五千年(敝帚自珍)

主题:建立中国经济的“操作系统运行手册” -- 陈经

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家园 (四)“纸带图灵机”与“冯诺伊曼结构”

计算机搞了这么久,基本数学原理从来没变,就是那个图灵机,根据当前状态决定后续操作的一条纸带。把它具体工程实现的体系结构,一直就是“冯诺伊曼结构”,关键思想是“存储程序”,分为“存储器”、“控制器”、“运算器”、“输入输出设备”几个模块。

可以把这个结构分成两个层面。控制器与运算器组成的CPU是确定性的,根据给定的输入,给出确定的输出,逻辑是固定的。寄存器、缓存、内存、硬盘等存储器也是确定性的,其中存储的数据与指令一直可靠。所以,计算机的运算能力是先天给定的,造出来以后就确定了,这是“确定性”的层面。通过“交互式”的输入输出设备,人可以主动来改变内存的状态,并让CPU来处理,这是“自由”的层面。自由的层面又有两种,一种是开发计算机应用程序,一种是使用这些程序。

CPU与存储器的确定性,让计算机有运算能力。因为“交互”的自由,它的运算能力才能多姿多彩地发挥出来。提供确定性的数学原理与工程体系结构一直没有变,但功能越来越强大。这些数学原理、工程体系结构、功能指标参数,并不广为人知。真正让计算机开创出一个时代的,是人们能够“开放式”地自由开发与使用它。

搞经济也是如此。首先,要有一个由众多功能模块组成的运行系统,这些功能模块要稳定精确地运行,让整个社会有经济能力的基础。存钱进银行,一定可以取出来。打开开关,就有电。给人钱,就能拿走货物。买张车票,就能到目的地。经济体系,需要以确定性为基础。如果确定性丧失了,经济就崩溃了。这个确定性的基础有强有弱,相当于主频、内存、硬盘大小不同。你买张车票,4小时就能到,以前要20小时的,主频快了。全社会以前有10万亿人民币可用,现在20万亿了,能买的东西更多了,内存大了。

然后要让人自由开发使用这个运行系统。开发与使用,是分不开的。人开工厂生产商品,是为了别人使用。一个繁荣的系统,应该是“开放式”的,让尽量多的人来开发使用。实践证明,这个理论是正确的。计划经济僵化体制,闭关锁国,相当于搞开发的程序员少,眼界不开编程水平也不高,取得的成果就不如开放式开发。

发展经济就是这两个事最重要。第一个,要建立更多更快更强的功能模块,提高功能模块的稳定性与精确性,让系统潜在能力越来越强大。第二个,要让人学会使用这个系统,会用的人与功能种类都越来越多,创造性地发挥出系统的潜力。

西方经济学理论,主要宣传第二个,要民主自由,开放式开发,繁荣全靠它。对于第一个,就说得比较抽象化,相当于只给了一个图灵机纸带模型。经济理论说,要有规则,要有法治,提高确定性,这当然是对的。货币经济学说,要有一个央行与商业银行的货币系统,这也是对的,相当于图灵机要纸带。有了这些基础,数学可以证明,“纸带图灵机和现代计算机理论上完全一样”,所有国家都可以搞现代经济了,美国也就那回事。

不过没有程序员用纸带图灵机搞开发,非常的麻烦。写个加法机,把两个数相加,那个图灵机程序就很搞笑。第一个数为5,就在纸带上排5根相邻的棍子,第二个数为7,就再放上7根相邻的棍子。然后写个状态转换码表,把第二堆的一根根搬到第一堆边上,搬完成为12根相邻的棍子,完成加法。一些落后国家其实就相当于在用纸带图灵机搞开发,刀耕火种,手工劳动。

如果想让计算机真正飞跑起来,就要工业实现“冯诺伊曼结构”,这个相当有难度。纸带图灵机虽然效率低,但做出来不难,做理论数学题一样,看了书就会做了。但有哪个学生看了“冯诺伊曼结构”,自己造得出现代计算机?

如何实现“冯诺伊曼结构”,把“存储器”、“控制器”、“运算器”、“输入输出设备”搞出来,这是相当具体的一件件事,不是图灵机数学理论搞得定的。西方经济学不会告诉人,怎么把现代经济高效率体系结构中具体的功能模块造出来,各国得自己摸索。

这个实现“冯诺伊曼结构”的过程,不是搞经济,而是搞工程。经济理论学得再好,哈佛来的经济学家也好,不管怎么运用经济理论,都造不出来。发展中国家的发展经济学,往往走入死胡同,就是因为这个原因。有工程师传统的国家,到是往往能搞出来。

“冯诺伊曼结构”都是一样的,但各个公司的计算机千差万别,实现方法多种多样,各有绝活。IBM的与DEC的不同,Apple与Wintel不同,指标参数你追我赶。

中国也算是工业实现了经济体系的“冯诺伊曼结构”,不过指标参数云里雾里看不清楚。从实践来看,CPU主频、内存、硬盘等指标参数都不低。中国计算机运行起来,当然比很多国家的纸带图灵机强多了,把计算任务都抢过来了。

不过中国计算机的应用程序开发时间还短,应该没有把潜力发挥出来。和发达国家相比,目前的落后,一个重要原因显然是应用程序还比较差,群众使用程序也不太熟。目前也不太清楚,中国的主机先进程度到哪个水平了。这都是值得研究的。

(待续)

通宝推:老惰,舞月轻云,
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