第496章 大明式的計算機底層概念

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  第496章 大明式的計算機底層概念

  朱靖垣下達了正式的命令,相關人員立刻起身領命:

  「臣等遵旨。」

  朱靖垣抬手示意,讓他們都坐回去,然後繼續問新的問題:

  「說到要收集數據做計算,現在欽天監、工部、軍械部,你們的計算機夠不夠用?」

  齊彥槐馬上回應說:

  「感謝陛下關心,欽天監搬遷完成後,也同步啟用了最新的三型通用矽晶計算機器。

  「單機計算力達到了每秒一百萬次,應該能夠滿足欽天監目前的計算需求了。」

  新任的工部尚書汪萊也緊隨其後的補充說:

  「托陛下的洪福,大明的矽晶計算機在這十年突飛猛進。

  「應天新都城設計建設的過程中,同步部署了工部研發完成的三型通用矽晶計算機器。

  「包括欽天監、工部、軍械部、都督府、皇家銀行、大明銀行在內。

  「對計算力有比較強的需求的部門和機構的辦公區,都部署了每秒百萬次的計算機。

  「其他機構也有了相同構架,算力略低的同系列型號。」

  朱靖垣從兩人的回答中聽到了兩個關鍵詞。

  每秒一百萬次容易理解,這是前世美利堅六十年代初計算機水平。

  至於通用計算機,也就是使用統一構架,可以使用相同的程序,並可以拓展存儲空間和外接設備的計算機。

  朱靖垣前世用過的計算機基本都是通用計算機。

  這種讓後人習以為常的東西,在計算機出現的最早期,是很多人難以想像的東西。

  最早的計算機幾乎所有設備都是專用的。

  兩台計算機之間的差距,就好像後世的桌上型電腦和手機之間的差距一樣。

  真正的通用計算機,也是在六十年代初期出現的。

  IBM公司在1965年正式公開銷售的system 360系列計算機。

  正是這第一套通用計算機,留下了每個字節八個比特的計算機底層慣例。

  朱靖垣在十年以前,就給大明的計算機項目列了一大堆目標。

  這些目標同時也是指導,直接提供了經過驗證的發展方向。

  電子管計算機,大明只發展了兩代驗證機,根本沒有大規模推廣,就沒有繼續製造了。

  按照朱靖垣的建議,直接鑽進了電晶體的方向,並且直接朝著通用計算機前進。

  大明的工匠們努力攻關十二年,終於把這套東西做出來了。

  朱靖垣在心中對比了一下前世計算機的發展脈絡。

  第一台公開的大型計算機埃尼阿克在1946年誕生。

  第一台純電晶體計算機崔迪克在1954年誕生。

  第一套通用計算機在1965年公開銷售。

  在自己的直接推動下,大明用了十二年的時間,走完了前世美國人十九年的路。

  計算機的技術的發展速度加快了一半,時間縮短了三分之一。

  朱靖垣當初是給了方向,後續幾年也陸續給了一些指導。

  但是在登基前的這幾年,朱靖垣沒有持續關注,現在對他們的最新進展也感興趣。

  於是朱靖垣直接站了起來:

  「好,汪工、齊工,你們兩位帶我去看看,今天的會議就到這裡吧。」

  周圍的眾人再次一起起身行禮。

  汪萊和齊彥槐快步出列,少傅、司空兩個九卿也緊隨其後。

  一行人在齊彥槐的引領下去了欽天監的機房。

  到了門口的時候,齊彥槐伸手推開房門,然後馬上讓開一邊。

  朱靖垣看到了機房內的景象。

  大明當初的第一台計算機「道」,是用電子管為核心組裝的,當時占滿了一整個大廳。

  現在的這台「三型通用矽晶計算機器」作為電晶體計算機,體積明顯小了一大截。

  現在只剩下了一個占滿了一面牆的大型機櫃了。


  機櫃側面是一個大型操作台,上面放著一台看上去好像前世的老式電視的東西。

  電視前面的台子上是幾排規整的按鍵。

  它已經有了顯示器和鍵盤!

  周圍還連接著電傳印表機、傳真機、打孔機等外置設備。

  房間裡面本來有幾個人正在使用計算機。

  收到皇帝要過來的消息,都提前站在了計算機兩側等待,看到皇帝馬上行禮。

  朱靖垣揮手示意,然後徑直走到了操作台前。

  桌子上的鍵盤,就是自己當初設計的打字機用的那個鍵盤。

  不過比打字機鍵盤更加複雜了。

  除了五十六個打字鍵,周圍又加了一些功能和符號鍵,總共估計有一百個左右。

  鍵盤的旁邊還放著幾份文件。

  有圖表和文字說明,顯然是準備用於計算的數據。

  而那台好像老式電視的顯示器上面,現在還顯示著一些文字。

  就是自己日常用的漢字,加上世祖皇帝推行的句讀符號系統,以及一些夾雜其中的空位。

  每一個字自己都認識,但是放在一起就看不懂了。

  乍一看好像是亂碼。

  仔細看的話,還能發現一些規律,似乎是用特定的單字和數字,組合表示特定的邏輯。

  好像是某種程序語言。

  只是把英文字母和數字都換成了漢字。

  眼前的這一幕,這又讓朱靖垣確認了兩項重要信息。

  這台計算機是能夠直接顯示漢字的。

  更重要的是,他們用的程序語言,至少已經是彙編語言的級別了。

  甚至可能是早期的高級語言了。

  朱靖垣前世不是程式設計師,對編程用的程序語言也不是很懂,只是上學的時候在公共課上了解過基本的知識。

  知道變電腦用的程序語言,大體上可以分成三個大層級。

  機器語言,彙編語言,高級語言。

  越往前的越接近機器語言,越往後的越接近人類語言。

  越往前的語言編制的程序性能越高,因為可以直接輸入機器,直接進行物理層面的運算。

  但是能夠執行的命令也越簡單,想要實現複雜功能的難度越高。

  越往後的語言編制的程序性能越低,因為要經過讀取和翻譯,轉化成機器語言之後再去運行。

  不過能夠執行命可以更加複雜,實現複雜功能的難度也越低。

  在自己的前世,所有正兒八經的電腦程式語言,在最底層都是用英文表示的。

  有少數程序可以在表層顯示漢字,但完全不成氣候。

  其實程序語言不是不能使用漢字,因為早期程序語言本質上不是人類語言。

  裡面的那些英文字母本質上都是邏輯和定義符號。

  用數字甚至星星框框表示一樣可以。

  只要程式設計師能夠記住,每個圖像代表的是什麼指令。

  之所以都是英文而沒有漢字,是因為早期程式設計師都用英文,所以用英文去記錄和表示命令。

  這種傳統就形成了限制鐵軌寬度的馬屁股。

  最先建設鐵路的英國人,選擇的鐵軌寬度是正好容納兩匹馬行走的寬度。

  這個與火車並沒有直接關係的數據,成了後世的標準鐵軌寬度。

  計算機語言也是一樣。

  計算機的基礎是電晶體,每一個電晶體可以看做是一組燈泡和開關。

  關和開的這兩種狀態,可以參考燈泡是否亮起的狀態。

  用二進位數來表示,就是0和1。

  在大明的計算機器相關的研究中,工匠們習慣用陰和陽來代指。

  每一個電晶體的兩個狀態,能夠表達的兩個數字,在前世被稱為一個「比特」。

  在大明被稱為一個「數」,或者「爻(yáo)」。

  爻就是傳統八卦符號中那些中斷和連接的橫線的統稱。


  一整條連續的橫線是陽爻,中間斷開的橫線是陰爻。

  開和關的意義,陰與陽的象徵,斷開與連接與執行,三者的意味天然趨同。

  對大明的工匠們而言,這種命名都是理所當然的選擇。

  人向機器傳遞的所有指令,想要被機器所識別並執行,都要轉化成一連串的開關命令。

  計算機裡面的開關太多了,人們為了方便管理和使用,就將其分成一個個的小組。

  前世最早的計算機是四個一組,最後的通用計算機是八個一組。

  這樣四個到八個一組開關的開關命令的長度,在後世就被稱為一個「字節」。

  在大明被稱為一個「字」或者「卦」,就是八卦的卦。

  機器語言,就是直接輸入開和關兩種信號,可以想像對零和一兩個鍵反覆不斷地按。

  實際上使用打空紙帶來執行的,用一個位置是否有空洞來表示開和關。

  對二進位機器而言,他只能理解開和關。

  比如說一組電路或者一項控制功能,在四爻(四位)機器上執行的方式是「關關關開」。

  這個命令在機器看來,名字和意義就是「關關關開」,沒有什麼別的附加意義。

  但是在人類視角下,「關關關開」只是一個編號,單純看這個容易混亂。

  於是人類根據自己的設計思路,知道這個編號所代表的邏輯功能,用自己使用的人類語言中應該用什麼詞彙來描述。

  美國人在自己的腦子和小本本裡面,記下「addition=關關關開」。

  大明人在小本本上寫下了「加=陰陰陰陽」,或者是畫上三陰一陽的爻線。

  無論是addition還是加,都只是人類方便自己記憶的「備註」

  在機器裡面實際上都是在干「關關關開」的活兒。

  要控制計算機,就要直接去控制四個開關,組成「關關關開」的效果。

  最後計算機算完的數據,也用紙帶上對應位置的空洞順序,來表示一串的開和關。

  人類再把這些有規律的開關,翻譯城人類能夠理解的語言。

  最早期的計算機,是與人類語言完全沒有關係的,就看使用者怎麼去命名和解讀。。

  但是這樣實在太麻煩了。

  如果能讓計算機直接識別人類語言就好了。

  關鍵是,為什麼是我這個人類,把自己的話翻譯成你這個機器的語言。

  為什麼不能是我說我們人類的語言,然後你這個機器自己去翻譯成你們機器能理解的語言?

  機器當然不知道怎麼幹。

  於是人類給決定給機器做個翻譯器,或者說轉換器。

  在翻譯器上輸入人類語言,翻譯器給機器翻譯成機器語言,再讓機器去執行計算。

  計算機算完之後輸出,再讓翻譯器翻譯成人類語言。

  這個想法是非常好的,這其實也是所有程序語言的基本邏輯。

  程序語言的最終目的,就是實現人類直接說法,讓機器完全理解並完美執行。

  只可惜啊,別說完全聽懂人話並完美執行了,單純的讓機器直接執行最基本的命令,都讓最早的研究人員們費老勁了。

  翻譯器怎麼才能把addition翻譯成一連串的開關呢?

  怎麼讓機器知道「加」是什麼意思呢?

  看上去,好像只要做一個表格,左邊一列寫addition或者加,右邊寫「關關關開」。

  告訴機器,我輸入addition或者加,你就去給我執行「關關關開」。

  然而更進一步的問題是,怎麼「輸入」addition或者加。

  輸入法這個東西,在後世看來很常見的東西,在早期電腦上絕對是黑科技。

  就算是看上去能夠按鍵直出的英文字母,也要去干一個物理按鍵綁定字母表的活兒。,

  否則機器不知道a是啥,c又是啥,根本沒有b數。

  所以要再做一個表格,把一個開關序列綁定a,一個開關序列綁定b,一個開關序列綁定c……二十六個字母和標點符號數字都做好。


  再再做一個表格,把這些開關序列綁定鍵盤上的按鍵,並在按鍵上寫上a、b、c……

  我依次按下寫著addition這幾字母的按鍵,計算機收到按鍵對應的信號去查表。

  找到了關關開關、關關開開、關關關關……等一連串的開關命令。

  如果是英文系統,這時候就在屏幕上依次顯示addition幾個字母。

  同時,這關關開關、關關開開、關關關關……這一連串命令,按照順序組合起來,就對應另一個命令「關關關開」。

  如果是漢字系統,這時候在屏幕上顯示「加」。

  最後,計算機去執行最後的「關關關開「命令。

  輸入英文是一個相同表格有幾個字母循環查幾遍,漢字是設計兩到四層嵌套的表格逐次查一遍。

  做到這些就已經非常困難了。

  甚至於,對早期計算機性能都有了一定的要求……

  最早的計算機字節長度是四位的。

  一個二進位位可以記錄兩個編號,字節長度為四的話,最多可以記錄二的四次方,也就是總共十六個編號。

  這甚至不能容納所有的英文字母。

  要記錄所有字母,至少要把字節長度增加到五,這樣編碼容量增加到了三十二。

  可以容納所有的字母,再加上幾個常用的符號。

  但是還不能同時單獨輸入數字,用純英文單詞去拼數字就太噁心了。

  於是又把字節長度增加到六位,編碼容量增加到了六十四。

  這就能夠容納字母、數字、常見符號了。

  所以六位的計算機,甚至於在計算機出現之前,就在打孔卡上用了很久了。

  但是六位的情況下,字母只能有大寫或者小寫一種。

  彙編語言也全部都是大寫字母。

  如果用來輸出文字的話,全篇大寫字母看著也是很頭疼。

  所以就繼續增加到七位數。

  這樣就有了總共一百二十八個的編碼容量,對於英語而言基本圓滿了。

  能表達所有大小寫字母、主要符號、十個數字。

  以及換行、回車、刪除等常用的輸入控制命令。

  美利堅制定的ASCII標準就是七位編碼。

  後世的通用計算機字節長度是八位,因為IBM設計的第一套通用計算機,在七位的基礎上增加了一位校驗碼。

  後來隨著技術提升,校驗碼被省略,八位編碼的容量就增加到了二百五十六個了。

  相比最初的計算機,字節長度已經翻倍了。

  這還只是英文,如果要記錄漢字的話,難度就進一步飆升了。

  現在大明通行的《通用標準漢字表》就有八千個字。

  一個字卦長度至少要增加到十三爻,有八千一百九十二的容量才能容納。

  字卦長度要增加到十五爻,有三萬兩千七百六十八的容量,才能整個《大明標準漢字總表》的所有漢字。

  現在的生產工藝級別較低,還要參考IBM的做法,設置校驗位。

  這樣字節長度就增加到了十六爻。

  與此同時,三萬多個十六位字卦,編碼總容量已經達到了65536爻,折合前世的65KB。

  這對於早期的計算機而言,是一個非常大的數字。

  更關鍵的是,這只是漢字編號。

  如果把漢字當做是一個個的人,這個表格相當於所有他們所有人的地址表。

  要讓漢字在屏幕上顯示,還要把漢字做成點陣圖像。

  按照前世的經驗,要讓漢字顯示的相對自然正確,要用二十四乘以二十四的點陣。

  一個點的開關也要用一個二進位爻控制。

  一個二十四乘以二十四的點陣,需要五百七十六個二進位爻,一個字卦是十六爻,其中一位做校驗,剩下十五位,五百七十六除以十五,一個字需要三十八點五個字卦,32768個漢字合計1258292字卦,也就是1.26MB,折合前世的2.52MB。

  當時的很多硬碟都裝不下,更別說內存了。

  要讓漢字勉強完整顯示,不缺少筆畫,也要十六乘以十六的點陣。

  這樣總共也要前世1.12MB容量。

  就算是只記錄通用漢字表,也需要560KB。

  七十年代以前的電腦,裝下這個東西是非常吃力的。

  再次基礎上,這也還只是點陣字庫。

  要通過鍵盤把漢字打出來,輸入到電腦裡面去,還需要一個輸入法程序。

  用於按照人類能夠理解的邏輯,通過特定的按鍵組合,把想要的漢字從字庫中篩選出來。

  這個過程跟英文打單詞是一樣的,區別只是一個字母一個字母的顯示,最後組合起來形成命令。

  還是依次打完特定的組合的按鍵,組合形成成命令的同時顯示出目標漢字。

  如果不涉及到高級的聯想功能,用高度機械死板的輸入法,限定死只能用哪些漢字,就是這樣的邏輯。

  不過,點陣數據還可以放在硬碟上,字表和輸入法就要載入內存了。

  當時的超級計算機內存也只有100KB出頭的樣子。

  這對當時的計算機而言是一個巨大的挑戰。

  要先運行輸入法程序,從字表中篩查出要輸入的漢字,再去硬碟查點陣圖輸出到屏幕。

  就算是不惜成本,將字庫輸入法都所有功能都實現出來了。

  這台電腦多半也會出現打一個字就要等好幾秒的狀態。

  所以,朱靖垣現在看到電腦屏幕上有漢字,就知道工部絕對沒有把漢字全做進計算機。

  因為現在的電腦也不需要將所有漢字輸入進去。

  這時候的計算機就不是用來處理文字的。

  英文編程也不會把addition打完整,那這一個單詞就需要64B的空間來容納。

  一段代碼打上幾十個單詞,就要占用KB級別的內存了,英文系統同樣撐不住。

  肯定要能省就省的,直接寫個ADD就行了。

  反正電腦不是處理文字的,當時的命令也只有幾十個,單詞都用簡寫也不會認錯。

  漢字肯定是這麼處理的,也只能這麼處理。

  朱靖垣懷疑,這台電腦只能顯示一兩百,甚至幾十個漢字。

  很可能是一個按鍵固定出一個字,一個對應一個固定的程序命令,剩下的就都是標點符號和數字了。

  符號系統也不會存在什麼全角半角的區別,輸入過程也不需要轉換輸入法。

  如果是這樣的話,漢字彙編反而比英文更簡單。

  因為單個漢字就有英文單詞的作用,特別是在傳統文言文仍然盛行的時代。

  朱靖垣眼前屏幕上的程序中的命令,確實全都是一個一個的單字。

  英文環境下單個字母很少有實際意義,至少要用兩個到三個字母,才能讓程式設計師產生有實際含義的聯想。

  同時,眼前這個屏幕肯定是非常「高級」的功能。

  低級型號的電腦,很可能根本沒有屏幕。

  因為屏幕上顯示漢字和字母,哪怕是只有幾十個,也非常浪費存儲空間。

  早期的英文電腦同樣是沒有屏幕的。

  操作員都是盲打的。

  至於完整的八千個漢字,只能等下一代的電腦,把集成電路做出來再說了。

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