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第14章 计算机“探伤”(2)

电子计算机的出现,使这一问题迎刃而解。电子计算机是一种既能存储,又会判断,可按照人们给定的程序高速自动工作的机器。让它担任转报员的工作是十分理想的。只要把转报过程中用人工做的各项工作,事先编好一系列指令,存在电子计算机中,它就能按照人们的意愿,一丝不苟地自动完成收报、分析处理(如识别电报等级、收报局地址等)和发报等繁杂的工作。有了转报程序,电子计算机就会知道先做什么,后做什么,遇到情况如何处理,碰到问题怎样解决。特别是,电子计算机在转换过程中,把电报发给收报站的同时,还可用磁带记录下来,作为报底保存。如此同时完成两项工作,一般转报人员手脚再快,也难以办到。

据报刊介绍,一台中型的电子计算机,一秒钟就能转许多份电报,用它可以承担一个大城市的全部电报通信业务。美国西联电报公司的一个电报交换中心,早在十几年前就用电子计算机充当转报员,每天可以处理50多万份电报。

我国上海电报局,于1979年7月,与南京、成都、天津、哈尔滨等15个电报局,进行电子计算机自动转换试验,在13天的假报模拟试验中,,通过电子计算机转报中心中转的电报共10万多份,无—差错。这样,真报试验便在同年8月开始,取得了良好成果。

爱开玩笑的电脑

1979年11月9日,北美空军防御系统的电子计算机突然发出警报,说苏联要向美国发动进攻!气氛骤然紧张起来,美国国防部立刻进入战备状态。10架美军战斗机从美国本土和加拿大空军基地紧急起飞,进入战斗状态。可是等了半天,一点动静也没有,怎么回事?经检查,原来是操纵电子计算机的工作人员,将一盘美苏战争演习模拟磁带错误地装进了计算机。

1980年7月6日凌晨,北美空军防御系统的电子计算机又突然发出警报,计算机的显示器上显示出苏联的导弹正向美国飞来。过了一会儿,事态变得更加严重,计算机显示苏联的洲际导弹对准美国,正准备发射,紧急万分。有了上一次的经验,司令官要求对电子计算机进行检查,是不是出了毛病?3分钟后,技术人员报告是一块大规模集成电路出了问题。原来是电子计算机发出了假情报!

芯片打算怎么办

按照摩尔法则,10年后的电脑芯片每秒钟能完成10000亿次运算。但如果继续沿用现在的设计技术制造这样的电脑芯片,它散发的热量将不亚于一座核电厂。而我们知道,电脑必须有良好的散热装置,否则就会经常死机,严重的还会把电脑烧坏。在“核电厂”这样的环境中,怎么可能使用电脑呢?因此,在获得高速度的同时,如何限制芯片的功率,就成为第一堵横在路上的墙。

把电脑芯片的功率限定在一个额定单位里,绝不是件容易的事情。因为晶体管的体积极其微小,要想同时实现高速度和低功率,就要降低功率,就必须进行技术创新。现在,科学家已经研究出了一些比较有效的方法。由此可见,这个问题似乎还不是最难应付的。

对芯片设计人员来说,最主要的问题,还是如何缩小芯片的体积。摩尔法则之所以成立,主要是因为随着技术的进步,晶体管的体积在不断缩小,这样便可以在一枚硅片上集成更多数量的晶体管,提高信息传递的速度,计算机的工作能力也就由此增强了。

但是,晶体管数量的增加,意味着硅片空间的缩小和热量的增加。设计工作也因此变得日益复杂起来。目前的情况已经像要往一个针尖上塞进越来越多的人一样困难。这些矛盾该如何解决呢?

纳米计算机初露锋芒

1990年7月,第一届“国际纳米科学技术学术会议”在美国召开了,从此,纳米技术作为一门科学,受到了人类的重视。全世界的科学家都被纳米的“魔力”征服,纷纷投入到这股新兴的研究热潮中。

在很多科幻作家的笔下,纳米材料都被用来生产武器,建造楼房。但在现实当中,人们要实现这样的理想,还需要数十年的努力。不过,总是产生奇迹的计算机领域,这次的表现又与众不同。应用纳米技术研制新型计算机,已经呈现出一丝鼓舞人心的曙光。

美国惠普实验室的科研人员正在应用纳米技术,研制计算机内存上的芯片。这块芯片的体积不过数百个原子的大小,相当于人的头发丝直径的千分之一。一旦他们的研究获得成功,研制和生产其他缩微计算机元件就有了更大的可能性,可穿戴式电脑也会因此取得重大突破。

专家们预测:在今后10年内,现在的芯片生产技术将达到极限,但人们并不需要为此担心。因为和分子计算机、量子计算机、光子计算机一样,纳米技术也为21世纪计算机的发展,指明了新的发展方向。

与现在的芯片制造技术相比,采用纳米技术生产芯片,成本可谓十分低廉。因为它既不需要建设超洁净生产车间,也不需要昂贵的实验设备和庞大的生产队伍,只要在实验室里将设计好的分子“混合”在一起,就可以造出芯片。芯片制造商将因此节省数百万美元的生产成本。而芯片的价格也将随之急剧下降。这样,即使是未来的日用电子设备,甚至玩具,也都能够装配上功能强大的纳米微处理器。

科学家们对自己的研究项目信心十足。他们相信只要各方面密切配合,一定能在今后的两年之内,研制出能够容纳16个字节(相当于16个英文字母)数据的分子内存芯片。在这种内存芯片上,将布满纳米级的导线。每两个导线相交的节点,就是一个分子“开关”。这些开关将决定芯片中的信息存储量,并影响通信线路的速度。

研究量子电脑并不容易

大约到2030年,每个人桌上的电脑主机不会再使用芯片与半导体,而是充满液体。而这正是新一代量子电脑的奇特造型。

也许你已经知道,量子电脑应用的不再是现实世界里的物理定律,而是玄妙的量子原理。它的运算速度可能比目前个人电脑的奔腾Ⅲ芯片快10亿倍,可以在一瞬间搜寻整个国际网络,也可以轻易破解任何安全密码。而且,最重要的一点是,这一切绝非科幻小说。

与传统电脑不同的是,量子电脑将以原子而非芯片进行运算。第一台量子电脑可能会是粗糙、昂贵;只能用一次的科学实验品,但2001年以来的各种实验结果显示,这项科学理论的确管用。

美国麻省理工学院与英国牛津大学是量子电脑研究的先驱,IBM与惠普电脑公司也不落人后。对量子电脑的惊人性能感到担忧的美国政府,更是在洛斯阿拉莫斯国家实验室,不计成本地设立了量子电脑研究基地。

要让原子乖乖地为人类服务这个难题,无论是在理论上,还是在实践上,都对科学家发出了严峻挑战。因为量子世界是个超乎常理的环境,我们可能永远也猜不出它的“谜底”。量子电脑也有很多匪夷所思的地方,它能够设想无限多个宇宙并列的场面,并由此“算出”可能出现的各种情况。而这意味着,不同的人在不同的时间,通过量子电脑计算得到的,很可能是不同的答案。

量子电脑专家班奈特说,量子电脑的基础,恰恰就是这些怪异的观念。因此,单是创造一个类似量子世界的环境,让原子照常进行计算并提供答案,就足以让科学家伤透脑筋。也许还要好几十年,量子电脑才会出现在我们的书桌上。

其实科学家早已注意到,原子是个天然的计算机。它会旋转,而且很有规律,方向不是朝上就是朝下,这正好与数字科技的“0”与“1”吻合。但原子有一个怪异的特性:一个原子,可以在同一时间向上并向下旋转,直到你用电子显微镜或其他工具测量它,才会迫使它选择一个固定方向。这既是原子的特异功能,也是量子电脑强大力量的来源。

既然原子可以同时向上并向下旋转,它就不能被视为单一的“位元”。科学家称之为“准位元”,就是出于这个原因。这意味着,如果把一群原子聚在一起,它们不会像今天的电脑那样,按照程序进行线性运算,而是同时进行所有可能的运算。这种运算方式的直接好处是计算机的运算速度成指数地增加了。

只要40个原子一起计算,其性能就相当于今天的一部超级电脑。举例来说,如果有一个包含全球电话号码的资料库,要从中寻找一个我们需要的特定号码,现在速度最快的超级电脑,大约要花一个月的时间才能完成任务,而一台量子电脑只需27分钟。

但是,答案那么多,速度那么快,我们怎么取回想要的计算结果呢?前面说过,对原子进行测量可以迫使它选择旋转方向,因此科学家只要测量这些“准位元”,就可以逼迫它们说出答案。

最近,麻省理工学院与IBM公司的科学家,终于通过特定方式,做出了原始的量子电脑。虽然它看上去和一个烤面包机没有多大差别,但功能却比烤面包机高明多了;这个实验性质的量子电脑,具有两个“准位元”的计算能力。也就是说,它的威力等于两个原子同时进行运算。目前,科学家们正在朝三个“准位元”的目标努力。

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