4.0 计算机系统 complete #

索引

4.1 计算机系统 Computer System #

进取号上的主计算机系统可能是除船员以外星舰上最重要的单一运作要素。计算机系统的架构直接模仿了生物自主神经系统，并以类似的方式负责船上其他所有系统的操作。

主计算机的人机界面由计算机数据库访问与读取操作系统提供，简称 LCARS。LCARS 系统提供键盘和语音输入，并整合了高度复杂的人工智能和图形显示组织程序，以最大限度提高易用度。

计算机核心 Computer Core #

主计算机系统的核心是三组互相冗余的主处理器核心，任一核心都能处理全舰的所有主要操作计算负载。核心中的两具位于碟部 5 到 14 号甲板之间，另一具则位于轮机舰体 30 到 37 号甲板。每具核心都配备有一系列微型子空间场发生器，用于产生一个对称（非推进）子空间扭曲场，以 3.35 科克伦的场强覆盖超光速核心处理器元件。这一子空间场让光学数据的传输和处理速度能够显著超过光速限制。

碟部内部的两台主计算机核心通过时钟同步彼此平行运行，从而提供 100%的双机热冗余。在任一核心出现失效的情况下，另一核心都可以立即接管并确保飞船的所有主要计算工作不会中断，但一些次要的或娱乐功能（比如全息甲板）可能会被挂起。轮机舰体内部的第三核心则提供第三重备份，在分离时也为轮机舰体和战斗舰桥提供计算服务。

计算机核心的元件由超光速微处理器单元构成，分布在总共 1,024 个光学转换器(Transtrator)簇段中。相应的，簇段被分组为总共由 256 个簇组成的处理模块，并由一组 16 个等线性芯片组成的阵列控制。每个计算机核心包括七层主要和三层上层机柜，每层平均包含 4 个处理模块。

核心存储 Core Memory #

主计算机核心的记忆存储由 2,048 个专用内存模块完成，每个包括 144 块等线性异构光学芯片。由 LCARS 系统软件控制，最大动态内存访问速度为 4,600 千夸/秒。每个模块的总容量约为 630 吉夸，具体容量取决于软件配置。

主计算机核心通过一系列 MJL 桥接链路与飞船的光学数据网络相连，后者用于在子空间边界层附近进行桥接。在穿过边界层传输时会有大约 12%的多普勒损耗，但核心元件以超光速进行计算与处理的速度提升带来的总算力收益远超过这一损失。

子处理器 Subprocessors #

由 380 个四电子光学子处理器组成的计算网络分布于全舰各处，用于强化主核心的性能。大部分这些子处理器都位于靠近船内居住舱主要走廊节点的位置以便访问。这些子处理器并不具备超光速处理能力，但分布式计算网络的设计仍然能够显著提高系统响应速度，并在紧急情况下提供充裕的冗余能力。每个子处理器都与光学数据网络直接连接，并且大部分都通过备用链路与一个或更多主计算机核心连接。

主舰桥和战斗舰桥各配置有七个专用和十二个共享子处理器，即使在主核心发生故障时也能够保证正常运作。这些舰桥子处理器通过受保护的光纤导管连接至主核心，用于在主光学数据网络发生故障时提供备用控制链路。短程射频数据链提供了进一步的冗余，能够在紧急情况下与舰桥建立数据通讯。针对不同任务的支持需要，还可以安装额外的子处理器。

舰上的所有控制面板和计算机终端都与至少一个子处理器相连，或直接连入光学数据网络。LCARS 操作系统会以 30 毫秒的间隔对每块活动的面板进行轮询访问，并将所有键盘和语音输入递送至当地子处理器和/或计算机核心。每次轮询访问之后都会发送一个 42 纳秒长的压缩数据包，为面板提供更新信息。数据包也包括任何面板输入请求的视觉或音频数据。

全舰均覆盖有短程射频数据链，从而能够为包括三录仪和 PADD 在内的手持便携设备提供数据传输服务。

上述这套由计算机、子处理器和控制面板组成的集成网络构成了星舰的「神经系统」，从而能够对星舰运作状态进行连续不断的实时分析。网络的设计也特别考虑了发生大范围系统部分失效的情况，能够确保其他剩余系统元件独立运作不受影响。

4.2 个人访问显示设备 Personal Access Display Devices (PADD) #

个人访问显示设备（Personal Access Display Devices, PADD）作为星舰上的手持控制和显示终端扮演其主要角色。星际舰队在其的日常工作生活中贯穿着小型化、轻便易用的计算机及其终端系统，以满足船员的自然需要，即（1）在各种位置执行硬件功能；以及（2）操作视觉信息，并将信息传达给舰上的其他人。当然，对进取号的主计算机及其他设备的访问可以通过常用的控制台或大型触摸屏终端来实现，但 PADD 同样也是这些控制面板的一个方便附件。

标准的小型 PADD 尺寸为 10×15×1 厘米，由三层嵌入电路的复合材料基本层主板构成。所有主要电子元件，包括主显示屏，都粘合在硼化物晶须环氧树脂外壳上。即使从 35 米高的地方意外坠落，PADD 也能够完好无损。PADD 上的可更换部件被限制在三个，分别是 Sarium 电源回路、等线性光学芯片和子空间收发器组件（STA）。在日常使用中，PADD 会正常安装其电池，并时刻通过舰上无线充电网络进行感应充电。一般来说，完全充满需要耗时 16 小时。如果 PADD 电量即将耗尽，则会在主计算机中设置一个存储标记旗，并将正在进行的任务传输至其他工作单元，或是挂起等待充电后再进行。PADD 能够容纳的等线性光学芯片总容量为 4.3 千夸。与三录仪一样，如有需要，PADD 也可以在不到一秒内迅速将其的所有存储内容转移到主计算机上。子空间收发器用于建立和维持 PADD 与主计算机之间的数据链通道。在外勤任务中，PADD 同样可以执行上下行数据传输和作为传送器锁定参考节点。PADD 的数据传输和计算能力也可以与其他任何支持子空间通讯协议的星际舰队设备联网共享。像个人通讯器一样，PADD 的传输也会出于安全考虑被加密。

PADD 的屏幕尺寸比三录仪大 4.25 倍，能够通过触摸操作控制图形、数字和影像数据。外壳上的电敏感触摸板（在标准工程 PADD 上被涂成棕色）则用于特定的数据转移和存储功能。触摸板也可以用于个性化默认设置和个人安全限制。配有拾音器供语音输入使用。

PADD 的控制功能，在考虑了每个船员个人安全限制的前提下尽可能模仿了更为大型的多层触摸控制面板。实际上，若正确配置为舰桥操舵工作站的控制界面，理论上一名拥有适当权限的船员可以一边拿着 PADD 漫步走廊一边在触摸屏上控制进取号飞行。尽管考虑到 PADD 的内存大小和触摸屏尺寸限制这注定是一项不切实际的应用，但它是星际舰队在银河级星舰的设计目标中所试图落实的整体多选项理念（Overall Multiple-Option Philosophy）的一个例证。这个理念将星舰视为一个整合的有机体，其中每个组成部分可被视为由中央大脑指导的身体细胞，但其处理能力分布在整个神经网络中。因此，PADD 和许多其他手持数据设备都能够访问用户已授权访问的任何数据文件或命令程序。定制的 PADD 配置可以在进取号上、或在任何具备客制化等线性光学电路编程能力的星舰硬件复制设施进行制造。

4.3 等线性光学芯片 Isolinear Optical Chip #

等线性光学芯片是进取号计算机系统所使用的主要软件和数据存储介质。这种运用纳米技术的存储设备代表了早期星舰系统所使用的晶体存储卡技术之后的许多巨大进步。这种新型芯片使用单轴光学晶体层叠来实现亚波长切换距离。使用纳米脉冲矩阵技术，以标准全息格式存储时，单片芯片的最高容量为 2.15 千夸。

与早期的晶体存储设备一样，等线性芯片通过使用板载纳米微处理器来实现最佳内存寻址能力。不过，在新的芯片上，更高的处理速度让每块单独芯片无需 LCARS 操作系统的控制也能独立进行数据管理，从而让读写速度最高增加了 7%。此外，芯片基板注入了微量超导铂/铱合金掺杂，让芯片在被计算机核心的子空间场通量激励时同样能够进行超光速处理。这让安装在主计算机核心内部的芯片处理速度增加了惊人的 335%。

通过在折射界面表面上涂覆三元共聚物密封剂作为保护，等线性芯片可以在不带手套的情况下徒手拿取。这使得其成为一种便利的信息传输介质。星际舰队的许多便携式手持设备，如三录仪、PADD 和等线性芯片读卡器，都能够对标准格式的等线性芯片进行读写处理。