互动科普

根据摩尔定律，计算机的运算速度和内存能力大约每18个月翻一番，据此所推今天的主流PC机性能可以大大超过以往的高档主机。如果你确实不想要正确答案的话，那就去相信上面的说法吧。对此我可不敢苟同。因为摩尔定律有一个不祥推论，那就是随着计算机时钟频率向着1吉(1G)赫兹或更高的目标迈进，它的可靠水平可能达不到要求——以前每秒执行区区几百万次操作时可靠性不成问题，而现在可能不合要求了。十亿分之一的错误率听起来很不错，除非你去作一个统计。

目前大多数数字设备都在降低错误率——硬盘驱动器每读取十万亿或百万亿比特丢失的比特仅有1个，普通CD—R0M的比特丢失率则为万亿分之一。对于每秒可传送3亿比特的高速驱动器来说，这种错误率相当于连续运转没几天就出一次错；而对一张正版光盘来说，就是每安装200个软件发生一个隐含错误。但在几年前，当桌式磁盘的存取速度还处于每秒4千万比特时，大约经过一个月的连续使用你才能“盼”到隐含错误。

文字处理器和电子表格写信息入盘的一般频率每分钟仅有几次，每次写入约为1百万比特的数据，因此上述错误率相当于几年的实际运行后可能出一次错。但更快速的磁盘支持更为密集的应用——多媒体视频音频数据流可能要求以每秒数千万比特的速率一连读写数分钟或数小时。并且，由于现代压缩技术的应用，单个的错误比特就能毁坏其后数百万比特中蕴含的信息。

数据文件中的误读比特的危害则相对小一些(除非错误数据被回存入磁盘)，但那些隐含在程序或操作系统软件中的错误却可能导致危险的系统崩溃。磁盘目录中的隐含错误可能使得所有信息无法读取。

当然，随着磁盘信息储存量的增长，隐含错误的可乘之机也成比例增加。IBM为膝上计算机新开发的25吉字节(25Gbyte)磁盘能够储存大约4部故事片。每进行50次全盘数字精读就发现一个隐含错误。对于可储存750吉字节的硬盘来说(按当今磁盘的发展趋势，达到这种水平大概是5年以后的事情)，目前的差错率(即便只出一次错)使得磁盘是否能精读哪怕一次都成了问题——例如在需要时格式化磁道和扇区以供使用。

工程人员已经知道如何避开这类问题——数十年来他们一直通过“检查和”以及纠错编码等方式米避免主机和数据库服务器出错。“检查和”方式提取文件的“特征标志”并浓缩成几个字节，据此来判断是否有信息受到损坏。而纠错编码方式是把多余的位加到数据的每个字节后，这样如果数据的10％或者更多受到损害，就可以重发源数据。这两项纠错手段再加上磁盘硬件执行的纠错功能，能把数据的完整性提高十亿倍甚全更高。人们普遍认为这些安全措施花费太高，要求太苛刻，不适用于PC机，但随着内存价格的降低和出错导致的成本增加，对成本—利润的估算可能会改变。

其实，有报道说苹果公司正在考虑为它将来的新一代计算机开发纠错内存一一尽管任一给定的随机存储器(RAM)位都可能在数十亿小时的操作后被倒置一次(通常是由于宇宙线经过而造成)，但日益增长的RAM消费需求使得很小的数字都变得极其重要。例如，Micron技术公司的统计资料表明，带16兆字节RAM的计算机大约每15年出错一次，而现在的许多计算机配备有128兆字节或更多字节的RAM，预计它们在良好操作条件下产生内存错误的次数略微大于每两年出一次错。(对一个拥有由1万台PC机组成的网络的大型公司而言，这意味着在给定的任意一天里出现大约一打的内存错误。出错率与宇宙线的关系意味着RAM的错误率随高度不同有很大的差别。丹佛的计算机出现的倒置位是旧金山的计算机的几倍，飞机上的计算机其出错率是地面计算机的20倍以上。

正如Micron及其它公司所指出的那样，根除内存和磁盘的错误只是使得造成数据损坏的其它可能因素更为明显。普通计算机总线及线路的技术标准并未排除数据丢失的可能性，即使是中央处理单元也不能免于无处不在的宇宙线的侵袭。对于这些问题，一些计算机系统只是采取回避态度而不是努力杜绝错误的发生。看看因特网吧：T1线路——典型的高速数字连接——其规定的错误率仅为百万分之一。也就是说如果一个单独的连接线路上每秒出现一个半错误，可能在整个因特网上每秒出现的错误就会上万(如果每件事都按计划进行的话)。但是沿着T1线路传输的每个分组都有一个“检查和”，它在每65536个坏分组中只会漏掉一个，即每12个小时大约有1个错误。此外，单个的“检查和”在数据传送的远端处验证数据，可能已是数据转发了十几次以后了。当连接到因特网的系统检测到一个坏分组或丢失的分组时——一些结点在工作状态较差时一天可能会漏掉30％或者更多的信息量——它使用一个周密的专用协议来要求重新复制丢失的分组，并将其插入到正确的位置。

桌式计算机或者烤面包机里的计算机最终都采用原本为大公司和战略军事行动而开发的技术看来有点奇妙。然而要记住，今天的个人计算机对计算能力的良好控制可能比15年前的整个美国航空运输控制系统都要高出一筹。随着硬件的可靠性逐渐赶上日益增强的计算能力的发展，或许操作系统不再时不时就濒于崩溃的前景离我们不远了。