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游戏康威生命游戏是如何搭建计算机的？( 三 )


游戏康威生命游戏是如何搭建计算机的？
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触发器可以用来搭建内存（RAM）单元 。 那么 ， 能长期保存信息的只读存储器（ROM）该怎么搭建呢？下图中 ， 左边是存储在ROM中的二进制位0 ， 右边是二进制位1 。 二者仅有一个差别：中间的小方盒右侧是否长了“小耳朵” ， 有耳朵的是0 ， 没耳朵的是1 。 查询信号从右下输入进来 ， 如果ROM单元里存储的是1 ， 就会有信号从右上输出：
游戏康威生命游戏是如何搭建计算机的？
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下图是拥有2个地址位置（A0和A1） ， 每个地址位置可存储2个二进制位的微型 ROM 。 查询指令通过右下方不同线路进行寻址 ， 查询结果的各个二进制位从右上方相应线路输出：
游戏康威生命游戏是如何搭建计算机的？
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有了这些基础单元 ， 就可以在导线世界游戏里搭建计算机了 。 David Moore与 Mark Owen成功地搭建过一台可以寻找并显示质数的导线世界游戏计算机：
游戏康威生命游戏是如何搭建计算机的？
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这台导线世界游戏计算机在具体实现上做了相当多的功能简化：整部计算机没有内存 ， 程序代码（机器指令）就保存在寄存器里 。 更厉害的是 ， CPU的指令集只有一条MOV指令 ， 不仅数据读写用MOV指令实现 ， 算术、分支等操作同样通过MOV 指令实现 。 这是因为 ， 寄存器R53-R62内置了算术运算、逻辑运算等功能 ， 事实上起到算术逻辑单元的作用；而寄存器R63则兼具程序计数器和跳转指令的功能 。 可以说 ， 这是个高度凝练的RISC架构指令集 。
此外 ， 为了用十进制显示质数 ， 这台计算机还花大力气实现了5个十进制数字的虚拟“显示器” 。 每个数字都是一个用导线世界游戏搭建的“7段液晶显示器” 。 计算机中内置了二进制到BCD码（用4位二进制来存储1位十进制的编码方式）的转换器以及BCD码到7段显示器的解码器 。 每个十进制数字对应的解码器正好是一个 10x7的ROM单元 。
神一样的OTCA metapixel
看来 ， 同样是细胞自动机类型的生命游戏 ， 只要规则合适（比如 ， 导线世界游戏的规则就是专门为搭建计算机设计的） ， 我们就可以在工程角度找到可行的实现路径 。 更进一步 ， 如果我们已经在某个规则合适的游戏中搭建好了计算机 ， 那只要存在一个“编译器” ， 帮我们把计算机在该游戏中的表示 ， 转换为康威生命游戏中的等价表示 ， 不就大功告成了吗？
最理想的情况是存在一一对应的转换关系 ， 直接把某种生命游戏中的每个细胞 ， 映射为康威生命游戏中的一个单元结构 。
等等 ， 上面这句话好像蕴藏着什么了不起的大道理 。 假如康威生命游戏中存在某种单元结构 ， 可以表达任何一种其他生命游戏的细胞逻辑……那 ， 康威生命游戏不就成了一种“生命游戏的生命游戏”了吗？我们不就可以在康威生命游戏中模拟运行其他生命游戏了吗？更进一步 ， 我们不也可以在康威生命游戏中模拟运行康威生命游戏自己了吗？
在一个世界中克隆这个世界自身 ， 这个设定听上去相当科幻 。 对非专业人士而言 ， 似乎是个了不起的大话题 。 B站有个用康威生命游戏模拟康威生命游戏的视频 ， 留言和弹幕里 ， 就尽是一片膜拜之声 ， 大家直接联想到哲学、宗教、宇宙学和科幻小说 。 其实 ， 大可不必过度解读 。 在计算机科学的世界里 ， “自己创造自己”“自己定义自己”“自己运行自己”的例子比比皆是：Windows系统上可以运行 Windows系统的模拟器 ， C语言可以编写C语言的编译器 ， JavaScript可以实时解释运行JavaScript代码 ， 函数可以调用自己也可以成为传递给自己的参数……
当然 ， 要在康威生命游戏中找到这样一种有能力表达其他规则的“单元细胞” ， 绝非易事！康威教授1970年就公开了生命游戏的设计 ， 直到1996年 ， David Bell才创建出第一种单元细胞——p5760 。 p5760的大小为500x500个网格 ， 初始状态有 4761个存活细胞 。 p5760可以还原康威生命游戏中细胞的迭代规则 。 也就是说 ， 我们可以用一组p5760还原出一模一样的康威生命游戏来 。


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