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转载 硅谷传奇:计算机发展简史 一 (附录)  

2016-05-15 14:36:55|  分类: 电脑密籍 |  标签: |举报 |字号 订阅

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19361112,阿兰·图灵(Alan Turing)发表了计算机理论的奠基性论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》(On Computable Numbers, with Application to the Entscheidungsproblem)。阐明了现代计算机理论,从理论上定义了现代通用计算机,可计算性等重要概念。为了模拟人的运算过程,图灵指出一台能实现数字计算和逻辑判断的机器必须具备以下功能:1.一条无限长的纸带。纸带分为一个个格子,每个格子里有一个来自有限字母表的字母,字母表中有一个空白符号。纸带上的格子被编号为0, 1, 2, …,纸带一端可以无限伸展。2.一个扫描器。扫描器能沿着纸带移动,能读出当前所在格子内的字母,并能改变该字母。3.一套控制规则。它根据图灵机的当前状态及当前扫描器读出的字母来决定扫描器的下一步动作,并改变状态寄存器中寄存的状态,令图灵机进入新状态。4.一个状态寄存器。它用来保存图灵机的当前状态。图灵机的所有可能状态的数目是有限的,并且有一个特殊状态——停机状态。满足上面这四个条件的机器就是有名的图灵机。图灵的这篇论文把奥地利数学家库尔特·哥德尔(Kurt Godel)1931年给出的不可能性定理,用图灵机精确地表达了出来。

图灵机每一部分都有限,只是有一个无限长的纸带,这是一个理想设备。图灵认为这样的一台机器就能模拟人类所能进行的任意计算过程。图灵对计算机理论的重要贡献之一是给出了停机问题,即数理逻辑中的可计算性问题。它问的是能否判断任意一个程序会在有限时间内结束运行这样一个问题。用数学语言来表示就是:给定一个程序P和输入I, 程序P在输入I下是否会停止?

1936年,图灵证明了图灵定理——不存在可以判断停机问题的通用算法。证明给出了计算机和程序的纯数学定义——图灵机。图灵定理告诉我们,停机问题在图灵机上是不可判定问题。从数理逻辑的观点来看,停机问题说的就是一阶逻辑的不完备性。因此,图灵机的本质是哥德尔不完备定理的另一种表述,图灵机是哥德尔的以通用算术为基础的一种形式语言。图灵因其图灵机和图灵定理,被认为是计算机科学之父。

                              图灵

 

                                                                图灵机

195010月,图灵发表一篇及其重要的论文《机器能思考吗》(Computing Machinery and Intelligence),提出了有名的图灵测试(Turing Test),为人工智能(artificial intelligence)奠定了基础,图灵因此被后人尊为人工智能之父。在第一代电脑时代,这篇论文定义了第五代,第六代电脑。

图灵不但在计算理论上为现代计算机奠定了基础,他在二战期间还为英国的军事情报局六处(MI-6),制造了一台名为巨人bombe)的计算机。并用该计算机破译了德国的军事密码ENIGMA,后人对此的评价是,图灵的破译使盟国提前了二年到四年结束了二战,同时为盟国避免了一千四百万到二千一百万人的死亡。

                “巨人解密机                                         谜机 Enigma

195468。图灵这位数学和计算机天才吃了一只含氰化钾的苹果自杀了。图灵是一个同性恋,当年同性恋在英国是违法的,他会因此坐牢。传说乔布斯为他的计算机公司起名苹果,就是为了纪念图灵,苹果公司商标上的那只被咬了一口的苹果是指图灵之死。此说并无根据,乔布斯曾出面否认。美国计算机协会为了纪念这位杰出的数学与计算机天才设立了图灵奖。每年,美国计算机协会要选出曾在计算机领域做出过杰出贡献的人为图灵奖获得者。图灵奖是计算机界的最高奖项。

             阿塔那索夫                                                      ABC

第一台电子计算机的发明人是美国人约翰·文森特·阿塔那索夫(John Atanasoff)。他是名副其实的电子计算机之父。阿塔那索夫是爱阿华大学(University of Iowa)物理系教授。阿塔那索夫和他的研究生克利福特·贝瑞(Clifford  Berry)于193910月研制了人类第一台电子计算机。阿塔那索夫把这台机器命名为ABCAtanasoff-Berry-Computer),其中,A、B分别取俩人姓氏的第一个字母,C为计算机的第一个字母。该计算机为衣阿华大学的教授和研究生们做出了很多微分方程的数值解。阿塔那索夫和贝瑞离开衣阿华大学前,他们制作了两台可以运行的ABC计算机。

ABC是第一台现代电子计算机,阿塔那索夫在设计这台计算机时,提出了三个非常重要的设计理念:以二进制逻辑来实现数字运算,以保证精度;利用电子技术来实现控制、逻辑运算、算术运算,以保证计算速度;采用把计算功能和二进制数更新存贮的功能相分离的结构。后来,控制论之父维纳在此基础上提出了计算机五原则:计算机必须是数字式的;以电子器件为主;采用二进制;内部存放计算表;在计算机内部存贮数据。这些理念直到现在仍然是设计计算机的基本理念。

这两台ABC计算机存放在衣阿华大学物理系的储存室里,很快被人遗忘了。1946年,两台计算机的零件被拆下来移作它用,只有存储器留了下来。衣阿华大学没有为ABC计算机申请专利,这是后来发明权之争的根源。阿塔那索夫的电子计算机之父称号,不是因为他的发明在当时为人们所接受,而是法院作出的判决。阿塔那索夫和著名的ENIAC计算机的发明人莫奇利(John Mauchly)和埃科特(John Eckert),为了谁是第一台电子计算机的发明人,打了一场有名的官司,法院开庭了135次。19731019日,法院宣布:莫奇利和埃科特没有发明第一台电子计算机,他们只是利用了阿塔那索夫发明中的构思。阿塔那索夫早在1941年,就把他的电子计算机的设想告诉过ENIAC的发明人莫奇利。莫奇利曾参观过阿塔那索夫在衣阿华大学物理系的计算机实验室。

1934年,德国人朱斯(Konrad Zuse)也开始制造计算机。1338年,他完成了Z-1号机械计算机,其速度与可靠性都很差。1941年,朱斯制造出了一台电子计算机——Z-3电子计算机,这是第一台可编程的电子计算机。可处理7位指数、14位小数。使用了大量的电子管。每秒种能做34次加法运算,一次乘法需要35秒。

1940年代,哈佛大学物理系的霍德华·艾肯(Howard Aiken)也在考虑设计通用的计算机。当时IBM的总经理沃森(Thomas Watson Jr.)极具慧眼,资助了艾肯的设想。1944年,艾肯研制出了MARK-1号计算机,它有15万个元件和800公里的电线,每秒钟能进行200次以上运算。女数学家格雷斯·霍波(Grace Hopper)为它编制了计算程序,该计算机能解微分方程。MARK-1号的问世实现了巴贝兹的夙愿,也是自帕斯卡计算机问世以来机械和电动计算机的最高水平。

同一时期,贝尔电话实验室的科学家斯蒂比茨(George Stibitz)领导的一个研究小组也在研制继电器式计算机。1940年,他们制造出了复数计算机(Complex Number Calculator),主要用于复数计算。人们对它的运算能力很满意,但它是专用机,不是通用机。1944年起,斯蒂比茨的小组又花了三年时间建造了类似的通用机。1946年,CNC正式运转,性能很好,是现代多处理机的始祖。

19409月,贝尔实验室在达特默思大学(Dartmouth College)演示M—1型机。他们把校园内的M—1型机和电报线相连,当场把一个数学问题解了出来并传输到了纽约,这是人类首次实现用计算机进行远程控制的梦想。

任何时代,军事科研总是走在时代的最前面。电子计算机的研发也是如此。二战爆发后,为了计算火炮弹道,需要实时计算工具。当时人们已经生产具有记数、计算、传输、存储、控制功能的电子器件了,电子计算机也应运而生。1946年,宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)的埃克特等人在ABC的启发下,研制出了那台有名的电子计算机——埃尼阿克(ENIAC)。它有17468只电子管,7200多个二极管,70000多个电阻,10000多只电容器和6000多只继电器,50多万个焊接点,机器被安装在一排2.75米高的金属柜子中,占地面积170平方米左右,重30吨,运算速度每秒钟5000次加法,能在3/1000秒时间内完成两个10位数乘法。当时最快的计算机做40点弹道计算,需要两小时,埃尼阿克只需3秒钟,实乃奇迹。埃尼阿克并不完善,它没有存储器,只有寄存器,仅能寄存10个数码。而且耗电惊人,当时的一个笑话说,只要它一开机,整个费城的路灯都会变暗。计算机界有名的“debug”一词也来自埃尼阿克,因为埃尼阿克中的电线常被虫子(bug)咬断,检修人员常常要到机器里去查找被咬断的电线,再把它接上,于是寻错就被“debug”一词取代。尽管埃尼阿克很简陋,但是它象征着第一代电子计算机的诞生。至今,电子计算机已有了70年的历史。在工艺上,它经历了四代,第一代是电子管计算机,第二代是晶体管计算机,第三代是集成电路计算机,第四代是大规模集成电路计算机。

1945年,时任美国国家科技政策和资源掌门人的布什,发表了一篇影响了几代人的著名文章《如果我们这样思考》(As We May Think)。布什在论文中预言了计算机的未来,未来的计算机不仅是计算工具,也是人们的信息处理工具,即人脑的辅助工具。论文指出,未来的计算机能帮助人们做一切人脑能做的事情:思考、推理、计算、储存信息、处理信息、共享信息。

19471223,美国贝尔实验室的肖克利(William B Shockley),巴丁(John Bardeen),布拉顿(Walter H. Brattain)研制出了世界上第一只晶体管。人类进入了固体电子时代。

1948610,香农在《贝尔系统技术杂志》(Bell System Technical Journal)上发表了著名论文《通讯的数学原理》(A Mathematical Theory of Communication)。一年后,他又发表了另一著名论文《加密的通信》(Communication Theory of Secrecy Systems)。这两篇论文阐述了通信的基本问题,给出了通信系统模型,提出了信息量的数学表达式,并解决了信息通道容量、信息源的统计特性、信息源编码、信息通道编码等一系列基本技术问题。这两篇论文成是信息论的奠基性著作。

肖克利,巴丁,布拉顿

19499月,Mark-3号研制成功,Mark-3号是艾肯研制的第一台内存程序的大型计算机,他在这台计算机上使用了磁鼓作为数与指令的存储器,这是计算机发展史上的一项重大改进,此后磁鼓成为第一代电子管计算机中广泛使用的存储器。1950年,东京帝国大学的Yoshiro Nakamats发明了软磁盘,开创了计算机存储的新纪元。

1954年,贝尔实验室用800只晶体管制成了世界上第一台晶体管计算机TRADIC

1956年,美国达特茅斯大学的麦卡锡(John McCarthy),哈佛大学的明斯基(Marvin Minsky)、贝尔实验室的香农和IBM公司的罗彻斯特(Nathaniel Rochester)一起在达特茅斯大学举办了一个沙龙式的学术会议,与会者还有卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)纽厄尔(Allen Nwell)和赫伯特·西蒙(Herbert Simon)、麻省理工学院塞夫里奇(Oliver Selfridge)和索罗门夫(Ray Solomamff),及IBM公司塞缪尔(Arthur Samuel)和莫尔(Trenchard More)。是为著名的达特茅斯会议。在经讨论后,他们首次提出了人工智能这一术语,标志着人工智能作为一门新兴学科的出现。

19578月,麻省理工的肯·奥尔森(Ken Olsen)在波士顿(Boston)创立了数字设备公司(Digital Equipment Corporation)。此后的数十年中,DEC公司的PDP系列,开创了小型机时代。今天人们广泛使用的UNIX系统最初就是在PDP上开发的。

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