书城科普改变历史进程的发明(趣味科学馆丛书)
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第8章 信息领域的故事(5)

莫尔学院电工系的捷·莫希莱参加了制定火力表的工作。当时他36岁,早在20世纪30年代就对计算机感兴趣,并制成了模拟计算机装置。20世纪40年代初,他认为必须把电子管应用于计算机装置上来,1942年夏末,他写过一篇题名为《高速电子管计算装置的使用》的备忘录,提出了电子计算机制造的可能性。这实际上成了第一台电子计算机的初始方案,但后来却遗失了。1943年初,莫希莱和莫尔学院电工系工程师埃克特,根据一个秘书的速记记录重新整理了这份备忘录,并且由埃克特补写了附录,提出了如何使用硬件的具体建议。

29岁的陆军中尉格尔斯坦,当时是负责联系阿伯丁实验室和莫尔学院电工系的军方代表,也是莫希莱的朋友,他也是一位数学家,曾在密歇根大学任数学助理教授。莫希莱多次对格尔斯坦讲自己关于电子计算机的设想。思维敏捷的格尔斯坦,立即意识到这一设想对解决制造火力表困难的巨大价值,马上向他的上级吉伦上校作了汇报,并立即得到吉伦上校的热情支持。陆军军械部要求莫尔学院起草一份为阿伯丁弹道实验室研制一台电子计算机的发展计划。1943年4月2日,莫尔学院负责与阿伯丁联系的勃雷德教授草拟了一份这样的报告。

1943年4月9日,在阿伯丁召开研制电子计箅机的听证会,这是决定第一台电子计算机命运的一天。参加这一会议的有阿伯丁弹道研究所所长西蒙,美国杰出数学家韦布伦。韦布伦是陆军上校、普林斯顿高等研究院教授,他的意见举足轻重。会上听取了格尔斯坦的介绍和说明,讨论了第一台电子计算机的可能性。最后,韦布伦教授支起坐椅后腿沉思片刻,接着“砰”的一声放下椅子站起来说道:“西蒙,支持这项工作吧!”于是在陆军的支持下,第一台电子计算机方案获得通过,研制工作就这样开始了。

1943年6月5日莫尔学院与军械部正式签订合同,并由吉伦上校建议将这台机器命名为“电子数值积分计算机”,简称ENIAC(电子数值积分和计算机五个英文单词的首母缩写)。

莫尔学院和陆军弹道研究室立即组成一个由30多名工程师和数学家参加的研制小组(莫尔研制小组),共200多名工作人员。由莫希莱、埃克特和格尔斯坦领导这个研制小组,他们是志同道合的青年科学家。

领衔担任总工程师的埃克特,当时年仅23岁,不久前刚从莫尔学院毕业,具有较丰富的实践经验。他领导着一批掌握第一流技术、具有献身精神的工程师和技术人员。他要求严格,对每一部件都规定了严格的标准。莫希莱不仅是位年轻的物理学家,而且具有较强的逻辑思维能力和组织能力,他负责电子计算机的总体设计。格尔斯坦不仅是一位数学家,而且具有较强的组织和管理才能,他不仅负责计算机制造的总体管理工作,而且在数学上提供了许多有益的建议,是一名精干的组织管理人才,他们三人配合默契。此外还有年轻的逻辑学家勃克斯参加。著名科学家诺依曼也参加了后期研制工作。

研制小组全体成员思想活跃,充分发扬学术民主,经常讨论方案实施情况,因此研制工作进展顺利。经过两年的努力,到1945年底,ENIAC的总装和调试全部完成。1946年2月15日,正式举行了隆重的ENIAC机揭幕仪式,并且作了现场表演。

ENIAC机实际花费了48万美元,它结构庞大,总体积约有90立方米,占地170平方米,重30吨。它共用18000个电子管,70000个电阻,10000个电容,6000个开关,1500个继电器,运转时耗电140千瓦。

这台电子计算机由控制、运算、存贮、输入和输出五部分组成,首次采用电子元件、电子线路(用作电子开关的符合线路、用于汇集从各个来源的脉冲的集合线路、用以计算和存贮的触发器线路)来实现逻辑运算、存贮信息。其运算速度比当时最好的机电式计算机快1000倍。

计算一个弹道用人工若需1个星期,而用ENIAC机只需3秒钟。在19世纪,英国人香克斯用了毕生的精力将圆周率π的值计算到小数点后707位,而ENIAC机仅用40秒钟就打破了这项记录,并且发现香克斯的计算中第528位是错的,当然后面的各位也都错了。ENIAC机具有记忆装置,有按一定程序逐步计算的自动控制能力,这就大大提高了计算的可靠性。

ENIAC机采用了20只加法器,每个加法器由10组环形计算器组成,可存贮长10位的十进制数,并能同时执行几个加法或减法运算,是以后并行计算器的前身。

1947年ENIAC机运往阿伯丁弹道实验室。虽然它没有赶上第二次世界大战时使用,但它仍专门用来计算炮弹和炸弹的飞行轨道以及解决军事上的其他数学问题,直到后来经过多次改进而成为能进行各种科学计算的通用机。现在,这个世界上第一台电子计算机存于美国博物馆,作为现代计算机的历史文物供人参观欣赏。

ENIAC机的研制成功,具有划时代的意义。虽然它与现代计算机无法相比,但在当时技术水平的条件下,应该说是取得了惊人成就,是计算技术史上的最重大突破,是计算工具史上一座不朽的里程碑。它用电子的快速运动来代替机械的运动,从此开始,机器已不只是人的体力的延伸,而且为大脑的活动提供了辅助工具——电脑。人类走上了广阔的智力解放的大道,一个科技发展新时代——计算机时代开始了。

机器人来了

古时候,一些能工巧匠就已经能够制作出由人控制、具有人或动物的某些功能的机械装置,作为劳力的补充。例如《三国演义》中的“木牛流马”便是诸葛亮克敌制胜的“秘密武器”。根据史书记载复原的木牛书中记载三国时期蜀魏交战,由于蜀道艰难,用牛马运粮太慢,军粮告罄。于是诸葛亮凭借聪明才智,设计出了由人驾驭的“木牛流马”,作为运输工具,并安装了机关,使得军粮能够按时运达。后来,木牛流马一直作为一种神秘的“自动机器”流传至今。国外也有许多类似的记载。

作为科学技术的结晶,真正的机器人雏形出现在第二次世界大战期间。那时,为了处理放射性材料,美国的橡树岭和阿贡实验室发明了遥控操作的联动式机械手,以代替工作人员工作,从而避免工作人员受到辐射伤害。

到20世纪40年代末期,由于飞机生产的需要,美国开始应用当时刚出现的电子计算机技术研制数控机床,这种机床可根据预先编制的程序自动执行加工作业。1953年,这种数控机床研制成功了。

事隔一年,一位名叫乔治·德沃尔的美国人把遥控操作的机械手的制作原理和数控技术结合起来,研制成一台机器人的实验样机。当需要执行的指令通过程序输入计算机后,机器人就可脱离人的直接操纵自动地运行。当然,它只能做一些简单的重复性工作。直到20世纪60年代初,美国在乔治·德沃尔专利基础上正式研制成机器人产品,取名为“万能自动”机器人,它可用于搬运和焊接等作业,是第一台由电子程序控制的工业机器人。

此后不久,美国的另一家公司也开发出了可编程的机器人,取名为“多才多艺”机器人,它们在汽车制造厂一展神威,大大提高了生产效率和汽车的质量,也把汽车制造工人从繁重、危险的劳动环境中解脱了出来。

机器人美国公司的这一重大突破引起了日本、欧洲等国家的重视,它们纷纷投入巨额资金,引进美国的先进技术开发机器人。与此同时,美国又研制成了带视觉和触觉的机器人,这两种“感觉”,进一步扩展了机器人的应用领域。

到了20世纪70年代,计算机和人工智能技术的发展又将机器人推向了高级化。许多生产领域已离不开机器人,许多人类难以进行的工作召唤着机器人。后来,日本结合应用实际,大力发展了机器人,并一跃成为“机器人王国”。从此,浩浩荡荡的机器人大军走向了世界很多工厂。

目前,全世界各种机器人已超过60多万台,其功能得到不断充实和完善。从固定程序式的和示教再现的第一代工业机器人,发展到了具有感觉的第二代机器人和具有自主判断和决策功能的第三代机器人。机器人的形状可谓“千姿百态”,有像机器的、像人的、像蛇的、像汽车的……它们的用途也从最早的工业应用领域拓展到其他一些领域。