蘇聯(lián)時代居然研發(fā)過三進制的軍用計算機!

在大多數(shù)數(shù)學水平一般般的群Z看來,數(shù)字好像天然就應(yīng)該是從0到10,然后11、12一直到一百一千一萬十萬百萬上億最終到無窮大,似乎是天經(jīng)地義的。但是這只是一種錯覺,而現(xiàn)實情況是數(shù)字或者記數(shù)未必一定要從1到10這種十進制的系統(tǒng)。不用說難懂的高等數(shù)學,就是日常人們經(jīng)常用到的,也不都是十進制的情況。比如瀚海狼山、匈奴狼山上小學的時候,還是1970年代的后半期,當時評選三好學生的依據(jù),居然不是完全看考試成績。而是更看重一個同學在全班同學中的“聲望”。最終評選三好學生,是全班學生無記名投票,全班人人都可以參評,哪怕某位同學的學習成績倒數(shù)第一,也有參評資格。也就是人人都投票,人人都參評,對結(jié)果老師完全不干預(yù)。這才叫真正的民Z選拔。不過問題是每個班每年只有5個三好學生的名額。瀚海狼山、匈奴狼山從小成績尚可,小學的時候基本沒掉下全班前三。

不過就是平時不大喜歡和同學交流,更不會在關(guān)鍵的投票前,組成聯(lián)盟主動給自己拉票。于是每次到了年底,在投票完成后全班都會在黑板上劃正字記票,統(tǒng)計每個同學的得票數(shù),得票前5名的,就是當年的三好學生。雖然只有一張獎狀最多加一個小本子當做獎勵,不過當時孩子多,一個班往往高達六十人。在一個60人的班中,可以最終被選為5大三好學生之一,本身是倍有面子的事情。拿著獎狀回家,家長也會激動地在全單位或者全村宣揚好幾天。但是因為強調(diào)德智體全面發(fā)展,因此最終當選的五人,基本和總分數(shù)的前5名大致不重合。一般成績?nèi)嗟谝坏膶W生,智商和情商都高,當年的三好學生肯定跑不了;但是從第二往后的前幾名就不一定了。而最終得票第5名的三好學生,往往已經(jīng)排到學習成績的十幾名甚至二十幾名去了。因此最終的三好學生,除了常年學習絕對第一這種尖子,

另外被選上的,往往是特別會來事,特別有“威望”的同學。這類學生的家長本身也大多是單位領(lǐng)導,或者家庭條件比較突出。說白了就是可以當孩子王的哪類學生;相反,大多數(shù)單純學業(yè)比較靠前的學生,相對都是比較“清高”的,而狼山就屬于沒幾個朋友的那種。因此整個小學期間,每年最緊張事情,就是年底看黑板上自己能得幾個正字的時候。因為單純論成績絕對可以進入前五,但論人脈又肯定得不到前五,最終評選往往是某年可以得到三好學生獎狀,下一年又有可能得不到。于是每次都搞的感覺心臟都要快跳出來。就是后來考大學看分數(shù)也沒有這么緊張過。那種緊張真是沒齒難忘。于是對看黑板上的正字的筆畫,簡直是催命符一樣。為何提到這個細節(jié)?因為在黑板上畫正字,就是一種非常原始也非常簡單的,最常見的5進制的計數(shù)方式。還有一些很常見的計數(shù)方法也不是十進制,

比如60秒為一分鐘,60分鐘為一小時,就可以算簡單的六十進制;而24小時為一天,卻成了24進制,365天為一年,又成了365進制。當然這么說也不是很嚴格。但大致意思沒錯。從畫正字計數(shù)到時間的不同進制,都表現(xiàn)出不以10進制為基礎(chǔ)的計數(shù)方法。但是由于這些方式都是最常用的,屬于司空見慣,甚至大多數(shù)人已經(jīng)體會不到它們不是10進制的。當然,不同起源的文明發(fā)展到近代和現(xiàn)代,基本都接受了10進制為最通用的計數(shù)辦法。不過仍然有一些不是十進制的文明存在。比如瑪雅文明就是普遍用20進制。十進制據(jù)說來自大多數(shù)人有十個手指頭好計數(shù),而瑪雅人卻說人類還有另外的十個腳趾頭,因此用20進制更好。而在數(shù)學專家看來,任何自然整數(shù)都可以用來當進制單位來計數(shù);最終只是一個哪個更好理解和計算的問題。另外人類很早就發(fā)明了幫助計算的器械,比如算盤和計算尺都可以看做原始計算機的一種。

對比當代的超級計算機,算盤并一定完全落后。只不過電子計算機可以通過編程運算更復(fù)雜的問題。二進制為基礎(chǔ)的電子計算機的發(fā)明和廣泛應(yīng)用,可以算是人類在百萬年前學會使用石頭和木棒等工具之后的又一大工具的飛躍。任何超級復(fù)雜的問題,在電腦看來只不過就是0和1的排列組合,而實際上就是一個有電或沒電的區(qū)別,專業(yè)上叫做低電平和高電平。那么電子計算機就一定要采用二進制嗎?也不一定。人類的第一臺電子管計算機,其實和算盤一樣都是十進制的。只不過發(fā)現(xiàn)效率不高,才最終確定了二進制是電子計算機的基本規(guī)范。但是對專業(yè)的數(shù)學家來說,他們就是喜歡鉆牛角尖,于是有人一直在測算,到底用幾進制作為電子計算機的運算基礎(chǔ)最合理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個數(shù)還不是一個整數(shù),而是像圓周率π一樣,是一個無限不循環(huán)小數(shù)。這個數(shù)就叫做歐拉數(shù)。

歐拉是歷史上有名的大數(shù)學家。歐拉數(shù)也被認為是宇宙常數(shù)之一。歐拉數(shù)的大致值是2.71828,嗯很吉利的數(shù)字嘛。這里是什么意思呢,也就是用2.71828進制來統(tǒng)計全宇宙的數(shù)字,是純理論上效率最高、最簡潔的。不過除了智力超人的大數(shù)學家外,一般人對此實在是理解不了。于是2.71828也可以簡化理解成,所有宇宙中可以拿來用的數(shù)字的進位制,最接近理想化狀態(tài)的就是要么是二進制,要么是三進制。因為只有2和3是與2.71828最接近的自然整數(shù)。而從中一眼就可以看出一個秘密。這就是整數(shù)3明顯比整數(shù)2,距離歐拉數(shù)更近!因此可以得出一個最終結(jié)論,就是三進制來計數(shù)或者用在電子計算機上,其實效率是高于最普遍應(yīng)用的二進制的電子計算機的。人類也是在二戰(zhàn)以后,電子計算機開始大規(guī)模應(yīng)用時才明白了這一點。二戰(zhàn)后的基本國際大格局就是從美蘇冷戰(zhàn)發(fā)展到美蘇爭霸。蘇聯(lián)在現(xiàn)代電子科技的硬件上一直沒有追上美國,當美國人開始發(fā)明集成電路的時候,蘇聯(lián)方面還在使用笨重而高耗能的電子管設(shè)備。這方面可以說是終蘇聯(lián)整個時代的最大短板和痛點之一。在電子設(shè)備的硬件完全追不上美國和西方的情況下,蘇聯(lián)軍方和本國大學的一流數(shù)學天才們合作,想找到一個短時間內(nèi)可以超越西方二進制電子計算機捷徑。于是就有數(shù)學家提出了用三進制研制蘇聯(lián)軍方急需的電子計算機。蘇聯(lián)人使用的三進制并不是0、1和2三個數(shù)字,還是更巧妙了采用了-1、0和1,

繼續(xù)和二進制電子計算機一樣,用無電壓代表0,用有電壓代表1,而用負電壓代表-1。這么做的好處非常明顯。因為從數(shù)學本質(zhì)上來說,二進制是沒有負數(shù)概念的。單純用0和1,無論如何也不能自然表示出負數(shù)。為此所有的二進制電子計算機計算最簡單的負數(shù),也需要增加一套額外的程序。而蘇聯(lián)人搞的這種三進制計算方式,自帶負數(shù),就讓計算程序更加簡化和高效。蘇聯(lián)軍方和部分大學名校合作,敢想敢干,居然真的研發(fā)和制造出數(shù)十臺電子管的早期三進制的電子計算機。分配到各軍種和科研計算單位應(yīng)用后使用反饋良好。證明比普通的二進制電子計算機計算速度更快,而且耗電更少;二進制電子管計算機經(jīng)常因為大容量運算,導致燒毀部分電路,而三進制電子計算機幾乎沒有同類故障。

不過良好的反饋并沒有讓蘇方的三進制電子計算機發(fā)揚光大,而是最終無疾而終。原因主要有兩條。首先是三進制計算的容錯率很低。二進制有比較強的天然容錯率,就像當年可以看D版光碟的DVD機,有句行話叫做超級容錯就是超級D版。這是因為對二進制體制來說,局部亂碼不影響整體計算的大致正確性。但是三進制就不行了。三進制因為有天然的負1,因此更強調(diào)一是一二是二,局部的小錯誤就會導致最終結(jié)果的大錯誤。這就要求三進制電子計算機編程員都必須是頭腦極端精密和細致的人,稍微的馬大哈都當不了早期三進制計算機的編程員和使用者。一句話就是三進制計算機對使用者的素質(zhì)要求太高。不是任何軍事單位都適合應(yīng)用。其實技術(shù)上的難點只是三進制計算機沒有發(fā)展下去的一個借口。

更主要的是,三進制計算機壽命普遍更長,配件損耗更少。而當時蘇聯(lián)內(nèi)部已經(jīng)有一批西方設(shè)備和技術(shù)的代言人;如果三進制計算機深入發(fā)展下去,就可能徹底斷了蘇聯(lián)從各種公開或者秘密渠道引進西方計算設(shè)備的既有格局。而在當時的蘇聯(lián),已經(jīng)有部分所謂的專家從這類渠道中獲得不小的既有利益。這樣一來,蘇聯(lián)方面自己搞起來的三進制計算機,除了蘇聯(lián)軍方和研發(fā)的大學。在其他的科研單位基本都是碰壁的。說白了,就是動了部分人的奶酪而導致最終被群起抵制。最后就是不了了之,設(shè)備沒有了下文,研發(fā)團隊解散。不過時過境遷,到了當代,三進制的計算體制的好處又成了高性能計算機博弈的制高點。因為二進制的電子計算模式,不論硬件還是軟件都面臨上限天花板。芯片電路之間的絕緣越來越窄,

單個的電子很容易走錯路串錯門。而二進制固有的數(shù)字量過大的問題,在當代超級規(guī)模的運算中早晚會把自己累垮。而到了量子計算甚至是光子計算的時代,三進制的綜合優(yōu)勢更加明顯。當今全球,對三進制新體制計算機的研發(fā)水平最高的,既不是美國也不是前蘇聯(lián)的繼承方,在這方面必然有驚人的突破。