Насколько мощным может быть механический компьютер?

Посмотрите на Род Логик . Это технология, в которой используются движущиеся молекулярные стержни в твердой матрице для выполнения логических операций за счет того, что стержни имеют боковые группы, открывающие или закрывающие каналы. Это может быть реализовано от макроскопического масштаба (например, Lego) до атомарного масштаба.

Такой нанокомпьютер с мощностью, эквивалентной нашей электронике на основе кремния, был бы абсолютно крошечным, порядка кубических нанометров, и с чрезвычайно высокой плотностью памяти, скажем, 10^20 бит (86,74 эксабайта или 100 эксабайт) на кубический сантиметр. Требования к мощности также будут чрезвычайно низкими.

Это позволило бы создавать персональные компьютеры почти непостижимой для нас сейчас мощности или производить нанороботов, которых можно было бы вводить в тело для выполнения медицинских задач.

Так что да, вы сможете достичь мощности электронных вычислений 1950-х годов — и многое, многое другое.

РЕДАКТИРОВАТЬ

Rod Logic в наномасштабе в настоящее время является теоретическим, но был реализован в макромасштабе с использованием таких инструментов, как Lego. Я не буду вдаваться в подробности того, как вы будете его строить, поскольку, как и в случае с нашими собственными компьютерами, вы используете компьютеры, которые у вас есть, для помощи в создании следующего поколения в итеративном процессе. Логической конечной точкой развития механических вычислений, вероятно, является некий вариант стержневой логики. Между ранними двигателями Бэббиджа и наноразмерной логической машиной со стержнями будет много промежуточных конструкций.

Осмелюсь сказать, что очень мало людей, которые действительно понимают, как современный процессор делает то, что он делает.

Это наоборот,

Если вы начнете создавать механические компьютеры, вы перестанете использовать их для создания более мощных устройств, как только будут изобретены электромеханические устройства.

Другими словами, вместо того, чтобы выйти на плато в развитии механических устройств, вы перестанете использовать чисто механические принципы просто потому, что ВЫ МОЖЕТЕ использовать электромеханические... Это как электронные лампы, как только транзисторы стали надежнее. Мы перестали использовать электронные лампы, не проверив, как далеко мы могли бы продвинуться с ними.

В то же время разработка механических компьютеров создаст желание найти более эффективные устройства, так что кто-то может изобрести реле задолго до нашего нынешнего времени.

Слишком сложно рассчитать, насколько мощными могут стать механические компьютеры. Чтобы говорить об этом, мы должны найти, что является основным фактором, ограничивающим их строительство. Ограничивающим фактором для электронных ламп было тепло и надежность. Они работают горячо, и большое количество вакуумных ламп, стоящих рядом, вызовет много тепла. Скорость вакуумных ламп ограничена, потому что их сложнее интегрировать, поэтому у вас есть длинные провода, тянущиеся повсюду. На механических компьютерах пределом является инерция, потери на трение и т. д. Эти элементы преодолеваются за счет использования более мощных источников механической энергии. Механическая мощность - это результат (во вращающемся механизме) крутящего момента, умноженного на число оборотов в минуту, умноженного на некоторую константу. Таким образом, большая мощность означает больший крутящий момент. Больший крутящий момент означает, что материалы, из которых сделан компьютер, должны быть прочнее. Так,

TL;DR

Вы перестаете использовать старые технологии не потому, что больше не можете их использовать, вы делаете это потому, что МОЖЕТЕ использовать что-то лучшее.

Что ж, Уильям Маклеллан сделал работающий электродвигатель, который поместился бы внутри куба со стороной 1/64 дюйма. Маклеллан, в то время живший поблизости, достиг этого подвига к ноябрю 1960 года; его 250-микрограммовый двигатель со скоростью вращения 2000 об/мин состоял из 13 отдельных частей.

Это было результатом вызова, сделанного на лекции Ричарда Фейнмана [На дне много места].

Предположим, что нанотехнологии продвинулись вперед и механические логические элементы могут быть построены на молекулярном уровне. Я чувствую, что механический логический вентиль может быть таким же маленьким, как один из сегодняшних транзисторов.

Будет много проблем, таких как устойчивость к механической силе, заклинивающей машину, или увеличение предполагаемой силы, чтобы справиться с глубиной ворот, на которую она должна пройти, пока не сломаются хрупкие компоненты. Но я думаю, что от них можно было бы отказаться, если бы это было единственное жизнеспособное средство вычислений.

Я думаю, что компьютеры «могли бы» быть такими же мощными, как сегодняшние компьютеры, если бы они были механическими, но они развивались бы намного медленнее. Я имею в виду, что мы можем представить идею нанотехнологии только частично благодаря тому удобству, которое электронные вычисления вносят в науку. Без электронных компьютеров сами научные исследования остановились бы. Так как же мы могли разработать такую ​​нежизнеспособную форму вычислений? Это что-то вроде уловки-22.

На развитие технологии уйдет ОЧЕНЬ много времени.

Я предполагаю, что вы исходите из того, что электричество, электроника и продукты, произведенные благодаря электронике (например, нанотехнологии), недоступны, т.е. машина должна приводиться в действие водой, паром или чем-то еще. Если вы можете создать механический триггер с тактовой частотой, то вы можете себе представить, что механический компьютер мог бы выполнять те же функции, что и машина на основе ламп 1950-х годов, но он был бы гигантским и очень медленным. Как минимум, он будет как минимум во столько же раз больше, чем компьютер, который он дублирует, во столько же раз, во сколько его основной механический переключающий компонент превосходит электронный эквивалент. Потребовалось бы еще больше места для ретикуляции и, вероятно, охлаждения.

Механические компьютеры намного лучше работают в аналоговой форме. Механическому цифровому компьютеру так и не дали времени на разработку. Они просто устарели к тому времени, когда технология стала достаточно развитой, чтобы требовать их. Релейные и ламповые компьютеры тоже просуществовали недолго. В 1953 году уже существовал компьютер на транзисторах — всего через пятнадцать лет после Z1, а ENIAC все еще работал.

Без электроники в мире не было бы большой потребности в цифровых компьютерах, но в чисто механическом мире, вероятно, существовали бы какие-то хитрые инженерные методы, позволяющие ускорить механический калькулятор и сделать это надежно. Турбины могут вращаться со скоростью сотен тысяч оборотов в минуту, поэтому в конечном итоге можно было бы достичь производительности в несколько кфлопс.

Можно было бы построить макроскопические механические компьютеры, которые могли бы обрабатывать значительные объемы информации, но по современным меркам им пришлось бы делать это очень медленно. Если бы скорость не была проблемой, было бы не слишком сложно спроектировать сетку стержней, каждый из которых можно было бы выталкивать или выталкивать, вместе с устройством, в котором группа стержней толкателя использовалась бы в качестве адресных проводов, а другая группа использовалась бы в качестве адресных проводов. провода данных и толкатель «индикатора чтения/записи», который будет посещать стержни, указанные адресом, и либо перемещать стержни памяти, чтобы отразить состояние стержней шины данных, либо перемещать стержни шины данных, чтобы отражать состояние стержней памяти.

Учитывая это, было бы не слишком сложно разработать механический эквивалент чего-то вроде процессора 6502. Умелый человек мог бы даже сделать такую ​​вещь вручную в масштабе, который мог бы поместиться на типичной столешнице.

Используя современные «макроскопические» методы изготовления — ничего экзотического, кроме способности производить много-много сложных деталей — для человека, имеющего время, деньги и желание, было бы возможно создать устройство, которое эмулировало бы компьютер 1980-х годов, но делайте это очень медленно. Быстрая память будет дорогой, но медленная память может стоить примерно столько же за бит памяти, сколько память на магнитных сердечниках, которая широко использовалась в электронных компьютерах, пока память на интегральных схемах не стала практичной. Ленты с однократной записью, вероятно, будут иметь относительно низкую стоимость бита, а катушка размером с кинопленку может вмещать несколько мегабайт.

Я не знаю, могли ли бы скорости достигнуть скорости даже компьютеров 1960-х годов, но емкость памяти и вычислительная мощность (помимо скорости), вероятно, могли бы значительно превзойти то, что было бы достижимо в 1960 году. Я не уверен, в какой степени механические компьютеры могли бы играть роль в механическом производстве, но вполне вероятно, что они могли бы это сделать.