波士頓的新人

舊事已過,都變成新的了
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是誰發明了計算機(下)

(2019-10-24 18:59:01) 下一個

依然是1937年,MIT隔壁的哈佛,有個博士生艾肯(Howard Aiken)在為他的物理論文進行著枯燥的計算,實在受不了了,艾肯就向學校提出應該造一台機器來做這些重複勞動,係主任就和他講,在哈佛的科學中心的閣樓裏好像有你要的機器哦,不過就是有點舊。嗯,有多舊?大概100年吧。艾肯當時心中跑過多少匹草泥馬,史書中沒有記載。

進了閣樓,艾肯發現的正是巴貝奇的差分機的樣品,那是巴貝奇的兒子根據老爹的設計,製作而成的六部樣品機中的一部。和當年的愛塔小姐一樣,艾肯被巴貝奇的機器迷住了。那年秋天,艾肯寫了份22頁的申請報告,要求哈佛和IBM合作,一起建造巴貝奇計算機的現代版。哈佛對此猶猶豫豫的,物理係對他的建議興趣不大,甚至提醒他說,幹這種吃力不討好的事,對他以後晉升哈佛教授不會有太大幫助,倒是當時的哈佛校長柯南特(Conant)大力支持,批準了這個項目。

於是1941年的春天,IBM開始根據艾肯的設計藍圖,動工製造馬可一號(Mark I),到1944年馬可一號終於完成,這是一個八十尺長,五十尺寬,重達五噸的龐然大物,它沒有采用二進製,也沒有使用電子開關,用的是馬達驅動的機械開關,做個乘法要6秒鍾,而貝爾實驗室Stibitz的複數計算器因為用了電子開關,同樣的乘法計算隻要一秒鍾就夠了。但馬可一號實現了全自動,所有的數據和程序都是通過紙帶輸入的,可以在無人操作的情況下,自動運算數天之久,用艾肯的話來講,就是“巴貝奇的夢想終於成真了”。

可是艾肯也好,前麵提到的香農,Stibitz也好,他們都輸給了一個德國人。

還是在1937年,德國柏林,工程師 Konard Zuse 在他父母家中的起居室裏完成了Z1的原型,這個完全是高手在民間的典範。Z1采用二進製運算,起初用的是穿孔紙帶來進行數據輸入,後來 Zuse 發現廢棄的電影膠卷更為價廉物美,就換成了用膠片作為輸入媒介。Z1用的是機械開關,因為全是手工打造的,時不時會卡殼。於是在建造 Z2 的時候,在朋友的建議下,Zuse 試圖采用當時最先進的電子真空管作開關,可是一打聽,這個屬於天價,隻得放棄,退而求其次,使用了電話公司二手的電動機械開關。

到1941年,Zuse完成了Z3,這台機器基本實現了圖靈機的設想,和現代計算機的唯一差別,就是沒有電子開關,它使用的還是電動機械開關。哎,民科到底還是不行,若是使用了真空管,那麽第一台電子計算機發明人的桂冠就非他莫屬了。

1942年,Zuse向德軍總部申請用真空管製造更快更好的計算機,預計要兩年的時間,但遭到拒絕,因為司令部確信戰爭不用兩年就可以結束了,德軍對製造武器比計算機更有興趣。

1943年,盟軍對柏林實行空襲,Zuse的計算機和設計圖紙一起,在轟炸中灰飛煙滅。

還是回到1937年。那一年,彷佛大家都被下了同樣的魔咒,美國衣阿華州立大學的文森特·阿塔納索夫(John Vincent Atanasoff)也被繁瑣的數學計算搞得心煩意亂,開始琢磨設計一台計算機來取代這種低效的重複勞動。由此可見,至少在計算機這個行業,吃苦耐勞不算是一種美德。

文森特以最高的GPA從佛羅裏達大學本科畢業,拿到了衣阿華州立的獎學金去讀碩士,雖然哈佛大學後來也錄取了他,但他還是決定做小池塘裏的大魚,去了衣阿華州立,畢業之後又去威斯康星大學拿了個物理學博士,然後回到衣阿華州立做了助理教授。文森特放棄哈佛也許是他人生的一大敗筆,因為在衣阿華州立他找不到誌同道合,又同樣才華橫溢的人可以與他合作。

文森特設計的計算機,使用的是二進製,在邏輯運算處理部分用上了電子真空管,而內存(Memory)部分,還是為了省錢,文森特決定使用電容器(Capacitor),所以這台機器雖然運算速度極快,但數據的讀寫卻大大地拖了後腿。

1939年底,文森特向學校領導展示了他設計的樣機(Prototype),然後遞上一份35頁的申請報告,要求5330美元的經費來完成他設計的計算機,這台機器的主要功能是解複雜的線性代數方程。文森特還留了個心眼,特地複印了一份他的申請報告給衣阿華州立的專利律師,讓學校幫著申請專利。可是,出人意料的是這位律師根本沒把這事放在心上,居然一直沒有申請,這也為後來文森特的專利官司種下了禍根。估計文森特後半輩子一直在問候這位律師的祖宗八代。

真正摘取第一台電子計算機桂冠的是ENIAC,它是由莫奇利(John Mauchly)和埃克特(J. Presper Eckert)在美國軍方的資助下研製成功的。

莫奇利可算是世家子弟,父親是物理學家,周圍的鄰居也多是科學家,從小在這樣的環境中長大,造就了莫奇利好學善問的習慣,加上他非常外向的性格,讓他從我們前麵提到的一眾計算機先驅的發明中了獲得了許多靈感。

1939年,他在紐約世博會上看到了使用打孔卡的計算器和使用電子真空管的密碼加密機;1940年,他看到了貝爾實驗室 George Stibitz 研製的複數計算器(The Complex Number Calculator)的一個演示;同年12月,莫奇利遇到了我們前文提到的,申請專利出了紕漏的阿塔納索夫(Atanasoff),阿塔納索夫聲稱他研製的計算機價廉物美,處理3000位數碼(digits)的造價隻有6000美元(還記得這位老兄為了省錢放棄了真空管嗎?),平均每位數碼隻要2美元 ($2 per digit),這引起了莫奇利的極大興趣,因為根據他的估算,自己設計的計算機造價每位數碼至少要13美元。於是1941年6月,莫奇利專程拜訪了阿塔納索夫,看了他樣機之後,莫奇利其實有點失望,因為使用電容代替真空管,雖然價廉但卻並不物美,速度跟不上啊。這次拜訪之後,1941年的夏天,莫奇利參加了由軍方發起的,在賓州大學舉辦的為期十周的電氣工程培訓班,而就在這個暑期班上,他遇見了他的合作夥伴埃克特。

埃克特是個典型的“別人家的孩子”,長得有點像格裏高利·派克,老爹是百萬富翁地產開發商。有了高富帥還不算,他自己居然是個超級學霸,12歲時用磁鐵和變阻器造了一個船模導航儀,贏得了費城市級科學競賽的大獎,14歲時改裝了家裏的室內通話係統(Intercom),用交流電代替直流電,替家人消除了常常要給係統換電池的麻煩。高中畢業,埃克特不出所料地被MIT錄取,但父母不舍得他離家“遠”遊,逼著他去了賓州大學(UPenn)。在賓大,埃克特繼續光芒四射,先是發明了搞怪的“接吻器”,讓一對戀人分別握住儀器的兩端,然後熱吻之際,電路被接通,如果人體電阻足夠小的話(比如說這個吻接得足夠濕),接吻器就會大放光芒,而且會鳴號祝賀。那時的他簡直就是哈利波特小說中弗雷德和喬治·韋斯萊(Fred and George Weasley)的真人版。到了大三,埃克特用光調製技術(light modulating method)把聲音記錄到了膠卷上,從而獲得一項專利。1941年埃克特賓大畢業,順利地留校,在軍方舉辦的暑期培訓班上傳授電氣工程的知識,從而遇上了莫奇利。莫奇利在暑期培訓班結束後也被聘任為賓大電氣工程係摩爾學院(Moore School)的講師。至此,莫奇利和埃克特匯聚在了莫爾學院。

1941年正是二戰打得難分難解的時候,莫爾學院承擔了為軍方計算火炮彈道射擊表的任務。計算一張射擊表涉及到的數學運算非常巨大,而且對應某種型號的火炮需要根據氣溫、濕度、緯度等幾百種不同的參數編製很多張射擊表。當時他們用的是麻省理工Vannevar Bush發明的差分分析機(Differential Analyzer),Vannevar Bush 就是當年指導香農寫下信息時代大憲章的那位教授。不過光有機器還不夠,賓大又雇了170位計算師(computers)來幫助機器工作,英文的計算機(computer)就是由此得名的。即便如此,他們一周才能完成一張火炮射擊表,完全無法滿足軍方的要求。

1942年8月,莫奇利起草了一份研製電子計算機的報告:“The Use of High-Speed Vacuum Tube Devices for Calculating”,獲得軍方首肯之後,埃克特又對這個報告進行了細化補充。他們給軍方畫了一張大餅,預測他們的機器將會把計算一個彈道需要的時間,從現在的20個小時縮短到100秒。

1943年4月9日,曆史性的時刻來臨了,軍方要召見莫奇利和埃克特,決定是否為他們的設計立項撥款。頭天晚上兩人徹夜未眠修改他們的提案,等到上了軍方的專車,兩個小時的車程裏,他們全程在後座討論修改,下車進了軍方的會客室,兩人依然沒有定案,還在繼續商議,這樣的臨時抱佛腳真是可以載入史冊了。

會議由 Oswald Veblen 主持,軍方的代表是陸軍彈道研究實驗室主任西蒙上校(Colonel Leslie Simon),會議開了沒多久,Veblen起身站了起來,對上校說了一句,“西蒙,掏錢吧”,然後轉身揚長而去。估計此時莫奇利和埃克特一定是心花怒放,恨不得馬上找間臥室先好好睡一覺再說。你也許會問 Oswald Veblen 是何方神聖?說實話,這人我也不熟,我隻知道他是普林斯頓高等研究院(IAS - Institute for Advanced Study)的院長,他的手下有愛因斯坦,馮諾伊曼,哥德爾等眾多大神。

1943年6月ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)開工建造,莫奇利擔任設計指導,埃特克為總工程師,兩個人配合默契,埃特克用他完美主義者的病態對工程精益求精,莫奇利則與技術人員談笑風生,打成一片,為他們打氣鼓勁。一年之後,正是1944年6月諾曼底登陸之際,1/6的機器完成,進行了一個簡單的乘法運算測試,結果順利完成,眾人是一片歡呼。

1945年11月,ENIAC終於完工,100英尺長,8英尺高,用了17468個真空管,一秒鍾可以進行5000次的加減運算,30秒可以完成一個彈道的計算,比他們當初的預測還要棒。而且最重要的是,這不是一台樣機,而是可以立刻投入到實際工作中的實用產品。

人類曆史上第一台全自動可編程的通用電子計算機就這樣誕生了!

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評論
波士頓的新人 回複 悄悄話 多了一個零,應該是8英尺高
新年好運 回複 悄悄話
回複 悄悄話 80英尺高!
XYZ94538 回複 悄悄話 計算機和網絡技術都是美國政府的項目,不是私人或私人公司發明的。
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