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翟冬青:核高基的“基础软件”定义有科学原理误区

  我国所谓的“基础软件”,其科学原理上是有重⼤理论误区的,源于对“软件”的原理定义有认知误区。“软件”不是⼀个有独⽴属性存在的技术事物,⽽“基础软件”的概念更是⼦虚乌有、望⽂⽣义、不明就⾥。

  实现⼀个信息系统的功能,既可以⽤软件实现,也可以完全⽤硬件实现,(计算机)软件、硬件的划分,这是⼀种根据设备表⾯现象做出的应⽤分类,这个概念源于电脑市场⾥的装机(俗称“攒机”)交易。

  “计算机”本质是⼀种分层次设置电⼦信号的、有限状态的、“⾃动机”,表⾯上看是汉语翻译成类似⼤算盘的“计算机器”,其实⽆论软件还是硬件,都是电⼦信号为了达到“状态、有限、⾃动”的功能运⾏⽬标⽽设置,并不是⼀个单纯“计算过程”,同时有智能、有控制、有传输等技术物理。因此说,Computer/计算机功能都是“(软硬)⼀体⾃动机”,其技术原理、结构并不是“下⾯是芯⽚硬件、上层是应⽤软件”的表⾯现象。

  在我国前些年的“核⾼基”研究计划中,设⽴了“基础软件”的研发⽬标,⽬的是研制国产操作系统软件,学术上认为操作系统软件是所有应⽤软件的基础,这是有理论偏颇的。操作系统软件,虽然是⼀个独⽴的“基础软件”,但它是Computer/计算机功能的综合体,不是⼀个天⽣的独⽴体。应⽤软件都是在操作系统软件之上建⽴起⾃⼰的系统运⾏位置,操作系统软件却要靠编译器才能驱动硬件的电路信号,应⽤软件也要靠编程⼯具的编译器才能在硬件上运⾏,这个离开编译就⽆法⾃⽴的“软件过程”决定了操作系统软件不是“基础软件”。

  编译器是对设备电⼦信号进⾏的信息定义设置的⼀个过程,原本没有⼈类⽂化属性的电⼦信号经过了编译器的翻译过程,从⼆进制信号转变为可以说明事物内涵的信息。⽐如⼀个字母a,经过编译器的设定后变成了⼋位的0、1信号组合序列01000001,就可以纳⼊到了门电路的运⾏中进⾏显⽰、计算或者控制。编译器的研发,是“⾃动机”⾄关重要的核⼼环节,编译过程既是软件也是硬件,既不是软件研究,也不是硬件研究。

  如果没有编译器的翻译过程,我们看到的CPU芯⽚就是⼀个有规律的信号发⽣器,如同接收到宇宙中不知道含义的⼀组外星信号。当然CPU芯⽚的指令集也可以看成是“初级编译”规则,在指令集的基础上形成编译过程,这个过程传统上就是CPU芯⽚的研制,不是所谓的“基础软件”范畴。从“有限状态⾃动机”原理来理解,编译的过程打破了软件Software、硬件Hardware的表⾯划分,认识到⽆论“计算机软件”还是“计算机硬件”都是“⾃动机过程”,从指令原理把握“Computer本体”。

  由于科学⽔平发展的历史差距,我国“核⾼基”研究的⽴项中,出现“基础软件”的重⼤学术硬伤和顶层认知缺陷,这是我国在“电⼦⾃动机”(Computer)领域的科学认知⽔平现状。在与国外进⾏科技接轨及学术思想引进中,对舶来品的“软件学术概念”不加甄别,盲⽬崇信美国的时尚技术,就造成了我国科学学认知的不⾜,重⼤科研⽬标出现定位不准确。

  今天我国在芯⽚领域内遇到的“卡脖⼦”,与所谓的“基础软件不⾜”、“计算机软硬件”的不良认知有密切关系,从1956年科学⼤会建⽴“计算机”概念以来,以及“863计划”中的学科划分,在原理上长达⼏⼗年缺乏进步中的“科学反思”,对控制科学和计算机科学的本质⼀体缺少探索、认知⽋缺,甚⾄局部压制。

  我国要解决芯⽚领域的“卡脖⼦”,成功的前提不是⼀味模仿美国的当前技术标准,⽽要先反思科技发展和科学原理的历程。国内学者们要对基础科学的诞⽣过程先要思维、反省,剔除流⾏学术理论中种种花⾥胡哨的“⽔货”,才是急务!

  2022年12⽉14⽇撰写于明⽉苑

  作者是中科院⾼⼯、⼯信部⼊库评委注:“核⾼基”,是对核⼼电⼦器件、⾼端通用芯片及基础软件产品的简称,是2006年国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中与载⼈航天、探月⼯程并列的16个重⼤科技专项之⼀。

  “核⾼基”重⼤专项将持续⾄2020年,中央财政为此安排预算328亿元,加上地⽅财政以及其他配套资⾦,预计总投⼊将超过1000亿元。其中,众所周知的基础软件是对操作系统、数据库和中间件的统称。经过20多年的发展,近年来,国产基础软件的发展形势已有所好转,尤其⼀批国产基础软件的领军企业的发展势头⽆异于给中国软件市场打了⼀支强⼼针,增添了⼏许信⼼,⽽“核⾼基”的适时出现,犹如助推器,给了基础软件更强劲的发展支持⼒量。(来自百度)

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