山景城計算機歷史博物館的兩件吸引眼球的展品

計算機歷史博物館位於美國加州山景城,於1996年建立。據維基百科介紹,它是為了保存和展示信息時代的故事和產品,以及探索計算機發展對人們生活的影響而建。

IMG_5962-正門 圖:計算機歷史博物館前門

IMG_5959-前門 圖:計算機歷史博物館正門

計算機歷史博物館收藏了計算機發展史上許多具有里程碑意義的機器和設備。包括中國的算盤以及IBM第一代計算機 。對於熱衷於計算機領域知識和技術的年輕人們應該比較適合去參觀!

IMG_6058-算盤 圖:各種量尺

尺 圖:各種量尺

尺2 圖:各種量尺

尺3 圖:各種量尺

IMG_5973-1 圖: PDP-1

IMB-2 圖:IBM劃時代計算機

最吸引筆者眼球的有兩件東西, 其一是一臺構型奇特而複雜的機器,名字叫作Difference Engine No. 2,意思是「差分引擎2號」。顧名思義這臺機器是用來完成差分運算的。

U1
U2 圖:差分引擎2號

這臺機器看起來十分優雅、精密、複雜,甚至可以說壯觀。從造型特徵上看,顯然是前兩個世紀的設計,但從工藝上看,又象現代加工的產品。各部件金光閃閃,一切功能正常,一點不象是兩個世紀前的遺產。

這麽驚人的一臺機器,可以名垂千古,怎麽以前竟毫無所聞呢?筆者到博物館的網站去搜索了一下,了解到差分機背後的故事。

它的設計者是英國人查爾斯·巴貝奇(harles Babbage 1791-1871),可算是計算機先驅,設計了世界上第一臺自動計算引擎。他發明了很多複雜的計算機器,卻沒有能力製造和實現它們。第一次實現他的設計「差分機2號」是2002年在倫敦,設計完成153年後。機器忠實地按照原始圖紙製造,零件8000個,重五噸,11英尺長。加州山景城計算機歷史博物館這臺相同的「差分機2號」是2008年3月完成的。

十八世紀,機械時代來臨,工程師,建築師,數學家,天文學家,銀行家,保險精算師,熟練工,保險經紀,統計學家,領航員 – 任何人都需要依賴於列印出來的數據計算表,就象我們上個世紀八十年代初還在使用的三角函數表和微積分表。但十八、十九世紀的表格都是靠人工計算、校核和抄錄的,大量錯誤在所難免,有時會帶來災難性後果。

為消除計算、轉錄、印刷過程中發生的人為錯誤,巴貝奇在1821年和他的朋友,天文學家約翰·赫歇爾,開始了一項雄心勃勃的計算引擎計劃,製造一個不犯錯誤的機器,其複雜程度在機械工程史上是前所未有的。

他的第一臺機器叫作「差分機1號」,旨在對多項式函數進行自動計算和完成製表。多項式計算主要在數學和工程學里有重要應用。「差分機1號」設計部件多達25,000個,重量約15噸。 差分機是純粹的運算機械,基於有限差分原理,用單純的加法解多項式運算,而不能用於通用類數學解析。該設計將計算與列印集成為一個整體。

1833年項目突然被終止,這時已經完成的精密零件約有12,000個,英國財政部總共支付了17500英鎊費用,相當於22輛當年全新斯蒂文森牌蒸汽機車的費用,是一筆巨大開銷。

1834年,巴貝奇設想了一個新的更加雄心勃勃的機器,後來被稱為「解析引擎」,一個通用的可編程計算機器。該分析機是邏輯概念和物理結構的一大飛躍,它的設計被列為人類驚人的文化成就之一。 最強壯的人已經搖不動這種計算機了,「蒸汽計算」已經不是說說而已了。這個機器奠定了巴貝奇「首位計算先驅」的地位。

不過要想將「解析引擎」設計轉變為現實機器,那還需要一個遙遠的過程,因為它太龐雜,浩繁。至少目前還沒有人去做這個實踐。也許將來會有人去做努力把它變為現實機器。

解析引擎具備了很多數字計算機的基本原理,其設計概念標誌著從機械數值運算到完全成熟的通用計算的過度。比如,它可以用打孔卡片進行編程;機器有記錄中間結果的「存儲器」,有很多我們現代名詞所包含的功能:有條件轉移、循環、疊代、微程序、並行處理、閉鎖、巡檢等等。結果輸出有多種硬拷貝形式,包括打孔卡片、列印表格、繪制曲線和軟材料上直接刻制大批量印刷用的表格印模。

借用「解析引擎」的設計經驗,巴貝奇看到了差分機的簡化設計空間,為此,1847年到1849年之間他設計了「差分機2號」。新設計優雅而高效。與「差分機1號」相比,「差分機2號」計算能力更加強大,零件減少到8000個,只是原來的三分之一,11英尺長,7英尺高,重5噸。「差分機2號」與「解析引擎」共享同一種輸出設備設計,用戶可以對輸出格式進行編程,包括表格行與欄的高度、寬度、空格、空行等等。由於各方面原因,他沒有試圖製造這臺機器,只是完成了設計。150年後,現代人按照他的設計,製造出來了「差分機2號」。

巴貝奇的創造只是人類計算機歷史上的一個虛假的黎明時代。19世紀的自動計算運動隨著巴貝奇1871年去世而結束。他的工作與現代沒有任何連續與繼承,他很多的基礎概念又被電子時代的計算先驅們重新發明了一遍。只是在近幾年的研究才逐漸揭示出了巴貝奇當年工作的意義,怪不得他不是那麽廣為人知。稱巴貝奇為「計算機之父」,不光是一個尊稱而已。

在博物館的另一個引人註目人工智慧的應用產品是谷歌的無人駕駛汽車。最近偶爾在街上能看到這種汽車跑,但近距離觀賞它還是頭一次,甚至還能坐到駕駛室里,體驗一下感覺,這也是住在矽谷的一種特色吧。

IMG_6132-自行車3 圖:早期車載移動通訊雛形

IMG_6010-1 圖:在山景城街道經常露臉的谷歌無人駕駛汽車

它的車頭前上方安有四、五個攝像鏡頭,識別車道線用的; 車頭頂上安有激光雷達,識別各種移動障礙物-人、自行車、動物及路邊石等。專家說,預計,通過無人駕駛技術和車聯網技術,交通事故率可以下降到現在的1%,交通效率會提高80% 。

IMG_6046-電子雷達 圖:電子雷達

IMG_6048-電子雷達3 圖:電子雷達在顯示器上面的工作圖像

IMG_6055-自動駕駛車2 圖:車頂安裝電子雷達系統

IMG_6057 圖:駕駛室內安裝攝像鏡頭

無人駕駛汽車在車輛設計、使用方式、使用環境、社會管理、責任屬性等方面與傳統概念完全不同,將對全球經濟、環境和生活方式都帶來深刻影響。近兩年無人駕駛汽車概念一直是工業界的熱門話題。

文/圖: 東方朔

責任編輯:趙亮