《三体》中冯诺依曼和秦始皇合作开发人列计算机的一段,真科普啊
2015-09-14 17:04阅读:
'所以,伟大的皇帝,您的帝国还要发展!'冯•诺伊曼不失时机地说,'如果掌握了太阳运行的规律
,你就能充分利用每一个恒纪元,同时避免乱纪元带来的损失,这样发展速度比西洋要快得多。请你
相信我们,我们是学者,只要能用三定律和微积分准确预测太阳的运行,不在乎谁征服统治世界。'
'朕当然需要预测太阳的运行,但你们让我集结三千万大军,至少要首先向朕演示一下这种计算如何进
行吧?'
“陛下,请给我三个士兵,我将为您演示。'冯•诺伊曼兴奋起来。
'三个?只要三个吗,朕可以轻易给你三千个。'秦始皇用不信任的目光扫视着着冯•诺伊曼。
伟大的陛下,您刚提到东方人在科学思维上的缺陷,就是因为你们没有意识到,复杂的宇宙万物其实
是由最简单的单元构成的。我只要三个,陛下。'
秦始皇挥手召来了三名士兵,他们都很年轻,与秦国的其他士兵一样,一举一动像听从命令的机器。
'我不知道你们的名字,'冯•诺伊曼拍拍前两个士兵的肩,'你们两个负责信号输入,就叫‘入1’、
‘入2’吧,'他又指指最后一名士兵,'你,负责信号输出,就叫 ‘出’吧,”他伸手拨动三名士兵
,'这样,站成一个三角形,出是顶端,入l和入2是底边,'
'哼,你让他们成楔形攻击队形不就行了?'秦始皇轻蔑地看着冯•诺伊曼。
牛顿不知从什么地方掏出六面小旗,三白三黑,冯•诺伊曼接过来分给三名士兵,每人一白一黑,说:
白色代表0,黑色代表1。好,现在听我说,出,你转身着着入1和入2,如果他们都举黑旗,你就举黑
旗,其他的情况你都举白旗,这种情况有三种:入1白,入2黑;入1黑,入2白;入1、入2都是白。'
'我觉得你应该换个颜色,白旗代表投降。'奏始皇说。
兴奋中的冯•诺伊曼没有理睬皇帝,对三名士兵大声命令:'现在开始运行!入1入2,你们每人随意举旗
,好,举!好,再举!举!'
入1和
入2同时举了三次旗,第一次是黑黑,第二次是白黑,第三次是黑白。出都进行了正确反应,分
别举起了一次黑和两次白。
'很好,运行正确,陛下,您的士兵很聪明!'
“这事儿傻瓜都会,你能告诉朕,他们在干什么吗?'秦始皇一脸困惑地问。
'这三个人组成了一个计算系统的部件,是门部件的一种,叫‘与门'。'冯•诺伊曼说完停了一会儿,
好让皇帝理解。
秦始皇面无表情地说:“朕是够郁闷的,好,继续。”
冯•诺伊曼转向排成三角阵的三名士兵:'我们构建下一个部件。你,出,只要看到入1和入2中有一个
人举黑旗,你就举黑旗,这种情况有三种组合黑黑、白黑、黑白,剩下的一种情况一一白白,你就举
白旗。明白了吗?好孩子,你其聪明,门部件的正确运行你是关键,好好干,皇帝会奖赏你的!下面开
始运行:举!好,再举!再举!好极了,运行正常,陛下,这个门部件叫或门。'
然后,冯•诺伊曼又用三名士兵构建了与非门、或非门、异或门、同或门和三态门,最后只用两名士
兵构建了最简单的非门,出总是举与入颜色相反的旗。
冯•诺伊曼对皇帝鞠躬说:'现在、陛下,所有的门部件都已演示完毕,这很简单不是吗?任何三名士兵
经过一小时的训练就可以掌握。'
'他们不需要学更多的东西了吗?'秦始皇问。
'不需要,我们组建一千万个这样的门部件,再将这些部件组合成一个系统,这个系统就能进行我们所
需要的运算,解出那些预测太阳运行的微分方程。这个系统,我们把它叫做……嗯,叫做……'
'计算机。'汪淼说。
“啊一一好!'冯,诺伊曼对汪淼竖起一根指头,“计算机,这个名字好,整个系统实际上就是一部庞
大的机器,是有史以来最复杂的机器!'
游戏时间加快,三个月过去了。
秦始皇、牛顿、冯•诺伊曼和汪淼站在金字塔顶部的平台上,这个平台与汪淼和墨子相遇时的很相似
,架设着大量的天文观测仪器,其中有一部分是欧洲近代的设备。在他们下方,三千万秦国军队宏伟
的方阵铺展在大地上,这是一个边长六公里的正方形。在初升的太阳下,方阵凝固了似的纹丝不动,
仿佛一张由三千万个兵马俑构成的巨毯,但飞翔的鸟群误入这巨毯上空时,立刻感到了下方浓重的杀
气,鸟群顿时大乱,惊慌混乱地散开或绕行。汪淼在心里算了算,如果全人类站成这样一个方阵,面
积也不过是上海浦东大小,比起它表现的力量,这方阵更显示了文明的脆弱。
'陛下,您的军队其是举世无双,这么短的时间,就完成了如此复杂的训练。'冯•诺伊曼对秦始皇赞
叹道。
'虽然整体上复杂,但每个士兵要做的很简单,比起以前为粉碎马其顿方阵进行的训练来,这算不了什
么。'秦始皇按着长剑剑柄说。
“上帝也保佑,连着两个这样长的恒纪元。'牛顿说。
'即使是乱纪元,朕的军队也照样训练,以后,他们也会在乱纪元完成你们的计算。'秦始皇骄傲地扫
视着方阵说。
'那么,请陛下发出您伟大的号令吧! ”冯•诺伊曼用激动得发颤的声音说。
秦始皇点点头,一名卫士奔跑过来,握住皇帝的剑柄向后退了几步,抽出了那柄皇帝本人无法抽出的
青铜长剑,然后上前跪下将剑呈给皇帝,秦始皇对着长空扬起长剑,高声喊造:
“成计算机队列!'
金字塔四角的四尊青铜大鼎同时轰地燃烧起来,站满了金字塔面向方阵一面坡墙的士兵用宏大的合唱
将始皇帝的号令传诵下去:
'成计算机队列!'
下面的大地上,方阵均匀的色彩开始出现扰动,复杂精细的回路结构浮现出来,并渐渐充满了整个方
阵,十分钟后,大地上出现了一块三十六平方公里的计算机主板。
冯•诺伊曼指着下方巨大的人列回路开始介绍:“陛下,我们把这台计算机命名为‘秦一号’。请看,
那里,中心部分,是CPU,是计算机的核心计算元件,由您最精锐的五个军团构成,对照这张图您可以
看到里面的加法器、寄存器、堆栈存贮器;外围整齐的部分是内存,构建这部分时我们发现人手不够,
好在这部分每个单元的动作最简单,就训练每个士兵拿多种颜色的旗帜,组合起来后,一个人就能同
时完成最初二十个人的操作,这就使内存容量达到了运行‘秦1.0'操作系统的最低要求;你再看那条贯
穿整个阵列的通道,还有那些在通道上待命的轻骑兵,那是BUS,系统总线,负贵在整个系统间传递信
息。”
'总线结构是个伟大的发明,新的插件,最大可由十个军团构成,能够快捷地挂接到总线上运行,这使
得‘秦一号’的硬件扩展和升级十分便利;再看最远处那一边,可能要用望远镜才能看清,那是外存,
我们又用了哥白尼起的名字,叫它‘硬盘',那是由三百万名文化程度较高的人构成,您上次坑儒时把
他们留下是对了,他们每个人手中都有一个记录本和笔,负责记录运算结果,当然,他们最大的工作
量还是作为虚拟内存,存贮中间运算结果,运算速度的瓶颈就在他们那里。这儿,离我们最近的地方
,是显示阵列,能显示计算机运行的主要状态参数。'
冯•诺伊曼和牛顿搬来一个一人多高的大纸卷,在秦始皇面前展开来,当纸卷展到尽头时,汪淼一阵
头皮发紧,但他想象中的匕首井没有出现,面前只有一张写满符号的大纸,那些符号都是蝇头大小,
密密麻麻,看上去与下面的计算机阵列一样令人头晕目眩。
'陛下,这是就我们开发的‘秦1.0’版操作系统,计算软件将在它上面运行。陛下您看”冯,诺伊曼
指指下面的人列计算机,'这阵列是硬件,而这张纸上写的是软件,硬件和软件,就如同琴和乐谱的关
系。'说着他和牛顿又展开了一张同样大小的纸,'陛下,这就是用数值法解那一组微分方程的软件,
将天文观测得到的三个太阳在某一时间断面的运动矢量输入,它的运行就能为我们预测以后任一时刻
太阳的运行状态。我们这次计算,将对以后两年太阳的运行做出完整预测,每组预测值的时间间隔为
一百二十小时。”
秦始皇点点头:'那就开始吧。'
冯•诺伊曼双手过顶,庄严地喊遣:'奉圣上御旨,计算机启动!系统自检!'
在金字塔的中部,一排旗手用旗语发出指令,一时间,下面大地上三千万人构成的巨型主板仿佛液化
了,充满了细密的粼粼波光,那是儿千万面小旗在挥动。在靠近金字塔底部的显示阵列中,一务由无
数面绿色大旗构成的进度条在延伸着,标示着自检的进度。十分钟后,进度条走到了头。
“自检完成!引导程序运行!操作系统加载!! ”
下面,贯穿人列计算机的系统总线上的轻骑兵快速运动起来,总线立刻变成了一条湍急的河流,这河
流沿途又分成无数条细小的支流,渗入到各个模块阵列之中。很快,黑白旗的涟漪演化成汹涌的浪潮
,激荡在整块主板上。中央的CPU区激荡最为剧烈,像一片燃烧的火药。突然,仿佛火药燃尽,CPU区
的扰动渐渐平静下来,最后竟完全静止了,以它为圆心,这静止向各个方向飞快扩散开来,像快速封
冻的海面,最后整块主板大部分静止了,其间只有一些零星的死循环在以不变的节奏没有生气地闪动
着,显示阵列中出现了闪动的红色。
'系统锁死!'一名信号官高喊。故障原因很快查清,是CPU状态寄存器中的一个门电路运行出错。
'系统重新热启动!'冯•诺伊曼胸有戒竹地命令道。
“慢! ”牛顿挥手制止了信号官,转身一脸阴毒地对秦始皇说,'陛下,为了系统的稳定运行,对故障
率较高的部件应核采取一些维修措施。'
秦始皇拄着长剑说:'更换出错部件,组成那个部件的所有兵卒,斩!以后故障照此办理。”
冯•诺伊曼厌恶地看了牛顿一眼,看着一组利剑出鞘的骑兵冲进主板,'维修'了故障部件后,重新发
布了热启动命令。这次启动十分顺利,二十分钟后,三体世界的冯•诺伊曼结构人列计算机在'秦1.0'
操作系统下进入运行状态。
'启动太阳轨道计算软件‘Tree-Body 1.0’!”牛顿声嘶力竭地发令,“启动计算主控!加载差分模块!
加载有限元模块!加载谱方法模块……调入初始条件参数!计算启动!! ”
主板上波光粼粼,显示阵列上的各色标志此起彼伏地闪动,人列计算机开始了漫长的计算。
“真是很有意思。”秦始皇手指壮观的计算机说,'每个人如此简单的行为,竟产生了如此复杂的大东
西!欧洲人骂肤独裁暴政,扼杀了社会的创造力,其实在严格纪律约束下的大量的人,合为一个整体后
也能产生伟大的智慧。'
'伟大的始皇帝,这是机器的机械运行,不是智慧。这些普通卑贱的人都是一个个0,只有在最前面加
上您这样一个1,他们的整体才有意义。'牛顿带着奉承的微笑说。
'恶心的哲学。'冯•诺伊曼瞥了牛顿一眼说,'如果到时候,按你的理论和数学模型计算出的结果与预
测不符,你我可就连零都不是了。'
'对,那时你们可其的什么都不是了!'秦始皇说着,拂袖而去。
时光飞逝,人列计算机运行了一年零四个月,除去程序的调试时间,实际计算时间约一年两个月,这
期间,只因乱纪元过分恶劣的气候中断过两次,但计算机存贮了中断现场数据,都成功地从断点恢复
了运行。当秦始皇和欧洲学者们再次登上金字塔顶部时,第一阶段的计算已经完成,这批结果数据,
精确地描述了以后两年太阳运行的轨道状况。
这是一个寒冷的黎明,彻夜照耀着巨大主板的无数火炬己经熄灭,计算机完成后,‘秦1.0’进入待机
状态,主板表面汹涌的浪涛变成了平静的微波。