专利名称：智能机核心开关网络及其系统结构的制作方法
技术领域：
本发明属电子计算机技术领域，是一种智能机的核心部件，以及以此核心部件为基础的具有多元串并行信息处理及多值逻辑运算功能的系统结构。
人们希望能够尽快而正确地进行数学运算，从而导致电子数字计算机的发明，它以二值逻辑及二进制数学量为基础，采用程序内存，按地址存取数据，顺序操作的方式，称冯·诺依曼型计算机(以下简称冯型机)，其基本组成包括输入、输出、处理、控制、存贮五大部分，具有加减乘除及逻辑运算等基本功能。过去的20-40年间，计算机的处理能力大体上按每七年一个数量级的速度向上增长，现在运算速度已达每秒270亿次，存贮容量已达万亿位。人们为追求运算速度，尽可能地把各种功能单元组合在一个芯片上，以缩短电子在各个功能组成部分之间的传递距离，同时加快器件的反应速度。可以肯定，今后的电子计算机技术还会有飞跃的发展，但是，问题的另一个方面是技术的直线性发展总是有限的，并且从末有因技术的发展而缓解人们对其提出的更高的功能要求。人工智能的实践已经证明，程序内存，串行处理和按地址存取操作数，不能适应模拟人脑的复杂思维或信息处理功能。另外冯型机用有限的内态应付无限复杂的外态，不可避免地会使软件复杂化，以至很多问题稍微复杂一些就解决不了。
冯型机的结构，在起初受技术条件限制的情况下，尽量使硬件简单，然后用软件完成一些所需要的功能，无凝是可行的，但随着应用要求及范围的扩展，软件负担将很难承受。事实已经说明，至80年代，用于软件的费用已经占整个计算机系统的80%，并且还要继续增加。软件的复杂化，经常发生因一个微小的失误就造成巨大损失的事例。这种情况只要继续采用冯型机体系结构，就不可避免，因而在国外搞第五代计算机就在于寻求新的计算机原理和结构设计思想，以适应于知识信息处理的需要。但因其理论基础并不明确，所以类比大脑思维，就很难取得根本性突破。为此各国都在进行剧烈的竞争，力求首先取得突破。
本发明的目的就是针对五代机理论基础的不足，提供一种新的理论基础，构成具有多元串并行信息处理或多值逻辑运算功能的智能计算机，使其更接近人脑神经网络的结构和功能，并能象人脑一样接收信息及处理信息，满足信息化社会的控制及信息处理的需要。
因人类的智能是以物质结构为基础的，可以用数学方法进行描述，并不管复杂到何种程度都能把它描述出来。这种数学描述即为复杂系统的数学模型-准全息元数学模型。本发明主要以这种数学模型为逻辑结构模式，制备智能机的核心信息处理部件-功能耦合开关网络。按运算功能，网络分四种结构1、具有自然整数加减逻辑运算功能的加减逻辑运算关系开关网络(见附
图1);2、具有自然整数乘除逻辑运算功能的乘除逻辑运算关系开关网络(见附图2及2a，2b表示三维结构)小数扩大成整数求解，然后除以扩大的倍数;3、以特定数为底数的乘方开方及对数反对数逻辑运算关系开关网络(见附图3);4、任一数的开方逻辑运算关系开关网络。图中凡标志数值的地方均为输入或输出点;标志整数点的地方即可作为输入端，又可作为输出端(输入与输出须予以屏蔽);标志小数点的地方则只能作为输出端，不能作为输入端。网络中的每个开关总是较小的数恒为开关输入端，控制较大的数，输出两数的运算值，且可输入端转换为输出端。
网络有两大功能，其一是单独作为多值逻辑开关网络或脑核心神经元网络模型，其二是用于智能机的中央处理器。网络配合通用的移位器，译码器，并联逻辑转换器，存贮器，模数、数模转换器，控制器，传感器及效应器可构成具有多元串并行信息处理或多值逻辑运算的硬件体系，如附图4系统结构框图所示。图中1为加减运算关系开关网络，2为乘除运算关系开关网络，3为乘方运算关系开关网络，4、5、6为并联逻辑转换器，7、8为译码器，9为移位器，10为编码器，11、12为A/D、D/A转换器，13为数字量存贮器，16为控制器。核心开关网络中的每一个开关元件都具有两数的运算功能，输入值可以是译码器值域内的任意两个数，输出值则是输入数的特定运算值，每一个开关的输入权重均不相同。它实际上是一个真正的多值逻辑系统，具有开放性，可无限延展，从理论上可以满足无限多值的逻辑运算，但实际上受技术上的限制，而只能满足有限数域内的逻辑运算。
开关网络的元件品种单一，且具有结构的相似可塑性，因而既有利于超大规模集成化，又便于分块生产芯片，然后拼接使用，以满足更大数域内的逻辑运算需要。另外还具有多维结构特性便于利用三维集成技术制备芯片，这种多值逻辑开关网络具有功能扩展不受限制的特点，具有参量因果关系的予决性，计算能力较强，任意两数的基本运算都没有中间运算过程，因而网络的运算处理过程是透明的，便于实时随机运算及处理，便于用多值定义不同的符号进行逻辑推演及变换，因而更接近于人脑的思维机制。也应该说明，若单纯地进行数值运算，则显然不如冯型机的计算能力。
以上述开关网络为核心构成的整体系统，具有多元串并行信息处理的功能，并具有系统功能的可拓性，可进行模数、数模及多种数制数的随机转换，以十进制数为基础进行运算处理。系统有控制与存贮同步、控制与运算同路，存贮与运算一体化的特点，因而在传递信息的同时可以进行运算或存贮，在运算的同时可进行存贮或传递，在存贮的同时可进行传递或运算。系统可以保证知识的表示与利用在硬件基础上达到统一，保证传感器与效应器在特定信息意义上进行符合因果目的性的相互耦合与作用，并能满足开环与闭环信息处理的要求。另外，传感与效应器可在内外部信息同构的基础上按照信息与信息的相互关系接收、存贮及交互作用，可在同构的基础上与环境进行信息的双向交换，从而构成系统内部的知识世界，以便更有效地作用于客体的局势之中。
本发明相比现有技术的冯型机，在原理上和设计思想上都有突破。
本发明的智能机核心开关网络系统，可广泛地应用于知识信息处理、语言翻译自动化，智能机器人和自动控制领域，能更有效地模拟人脑思维及人类智能，因而会有巨大的社会效益。
除设计思想及理论基础外，本发明的技术完全与现有计算机技术相容。
权利要求
1.一种用于智能机信息处理的核心开关网络，由开关元件与输入输出导线组成，其特征在于以准全息元数字模型为逻辑结构模式，具有因果逻辑关系的予决性，其数字运算或逻辑运算无中间运算过程，具有多值可拓性。
2.根据权利要求1所述的核心开关网络，其特征在于构成元件具有品种单一性。
3.根据权利要求1所述的核心开关网络，其特征在于网络结构具有相似可塑性。
4.根据权利要求1所述的核心开关网络，其特征在于结构是三维的。
5.根据权利要求1所述的核心开关网络，其特征在于对任意两数的处理均只通过一个开关，且总是快传递操作数控制慢传递操作数，其信息处理过程是透明的。
6.权利要求1的核心开关网络，配合通用的移位器、译码器、并联逻辑转换器、存贮器、模数、数模转换器、传感器、效应器及控制器组成具有多元串并联结构的硬件系统。
7.根据权利要求1及6组成的硬件系统，其特征在于功能的扩展不受限制。
8.根据权利要求1和6组成的硬件系统，其特征在于系统的控制与存贮同步，控制与运算同路，存贮与运算一体化。
9.根据权利要求1和6组成的硬件系统，其特征在于模数、数模及多种数制数可随机转换，并以十进制数为基础进行处理。
10.根据权利要求1和6组成的硬件系统，其特征在于各传感器与效应器在予决性因果逻辑关系的基础上进行相互耦合并相互使用。
全文摘要
本发明以准全息元数学模型为逻辑结构模式制备出开关网络、作为智能机的核心信息处理部分，具有无中间过程进行加减、乘除、乘方、开方、对数、反对数或多值逻辑运算功能。以此网络为核心构成硬件系统，可多元串并行处理信息，可模数或数模及多种数制数随机转换及处理，各传感器及效应器可在预决性因果逻辑关系基础上相互耦合并相互作用，具有检算同路，检贮同步，贮算一体化的特点，处理信息具有透明性，功能的扩展不受限制。
文档编号G06F15/00GK1055616SQ9010204
公开日1991年10月23日 申请日期1990年4月13日 优先权日1990年4月13日
发明者王迪兴 申请人:王迪兴