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1700263777 不论多么复杂的计算,都可以不断地分解、化简,最后变成几种基本逻辑计算,比如“非”“且”“或”三种基本逻辑,它们都只接受“1”和“0”两种输入,也只有“1”和“0”两种输出,全部变化规则只需3张很小的表格就能明确概括。但是“三生万物”,只要层层递进地组合起来,它们可以满足几近无穷的计算需求。于是,人类用专门的电路元件实现了这样的基本逻辑计算[8],然后在方寸之间集成了几亿个甚至十几亿个这样的计算元件,就制成了电子计算机的中央处理器,也就是通称的“CPU”——你我眼前这个辉煌的计算机时代,全是这样计算出来的。
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1700263779 表增—1 非计算的规则表
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1700263784 表增—2 且计算的规则表
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1700263789 表增—3 或计算的规则表
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1700263794 不过,这些基本计算元件也不是非得做成电路。正如第2节说过的,计算原本就是这个世界的运行规律,“1”和“0”不是两个数字,而是两极对立。开和关、有和无、高和低、满和空、直和弯、大和小、软和硬,都是对立。所以飞花摘叶,原则上什么东西都能做成基本计算元件,台球这样外观标致的东西,当然也不例外。
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1700263796 1981年,两位美国计算机科学先驱爱德华·弗里德金和托马索·托夫里,提出了用刚体球制造基本计算元件的“台球构型”VIII。我们暂时先不透露他们为什么会有这样的“奇思妙想”,先来看看这是怎样一种奇怪的设计。
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1700263798 如图增—25,那是台球构型的“且计算”元件,一个形状很特殊的台球桌,设计了A和B两个入口,A和B两个出口,还有一个“且出口”。台球就是输入的数据,它从哪个入口打进台球桌,哪个入口就是“1”;反过来,哪个入口空着,就是“0”。
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1700263800 打上台球桌的台球会在桌沿上来回碰撞,也会彼此碰撞,最后从出口射出台球桌。如果“且出口”有台球打出来,计算的结果就是“1”,否则就是“0”。你看,只有A入口和B入口同时有台球打入,且出口才会有台球打出,这与表增—2的且计算规则完全吻合。
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1700263802 但是,“台球且计算”又与一般的且计算稍有不同:一般的且计算只有1位输出,只区分“且出口”是“1”还是“0”;而台球且计算还多了A出口和B出口,在且出口同样是“0”的三种情况下,这两个出口会有不同的输出,就像表增—4那样。
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1700263804 表增—4 台球且计算的规则表
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1700263812 图增—25 台球构型的且计算元件示意图,分别计算了“1且0=0”、“0且1=0”和“1且1=1”。(作者绘)
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1700263814 也就是说,相比一般的且计算,台球的且计算可以逆推出所有的输入——它是完全可逆的。
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1700263816 请记住“可逆”这两个字,它在这则增章里占有至关重要的位置。
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1700263818 用这样的台球元件构造台球计算机,就只需要把许许多多的台球桌摆在一起,出入口对齐,然后把台球打进去到处碰撞,等着观察哪个出口有台球打出就可以了。但问题是,台球桌和台球不可能绝对光滑,也不可能绝对坚硬,所以台球最初的动能很快就会在摩擦和形变中转化成热能,到时候所有的台球都会停住不动,计算也就终止了。在宏观世界里,这是一切接触运动的必然归宿,所以只有把整个计算元件做得极端小,小到微米以下的微观世界里,摩擦和形变带来的动能损耗才会渐渐消失。
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1700263820 但是这样一来,台球也就疯了。
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1700263822 当我们规避了宏观世界里不可避免的热损耗,微观世界里毫无规则的热运动也不可避免地展现出来:微观台球对环境中的任何影响都极其敏感,环境中无数分子的踊跃碰撞一定会让它陷入永恒的布朗运动,让它在台球桌上不停地乱窜,好像金色飞贼上了身。
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1700263824 那么,如果要让发了疯的台球元件继续发挥计算功能,该怎么办呢?啊,我们一下子就回到了第2节的疯台球比喻:只要用沟和墙——势阱和势垒约束住那个疯台球的运动范围,就可以由着它做布朗运动了,迟早,它都要撞到正确的出口去。
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