山景城计算机历史博物馆的两件吸引眼球的展品

计算机历史博物馆位于美国加州山景城,于1996年建立。据维基百科介绍,它是为了保存和展示信息时代的故事和产品,以及探索计算机发展对人们生活的影响而建。

IMG_5962-正门 图:计算机历史博物馆前门

IMG_5959-前门 图:计算机历史博物馆正门

计算机历史博物馆收藏了计算机发展史上许多具有里程碑意义的机器和设备。包括中国的算盘以及IBM第一代计算机 。对于热衷于计算机领域知识和技术的年轻人们应该比较适合去参观!

IMG_6058-算盘 图:各种量尺

尺 图:各种量尺

尺2 图:各种量尺

尺3 图:各种量尺

IMG_5973-1 图: PDP-1

IMB-2 图:IBM划时代计算机

最吸引笔者眼球的有两件东西, 其一是一台构型奇特而复杂的机器,名字叫作Difference Engine No. 2,意思是“差分引擎2号”。顾名思义这台机器是用来完成差分运算的。

U1
U2 图:差分引擎2号

这台机器看起来十分优雅、精密、复杂,甚至可以说壮观。从造型特征上看,显然是前两个世纪的设计,但从工艺上看,又象现代加工的产品。各部件金光闪闪,一切功能正常,一点不象是两个世纪前的遗产。

这么惊人的一台机器,可以名垂千古,怎么以前竟毫无所闻呢?笔者到博物馆的网站去搜索了一下,了解到差分机背后的故事。

它的设计者是英国人查尔斯·巴贝奇(harles Babbage 1791-1871),可算是计算机先驱,设计了世界上第一台自动计算引擎。他发明了很多复杂的计算机器,却没有能力制造和实现它们。第一次实现他的设计“差分机2号”是2002年在伦敦,设计完成153年后。机器忠实地按照原始图纸制造,零件8000个,重五吨,11英尺长。加州山景城计算机历史博物馆这台相同的“差分机2号”是2008年3月完成的。

十八世纪,机械时代来临,工程师,建筑师,数学家,天文学家,银行家,保险精算师,熟练工,保险经纪,统计学家,领航员 - 任何人都需要依赖于打印出来的数据计算表,就象我们上个世纪八十年代初还在使用的三角函数表和微积分表。但十八、十九世纪的表格都是靠人工计算、校核和抄录的,大量错误在所难免,有时会带来灾难性后果。

为消除计算、转录、印刷过程中发生的人为错误,巴贝奇在1821年和他的朋友,天文学家约翰·赫歇尔,开始了一项雄心勃勃的计算引擎计划,制造一个不犯错误的机器,其复杂程度在机械工程史上是前所未有的。

他的第一台机器叫作“差分机1号”,旨在对多项式函数进行自动计算和完成制表。多项式计算主要在数学和工程学里有重要应用。“差分机1号”设计部件多达25,000个,重量约15吨。 差分机是纯粹的运算机械,基于有限差分原理,用单纯的加法解多项式运算,而不能用于通用类数学解析。该设计将计算与打印集成为一个整体。

1833年项目突然被终止,这时已经完成的精密零件约有12,000个,英国财政部总共支付了17500英镑费用,相当于22辆当年全新斯蒂文森牌蒸汽机车的费用,是一笔巨大开销。

1834年,巴贝奇设想了一个新的更加雄心勃勃的机器,后来被称为“解析引擎”,一个通用的可编程计算机器。该分析机是逻辑概念和物理结构的一大飞跃,它的设计被列为人类惊人的文化成就之一。 最强壮的人已经摇不动这种计算机了,“蒸汽计算”已经不是说说而已了。这个机器奠定了巴贝奇“首位计算先驱”的地位。

不过要想将“解析引擎”设计转变为现实机器,那还需要一个遥远的过程,因为它太庞杂,浩繁。至少目前还没有人去做这个实践。也许将来会有人去做努力把它变为现实机器。

解析引擎具备了很多数字计算机的基本原理,其设计概念标志着从机械数值运算到完全成熟的通用计算的过度。比如,它可以用打孔卡片进行编程;机器有记录中间结果的“存储器”,有很多我们现代名词所包含的功能:有条件转移、循环、叠代、微程序、并行处理、闭锁、巡检等等。结果输出有多种硬拷贝形式,包括打孔卡片、打印表格、绘制曲线和软材料上直接刻制大批量印刷用的表格印模。

借用“解析引擎”的设计经验,巴贝奇看到了差分机的简化设计空间,为此,1847年到1849年之间他设计了“差分机2号”。新设计优雅而高效。与“差分机1号”相比,“差分机2号”计算能力更加强大,零件减少到8000个,只是原来的三分之一,11英尺长,7英尺高,重5吨。“差分机2号”与“解析引擎”共享同一种输出设备设计,用户可以对输出格式进行编程,包括表格行与栏的高度、宽度、空格、空行等等。由于各方面原因,他没有试图制造这台机器,只是完成了设计。150年后,现代人按照他的设计,制造出来了“差分机2号”。

巴贝奇的创造只是人类计算机历史上的一个虚假的黎明时代。19世纪的自动计算运动随着巴贝奇1871年去世而结束。他的工作与现代没有任何连续与继承,他很多的基础概念又被电子时代的计算先驱们重新发明了一遍。只是在近几年的研究才逐渐揭示出了巴贝奇当年工作的意义,怪不得他不是那麽广为人知。称巴贝奇为“计算机之父”,不光是一个尊称而已。

在博物馆的另一个引人注目人工智能的应用产品是谷歌的无人驾驶汽车。最近偶尔在街上能看到这种汽车跑,但近距离观赏它还是头一次,甚至还能坐到驾驶室里,体验一下感觉,这也是住在硅谷的一种特色吧。

IMG_6132-自行车3 图:早期车载移动通讯雏形

IMG_6010-1 图:在山景城街道经常露脸的谷歌无人驾驶汽车

它的车头前上方安有四、五个摄像镜头,识别车道线用的; 车头顶上安有激光雷达,识别各种移动障碍物-人、自行车、动物及路边石等。专家说,预计,通过无人驾驶技术和车联网技术,交通事故率可以下降到现在的1%,交通效率会提高80% 。

IMG_6046-电子雷达 图:电子雷达

IMG_6048-电子雷达3 图:电子雷达在显示器上面的工作图像

IMG_6055-自动驾驶车2 图:车顶安装电子雷达系统

IMG_6057 图:驾驶室内安装摄像镜头

无人驾驶汽车在车辆设计、使用方式、使用环境、社会管理、责任属性等方面与传统概念完全不同,将对全球经济、环境和生活方式都带来深刻影响。近两年无人驾驶汽车概念一直是工业界的热门话题。

文/图: 东方朔

责任编辑:赵亮