第43章 计算机理论

秋风卷着零落的梧桐叶,轻轻敲击着教室的玻璃窗,发出沙沙的声响。

我坐在清华大学主楼203教室的第一排,手指无意识地摩挲着粗糙的木制课桌表面。这张课桌比我前世在大学使用的任何一张都要简陋,桌面上布满细微的划痕和墨水的印记,却承载着这个时代最前沿的知识。

《数字计算机概论》的课本摊在桌上,封面上印着朴素的黑色宋体字,纸张泛黄且质地粗糙,透着一股油墨和旧纸混合的特殊气味。

我深吸一口气,感受着两个时代在胸腔里碰撞的悸动。这是1961年的秋天,中国计算机科学的启蒙时期,而我,一个来自未来的灵魂,即将从这里开始我的征程。

【清华大学主楼203教室】是计算机专业的专用教室,建于1956年。教室约60平方米,整齐地摆放着20张深色木制课桌,每张桌子都配有一个可以掀开的斜面桌盖,内部空间用于存放书籍和资料。

讲台上方悬挂着马克思、列宁的肖像,两侧墙上张贴着向科学进军为建设社会主义服务的红色标语。教室后方有一个巨大的玻璃陈列柜,里面整齐地摆放着电子管、磁芯存储器等计算机元件实物。这里的每一张课桌都留下了无数学子伏案苦读的痕迹,见证了中国计算机科学的起步与发展。

同学们,今天我们开始学习《数字计算机概论》。讲台上,穿着灰色中山装的陈教授推了推眼镜,镜片后的目光锐利而专注,这是我国第一部正式出版的计算机原理教科书,由西安交通大学教师编写完成。

他转身在黑板上写下电子数字计算机六个苍劲有力的大字,粉笔与黑板摩擦发出刺耳的声响:1946年,美国研制出世界上第一台电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer,电子数字积分计算机)。这台机器重达30吨,占地170平方米,每秒能进行5000次加法运算。而我们现在使用的M-3型计算机,是苏联老大哥援助的,每秒运算速度30次。

教室里顿时响起一片惊叹声。我默默计算了一下——这个速度甚至不如前世最普通的计算器,但却代表着1961年中国计算机科学的最高水平。陈教授继续讲解:M-3型计算机使用电子管作为基本逻辑元件,总共约有800个电子管[一种利用电场控制电子流动的真空管,是第一代计算机的核心元件],内存采用磁鼓存储器[利用磁性材料制成的旋转存储设备,容量约为1024个字]。

接下来的课程内容让我这个穿越者也感到吃力。陈教授详细讲解的电子管线路脉冲技术,都需要深厚的物理和数学基础。电子管线路涉及复杂的电路原理,包括栅极电压控制、屏极电流变化等特性;脉冲技术[处理数字信号的技术,涉及脉冲的产生、整形和计数]则需要理解脉冲波形、宽度和频率等概念。这些知识虽然基础,但对于习惯了集成电路时代的我来说,需要重新建立对最基础电子元件的认识。

在程序设计课程上,我们直接学习机器语言[计算机硬件直接能够识别的二进制指令代码]。

陈教授在黑板上写下一行行由0和1组成的指令代码,解释道:每个指令由操作码和地址码组成,比如0001表示加法操作,0010表示存储操作。我们必须记住这些代码的含义,才能编写出正确的程序。

计算机实践课上,我终于有机会亲手操作那台红旗-555型非线性小型模拟计算机。这台机器没有我想象的那么大,约有两台街机的大小,控制面板上布满了各种开关、指示灯和接线插孔。陈教授自豪地介绍:这就是我们目前最先进的教学计算机,可以求解常微分方程和偏微分方程。

当我第一次将手指放在操作键上时,感受到的是一种历史的厚重感。按照实验指导书,我需要先设置好各个运算放大器[用于实现数学运算的模拟电路组件]的系数,然后通过拨动开关输入初始条件。整个过程需要极其小心,任何一个开关的错误设置都会导致计算结果完全错误。

经过多次尝试,当计算机输出正确结果时,一种前所未有的成就感涌上心头。这是我在这个时代迈出的第一步,虽然微小,却意义重大。我仔细记录下实验过程中的每个细节:如何设置系数矩阵,如何调整电位器[可调节电阻值的电子元件],如何读取输出仪表的数据。这些知识虽然原始,却是理解计算机工作原理的宝贵基础。

学习深入我越来越感觉,这哪算是计算机,01的机器语言呢?编程语言?代码呢?只是输入某些特定的数值来计算微积分和物理公式的计算。简单的像是考验你的记忆力。跟前世比差的不是一点二点。虽然自己不是计算机专业没敲过代码,但最少见过猪走。

随着学习的深入,我越来越清晰地认识到中国与美国在计算机技术上的巨大差距。在图书馆的外文期刊室,我找到一本1960年的美国《科学》杂志,上面详细介绍了IBM正在开发的System/360计算机系统。这篇文章让我感到震惊——美国已经开始了集成电路[将多个电子元件集成在一块半导体基片上的技术]的商业化生产,而我们还完全依赖苏联的二手技术。

小主,

杂志上写道:System/360将采用混合集成电路技术,主存储器容量可达8MB,支持多道程序设计。这些技术指标对我们来说简直是天方夜谭。我立即开始做详细的笔记,记录下每个技术细节:集成电路的制造工艺、操作系统的设计理念、高级语言编译器的实现方法。我知道,这些知识虽然现在用不上,但将来必定会发挥重要作用。

我知道现在美国IBM已经开始研发采用双极型集成电路和磁芯存储器的IBM360系列计算机将在1962年1月面世。

我有了一个新的计划,就是亲手动手制作一个能打孔和阅读的纸带打孔机。最少他是二进制机器语言。不管对我后期的学习和研究都有好处。而只能作为数学计算的计算器与我而言都无用。

早期计算机的输入媒介]输入是每个程序都要通过打孔纸带[用穿孔表示二进制数据的纸质长带,调试程序更是需要极大的耐心和细心。

志强,你能教我英语吗?第二天我就找到英语专业的张志强,计算机领域最前沿的研究都在美国,我想直接阅读英文资料。

张志强惊讶地看着我:你现在同时学英语和计算机吃得消吗?你的课程已经很重了。

时间就像海绵里的水,挤一挤总会有的。我引用了一句这个时代的名言,为了掌握最先进的知识,值得。

于是我的学习计划中又增加了英语课程。每天清晨,在清华园的小树林里,你都能看到我背诵英语单词的身影。我从基础的专业词汇开始学习:algorithm(算法)、programming(编程)、circuit(电路)...每个单词都认真标注音标和中文释义。晚上,我会花一个小时阅读英文技术文献,虽然速度很慢,但收获很大。

在这个过程中,我特别注重收集与美国计算机技术相关的信息。在图书馆的外文期刊区,我发现了一些珍贵的资料:《IRE Transactions on Electronic Computers》、《Communications of the ACM》等期刊。虽然这些期刊往往要晚半年才能到货,但它们提供了宝贵的技术动态。

我注意到一个特别重要的趋势:美国已经开始从晶体管计算机向集成电路计算机过渡。1958年,德州仪器的Jack Kilby发明了集成电路;1959年,仙童公司的Robert Noyce开发出单片集成电路技术。这些突破性的进展意味着计算机技术即将迎来革命性的飞跃。