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小霸王计算机助美国登月,如今1t内存在只算中档,内存都用哪了?

2022-10-31 20:43:47 7733

摘要:在半个世纪前,美国航天在冷战中得到了空前的突破发展,载人登月更是让世界震惊。当时人们对科技感十足的阿波罗号表示出极大的兴趣,却忽略了这艘宇宙飞船的核心——计算机系统。神奇的“小霸王”科幻电影中的宇宙飞船科技感十足,眼花缭乱的计算机参与系统更...

在半个世纪前,美国航天在冷战中得到了空前的突破发展,载人登月更是让世界震惊。当时人们对科技感十足的阿波罗号表示出极大的兴趣,却忽略了这艘宇宙飞船的核心——计算机系统。

神奇的“小霸王”

科幻电影中的宇宙飞船科技感十足,眼花缭乱的计算机参与系统更是吸引人们的眼球,可半个世纪前的真实场景却完全不同。阿波罗航天器的计算机只有4kb的内存,现代人手机拍摄的照片可能都超过1mb,而1mb相当于1024k,也就是说当年登月的计算机内存还不如现在一张照片的零头!

这台在登月项目中大放异彩的计算机有32kg重,比标准包装的大米重一些,如今看起来很笨重,可是在当时世界上已经是无法想象的超越时代!在1946年世界第一台计算机问世时,人们被它超强的计算能力折服,同时也被这个大家伙的“体型”所震撼,超过30吨的重量和房子一样的体积让人们以为这就是计算机以后的样子。

然而科技的高速发展改变了计算机的大小,比如中国首台百万级运算能力的150机只有几百公斤,大大改善了计算机笨重的概念。但是要知道150机真正投入使用是在1972年,而阿波罗号登月是在1969年,可见搭载的计算机多么强大!

这台当时世界上最先进的计算机负责运算前往月球的轨道,并且根据宇航员实际观测数据不断修正参数,防止外在因素改变飞船的行进路线。另外还有一台辅助计算机,负责给飞船的系统发送指令,以实现宇航员的人工操作。

除了这台原始的计算器,阿波罗号上海搭载了一个内存72kb的只读存储器。这台存储器在现在看来同样不可思议,因为它的存储核心是“绳子”编织而成!这种原始的存储器名字叫做“芯绳存储器”,由拉动芯片上的绳子进行数据输出。数百名程序员将阿波罗号飞行时需要的程序提前录入其中,宇航员使用时通过计算机调用即可。

正是这些现在看来土到掉渣的技术,把人类航天推到了顶峰,甚至在科学技术爆炸的今天也无法重现载人登月。那么4kb就能实现登月,现如今几百gb甚至1t以上内存的计算机,都把内存用在哪里了呢?

不再是“计算”的计算机

苹果手机发布的新闻称,下一代苹果手机将拥有1t内存,将手机的储存量提高到了新的时代。而计算器的内存更加疯狂,十年前就有1t的硬盘,时至今日只要有钱就可以提升内存或者存储空间,要多大有多大。

计算机的体积也在不断缩小,在上世纪70年代三代计算器概念提出以后,家用计算机就走进了千家万户,鞋盒大小的机箱就能容纳几乎所有的部件。

那么为何现在越来越强大的计算机反而看起来不如当年阿波罗登月的4kb“小霸王”计算机呢?原因就是如今计算机不再只是用来计算。

当年的登月飞行中,计算机需要处理的只有数据,比如飞行轨道的长度、影响因素校正等。这些数据只有数字,计算机只需要进行运算。并且每次只处理一组数据,当同时需要两个数据时,就要遵循“先来后到”的原则。

现在的计算机要“累”得多,图像处理和并行计算工作非常复杂。自从微软提出windows系统概念以后,这种操作和表现形式就受到世界上几乎所有人的喜爱。需要使用一项功能,点击图标就可以轻松实现,背后则需要大量的运算,来调动显示器上的像素点,排列成我们需要的画面。

这些运算远远超出简单的数学公式,需要庞大的处理器支持。按照微软发布的windows最低系统配置要求,处理器需要1千兆赫或者更快,内存需要1gb(32位)或者2gb(64位)。这个要求只是保证windows系统正常运行,即点击图标能够有反应,仅此而已。

另外一个非常消耗计算机内存的就是“并行”运算,常见的就是我们玩手机时,桌面是播放器中精彩的综艺节目,看到兴奋的地方要用输入法发条弹幕,同时微信消息提醒朋友晚上约火锅。这些都是需要处理器和内存同时运算才可以实现的,和前文提到的阿波罗号计算机只能算一组数据根本不是一个量级。

在两个以上软件同时运行时,处理器和内存的使用也需要更高的配置,比如只打开微信,cpu使用率只需要10%的算力,而同时再打开视频软件,cpu可能瞬间达到峰值。这和进教室门一样,排队进入只需要几分钟,而一拥而入可能半天都进不去,大家都堵在门外。

而手机或者电脑使用时很明显不允许“排队”使用软件,那么只有“加宽大门”一条路可走,也就是我们常说的增加内存。世界计算机史也伴随着内存的进步而滚滚向前。

内存的过去和将来

人类自从诞生以来,就一直在寻找高效存储消息的方法。4.5万年前,印度尼西亚的的壁画就记录了当时人们生活中常见的动物。后来文字逐渐产生,楔形文字石板记录了更多信息。直到19世纪,英国的数学家查尔斯·巴贝奇发明了打孔卡来记录数字的机械,也就是计算机的前身“机械打孔计算机”,可以记录675字节的信息。

之后人类在此基础上加以发展,利用存储信息提高工作效率,最著名的成功案例是1900年美国第三次人口普查,每台机械计算机可以代替500名工人,在一年内完成了统计,而上一次人口普查整整花了七年时间!

之后奥地利一名工程师发明了磁鼓存储器,直接引导人类向电子计算机高速发展。最早的电子计算机存储器由水银延迟线、阴极射线示波器、静电存储器、磁鼓等复杂的结构组成,是当时技术所限的产物。直到1950年磁芯存储器出现,才真正地把这项技术和整个计算机科技推向全世界。

IBM、三星等科技巨头在计算机存储器上虽然名声显赫,但是商业层面却犹犹豫豫。原因是电脑终端好比战车,随着升级迭代会带来巨额利润,而存储器好比汽油,虽然会随着电脑售出,但是技术迭代并不快,市场价格波动较大,市场未来有很大的不确定性。

计算机的未来已经到来,谷歌、微软、IBM等科技寡头在量子计算机项目上取得了了不起的成就,存储器是其中最先被改变的部分。目前已知的量子计算机可以用256位存储单元记录整个地球的信息,在三分钟内完成了传统计算机一万年才能完成的科学运算。虽然目前量子计算机还处于试验阶段,但是相信不久的将来定会来到我们的生活中。

人类的智慧是宇宙发展中的奇迹,计算机则是人类智慧的最高成就之一。未来的宇宙探索需要更为强大的计算机支持,相信量子计算机将会大放异彩。人类在浩瀚太空中大胆开拓,创造了难以想象的成就,并在未来持续迈进。

作者:旧时梦话 校稿:川川

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