专栏/苏联时代居然研发过三进制的军用计算机!

苏联时代居然研发过三进制的军用计算机!

2021年12月22日 00:37--浏览 · --点赞 · --评论
瀚海狼山
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苏联时代居然研发过三进制的军用计算机


在大多数数学水平一般般的群Z看来,数字好像天然就应该是从0到10,然后11、12一直到一百一千一万十万百万上亿最终到无穷大,似乎是天经地义的。但是这只是一种错觉,而现实情况是数字或者记数未必一定要从1到10这种十进制的系统。不用说难懂的高等数学,就是日常人们经常用到的,也不都是十进制的情况。比如瀚海狼山、匈奴狼山上小学的时候,还是1970年代的后半期,当时评选三好学生的依据,居然不是完全看考试成绩。而是更看重一个同学在全班同学中的“声望”。最终评选三好学生,是全班学生无记名投票,全班人人都可以参评,哪怕某位同学的学习成绩倒数第一,也有参评资格。也就是人人都投票,人人都参评,对结果老师完全不干预。这才叫真正的民Z选拔。不过问题是每个班每年只有5个三好学生的名额。瀚海狼山、匈奴狼山从小成绩尚可,小学的时候基本没掉下全班前三。

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不过就是平时不大喜欢和同学交流,更不会在关键的投票前,组成联盟主动给自己拉票。于是每次到了年底,在投票完成后全班都会在黑板上划正字记票,统计每个同学的得票数,得票前5名的,就是当年的三好学生。虽然只有一张奖状最多加一个小本子当做奖励,不过当时孩子多,一个班往往高达六十人。在一个60人的班中,可以最终被选为5大三好学生之一,本身是倍有面子的事情。拿着奖状回家,家长也会激动地在全单位或者全村宣扬好几天。但是因为强调德智体全面发展,因此最终当选的五人,基本和总分数的前5名大致不重合。一般成绩全班第一的学生,智商和情商都高,当年的三好学生肯定跑不了;但是从第二往后的前几名就不一定了。而最终得票第5名的三好学生,往往已经排到学习成绩的十几名甚至二十几名去了。因此最终的三好学生,除了常年学习绝对第一这种尖子,

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另外被选上的,往往是特别会来事,特别有“威望”的同学。这类学生的家长本身也大多是单位领导,或者家庭条件比较突出。说白了就是可以当孩子王的哪类学生;相反,大多数单纯学业比较靠前的学生,相对都是比较“清高”的,而狼山就属于没几个朋友的那种。因此整个小学期间,每年最紧张事情,就是年底看黑板上自己能得几个正字的时候。因为单纯论成绩绝对可以进入前五,但论人脉又肯定得不到前五,最终评选往往是某年可以得到三好学生奖状,下一年又有可能得不到。于是每次都搞的感觉心脏都要快跳出来。就是后来考大学看分数也没有这么紧张过。那种紧张真是没齿难忘。于是对看黑板上的正字的笔画,简直是催命符一样。为何提到这个细节?因为在黑板上画正字,就是一种非常原始也非常简单的,最常见的5进制的计数方式。还有一些很常见的计数方法也不是十进制,

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比如60秒为一分钟,60分钟为一小时,就可以算简单的六十进制;而24小时为一天,却成了24进制,365天为一年,又成了365进制。当然这么说也不是很严格。但大致意思没错。从画正字计数到时间的不同进制,都表现出不以10进制为基础的计数方法。但是由于这些方式都是最常用的,属于司空见惯,甚至大多数人已经体会不到它们不是10进制的。当然,不同起源的文明发展到近代和现代,基本都接受了10进制为最通用的计数办法。不过仍然有一些不是十进制的文明存在。比如玛雅文明就是普遍用20进制。十进制据说来自大多数人有十个手指头好计数,而玛雅人却说人类还有另外的十个脚趾头,因此用20进制更好。而在数学专家看来,任何自然整数都可以用来当进制单位来计数;最终只是一个哪个更好理解和计算的问题。另外人类很早就发明了帮助计算的器械,比如算盘和计算尺都可以看做原始计算机的一种。

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对比当代的超级计算机,算盘并一定完全落后。只不过电子计算机可以通过编程运算更复杂的问题。二进制为基础的电子计算机的发明和广泛应用,可以算是人类在百万年前学会使用石头和木棒等工具之后的又一大工具的飞跃。任何超级复杂的问题,在电脑看来只不过就是0和1的排列组合,而实际上就是一个有电或没电的区别,专业上叫做低电平和高电平。那么电子计算机就一定要采用二进制吗?也不一定。人类的第一台电子管计算机,其实和算盘一样都是十进制的。只不过发现效率不高,才最终确定了二进制是电子计算机的基本规范。但是对专业的数学家来说,他们就是喜欢钻牛角尖,于是有人一直在测算,到底用几进制作为电子计算机的运算基础最合理。结果发现这个数还不是一个整数,而是像圆周率π一样,是一个无限不循环小数。这个数就叫做欧拉数。

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欧拉是历史上有名的大数学家。欧拉数也被认为是宇宙常数之一。欧拉数的大致值是2.71828,嗯很吉利的数字嘛。这里是什么意思呢,也就是用2.71828进制来统计全宇宙的数字,是纯理论上效率最高、最简洁的。不过除了智力超人的大数学家外,一般人对此实在是理解不了。于是2.71828也可以简化理解成,所有宇宙中可以拿来用的数字的进位制,最接近理想化状态的就是要么是二进制,要么是三进制。因为只有2和3是与2.71828最接近的自然整数。而从中一眼就可以看出一个秘密。这就是整数3明显比整数2,距离欧拉数更近!因此可以得出一个最终结论,就是三进制来计数或者用在电子计算机上,其实效率是高于最普遍应用的二进制的电子计算机的。人类也是在二战以后,电子计算机开始大规模应用时才明白了这一点。二战后的基本国际大格局就是从美苏冷战发展到美苏争霸。苏联在现代电子科技的硬件上一直没有追上美国,当美国人开始发明集成电路的时候,苏联方面还在使用笨重而高耗能的电子管设备。这方面可以说是终苏联整个时代的最大短板和痛点之一。在电子设备的硬件完全追不上美国和西方的情况下,苏联军方和本国大学的一流数学天才们合作,想找到一个短时间内可以超越西方二进制电子计算机捷径。于是就有数学家提出了用三进制研制苏联军方急需的电子计算机。苏联人使用的三进制并不是0、1和2三个数字,还是更巧妙了采用了-1、0和1,

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继续和二进制电子计算机一样,用无电压代表0,用有电压代表1,而用负电压代表-1。这么做的好处非常明显。因为从数学本质上来说,二进制是没有负数概念的。单纯用0和1,无论如何也不能自然表示出负数。为此所有的二进制电子计算机计算最简单的负数,也需要增加一套额外的程序。而苏联人搞的这种三进制计算方式,自带负数,就让计算程序更加简化和高效。苏联军方和部分大学名校合作,敢想敢干,居然真的研发和制造出数十台电子管的早期三进制的电子计算机。分配到各军种和科研计算单位应用后使用反馈良好。证明比普通的二进制电子计算机计算速度更快,而且耗电更少;二进制电子管计算机经常因为大容量运算,导致烧毁部分电路,而三进制电子计算机几乎没有同类故障。

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不过良好的反馈并没有让苏方的三进制电子计算机发扬光大,而是最终无疾而终。原因主要有两条。首先是三进制计算的容错率很低。二进制有比较强的天然容错率,就像当年可以看D版光碟的DVD机,有句行话叫做超级容错就是超级D版。这是因为对二进制体制来说,局部乱码不影响整体计算的大致正确性。但是三进制就不行了。三进制因为有天然的负1,因此更强调一是一二是二,局部的小错误就会导致最终结果的大错误。这就要求三进制电子计算机编程员都必须是头脑极端精密和细致的人,稍微的马大哈都当不了早期三进制计算机的编程员和使用者。一句话就是三进制计算机对使用者的素质要求太高。不是任何军事单位都适合应用。其实技术上的难点只是三进制计算机没有发展下去的一个借口。

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更主要的是,三进制计算机寿命普遍更长,配件损耗更少。而当时苏联内部已经有一批西方设备和技术的代言人;如果三进制计算机深入发展下去,就可能彻底断了苏联从各种公开或者秘密渠道引进西方计算设备的既有格局。而在当时的苏联,已经有部分所谓的专家从这类渠道中获得不小的既有利益。这样一来,苏联方面自己搞起来的三进制计算机,除了苏联军方和研发的大学。在其他的科研单位基本都是碰壁的。说白了,就是动了部分人的奶酪而导致最终被群起抵制。最后就是不了了之,设备没有了下文,研发团队解散。不过时过境迁,到了当代,三进制的计算体制的好处又成了高性能计算机博弈的制高点。因为二进制的电子计算模式,不论硬件还是软件都面临上限天花板。芯片电路之间的绝缘越来越窄,

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单个的电子很容易走错路串错门。而二进制固有的数字量过大的问题,在当代超级规模的运算中早晚会把自己累垮。而到了量子计算甚至是光子计算的时代,三进制的综合优势更加明显。当今全球,对三进制新体制计算机的研发水平最高的,既不是美国也不是前苏联的继承方,在这方面必然有惊人的突破。


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