基本介紹
- 中文名：微分分析儀
- 外文名：Differential Analyzer
- 分類：計算機
- 創始人：布希
微分分析器的研究過程,范內瓦·布希介紹,模擬計算機,計算機與數字圖書館,微分分析器的特點,
微分分析器的研究過程
微分分析器，19511930年，美國麻省理工學院和哈佛大學的博士V·布希，在一些工程技術人員的協助下，試製出一台微分分析儀的樣機。這台用於計算的裝置與現代的計算機很不一樣，它沒有鍵盤，占地約幾十平方米，看起來有點像檯球桌，又有點像印刷機。分析儀有幾百根平行的鋼軸，安放在一個桌子一樣的金屬櫃架上，一個個電動機通過齒輪使這些軸轉動，通過軸的轉動來進行數的模擬運算。
參觀過分析儀的人說，操作者要“一手拿一個扳手，另一隻手拿一個齒輪”。即使用者必須手持改錐和錘子來為分析儀編製程序。在試製出第一台樣機後，布希又採用電子元件來取代某些機械零件。但總的來說它仍然是一台機械式的計算裝置，它就是“洛克菲勒微分分析儀2號”。在第二次世界大戰中，美軍曾廣泛用它來計算彈道射擊表。
電子模擬計算機和後來數字電子計算機的出現，使機械模擬計算裝置完全無用了。布希研製的分析儀後來被麻省理工學院及倫敦科學博物館收藏起來。
范內瓦·布希介紹
范內瓦·布希（VannevarBush），這位具有6個不同學位的科學家、教育家和政府官員與本世紀許多著名的事件都有著千絲萬縷的聯繫，其中包括“"曼哈頓計畫”、矽谷、國際網際網路等。倒轉資訊時代的時鐘，無論你審視信息技術發展史的哪個領域，范內瓦·布希都是在那裡留下過足跡的具有遠見的先驅性人物。正如歷史學家麥可·雪利（Michael Sherry）所言，“要理解比爾·蓋茨和比爾·柯林頓的世界，你必須首先認識范內瓦·布希。”正是因其在信息技術領域多方面的貢獻和超人遠見，范內瓦·布希獲得了“資訊時代的教父”的美譽。
布希的一生與麻省（兼指麻薩諸塞州和麻省理工學院）結下了不解之緣。1890年3月他出生於美國麻薩諸塞州的埃弗爾內特（Everett），在為科學和教育事業貢獻了一生之後，布希於1974年6月在麻薩諸塞州的貝爾蒙特（Belmont）逝世。從1919年起直到1971年，布希長期在著名的麻省理工學院（MIT）工作和教學。從1930年開始，在MIT擔任電子工程學教授的布希和一個研究小組開始著手設計能夠求解微分方程的“微分分析機”的工作，造出世界上首台模擬電子計算機。這一開創性工作為二戰後數字計算機的誕生掃清了道路。40年代早期，作為羅斯福總統的科學顧問，范內瓦·布希組織和領導了製造第一顆核子彈的著名的“曼哈頓計畫”。其後，他先後參與了從氫彈的發明、登月飛行直到“星球大戰計畫”的眾多重大的科學技術工程。美國政府依據布希的建議和構想批准成立的國家科學基金會（NSF）和高級研究規劃署（ARPA）等科研機構保證了美國在尖端科技領域的長期領先地位。
1945 年，VannevarBush在"AtlanticMonthly"7月號發表了一篇名為"AsWe May Think"的文章。文章描述了一種被稱為MEMEX的機器，其中已經具備今天的超文本和超連線概念。他因此而被稱為網際網路先知。
MEMEX：Vannevar Bush的著作"As We May Think"中所描述的機器，以下引用。
未來的計算機將是用電的。他們會比今天的機器快一百倍甚至更多。重複的思維過程不僅限於計算與統計，實際上，商業事務以及不斷擴張的市場都在等待大批量製造的計算機的問世，它們中的一些將能滿足現在文明最挑剔的要求。
考慮一下未來個人使用的設備，它將是一個機械化的個人圖書館，它需要一個名字引起人們的注意："MEMEX"就可以。MEMEX是這樣一個機械化設備，人們可以在其中存儲書籍、記錄和信件，同時可以以很高的速度和極強的靈活性完成檢索。作為輔助設備，它是人腦的無限擴大。
MEMEX有一個傾斜的半透明的螢幕，資料可以投影到上面進行閱讀，還有一個鍵盤，一系列按鈕和把手。
它的一端是存儲的材料，體積問題由於採用了改進的微縮膠片而得到了很好的解決。
MEMEX的大部分內容都是直接買來的，可以直接插入。
各種書籍、圖片、期刊、報紙都可以這樣得到並插入進行閱讀，商業信函也可以，而且還備有直接輸入的設備。
當然還有用於諮詢的記錄，它們來自於日常的索引工作。如果用戶想從一本書中查找資料，他只需在鍵盤上輕輕敲出這本書的代碼，書的封面就馬上會投射到他面前的瀏覽器上。此外，他還有一個額外的"游標"可以使用，把這個游標拉到右邊，這本書就在他面前一頁頁地投射出來，速度正好可以讓人清晰地瀏覽每一頁。再向右拉一下，瀏覽的速度就可以變成每次10頁，再過去一點就是每次100頁。還有一個鍵可以讓用戶直接回到索引的第一頁。
如果在檢索時有一種更直接的方法，能進行聯繫索引，就會方便許多，這就是MEMEX的基本概念：對兩個條件進行並行檢索是一個重要的要求。用戶創建一個軌跡時，他必須指定一個名字，插入到他的代碼本中，並且可以在鍵盤上將其調出。
這樣，不論何時，只要這些條目中有一個顯示出來，就能調出相關的條目。
完全新式的百科全書也將出現，互相聯繫的"軌跡"貫穿其中。專利律師可以輕鬆查找成千上萬個已經發布的專利，外科醫生可以參考解剖學書籍，歷史學家也可以擁有大量的個人年表。
將會有一種新的職業出現，那就是"軌跡製作者"，他們會從大量普通的材料中構造有用的"軌跡"並從中感受快樂。大師們的遺產將不只是他個人貢獻給世界知識寶庫的東西，而將成為人類共享的整體的知識框架。這時候，人們將可以通過它們製作、存儲、檢索人類的所有記錄。
暢想未來更壯觀的工具很有吸引力，而研究現在已知的或正在快速發展的方法和部件會很枯燥。預測是很困難的，但根據當前的情況進行預測，就更能說出其可能性，而不只是預言，還可以是一個建議，因為基於已經存在的情況進行的預言更有效，不像是基於未知的預言那樣只是猜測。
模擬計算機
電腦在當時仍屬稀有，人們對於問題的解決方案通常是寫死在表格紙上（像是曲線圖和列線圖解），用來一併解決相似的問題，比如說暖氣機里的溫度和壓力分布。
卡方分布的列線圖解二次大戰之前，當時的最高科技是機械式和電動式的模擬計算機，也被認為是前途光明的計算機趨勢。模擬計算機使用連續變化的物理量，像是電勢、流體壓力、機械運動等，處理表示待解問題中相應量的器件。例如在1936年製作得相當精巧的水流積算器（Water Integrator）。跟現代的數位電腦比起來，模擬計算機相當不具彈性，必須手動裝配（像是重新改編程式）才能處理下一個待解問題，不過早期的數位電腦能力有限，無法解決太過複雜的問題，所以當時的模擬計算機還是占有優勢。直到數位電腦越來越快，擁有越來越強的記憶能力（像是RAM）之後，模擬計算機就迅速受到淘汰，程式設計從此成為人類另一項專業技能。
諾頓轟炸機瞄準器部分類比電腦廣泛套用在軍事瞄準用途，像是海軍船艦上的諾頓轟炸機瞄準器（Norden Bombsight）和火力控制系統（Fire-Control System），有些器件甚至直到二戰結束數十年後仍未退役，其中一個例子就是由美國海軍開發的馬克一號火力控制電腦（Mark I Fire Control Computer），從驅逐艦到戰列艦都看得到它的影子。
1930年，現代電腦之父萬尼瓦爾·布希發明微分分析器（Differential Analyzer），模擬計算機科技至此達到頂峰，大部分的零件都已經被製造出來，終於，賓夕法尼亞大學的摩爾電機工程研究所（Moore School of Electrical Engineering）打造出最具影響力的數位電子計算機──電子數值積分計算器（埃尼阿克）。埃尼阿克的誕生終結了大部分模擬計算機的生路，不過從1950年代到1960年代，由數位電子學控制的混合型模擬計算機依然活躍，之後模擬計算機就套用在部分專業用途上。
計算機與數字圖書館
在第二次世界大戰中，布希曾啟用自己十多年前在MIT時發明的模擬式計算機——大型微分分析儀——來幫助計算炮彈彈道，並通過彈道實驗室強力地資助了美國最早的數字式計算機的研究，這在客觀上催生了計算機時代的來臨。
關於誰是第一台數位化電子計算器的發明者問題，在美國計算機界紛爭了多年。相當一部分人認定由莫齊利和埃克特1943年在彈道實驗室完成的“愛尼亞克”（ENIAC）計算機是世界上第一台電子數字計算器，但也有不少人認為當年在衣阿華大學執教的阿塔納索夫和貝利(C.Berry)發明的ABC（Atanasoft-BerryComputer）計算器，才是真正的數字計算機的“鼻祖”。為此，1973年10月，好訴訟的美國人在明尼蘇達州的一家地方法院，經過多達135次開庭審理後，當眾宣判了這樁有關計算機發明權的智慧財產權案，判決書最後認定莫齊利和埃克特沒有發明第一台計算器，只是利用了阿塔納索夫發明中的構思。
用法律判決來還“電子計算機之父”的本來面目真可謂是美國人的一大發明！但判決書並不能代替歷史事實。綜合種種歷史客觀證據，可以這么說，阿塔納索夫的ABC模型機正好處於模擬計算與數字計算的門檻上，從ABC開始，人類的計算才從仿真向數字挺進，而“愛尼亞克”則標誌著計算器正式進入了數字時代。這兩個機器的產生過程中都有布希的身影存在，前者在於思想啟發方面，後者則在強大的經濟資助方面。
當年布希在MIT任教時期研製計算機的初衷，如前文所述，也是為了求解與傳輸電路有關的微分方程。那時為了求出一個方程的解，演算工作量大得驚人，常常或冥思苦想好幾個月，或浪費掉幾百張草稿紙也仍然得不出答案。有一天他突然感覺到，與其再想下去，不如製作一台模擬計算裝置幫助求解更合算。於是從1930-1931年，布希帶領一批年輕工程師在MIT完成的一台“大型”計算機器。說它是“大型機”並不為過，因為這台機器自重就超過了100噸，裝備著數百根平行的鋼軸，需要用一系列電動機驅動。僅機器內部的電線，若首尾排列起來就長達200英里。一個參觀過微分分析儀的人曾挖苦說，布希必須“一手拿扳手，一手拿改錐”才能操作機器進行計算，但當時它卻讓麻省理工學院的科學家們興奮不已，因為他們從此有了求解數學難題的有力武器。
當然，直接啟發了阿塔納索夫最初靈感的布希所發明的微分分析儀，只是一種模擬式計算機。所謂模擬，指的是它利用齒輪轉動的角度來模擬計算結果，與萊布尼茨乘法器的原理類似，它還不是真正意義上的數字計算機。布希發明的這種機器當時至少被人仿造出5台，在二戰中曾幫助英國計算德軍V-2飛彈的彈道表，戰功卓著。現今在麻省理工學院和倫敦博物館裡，還各收藏著一台不太完整的這種機器，但都已不能正常運轉了。
布希在戰爭即將結束的1945年7月，在美國極有影響力的雜誌《大西洋月刊》上發表了一篇題為“似乎我們可以思維”的論文，[8]題目中的“我們可以思維”實際上指的是“我們可以用來機器思維”。文中他整理和闡述了自己多年來關於使用微縮膠片、聲音等多媒體方式存儲和處理信息資料、達到幫助人類思維目的的思想。該雜誌的編者當時在給布希的論文所加的編者按中寫道：
“作為OSRD的主任，布希博士曾協調了超過6000名的美國頂尖科學家們把科學套用到戰爭事務的活動，在這篇具有重大意義的論文中，他又激勵科學家們投入戰後的新知識領域。多年來大量的發明創造極大地擴展了人類的物質能力，遠超過對心智慧型力的提升。榔頭勝過拳頭，顯微鏡銳利了眼睛，工具如今就在手上，如果加以妥善發展，將給人類鋪就利用各時代知識遺產的通途。布希博士通過本文呼喚思考著的人類與我們知識總積累間的一種新型聯繫。”
布希在文中指出，二次大戰中，科學情報在大規模軍事研究和開發工作中起到了過功不可沒的作用，在戰後的科學研究和發展中肯定仍有不可輕視的重要意義。文中他還首次提出將傳統的圖書館館藏文獻的儲存、查找機制與計算機結合起來，構思並描述了他所構想的一種稱為Memex（有人譯作“記憶擴展機”，也有人譯作“超文本存儲器”。本文從後者）的設備，其本質是機械化的個人文檔與圖書館，即台式個人文獻工作系統，能存貯書、記錄和通訊的綜合裝置。美國的Ted Nelson在60年代正式提出超文本（Hypertext）的概念。進入90年代，隨著多媒體技術與網際網路技術的發展，超文本的套用更加廣泛，信息組織與管理的超文本化成為信息傳遞的基本形式。
今天，隨著計算機技術、通信技術、高密度存貯技術和多媒體技術的飛速發展，原有各種物理載體所存儲和傳輸的信息，正在逐步數位化，電子圖書大有取代紙介質的書、數字圖書館大有取代傳統圖書館的趨勢。而數位化圖書館的構想就始於布希在這篇論文中所論述的思想，這使他成為人們公認的這一領域的預言者和先驅。
