧的應用將變成未來資訊處理的主流。知識工程和專家系統是與新一代計算機工程緊密相連的。新一代計算機系統在人工智慧應用領域中的主要研究課題有：機器翻譯系統；問答系統──包括智慧計算機輔助實驗(CAE)和計算機輔助設計(CAD)系統，動態系統合成器和智慧機器人；自然語言理解系統；圖形和影象判斷的應用系統；問題求解應用系統和各種專家系統。

軟體工程的目標在於解決第三、四代計算機中嚴重存在的軟體“瓶頸”問題，設法極大地提高軟體的生產率和可靠性。在一定意義上說，新一代計算機計劃就是新一代的軟體工程計劃。其研究課題主要是在高階核心語言的基礎上，為改善軟體硬體系統設計環境而提出的各種智慧化支援系統（包括智慧程式設計系統、知識庫設計系統、智慧超大規模積體電路輔助設計系統等），以及各種智慧應用系統和整合專家系統，如軟體在不同機種中的自動轉換系統，用於系統解釋和教育的應用系統，智慧故障診斷與維護系統等。

系統結構的研究課題主要集中在如何突破諾伊曼結構，實現高度並行處理的問題上。研究課題主要有：邏輯程式設計機、函式機、相關代數機、抽象資料型支援機、資料流機、關係資料庫機、分散式資料庫系統、分散式資訊通訊網路，以及高速專用的多處理機系統和改進的諾伊曼機等。

超高速超大規模積體電路是新一代計算機系統的物質基礎，研究課題除相應的智慧輔助設計系統外，主要有：電路結構以及適於實現的並行演算法研究，微細加工和封裝測試技術；新型器件，如砷化鎵器件、約瑟夫遜結器件和高電子遷移率電晶體等的研究。在新一代計算機系統支援裝置的研究課題中，還包括光學器件和光纖通訊等新技術的研究。