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第6章 大脑计算的生物学基础

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——电子动态的“规则化匹配”与“受限化留存”

一、计算的本质:435系统中电子“多1”与“少1”的精准匹配

计算核心是通过电子转移,让435系统(硅4、磷5、硼3)从“差异态”趋向“平衡态(4)”,本质是“算清电子供需、实现精准转移”。

1. 计算前提:明确435各角色的电子基数(供需基础)

- 硅4(平衡态):1个硅原子含4个价电子,无多无缺,是计算的“基准单元”,所有转移都以“趋向硅4的平衡”为目标;

- 磷5(多1态):1个磷原子含5个价电子,多1个自由电子(记为+1e),是计算的“电子供给方”,负责提供待转移的电子;

- 硼3(少1态):1个硼原子含3个价电子,缺1个电子空位(记为-1e),是计算的“电子需求方”,负责接收转移的电子。

所有计算的起点,都是先明确“供给方有多少多余电子、需求方有多少空缺”,这是电子转移的基础。

2. 计算核心:电子供需的量化匹配(动态转移两步走)

计算过程本质是“用供给补需求,让系统趋向平衡”,以“1硅4+1磷5+1硼3”的最小435单元为例:

1. 第一步:算“总电子盈亏”——判断能否全变4

- 总电子供给量 = 4(硅)+5(磷)+3(硼)= 12个价电子;

- 总电子需求量(全变4)= 4(硅)+4(磷变4)+4(硼变4)= 12个价电子;

- 结论:供需完全匹配,具备全变4(平衡态)的条件;若供需不匹配(如2磷5+1硼3),则剩余1个磷5(多1e),无法全变4。

2. 第二步:算“单次转移量”——实现精准补位

- 磷5的+1e(多余电子)定向转移到硼3的-1e(空缺),单次转移1个电子(最小单元);

- 转移后:磷5-1e=4(平衡),硼3+1e=4(平衡),硅4保持不变,完成“435→444”的计算闭环。

3. 计算本质总结:“差异驱动的电子量化转移”

无论是简单算术还是复杂运算,本质都是435系统中电子“多1”与“少1”的规模化匹配:

- 基础算术(如加减):将十进制转二进制,通过逻辑门(多晶体管组合)逐位判断电子“是否转移”(导通=1,截止=0),本质是“无数个435单元的同步匹配”;

- 复杂运算(如AI训练):GPU中万亿个晶体管同时进行电子转移,每个转移都是“多1→少1”的判断,最终通过规模化匹配完成数据处理。

二、存储的本质:435系统中电子动态的“受限化留存”

存储核心是让电子“保持特定动态状态”——既不随意流失,又能按需恢复流动,本质是“用435结构限制电子运动范围”,分“临时存储”和“永久存储”两类。

1. 临时存储(如内存DRAM):电子“半受限动态”——需电保状态

- 435结构:由“晶体管(435控制开关)+电容(电子容器)”组成,晶体管用磷5(多1e)提供电子,电容负责“临时存电子”;

- 电子动态特性:存“1”时,电容捕获磷5的自由电子,电子在电容内做“小范围震荡”(动态),但电容会漏电,需持续供电让晶体管不断补电子(维持动态);

- 本质:电子动态范围被“电容+持续供电”限制,停电后供电中断,电子流失,动态状态消失,数据丢失——是“需外部供电维持的受限动态”。

2. 永久存储(如SSD闪存):电子“全受限动态”——断电保状态

- 435结构:用“浮栅晶体管”,浮栅是绝缘层包裹的“电子陷阱”,磷5(多1e)提供电子,绝缘层限制电子流动;

- 电子动态特性:存“1”时,高压将磷5的自由电子“锁”进浮栅,电子在浮栅内做“微观热运动”(动态),但绝缘层阻止电子流出(无漏电),无需供电也能维持动态;

- 本质:电子动态范围被“绝缘层”物理限制,停电后电子仍在浮栅内动态震荡,状态不消失,数据留存——是“靠结构限制的永久受限动态”。

3. 存储本质总结:“动态电子的范围化限制”

存储不是“让电子静止”,而是“让电子在特定范围动态”:

- 临时存储靠“供电+电容”限制电子动态(半受限),追求“快速读写”;

- 永久存储靠“绝缘层”限制电子动态(全受限),追求“长期留存”;

- 两者本质都是通过435结构,控制电子“能在哪动、不能在哪动”,实现数据的“存”与“取”。

三、计算与存储的共性与关联:都是对电子动态的规则化控制

1. 共性:核心均为435系统的电子动态

无论是计算的“电子匹配”还是存储的“电子受限”,都依赖硅4的平衡态、磷5的多1e(电子源)、硼3的少1e(电子需求/控制)——没有435的电子动态,就没有计算的“转移”和存储的“留存”。

2. 关联:计算依赖存储,形成“数据流转闭环”

计算无法脱离存储独立运行:

- 计算前:需从存储(如SSD)中调用待处理的数据(如AI训练的样本),加载到临时存储(如DRAM),为电子匹配提供“原始数据”;

- 计算中:临时存储持续为计算单元(如CPU/GPU)输送数据,实时支撑电子的“多1→少1”匹配;

- 计算后:运算结果先暂存于临时存储,再写入永久存储,避免数据丢失——形成“存储供数据→计算处理→存储存结果”的闭环。

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