复杂数字计数机(Complex Number Calculator),后来改称为“断电器计数机型号I (Model I Relay Calculator),也称为Bell Labs Complex Computer。
1940年1月,在 Bell Labs, Samuel Williams 及George Stibitz完成了一部可以计算复杂数字的机器, 叫“复杂数字计数机(Complex Number Calculator)”,后来改称为“断电器计数机型号I (Model I Relay Calculator)” 。它用电话开关部份做逻辑部件:145个断电器,10个横杠开关。数字用“Plus 3BCD”代表。在同年9月,电传打字 etype 安装在一个数学会议里,由New Hampshire 连接去纽约。
乔治·斯蒂比茨——在厨房里做出计算机模型的发明家编辑本段回目录
乔治·斯蒂比茨有“高科技孵化器”美称的贝尔电话实验室是世界闻名的研究机构。对计算机发展有重大影响的许多发明创造:晶体管、UNIX操作系统、Alto个人计算机系统等都是在这里诞生的。也许你不知道,它还制造出了世界上最早的机电式数字计算机系列“Bell Model K”。这一系列计算机的发明者就是斯蒂比茨。
乔治·斯蒂比茨 (George Robert Stibitz)1904年4月20日生于美国宾夕法尼亚州的约克(York,Pennsylvania)。他的父亲是一个神学教授,母亲则是一位数学教师。斯蒂比茨在俄亥俄州的戴通(Dayton,Ohio)长大。这里是20世纪上半叶美国最著名的发明家之一凯特林(Charles Franklin Kettering,1876—1958)的家乡。凯特林是汽车自动点火装置、四乙铅防震汽车汽油、将内燃机加以改进用于火车机车、氟里昂冰箱等的发明人,后来又致力于教育改革,在家乡创办了一所实验中学Moraine Park School,实行灵活的课程计划和小班授课,提倡启发式教学和鼓励发明创造。斯蒂比茨就是上的这所中学,接受了良好的教育。
1922年高中毕业以后,他获得奖学金进了Denison大学,主修数学,兼攻物理,1926年取得学士学位。之后他进入Union学院,只用了一年时间就取得物理学硕士学位。在通用电气公司干了一年以后,他又重返校园,在康奈尔大学攻读博士学位,在赫尔维茨教授(Wallie Hurwitz)的指导下研究非平面膜的微分几何学问题。论文中他以扬声器振动膜的振动为例推广到一般膜的特性,获得好评。1930年他取得博士学位以后进入贝尔实验室作“数学工程师”。
大家知道,贝尔实验室主要从事通信技术方面的研究。通信离不开电,而在有关电流、电压的计算中,要碰到所谓“复数”(complex number),即包含“实部”和“虚部”(也就是有I=√-1)的数。复数的计算是一件麻烦的事,当时贝尔实验室雇佣了一批计算员操作着机械计算器来做这件事,效率很低,常常影响研究课题的进展。斯蒂比茨决心发明一种新式的计算机以解决应用的需要。他和许多其他计算机先驱一样想到了用二进制,而且想到了用在贝尔实验室处处可以见到的电话交换机中所用的继电器的通断两个状态表示“1”和“0”。
乔治·斯蒂比茨1937年初冬的一个夜晚,他在家中的厨房里开始设计和制造一位的二进制加法器。他将从实验室带回的继电器、电池、指示灯等元件固定在一块1英尺见方的胶合板上,从空的食品罐头上剪了一些狭条作输入,用指示灯的明、灭代表计算结果,实验一举获得成功!这使他大受鼓舞,随后的夜晚,他对这个简单的一位加法器进行改进与扩充,使之能完成其他运算。在初步设计完成以后,他把装在胶合板上的这台“样机”带到实验室表演给数学部主任弗雷(Thornton Fry)看。
弗雷开始时对斯蒂比茨的这一创新并没有引起太大重视,直到第二年夏天由于计算任务压力的增大,有人建议把台式机械计算机的轴连在一起以加快计算,这从理论上来说虽然是可行的,但实现起来很复杂,操作也麻烦,弗雷这才想起斯蒂比茨的发明,问他能不能用他的发明解决复数计算问题,斯蒂比茨这时早已成竹在胸,当即接受了任务。在实验室另一位工程师威廉姆斯(Sam Williams)的协助下,1939年11月,贝尔1型复数计算机(Bell Model I Complex Number Calculator)终于问世。
这是世界上最早的机电式数字计算机之一,也是第一台采用“余3码”(excess-three code)的计算机。所谓余3码,是对十进制数n用等效的二进制n+3加以表示的一种编码方法,是斯蒂比茨发明的,因此也叫“斯蒂比茨码”(Stibitz code),如表所示。
乔治·斯蒂比兹——数字计算机之父 编辑本段回目录
乔治·斯蒂比兹(George Stibitz ,1904-1995)
乔治·斯蒂比茨1995年元月31日,美国加利福尼亚计算机历史协会发布讣告沉痛宣布:达特默斯大学医学院退休教授乔治·斯蒂比兹(George Stibitz ,1904-1995)博士,因病医治无效,逝世于汉诺威市他的寓所,终年90岁。讣告不仅称他是实现计算机远程遥控的第一人,而且也是举世公认的“数字计算机之父”。
几乎在相同时期,美国科学家斯蒂比兹与德国工程师楚泽独立研制出二进制数字计算机。有趣的是,斯蒂比兹的Model-K计算机与楚泽的Z-3计算机采用的元件相同,都是使用电话继电器,研制的地点都在自己家里。唯一的区别是楚泽选择了起居室,而斯蒂比兹的发明却诞生于厨房的餐桌。
斯蒂比兹的计算机名叫Model-K(K型机),“K”写全了就是“Kitchen table”,即“厨房餐桌”型,是他夫人多萝西亚给起的名字。1937年11月,斯蒂比兹在著名的贝尔实验室从事研究工作。贝尔实验室为纪念电话发明人贝尔而创立,当时的主攻目标是改进电话通讯的性能,而斯蒂比兹承担的课题恰好是电话继电器的磁路问题。
那天傍晚,紧张忙碌了一天的斯蒂比兹下班回家,坐在厨房里喝茶,耳边仍然响着继电器“咔哒咔哒”的开关声响。他端起茶杯,突然停在了嘴边,灵感涌上心头。“继电器—开关,开关—继电器,这不就是我早就想寻找的计算机元件吗?”
继电器确实就是某种形式的开关:铁芯上缠绕着线圈和架在小支架上的衔铁组成了可通可断的电磁铁。它只有两种状态:线圈通电后吸引衔铁,然后接通电路;线圈断电后释放衔铁,然后断开电路。如果把“接通”当成“1”,把“断开”当成“0”,这种开关表示的不就是二进制数?
Model-K想到这里,斯蒂比兹再也坐不住了,他兴冲冲返回实验室,找到几只继电器和其他元件,一路小跑回到厨房,把这些东西摊在餐桌上,随手画起了电路草图。以继电器为核心的主要结构很快装配完毕,还缺少一些“设备”。于是,他从桌下翻出一只空铁皮罐头盒,剪下两片铁皮作为“输入设备”;又找到几只手电筒电灯泡充当“输出设备”。当他把所有的元件都固定在一块三夹板上,这台计算机的装配过程就大功告成。无论从哪个角度看,斯蒂比兹的“伟大发明”都像某个中学生完成的一项科技小制作。
就是这样一件模型,斯蒂比兹却用它完成了两位二进制加法运算。当时他并没有意识到,他已经跨过了一个时代——不仅实现了从机械式计算机向电磁式计算机的飞跃,而且制造出了一台真正的数字计算机!他回忆说:“当时既没有放焰火,也没有开香槟。”只有夫人多萝西亚走过来,不无揶揄地把丈夫发明的机器命名为“厨房餐桌型计算机”。
第二天清早,斯蒂比兹捧着他的“宝贝”向实验室的同事们介绍,就连他的好友也暗自好笑。贝尔实验室的数学家居然搞出这么个破玩意,岂不让人笑掉大牙?实验室里有的是手摇计算器,谁也不会需要你的这种机器。
George Stibitz作品斯蒂比兹却毫不气馁,他已经迷上了自己的发明,又花了几个星期来改进他的“K型机”,机器的性能越来越完善,只是在很长时间内,仍然没有人理睬他的机器,直到有一天,数学研究室主任向他询问:“你的K型计算机能不能帮我们解决复数计算的难题?”
斯蒂比兹所学专业正是数学。他1904年出生于宾夕法尼亚州约克市,在迪尼逊大学获学士,在协和学院获硕士,在康奈尔大学获博士学位,专业方向都是数学物理。复数计算对数学博士当然是小菜一碟,但贝尔实验室面对的问题,却是交流电路实验中需要给出答案的大量复数计算题。实验室雇用了满屋子的女计算员,用手摇计算机从早算到晚,仍然跟不上实验的进度。
George Stibitz于1943年 面对主任的询问,斯蒂比兹肯定地点点头,正式研制数字计算机的项目因此获得了新的转机。贝尔实验室为他配备了助手,包括一位电气设计师威廉姆斯(S.Williams)。1938年9月,命名为M-1的数字计算机研制工程启动;一年之后,即1939年9月,斯蒂比兹交出了满意的机器。1940年1月8日,M-1开始运行,标志着美国的第一台数字计算机诞生。
M-1电磁式数字计算机只使用了440个继电器和10个闸刀开关,就完全解决了复数的加、减、乘、除四则运算,一次复数乘法约需30~45秒钟;计算同样的题目,人工手摇计算机需要15分钟时间。这时,斯蒂比兹想到了要用这台计算机做一次史无前例的“演习”。
McNutt Hall at Dartmouth College斯蒂比兹在攻读博士学位前,曾在一家电气公司打工,被派到郊区农场去进行无线电测试。每天早晨赶去上班,农场木屋里奇冷无比。他和同事们便制作了一台小型遥控器,能自动控制壁炉风门的开关。这样一来,当他们清晨赶到农场上班前,就能在路上遥控壁炉加温了。既然壁炉能够遥控,他当然也想试一试遥控M-1计算机。
他首先在曼哈顿的办公室里,在不同的房间分别安装三台电传打字机,用电话线与M-1相连,遥控试验很成功。9 个月后,电话线已经连上了远在新罕布什尔州的第四台电传机,距离达到250英里。
1940年9月,美国数学会在达特默斯大学召开学术会议。会议期间,斯蒂比斯派人前往,向包括冯·诺依曼等数学大师在内的著名学术带头人,公开演示如何遥控操作M-1计算机。与会者惊奇地看到,贝尔实验室的研究人员在达特默斯大学所在地汉诺威,潇洒自如地操作远在纽约的M-1做复数运算,结果即刻通过电话线由会场里一台打字机输出。这一次成功的演示,在计算机发展史上具有特别重要的地位,它标志着人类社会已经实现了计算机远程控制。
George Stibitz作品从1940年到1949年,斯蒂比兹接着主持了M-2、M-3、M-4、M-5型电磁式计算机的研制,以满足美国在二次世界大战和战后恢复建设对计算机的需求。M-5是占地200平方米的庞然大物,斯蒂比兹为它安装了近万只继电器,共生产了两台。1949年,贝尔实验室的最后一台M型计算机M-6投入使用,用继电器来组装计算机从此成为了历史。
二战期间,斯蒂比兹曾被借调到美国科学研究和发展署担任顾问。从50年代开始,他在伯灵顿担任咨询顾问,参与研制小型电脑。1964年,他担任了达特默斯大学生理系教授和名誉教授,为生物医学开发各种电脑系统,直到1983年退休。他一生在计算机领域共获得38项技术专利,还不包括在贝尔实验室与他人合作取得的发明专利。
为了表彰斯蒂比斯的功绩,1997年,美国计算机博物馆以他的名字设立了一个著名奖项——“斯蒂比兹计算机先驱奖”,颁发给那些仍活在世上的计算机时代先驱。1997年的获奖者有“集成电路之父”基尔比和“微处理器之父”霍夫;1998年获奖者有“鼠标器之父”道格拉斯;1999年的获奖者是“因特网之父”塞尔夫和卡恩;2000年的获奖名单里有“万维网之父”伯纳斯-李和“电子邮件之父”汤姆林森……
众多“父亲”的不断创新,使“数字计算机之父”乔治·斯蒂比兹的名字,一次又一次在电脑网络时代重放异彩.
“智者”编辑本段回目录
古希腊哲学家柏拉图写过一本《理想国》。在他看来,人是按照不同的等级划分的。因
此,平等和民主都是不可能实现的空话。一个国家,应该由社会中最优秀的精英来统治;而
“理想”国家的权杖,更应该交给最有智慧的“哲学王”。
就象草原上的羊群,要有带头羊;就象战场上的军队,要有指挥将领。如果从使用者的
角度,我们也很容易把所有网络都看成是由中央控制,然后发散到四方的系统。这样的网络
安全可靠,容易管理,并且“令行禁止”。最初的电脑网络也确实是按照这种原理设计的。
如果我们追溯今天复杂的网络系统的原理,甚至可以把目光投到1940年的9月10日-
13日。那是一次在达特茅茨学院召开的美国数学协会的会议。贝尔实验室的George
Stibitz打算在这里演示他们的“复杂计算机”(Complex Calculator)。
然而,这台后来被称为“贝尔实验室模型1号”(Bell Labs MODEL 1)的机器,离会
场实在太远了。要想从纽约用卡车把这个庞然大物运过来,确实不是一件易事。最后想出来
的“权益之计”就是在会场外的过道里安放一个电传(Teletype)终端,让与会者通过这台
电传机来转达自己的指令。就这样,用一种间接的方式,可以使用远在370公里以外的计算
机(还不是电脑)。
尽管按照今天的标准,这远远不能算是电脑网络。而且,这次实验甚至比1946年美国
宾西法尼亚州诞生第一台电子管电脑还早了6年。但是,不少探讨电脑网络历史的书仍然要
首先提到这台“模型1号”,因为这次实验向人们提示了远距离控制计算机的可能性。
10年以后,东西方正在酝酿一场冷战。美国军队开始担心俄国熊的飞机绕道北极前来
空袭。为此,1951年,麻省理工学院成立了著名的林肯实验室,专门研究防范苏联轰炸的
措施。而他们的主要研究项目就是“远距离预警”(DEW:Distant Early Warning)。
历史的巧合有时候的确让人忍俊不禁。这个最初的“远距离预警”系统,正是那种由中
央控制的网络结构,而且它的名字也叫“智者”(SAGE)。当然,这个“智者”还远不是真
正的“哲学家”,而只是一个“半自动基础环境”(Semi-Automatic Ground
Environment)。
按照专家们的设计,这个“智者”必须完成三个任务:第一,采集从各个雷达站搜集来
的信号;第二,通过计算判断出是否有敌机来犯;第三,将防御武器对准来犯的敌机。
毫无疑问,“智者”是第一个真正实时的人机交互作用的电脑网络系统,它能接收网络
上各个节点传送过来的数据,能够按照键入的指令来处理这些数据。
由于在运行的过程中需要人的干预,所以被称作是“半自动”的系统。1952年,“智
者”系统投入使用,成为当时远距离访问的电脑网络的一个典型。
从此,“智者”一类的网络就不断涌现。到了60年代,已经开始广泛应用于军队、机
场和银行等系统中。这类网络的共同特点就是在中心有一台大型电脑,用来存储和处理数据,
其它电脑作为终端通过一定的方式(比如,电缆或者电话线)
连通这个数据中心。每个网络都是为某种特殊用途专门设计的,并且只允许系统授权的
用户进行访问。
银行系统就是这样,每一个银行的分行都有一台电脑和中心银行相连,在中心银行则有
一台大型的电脑在那里存储和整理数据,并且不断对各个分行提供信息和发出指令。如果不
是银行系统授权的人,就不可能使用银行的电脑。直到现在,我们仍然能够在机场、银行和
商场等地到处看到这种类型的电脑网络为我们服务。
在电脑网络理论中,通常把这种将数据从线路的一端直接传送到另一端的方式称为“线
路交换”(Circuit Switching)。而这种由强大的网络服务器管理的网络则通常被称为中
央控制式网络(Centralized Networks)。
我们平常理解的电子通信也都是这样:在一个中央控制的系统之中,信号从出发点直接
到达目的地。比如打电话,拨通了电话之后,信号从打电话的人那里直接传给接电话的人,
并不需要中间有任何环节来接收和转换这些信号,通话期间,整条线路也要被独占(线路交
换)。发电报和传真也同样是这个道理。这种通信方式当然是最直接的,也是最容易管理的
──只要在中央一级进行监控就行。
但是,这种方式也有一个致命的缺点,如果切断了从出发点到目的地中的任何一处,都
会使通信中断。
本世纪60年代,当世界上已经有若干国家拥有原子弹和氢弹的时候,美国的中央控制
式网络已经达到相对发达的程度,美国军队的联系也开始依赖于电子通信。那些极为注重高
新技术开发的国防高级研究计划署的官员们,开始从另一个角度来考虑可能的核战争会给美
国、尤其是给美国军队的通信带来什么样的影响。
在他们当时考虑的诸多问题中,有一个问题显得格外突出,这就是:“如何在受到核战
争袭击之后,保持军队中各个网络之间的联系。”
时势造英雄。为了解决这个对美国生死攸关的问题,人们期待着具有洞见的网络专家和
崭新的网络理论。