NASA 登月时全部计算机的计算能力加起来不如现在一部手机吗？

源济

作者 / 和尚洗头用飘柔进入「知乎」查看原文

相差 1.2 亿倍

很多人喜欢将阿波罗的制导计算机与家用电脑甚至 iphone 进行比较。大家都觉得像登月这么牛逼复杂的任务，计算机的功能却并不比电子表、袖珍计算器和文曲星强，简直是不可思议。。。

论随机存取存储器（RAM），阿波罗 11 号的导航计算机只有 2~4KB 内存；而现在多百万倍的 4G 手机内存都不好意思和人说。论存储空间，阿波罗计算机仅有 72KB；而 iPhone Xs Max 最高可有 512GB，是阿波罗计算机存储容量的 700 万倍。论处理器处理能力，阿波罗计算机运行速度为 0.43MHz，而 iPhone 手机处理器比它的处理能力高了十万八千倍。更不用说 iPhone 的 A8 芯片架构可容纳约 16 亿个晶体管，每秒可处理 22.6 亿个指令，这比阿波罗的导航计算机快了近 1.2 亿倍（还不是和目前最新的 A12 相比）。

误解

但这种比较是对计算机的特性以及它们如何工作有误解。

尽管资源有限,但阿波罗计算机在机器代码级进行了精心编程。它不需要巨大的资源,因为它的各项功能规定得很窄。不需要现代编程中将高级语言翻译成低级代码的多个抽象层,也不需要计算能力支持视频显示这样的复杂外设。没有 word,没有 excel,没有 photoshop 和 PS,甚至没有 QWER 键盘。阿波罗计算机更像是一台嵌入式控制器,紧密地与飞船系统集成在一起。

就硬件而言,也很难对今昔直接进行比较。在计算机的核心部分那时没有单片处理器。处理单元是一个布满简单芯片的板子,其处理频率表面上看只有可怜的 80000 次 / 秒。在计算机中传递的数据是 15 位字长(加上 1 个奇偶检错位),而后来几代计算机设为 8、16、32 或 64 位。其匮乏的内存被精心和高效地编程,用大量例程来辅助宇航员操作他们的飞船。加载到阿波罗 15 号指令舱计算机中的软件巨人三号，总共包括 44 个程序,装进相当于 64 千字节的计算机内存,存储在一种非常古老的用机绕磁芯线做成的内存中。

但这种设置是相当安全可靠的，甚至都用不上备份系统。对于太空任务来说，安全可靠比屏幕好看更重要。

它是怎么记录 0 和 1 的？

在没有 SSD 没有磁盘的年代，如何存储最基本的 0 和 1 的信息？上图展示的就是 AGC 电脑中由所谓编织女工们手工编的用于体现 0 与 1 的智慧的线缆。下图中被称为“磁芯”的部件位于导线矩阵的行和列的交点处，我们把能改变铁质磁芯所需的最小电流大小定义为 1 个单位：

每个磁芯环中都有两条垂直的导线，如果穿过磁芯内部的每条导线都被加上 1/2 单位的电流，就可以改变磁芯的磁场 - 这两个 1/2 单位的电流之和等于 1 个单位的完整电流，从而可以修改铁制磁芯的磁场。如果仅有其中一根电线被加上一半的电流，而另一根电线没有的话，那么仅靠这一半的电流不足以改变磁芯的磁场。

当磁芯被负极性磁化，并且负电流通过交叉导线传输时，磁芯的磁场将保持不变；穿过核心的检测线什么都检测不到；然后计算机就知道该内核上存储了“0”。

相反的，如果磁芯被正极性磁化，并且负电流通过交叉线传输时，磁芯的磁场将发生变化，并且这种变化会在检测线上产生短脉冲，计算机就知道该内核中存储了“1”。

它牛逼么？

那和现在不能比的话，在当年是什么水平？是不是有机会用更牛的配置？

答案是，当年那是相当牛逼的配置。阿波罗的制导计算机，要求体积小，功耗低，计算力强。这样的性能，只能用美国研究实验室刚搞出来的新物件：集成电路和芯片才能搞定。

当年(1963-1969 年间)，阿波罗计划 75 台设备消耗了全世界所有集成电路的一半。

不只是硬件牛，软件也很厉害。

在第一次登月之前，AGC 雇用了 350 名工程师（最后统计的工作量相当于一个工程师做 1400 年）。当时还没有程序员和码农的概念，甚至没有什么人理解软件是什么，导致走了很多弯路。

与今天不同，所有的代码都是手工“编”写的到海量的打孔卡中进行测试的。它基本上是汇编语言和解释性数学语言的组合，三位宇航员的生命，使得语言编码中任何微小的错误和失误，都是致命的。

就是靠着这些连 iphone 手机运算力的小脚趾头都赶不上的计算机，人类到达了月球。

美国人曾经这样调侃阿波罗计划：开着洗衣机，横渡太平洋。

如何和计算机沟通？

50 年前的 1969 年，还没有 iOS，没有 windows，甚至没有 DOS,比尔盖茨还刚上中学，中国还是一片红。那个时候没人提人机交互 UI 界面，连软件工程这个术语也是在阿波罗计划期间被创造出来的。

用于运行阿波罗向导计算机（AGC）可以说是那个时代最先进的计算机之一。与同时代的其它机器不同，这台小型计算机不但可以同时处理许多任务，还能选择在多任务出现时选择优先处理哪些任务。

这个只能显示 7 节数字、按键并不比诺基亚多多少的、看上去像是个卡西欧计算器的东东，就是宇航员与计算机唯一的交流工具了，被称为 DSKY。它有十个数字键、1 个加号 1 个减号键，以及 7 个其它控制键。上面屏幕上是八进制或十进制数值，前二行是三组数，后三行每个能显示 5 位数字，但没有小数点(靠宇航员聪明的大脑来判断小数点的位置)。

在没有子菜单的情况下，肯定不能像 3310 那样点击功能表进入 menu 选择了。

这难不倒麻省理工学院的天才工程师们，他们就设计了一套针对登月的交互语言系统。

每次要向计算机输入指令的时候，宇航员以“动词 + 名词”的形式与计算机对话。比如先输入动词 06，再输入名词 62。06 代表着命令计算机以十进制显示所请求值，名词指向内存中的一组值，名词 62 代表速度、高度及高度变化率。所以 06+62 就是以十进制显示上面三个值。为了方便记忆和查询，会将相近的程序放在将近的数字段里，比如用于飞船降落至星球表面的程序编为 61 至 67，对准制导系统的四个程序编为 51 至 54，等等。

难记是难记了些，但熟能生巧，而且这样输入次数最低，错误率不高，时间最短，键盘也相应的不占地方(可以把按钮做得大一点，方便穿上宇航服手套也能操作。

当然，误操作也是有的。阿波罗 8 号返回的时候，吉姆·洛弗尔想进入导航程序 23，然后使用恒星 01(有兴趣的话以后可以讲讲飞船怎么靠恒星来定位)，但他误操作直接按了 01，关键是还没有 delete 键也没有取消键。程序 01 只用于在任务开始时初始化惯性测量单元制导平台的，简单的说，就相当于小霸王学习机打坦克大战打到第 31 关的时候重启了。。。之前的所有数据很多都丢失了，只能全部重新输入大量的数据。他花了整整一小时才输完。。。

同船的博尔曼和安德斯为了让他牢记这次乌龙指，在剩下的旅途中不时的拿这一事件开他玩笑。

涟漪

阿波罗制导计算机虽然简陋，但成功的完成了它的使命。不仅如此，它还有力的推动了电子和计算领域关键技术的向前大突破。它对计算机操作的推进，就像是涟漪，跨越半个世纪荡漾至今，荡漾在每台计算机上，荡漾在你现在看这篇文章所用的机器中。

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