機械人大腦的基本原理

乙個機械人--更確切地說是乙個機械人的手臂--在工作。它輕輕地拿起乙個雞蛋，並放在煮蛋鍋裡。它不厭其煩地一遍遍重複這個動作，如果不切斷電源，它將會象鐘錶那樣無休止地進行下去。

了不起的發明！你不這樣認為嗎？

在機器的心臟部分，都有一些電子部件--微處理器。正是這些微處理器控制著機器的手臂。在微處理器的內部是乙個很小的晶元--晶元，裡面布滿了線路。

它們極其微小，在其中穿梭奔突的電子全部按設定的指令有序流動著，像計畫好了一樣。

用乙個開關可以解釋微處理器內部是如何進行工作的。乙個燈可以在開、關之間轉換，再來乙個燈泡也是如此。這也許看起來有點像個遊戲--但它很快有了現實的意義，也就是說，我們把紅色和綠色的塑料膜片放在燈泡前面。

我們便可以用它來控制交通。一種更複雜些的電路使它可以構成乙個真正的交通訊號燈。通過簡單的開燈、關燈，我們就收到了很大的效果。

如果兩盞燈還不夠，我們把幾盞燈連起來--只不過那樣形狀的轉換更複雜一些。比方說，它們看起來是這樣的--通過移動這些金屬竿，你想要的各種燈泡組合都可以亮起來。

這裡有乙個電路系統，就是轉換開關，每個燈泡都有乙個符號標誌以表示不同的含義，比如，7美元折合6英磅，雖然你在看到時匯率可能正有所改變。這些符號標誌的含義是可以改變的，如果這個與我們的機器手臂相聯，它也就能夠控制手臂--例如向左或向右。這些轉換開關只需使機器手臂上相應的馬達運動便可以了。

事實上，這個電路是非常原始的。

這就是為什麼20年前，電路可以用來控制，比方說電子管，來自動完成各種事情的原因。它只有乙個缺點。那便是當它需要用來組成一台計算機時，便顯得過於龐大笨重。

這樣真空管就被小小的電晶體所替代，電晶體也可以自動開關。今天，若干這樣的開關可以整合在最小的空間裡，就在這些晶元上。這些小晶元是由矽製成的，電子元件已經被蒸製在上面了。

晶元邊上有導線，以便電子能夠進出，於是晶元被加工成了積體電路。

有乙個例子，說明乙個晶元上的電子元件看上去是怎樣的。它們都是微小的電晶體，像乙個個開關那樣開關動作著。在電子顯微鏡下我們可以看到，它們一會兒亮一會兒暗地變化著。

在晶元上，電子時而被推過來，時而被推過去，正是由於轉換開關時而阻擋它們，時而又允許它們通過。這些運動正如我們熟悉的道路交通一樣。在乙個微處理上，相似的情況也一樣在發生，只不過車輛變成了電子而已。

通過電子顯微鏡，使這種畫面有可能呈現在我們眼前。這些轉換開關不知疲倦地工作著，以至即使是電子元件也需要冷卻，像這些電晶體也有熱的積累。當這些開關用來組成一些需有強電流通過的部件時，將需要大量的冷卻介質來把熱量帶走。

計算器的奧秘正在於此。我們很熟悉小型便攜計算器，它是怎樣工作的呢？我們當然還可以回到用電線聯接的燈泡來做些什麼。

如果我們找到了正確的轉換開關，3＋4便一定等於7，正如你所看到的那樣。但這個"計算器"實在算不上高擋。使用印刷電路，而不是麻煩的電線，這是個很大的改進。

如果要使一台計算器方便好用，它就需要有乙個可以記憶大量數字的儲存器。

在乙個老式儲存系統的線路網路上，其線路的交叉節點上有若干稱為磁芯的金屬環，能夠按兩個方向磁化。正如我們的燈泡，或關或開。如果通過線路送入電流，則電流強度會在交叉口處增強一倍，將使磁芯的極性翻轉。

而線路上的其它金屬環不受影響。這個允許訪問各個單獨的儲存磁芯，要麼改變其極性，要麼檢索其當前的狀態。可以通過這種方式來儲存"是"或者"非"的狀態。

今天，這些"是"、"非"狀態的儲存系統高檔精緻多了，在便攜計算器上，在乙個極微小的空間--晶元上，這裡就是儲存單元其中之一。它由微型開關--即電晶體組成，其可讓電流通過也可以不讓。讓電流通過隨之也意味著"是"，而阻止電流則表示"非"，很象連線著我們燈泡的開關。

幸運的是，完整的邏輯過程完全可以用這種"是"、"非"的表述來建立，用它可以檢索資料，執行計算。這也就是為什麼電子部件會如此有價值。所以它不僅可以使燈泡有節奏地閃爍，甚至還可以通過發光電晶體來描述文字。

相應的二極體可由微處理器來驅動。這就是乙個電子計算器的全部秘密！像這樣乙個電子系統可以通過程式化來使其得到輸入的指令。

也就可以控制像我們的機器手臂這樣的東西，換句話說，就在適當的時刻允許電流通過機械人的馬達，或在適當的地方將其關上。這不是魔術，一切都能通過科技來設計。