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有詳細完整的紙面資料,制作出8086級別的CPU和1M記憶體、軟碟,最少需要相當於哪個年代的科技水平?

2017-02-21數位

看問題標簽有臨高啟明,最近剛好在看這個小說,我自己正好是做作業系統的,可以來答一下。

先說結論:要從無到有不計成本的設計出現代民用電腦以及配套軟體是非常難的,我不認為臨高500眾有能力實作。

電腦科學中,作業系統的開發基本上屬於最高層次的開發了,其依賴關系是:

模擬電路 :二極體、三極管、電容、電阻 數位電路 :門電路、寄存器 電腦體系結構/介面技術 :硬體系統框架設計、匯流排設計、記憶體設計、CPU 組合語言 :轉譯器、指令設計 高級程式設計語言 :編譯器

有了以上的基礎以後,才有實作作業系統的可能性。

穿越人員設計出模擬電路不難,甚至數位電路也不復雜,但到了匯流排-CPU-組譯一層,我不認為臨高政權有這方面的儲備技術。這方面的人才在國內都比較少見。

即使有技術資料,重建也很困難,這一層次上 工程師比科學家走的更遠,單靠技術文獻根本做不出什麽有用的東西出來 。但臨高政權應該沒有Intel或者ARM的人,即使有,8086有4萬個晶體管,主頻最高10M,這個配置必須要用光刻機了,但他們沒有光刻機,就算有光刻機維護也很難,臨高政權更不可能拿到Intel的設計資料。

至於RAM和軟碟,對材料科學的依賴更高,不比晶體管簡單。

再說寫作業系統:

我相信只要技術稍微好點的電腦專業的學生,本科生或者研究生,寫一個自制的作業系統不是太難,移植Linux更容易。但這是在有硬體支持的前提下,如果連CPU都要從頭設計,我相信絕大多數人做不到,至少是需要一個大的團隊,包括微電子專業和電腦專業的很多人一起做。


我覺得臨高政權在電子電腦領域的方向是有問題的。雖然他們帶去的都是x86的東西,但未來沒必要重建一套x86的體系,RISC的指令會比x86的簡單的多。至於上層套用,重建IP網路的意義也不大,難度和開銷太大。

手搖電腦也不可取,短期倒是沒問題,但是如果未來從舊時空帶來的電子裝置都壞了,臨高政權的科學技術會有嚴重的倒退。至於其它形式的人力電腦就更不可取了,效能太差,開銷太大。人類研發電子電腦的根本原因就是提升效率,如果原來需要10個人能完成的工作,用人力電腦需要100人,那倒不如不用。


我個人認為正確的方向:

1. 數據儲存

大圖書館的東西必須迅速的匯出來,全部紙制化不現實,所以儲存必須盡快解決,重點研發方向是磁帶機,這是一個技術難度不大但很實用的領域,只要解決材料問題就夠了。但磁帶機不適合電腦直接使用,更適合備份,所以還需要研發磁鼓、磁芯記憶體作為電腦的外存。(做不出塑膠還可以考慮鋼絲磁帶)

過去用穿孔紙帶是因為技術限制,但臨高並不缺乏相關技術,研發體積小、容量大的磁性儲存裝置只需要解決材料的問題就夠了,穿孔紙帶不是正確的發展方向。

一些重要的、不容易修改的資訊可以采用熔燒式ROM方式保存,技術門檻低,使用方便。等積體電路科技樹點亮以後直接上EEPROM。

2. 通訊

有線電報可以解決很多問題,但未來在帝國的核心區域,必然要有一個互聯網,網路模型沒有必要采用什麽七層網路協定的東西,很多東西都可以簡化。

早期完全可以采用P2P序列鏈路,後期有了規模以後,可以采用ATM(不是自動取款機)網路等更簡單的方式部署。上層用IP+UDP結合,可以直接省掉麻煩的TCP部份。

3. 計算部份

晶體管在相當長的時間內都看不到希望,先用電子管解決計算的問題,主頻能爬到100K~1MHz的水平就足夠滿足現在時空的計算需求了。

采用RISC指令集,先在舊時空的裝置上模擬好(電路模擬軟體很容易就能搞定),先搞定8位元機。不要走x86這條路,MIPS/PPC這些都比x86容易(龍芯就用的MIPS)。

不要著急仿制ENIAC,ENIAC是十進制電腦,故障率比較高。建議仿制:EDVAC_百度百科,這是一個二進制電腦。

4. 輸入輸出

搞定發光二極體就可以解決輸出問題,或者搞定電視這個發明(液晶就不用了,普通的電子映像管就可以了)。

輸入用磁性儲存,鍵盤滑鼠只是機械式的,沒難度。磁性儲存裝置的難度是材料,別用穿孔紙帶這種東西,公民的身份證完全可以用PROM來做,設計的適當的情況下體積並不大。

整體上說,臨高政權需要的是: 可靠、高速的電子通訊網路+相對當前時空的高效能計算+相對當前時空的大數據快速儲存、檢索。

哪怕最初的電腦體積大,效能差,但對於提高政權效率是很有幫助的,不然未來做社會統計工作,比如類似人口普查這種事情,全靠人力,想短時間根本不可能完成,一旦帝國擴張到一定程度,沒有電腦的幫助,很快就會失去對地方的控制。

500眾有生之年應該能點開晶體管這個科技點,積體電路難度很大,光刻機是人類技術的精華,元老們如果不是永生的話,元一代應該是看不到的。

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如果500眾裏確實有微電子+作業系統領域的人(可能需要好幾個名額),有些彎路倒是可以省掉:比如x86體系下,為了相容性搞出過各種奇葩的東西,像A20地址線、BIOS這類東西,都可以省掉,本時空沒有第二個能做出電子電腦的地方,相容性可以無視。


蒸汽動力機械電腦是不靠譜的,我不知道督工說的機械電腦什麽規模,按評論裏6000畝的規模算,就是2000*2000公尺,假設元器件最遠距離是1000公尺,力在金屬材料中傳遞速度按5000公尺/秒算(參考:https://www. zhihu.com/question/2127 4683 ),這個電腦的主頻最高只有5Hz,再考慮到齒輪之間的力的傳遞速度更慢,實際主頻更低。

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有很多回答裏提到了4004或者8008芯片。確實,看上去4004很簡單,只用了2300個晶體管,規模似乎比EDVAC要簡單的多, 但要註意的是4004或者8008只是CPU,而EDVAC是完整的電腦,CPU需要配合外設才能工作的。 實際中單獨的4004也不能直接使用,需要配合4001(ROM)/4002(RAM)/4003(移位寄存器)三個芯片一起,很多資料上只說了4004用了2300個晶體管,實際上4001、4002裏的晶體管一點都不少,兩個加起來估計要3000-4000個,所以僅僅以上四個芯片,總規模就大於EDVAC的設計了,更別提還要在這四個芯片之外,再外接其它裝置了,難度一點都不小。