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第一四三章 神奇运算

陈佳永送走了冯吉和杨丽云等人后，就赶快回到了虎崖。他让施宗宇去叫来了华莱士，过问虎崖电子实验室这一段时间以来的工作进展情况。
华莱士汇报：单晶硅己经提炼成功。原材料的采集工作完毕之后，已对原材料中的一部分进行了预处理工作。作为最主要的原料，硅的处理工作更是精心操作。对硅原料进行了化学提纯，使其达到了可供半导体制作使用的原料级别。为了使这些硅原料能够满足集成电路制造的加工需要，又将其整形，是通过溶化硅原料，将液态硅注入高温石英容器而完成的。

虎崖电子实验室的半导体原件生产已达300余个品种：继电器、电位器、二、三极稳压管、可控硅整流桥、钼电解电容……己经广泛地用于了收音机、步话机、收发报机、汽车电路、机械设备电子控制箱等电路中。陈佳永去车间检现了一下生产的电子原器件，质量还不错，大致相当于后世90年代的半导体电子产品了。目前的要求是进一步缩小原件体积和提高工艺制作水平。下一步就是向原件集成化，设备自动化方向发展了。

华莱士道：现在已经研制成功了部分集成电路，用了金、银、铜、铝、钛、钼等贵重金属为材料，采用了镀金、镀银和用显微镜下的刻蚀法和嵌入法等工艺制作。由于制作工艺还不太完善，操作上也不太熟练，所以，与大队长那台微机内的集成块相比，体积上大了许多倍，精纯度也不是很高。但是，仅就如此，一片巴掌大的集成块电路，就已经相当于2000千只晶体管和1万只电子管的体积和容量了。真是让人不能想象的。

华莱士领着陈佳永到了精工车间的一台5米精加工车床前。只见车床右上方装着一个一米见方的铁箱子，箱子里有数十条线路连接在了车床上。一名操作工在车床上安好了一根柴油机主轴加工件后，摁下了那铁箱子上一排按钮中的一个，不一时，车床的电动机就“嗡嗡嗡”地转动了起来，按照操作工设置好的数据程序，车床就自动进刀切削了。陈佳永心里赞道：“这不就是数控机床的雏形么！虽然还有些简单，这数控的机箱也挺大和难看，工作速度也非常慢，但是，起码能解决最基本的车床加工件的精度问题了。车床少报废一个加工件，效益就大大地增加了呀！”

陈佳永让华莱士将车床上的一个机箱搬到了他的“大厅”里，又叫他召集了电子实验室的30几个人员和相关的其他10多人，当场“解剖”了他们研制出来的机床数字化控制机箱。他逐一取出了里面的部件，用实验室设计制出的万用电表测出了电路数据参数后，一边评价和分析，一边用粉笔在黑板上写下了一连串的公式，逐一地演算着，一堂人都沉浸在了公式和数字的海洋里。陈佳永不停地回答着大家的提问，又不停地在黑板上演算着数据。他前几个月给他们上的计算机理论课，这会儿落在了这个车床数控箱的实处。他才找到了专业所学的真实的感觉。

陈佳永重点讲了计算机中央处理器(CPU)的工作原理：CPU是一台计算机的运算核心和控制核心。所有的操作都是由它负责读取指令，是指令译码并执行指令的核心部件。中央处理器从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令是由一个字节或者多个字节组成，其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段以及一些表征机器状态的状态字和特征码。有的指令中也直接包含操作数本身。运算逻辑部件。可以执行定点或浮点的算术运算操作、移位操作以及逻辑操作，也可执行地址的运算和转换。②寄存器部件。包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。③控制部件。主要负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。其结构有两种：一种是以微存储为核心的微程序控制方式；一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。微存储中保持微码，每一个微码对应于一个最基本的微操作，又称微指令；各条指令是由不同序列的微码组成，这种微码序列构成微程序。中央处理器在对指令译码以后，即发出一定时序的控制信号，按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微操作，即可完成某条指令的执行。简单指令是由（3～5）个微操作组成，复杂指令则要由几十个微操作甚至几百个微操作组成。逻辑硬布线控制器则完全是由随机逻辑组成。指令译码后，控制器通过不同的逻辑门的组合，发出不同序列的控制时序信号，直接去执行一条指令中的各个操作。

大型、小型和微型计算机的中央处理器的规模和实现方式很不相同，工作速度也变化较大。中央处理器可以由几块电路块甚至由整个机架组成。如果中央处理器的电路集成在一片或少数几片大规模集成电路芯片上，则称为微处理器（见陈佳永的微型机）。中央处理器的工作速度与工作主频和体系结构都有关系。中央处理器的速度一般都在几个MIPS（每秒执行100万条指令）以上。有的已经达到几百MIPS。速度最快的中央处理器的电路已采用砷化镓工艺。在提高速度方面，流水线结构是几乎所有中央处理器设计中都已采用的重要措施。下一步，中央处理器工作频率的提高，在受到物理上的限制的情况下，其内部的执行性（指利用中央处理器内部的硬件资源）的进一步改进是提高中央处理器工作速度而维持软件兼容的一个重要方向……

从上午10时，到下干5时，陈佳永愣是没有歇下一口气。花子和欧阳桃不停地到大厅为陈佳永他们掺茶续水。花子连去问何时吃中饭的话都被华莱士打住了。花子瞧着“‘夫君’大队长”那写满了一遍又一遍的黑板上的“天书”，又瞧着那几十个如醉如痴的人们，她心里惊奇和激动不已。她到虎崖里已经好几天了，知道了在座的这些人，个个都生气勃勃，都是些勤奋好学的人；他们也都像那岗川一样，是知识型的工作狂热份子，只不过那岗川走了邪道，他们走的是正道。花子痴痴地看着陈佳永的讲课，她虽然一句都听不懂他讲的啥，但她的心里却很甜蜜，很骄傲。心道：“夫君呀，你真行！”

一直到晚上7时，课程还没有结束的意思，花子很无佘，于是就去搬来了陈佳英。陈佳英就径直走进了大厅，大声对陈佳永道：“佳永兄弟，你们再忙也得吃了饭再说呀，这饭菜都凉了呢。”陈佳永才放下了手中的粉笔，对大家道：“吃了饭继续讲。”

晚上，陈佳永又重点讲了集成电路。集成电路技术是微电子技术的核心，它的主要特征是电子器件和电路的微小型化，适于大规模生产，成本低而可靠性高。随着超精微加工技术的提高，集成度已超过每个芯片含数千万个元件。集成电路的制造尺寸，必须以微米甚至纳米来计量。1微米是1毫米的千分之一。头发丝的直径为70至100微米，细菌大小约1到2微米。而在微电子技术中，1微米大小的地方却可以容纳很多晶体管。如果一个细菌跑到集成电路中，就好比一列火车撞进了小胡同。要在这样极小的面积上施工制造，最关键的技术是使晶体管的线宽尽可能地小，这样才能使各种半导体器件和电路之间紧密地编织到最小的空间里。在只有头发丝直径大小的硅片上，当线宽为1微米时，可容纳400个晶体管；线宽为0.5微米时，可容纳1500个晶体管；线宽减到0.25微米时，则可容纳4500个以上。这样精细的加工只能在极高倍的电子显微镜下操作……

在后世里，计算机中的中央处理器（CPU）就是超大规模集成电路的杰作。一个小小的芯片中有几十万，几千万个半导体器件已不是什么难事。制造这种产品需要极为严格的洁净要求，甚至不得有人员进入，只能全自动化生产。

两天后，虎崖计算机工作室正式建立。在几个耸立的崭新计算机柜里，已经装上了新研制的1000多块可控单晶硅集成电路板，相当于150万只晶体管的工作效率。与前时莫二妹操作的车床上装的那个2500只晶体管的机床数字控制箱电路板相比，功能己经不同异日而语，计算机的运算速度从最初的每秒10000次增加了1500倍，达到了每秒运算800万次的速度。

孟猛在大队的《情况通报》上，得知虎崖已经建立了计算机中心，就赶忙派了3位工程师来到了虎崖，带来了几乎小半车的纸质图纸和数据资料。陈佳永热情地接待了他们。心想：“这正是老子本专业的第一笔业务来了呀。”他陈家大少爷的那股匪性又涌了上来，夜以继日地在机房里操作和忙活个不停。华莱士则带着十几个他的学生，在陈佳永“师爷”的指导下，观察和检测着计算机运行中的硬件部分的元器件，特别关注那才研制出来的中央处理器的运行情况和散热效果。由于显示器还没有制造出来，计算机是用打孔机和打印机计数。记录数据计算结果的人就安排了5个。陈佳永又安排了施宗宇到计算机室里去当文员，整理技术资料和文档。那施宗宇旁听了陈佳永的几堂课后，正迷上了计算机，就十分高兴地到了计算机室工作。

陈佳永在虎崖呆了整整一个星期没有出去，施宗宇和欧阳桃配合着计算机室的二十多位工程师和工作人员，忙着打印资料和制图晒图、校对中英文稿，李小全也帮忙做作粗活，忙了个不停。陈佳永编出的许多应用程序的软件，在计算机上反复试机验证后，就开始了不停地运算。得出了钢铁厂所炼钢铁操作和钢铁质量的各种参数；轧钢厂1500吨级水压机的设计模型和数据；橄榄寨汽车制造厂120马力车用柴油机和3000马力大型柴油机(供海轮用)制造的一部分技术数据……

陈佳永在机房里，听着那计算机系统运转时发出的轻微“嗡嗡”声，心里在想：前世那基地里的大型计算机系统“华夏5号”，运算速度己经达到了每秒1千万亿次以上。他在虎崖弄的这个东东，只能赶上其一根头发丝的。饶是如此，就已经解决了多项工程技术上的复杂计算问题，已经很不错了。

陈佳永又整理出了《集成电路原理及应用》的中级专业教材，由浅入深地讲解了集成运放的基础知识、模拟集成电路的线性和非线性应用、集成变换器及其应用、集成信号发生器、有源虑波器、稳压电源，语音、图像数字集成电路及应用、编程逻辑器件等等，下发给了华莱士他们学习。

历史上的第一个集成电路，在1958年才出现，而陈佳永带领着虎崖这一群人，提前了37年将缅北的工农业建设和军工建设推向了数字化时代。