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      1. 當前位置:首頁 > 1024程序員節專欄

        計算機和互聯網誕生史 時間:2018-10-15      來源:華清遠見

        一.數字女王:阿達•洛芙萊斯

        (阿達•洛芙萊斯•美美噠)

        整個計算機發展的歷史都起始于一位女性在1843年發表的科學筆記。這位女性的名字是阿達•洛芙萊斯(Ada Lovelace),著名英國詩人拜倫的女兒。與拜倫激情狂熱叛逆的性格相反,阿達的母親理性、冷靜,并且精通數學。在拜倫婚后不軌行為導致婚姻的結束后,母親便帶著女兒遠離了拜倫。為了防止女兒被其父詩人的瘋狂基因遺傳,母親認為數學是最好的解藥,于是親自教阿達研修數學,并帶她參加科學家的沙龍聚會。

          

        (查爾斯•巴貝奇和后人根據其筆記做出的分析機)

        正是在這樣一次聚會上,18歲的阿達遇到了當時的數學奇才巴貝奇(Charles  Babbage)。巴貝奇不僅是數學奇才,而且動手能力極強。他發明了許多機器,在那次聚會上,他向眾人展示了自己制作的可以解多項式微分方程的“微分發動機”(difference engine)。阿達立刻就窺見其內在的精美,下決心拜師進一步鉆研數學。之后,他們在一起合作發明了“分析發動機”(analytical engine),其中許多靈感來自當時新出現的自動織布機。正是在此合作期間,阿達翻了巴貝奇在意大利國會的演講,介紹“分析發動機”的原理。為了把演講的內容解釋清楚,譯阿達寫了將近兩萬字的譯者筆記,這幾乎是原演講稿兩倍的長度,最后發表在《科學歷史》期刊上。正是這篇筆記,成為奠定整個計算機、互聯網、乃至人工智能發展的基石,阿達也因此青史留名。

        遺憾的是,超前的分析機在當時并沒有得到任何資助,他們甚至不得不將自己的財產投入進去,可即便如此,貧困交雜和無休止的腦力勞動,讓阿達的健康狀況急劇惡化。1852年,懷著對分析機成功的美好夢想和無言的悲愴,一代巾幗數學奇才魂歸黃泉,香消玉殞,去世時年僅36歲。阿達去世后,巴貝奇又默默地獨自堅持了近20年。晚年的他已經不能準確地發音,甚至不能有條理地表達自己的意思,但是他仍然百折不撓地堅持工作。

        盡管在阿達與巴貝奇有生之年,他們都沒能做出夢想中的分析機,可是他們灑下的種子在百余年后開始生根發芽。1931年,麻省理工學院的教授布什(Vannevar Bush)造出了第一臺Analog電子機械計算機,取名為“微分分析機”(Differential Analyzer)。這臺機器更加明確了計算機的原理和目的,包含四個重要方面:數字化、二進制、電子化、通用性。其中,通用性指的是計算機并不只用于數學運算,也可用于對各種符號的操作,包括詞語、音符、圖像、數字等。

        二、計算機界的1937年

        1937 年,艾倫•圖靈(Alan Turing)在劍橋大學發表了一篇關于可計算數字的論文,堅定了他對自己想象中的“邏輯計算機”(logical computing machine)的信念,該機也在后來被人們稱為“圖靈機”。

          

        (艾倫•圖靈和虛擬的圖靈機)

        同年,在麻省理工攻讀碩士的克勞德•香農(Claude Shannon)在布什手下工作并對“微分分析機”極其著迷。暑期他去貝爾實驗室實習,觀察到電話接線的原理其實與微分分析機有相似之處(都是通過邏輯運作),于是在布什的鼓勵下,寫下一篇論文。圖靈閱讀該論文后,深受啟發,覺得這與自己關于人類通過邏輯運算的理念十分相似,因此產生了一個想法:如果機器可以運用邏輯的話,就有可能像人類一樣思考。

        (克勞德•香農)

        還是在同一個夏天,在哈佛大學攻讀物理學博士的霍華德•艾肯(Howard Aiken)被繁瑣的數字計算搞得頭疼,提議校方造一臺更加有效的計算機來解決問題,校方建議他去找一找當年巴貝奇的“微分發動機”,當時被儲藏在哈佛科學中心的閣樓上。當他找到“微分發動機”時,大為興奮。之后他請求學校和IBM 撥款建造一臺現代微分發動機,學校沒有答應,但IBM倒是挺支持的。之后,艾肯離開哈佛去海軍服役,兩年后回校,IBM 已經造出了計算機Mark I。艾肯說服海軍購買了此機,并命他為主管。這是一臺重達五噸,長近30 米,寬約18 米的巨無霸,它雖然是數字化的,但不是二進制,做一道乘法題需要耗時六秒。

        1937 年,還有一位對數字化計算機著迷的科學家,名叫文森特•阿特納索夫(Vincent Atanosoff),時任美國愛荷華州立大學教授。他覺得自己可以造出這臺計算機,但是對幾個細節想不清楚,十分焦慮。為了穩定自己的情緒,他開著自己的新車在高速公路上飛馳,不知不覺就穿過密西西比河開到了伊利諾伊州。當他停車走進一家小酒館坐下后,感覺平靜了許多。隨后他靈感突現,在餐巾紙上寫下了自己的想法:用真空管回路來做加減并且把結果儲存起來。這臺計算機在1942 年完全建成,大小如同一個寫字臺,里面大約有300 個真空管,一秒鐘可以做30 個加減運算。但之后他應征去海軍服役,被分配到華盛頓的軍械實驗室研究與原子彈相關的項目,從此就再也沒有時間去理會這臺計算機。這臺具有里程碑意義的計算機從此就存放在愛荷華州立大學的地下室里,無人問津。

         

        三、第一臺計算機

        偶然發現這臺被計算機的是一位名叫約翰•摩奇立(John Mauchly)的物理學家。1940 年冬天在費城召開的學術會議上,他偶遇阿特納索夫。兩人一拍即合,阿特納索夫邀請他有空去觀看他的實驗室。次年夏天,摩奇立成行,待了四天,觀看了正在建造過程中的真空管計算機。之后他去賓州大學學習電子課程,更堅定了要建造這臺計算機的決心。后來巧遇一位心靈手巧的實驗室老師?颂兀↗. P.Eckert),二人聯手,呼吁正卷入二戰的美國陸軍來贊助計算機的建造。戰爭的需要催生了很多發明,計算機就是其中之一。他們的提案得到了美國戰爭部的支持,并給了這個項目一個令人難忘的名字: ENIAC(電子數字整合計算機的英文縮寫)。這臺計算機于1945 年11 月正式建成,可以在一秒鐘內完成5000 個加減運算。這臺機器重約30 噸,內有17468 個晶體管,體積大約有一個三居室那么大?善鋵嵲1943 年便已經有一個真空管計算機秘密建造完成了,那就是由英國政府組織贊助,在圖靈帶領的團隊下建成,后來著名的“巨人”計算機。這臺計算機雖然是電子化、數字化、二進制的,但其主要使命是破譯二戰時期德軍的密碼,而不是一般意義上的通用性計算機。

        (巨人計算機)

         

        四、創新,常常是一群人共同努力的結果

        那么到底是“誰”發明了計算機呢?從歷史的脈絡中,這個“誰”不是一個單數,而是一個復數。就如創新這件事本身一樣,它常常是一群人共同努力的結果。這群人中需要有理論家、有眼光長遠者,也需要有動手能力強的實干家、有工程師。而且他們需要站在彼此的肩膀上,不斷地向上攀升,才能夠達到今天的高度。這還不限于計算機的發明本身,其后的發展、演變,包括硬件材料的不斷創新,以及軟件行業的誕生、發展,又何嘗不是如此呢?這段歷史中的人物離我們要近一些,大家可能更熟悉一些,比如馮•諾依曼(John Von Neumann), 肖科力(William Shockley),諾伊斯(Robert Noyce),蓋茨(Bill Gates),喬布斯(Steve Jobs),安德森(Marc Anderseen), 凱斯(Steve Case),佩奇和布林(Larry Page & Sergey Brin)等。是他們的努力,才構成了如今這個多姿多彩的數字時代。

        最后再引用數字女王阿達的一句名言作為結尾,是她靠著天才般的想象力,將數字時代從蒙昧里解放出來,而依托著想象力存在的創新,也影響著一代代IT精英,不斷開拓著前進的道路——

        “想象力是把不同的東西,事實、想法、理念,用新的、原創的、變化的、無休止地整合起來的能力”。

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