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第5章 逻辑游戏(3)


  但这并不是最重要的。现在回头想想,我会把它作为一次充满惊奇的学习之旅,不过很是经典。父亲引导我去构思、去实践,然后自己完成了整个项目。而父亲出于信任,从未尝试教我一些有关重力和质子间电力的公式,或是类似于此的质子与电子之间的力,这些都超出了我当时的理解能力。父亲从不试图强迫我跳跃前进,因为很多知识我还没有学过,而且还没有足够的知识储备。

  六年级时,我逐渐学会了如何建立“与门”和“或门”,这是电脑技术的基石。数字电路能辨识一切——我所谓的一切是以“开(1)”和“关(0)”为基础的。

  我的确对逻辑运算十分着迷。很早以前,爸爸就开始通过井字游戏(tic-tac-toe)来帮助我理解逻辑的概念。如果你懂得逻辑,那你在井字游戏中就永远不会落败。这后来成了我的下一项工程——井字游戏机器。我所构建的机器从来也不会输。那完全是个逻辑游戏,但也是个心理游戏,因为你能打败所有自以为是的人。如果这儿有一个×,其他地方又有另一个×,结果是什么呢?我所使用的电路板上布满了零件,这可是个巨大的工程,而建造这样的工程是学习工程学的重要部分。或许,学习任何知识都是这样。

  做一项长期工作不可能像造个闪光灯那样简单迅速,而是需要投入好几周的时间,这会真正展示出你已精通的某些知识。构建并制作一台靠逻辑运行兼计算机化的井字游戏机器正是这样。

  然而,不幸的是,这次我却没有胜利。我的机器在最后时刻出状况了。比赛前的那天晚上,有些晶体管开始冒烟,显然有零件出了问题。虽然我知道发生故障的部分总能找出来,但已来不及参赛。出于对胜利的期待,我备感遗憾。从小我便希望自己做到最好。而我也的确能做到,真是幸运。

  当时我就认为,这不过是一次科学比赛,也没什么大不了的。而且我和爸爸都清楚,我已完成了一台相当复杂、运转正常的逻辑机器。

  换句话说,尽管我还是个孩子,但已经知道什么才是真正重要的东西。我对自己说:比起向别人展示科学大赛的奖品,知道自己的成果足以赢得奖品更为重要。关键在于,你得自己学习并找到制作的方法。我正是全靠自己学习做出井字游戏机器的,这个机器离最终完成只有一步之遥,我至今仍为它感到骄傲。对我来说,重要的是工程本身,而非荣誉。

  因此,通过将逻辑门放在一起,我就创建了井字游戏系统。我的想法很简单,即将逻辑门连在一起形成一个无人可以击败的晶体管电路系统。正如我所说的,在穷尽各种玩法的过程中,我发现了其中的规律。

  八年级时,我制作了一个完全不同以往的装置。我把我的新作品称为“加减法机器”。在我设计的装置中,它最接近计算机。这是因为它可以将加上或减去一个数字的结果显示在电子显示屏上,也因为它不像井字游戏机那样由仅仅一套逻辑门构成。和井字游戏一样,加减法也属逻辑,输入以1和0表示的数字,你就能得出由1和0组成的计算结果。

  在构建规模和时间上,这台加减法机器都并不比井字游戏机更复杂,但这项工程的目标更接近真正的计算,远胜于井字游戏机。每一所学校都会教学生加法和减法,但却没有人教井字游戏,因为它没那么重要。数字运算可以将人类送上月球,但井字游戏却做不到。

  我的装置有一种功能,一种真正有用的功能。你可以输入数字,再加上或是减去一个数字,然后可以看到答案。

  这台加减法机器大约一立方英尺大小。我在一块塑料板上钻满孔,再将从商店买来的连接器插入孔中形成连接点。我在需要的地方插入连接器,再把晶体管和其他零件与之焊接。

  我用10个小开关代表0和1。如果你想做3加2,你就必须先打开最高一排最右边的两个开关(这等于0000000011,是以二进制表示的3),然后,再打开最底下一排右边倒数第二个开关,这就代表2。在二进制里,2正是0000000010。结果将以小灯泡闪亮的方式加以显示。这个例子中,有两个灯泡会亮——代表了0000000101,也就是5。同样的道理,可以让机器完成减法的运算。

  此次经历中让人印象深刻的是,我运用了电子学、逻辑运算以及二进制理论,我还使用了焊接,我已将所有的知识和技术都融会贯通、综合运用了。我能解释二进制如何运作、加减法是如何得到运用,然后我再解释二极管和晶体管如何构成逻辑门电路。其后我还会展示如何正确组合逻辑门电路形成单字节加法器(只能加0和1),并且经我简单修改,还可做减法。我还告诉评委们我解决了一个逻辑门电路之外的问题,就是将电阻转换为二极管使用。那才是电子学中真正的“知道如何做”。

  一块板上有10个并排的加减法器电路来操作加法中的进位和减法中的借位(你还记得那些算数知识吗?),因此你就可以加或减更大的数字了,但要在1023以内。

  这次湾区科技大赛上还有个插曲。比赛的前一个晚上,我将自己的作品带去调试。有几个人告诉我展位,并问我是否愿意向他们介绍一下我的作品。我拒绝了,决定只在比赛当天才将故事一一道来。那时,我会有些害羞。现在回想这件事,我猜自己也许因此让评委们失望了。

  当我于大赛当天现身时,几乎所有的奖项都已经颁发出去了。评判环节不知在什么时候已经结束了。我获得了光荣提名奖,有三项展品拿到比我更高的奖励。我观察它们,心里想着比起我的作品,它们真是微不足道。这是怎么回事?之后我在大赛的资料手册上发现,这三项参赛作品都是由学校选送的。

  我觉得自己被骗了。但那晚,我向很多人展示了自己的机器并与他们交谈——我甚至觉得那些评委——他们似乎也真正理解了我的作品有多么了不起。这样我就能解释自己如何运用逻辑方程式和逻辑门电路,以及我如何连接逻辑门电路和晶体管,再以二进制算术让整个机器运行起来。

  尽管我还只是个八年级学生,而参赛者年龄最大的已经十二年级,空军还是将湾区科学大赛的电子工程最高奖项颁发给了我。作为奖品的一部分,我有机会到特拉维斯空军基地参观美国战略空军指挥部。我还有机会享受一次非商业化喷气式飞机的飞行,那可是我第一次坐飞机。我想那一刻我已迷上了飞行。

  如今回头看,那台加减法机器在我通往工程师的道路上至关重要,成为我后来创建第一台个人电脑的起点。这是项大工程,它一共使用了一百多个晶体管,二百多个二极管以及二百多个电阻,另外还有继电器和开关。它还实现了一种有效的功能加法和减法。

  这些早期的工程磨炼了我成为一名优秀工程师的核心品格——耐心。它意义非常重大。我是认真的,耐心的重要性常被低估。从三年级到八年级的大多数工程作品中,我学到的东西越来越多。很多时候,我不用参考任何书籍就知道如何将电子设备连接在一起。有时,我对自己说,嗨,你可真幸运。早期学习一步一个脚印,仿佛为我指出了生命中的幸运方向。我学会不在乎结果,只在乎过程,尽力做好当下的事情。

  当今工程学界并非每个人都明白这点。不论我在苹果公司还是其他地方,总会发现许多傻瓜,他们总想一步登天,这是行不通的,从来都是这样。显而易见,这就是认知的过程。你不能一下子跨过两个认知阶段——认识到这一点对我日后教育自己的孩子和教小学五年级学生也很有帮助。我一遍又一遍地告诉他们:一步一个脚印。

  [1]德国人约翰内斯·古登堡(约1400年~1468年)是西方活字印刷术的发明人,故活字印刷术在西方又被称为古登堡印刷术。——译者注