在《我的世界》中,紅石就如同現實中的電一般神奇,它常常被用于制作各種自動化裝置。自動化農場、太陽能照明系統、便捷的交通運輸……全都仰賴紅石得以實現。
後來,冒險家們漸漸發現紅石電路與電子元件的一些共通性,他們利用和紅石和紅石火把的特點,實現出“與”“或”“非”邏輯門,探索出更多驚人的功能。盡管這并不是紅石設計的初衷,但邏輯門的成功編寫滿足了在遊戲中制造計算機的基礎條件。
2010年,《我的世界》中第一台紅石電腦問世,震驚了所有人。原來玩家還可以在計算機遊戲裡設計計算機!這多麼令人驚奇!其後幾年,越來越多的紅石電腦被設計出來,它們的運行速度越來越快,數字處理能力也越來越強。
由TheRedPixel工作室制作的紅石電腦RSC-3230,更是其中翹楚,它的CPU處理數字的能力達到了驚人的32位,這對紅石電腦來說,是一個巨大的進步。
“是大家共同的智慧才讓這樣高性能的器件可以做的那麼小,否則它們将無法運行。”
RSC-3230擁有32位的CPU,128Byte的内存,以及一個32×32像素的屏幕和一個小的鍵盤。而它的尺寸僅僅有大約“100*160*160”,對于擁有這個級别數字處理能力的器件來說,它真的不算大。
“是大家共同的智慧才讓這樣高性能的器件可以做的那麼小,否則它們的體積将超出遊戲的範圍而無法建造運行。”作者Happy Water說道
主席——另一位TRP成員發明了2格寬僞超進位加法器,它的體積非常小,32位堆疊在一起也不超過70格。即便放到在現在,它也算得上是性能最好的加法器之一。随後,Happy Water在此基礎之上又增加了用于完成一些邏輯的功能,把它作為這台32位紅石電腦的ALU(也就是我們說的算數邏輯單元,電腦中負責處理數據運算工作的原件)使用。而成員鎳發明的RAM(即存儲器),擁有相當高的數據記錄密度,在Happy Water的改進下,性能又得到了進一步的提高。
“擁有CPU和RAM的RSC-3230,相當于現實中電腦的簡化版。”
在這台電腦中,CPU指令集參考并精簡了ARM和i386的指令集,設計成為一台RISC,它以盡可能精簡的指令數量提供了完備的數學運算和流程控制指令。再加上工作室的精巧設計,使得一些小程序的實現變得可能。
“貪吃蛇”就是其中之一。這款用機器碼編寫的小程序,工作室成員逐格将程序代碼的每個bit輸入到遊戲裡,通過手工觸發RAM中的活塞,将他們的狀态改成預期的值而完成代碼輸入。而後觸發時序控制器上的啟動按鈕,啟動機器開始運行程序。
屏幕背面的活塞被用來鎖存屏幕畫面:程序在RAM中渲染好畫面以後,再将它傳輸到屏幕上去顯示。屏幕背後是斜坡形的,那裡排列着一個個活塞,每一個活塞都對應屏幕上的一個燈,利用活塞BUD原理鎖存下每個燈的狀态(亮或不亮)。
RAM中的數據會傳輸給這些活塞,利用活塞BUD原理記錄下傳給它的數據,并将此保持下去,直到被傳輸一副新的畫面。這一點和遊戲機渲染畫面然後輸出顯示是一樣的道理。
“貪吃蛇”的玩法也很容易,模拟鍵盤就在屏幕前的地面上,隻需輸入好程序數據和指令,然後在玻璃房子上按一下啟動按鈕即可。想象一下在電腦中的電腦玩“貪吃蛇”,聽起來很酷對不對?不過,它的運行速度卻異常地慢。
“關于如何在更小的空間裡實現更多的功能,更好的性能,我們做了大量的思考。”
這是紅石電腦面臨的最大問題——規模越大,信号傳輸距離越遠,運行速度就越慢。
制作組有他們自己的考量。喜歡面對挑戰的他們堅持不使用任何模組,因而包含大量中繼器的電腦将面臨不短的延遲。同時,考慮到建築的美觀,制作團隊也隻用采用了很少的RAM。
出于對原版的堅持和對美學的追求,制作組要如何克服速度問題将受到更大挑戰。
“關于如何在更小的空間裡實現更多的功能,更好的性能,我們做了大量的思考。”Happy Water說,“電路結構是最關鍵的。我們分各個模塊來建立電路,單個電路模塊的結構設計尚且較容易把握,但要如果要将所有模塊都整合在一起組成完整的電腦,一旦導線數量過多、傳輸距離太長,很容易引入大量延遲。因此如何布線是一個極具挑戰性的問題。”
這台紅石電腦擁有32位的運算模塊,每個32位運算模塊都有至少64根線,如果不能找到一種好的布線方法,或許它早已中途夭折。
經過反複權衡,Happy Water最終采用了“縱向堆疊法”:也就是将各個模塊在垂直方向上,像蓋高樓一樣,堆疊起來。這樣導線就像樓梯一樣,直上直下,互不交叉。同時,CPU和RAM的數據總線一一對齊,也節省了大量的布線空間,極大得方便了數據信号和控制信号線的排布。
在TRP各位成員的對零件的不斷改進以及對布局的精密構思下,RSC-3230終于順利誕生。迄今為止,還沒有其他任何團隊能夠在《我的世界》中制造出32位的電腦。因此某種意義上來講,RSC-3230或許擁有目前所有紅石電腦中的最強性能。
“但未來一定還會出現更強性能的器件,64位的一定會有。”Happy Water相信,“隻要有更多的人來玩紅石電路,依靠大家的創造力,一定還能造出更快更強的紅石電腦。因為《我的世界》這個遊戲實在擁有着無限的潛力。”
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