複雜數字計數機

基本介紹

• 中文名：複雜數字計數機
• 外文名：Complex Number Calculator
• 別稱：斷電器計數機型號
• 發明時間：1940年1月

概述

複雜數字計數機(Complex Number Calculator)，後來改稱為“斷電器計數機型號I (Model I Relay Calculator)，也稱為Bell Labs Complex Computer。

The Complex Number Calculator (CNC)

1940年1月，在Bell Labs,Samuel Williams 及GeorgeStibitz完成了一部可以計算複雜數字的機器，叫“複雜數字計數機(Complex Number Calculator)”，後來改稱為“斷電器計數機型號I (Model I Relay Calculator)”。它用電話開關部份做邏輯部件：145個斷電器，10個橫槓開關。數字用“Plus 3BCD”代表。在同年9月，電傳打字etype 安裝在一個數學會議里，由New Hampshire 連線去紐約。

CNC鍵盤

喬治·斯蒂比茨

喬治·斯蒂比茨有“高科技孵化器”美稱的貝爾電話實驗室是世界聞名的研究機構。對計算機發展有重大影響的許多發明創造：電晶體、UNIX作業系統、Alto個人計算機系統等都是在這裡誕生的。它還製造出了世界上最早的機電式數字計算機系列“Bell Model K”。這一系列計算機的發明者就是斯蒂比茨。

George Robert Stibitz

喬治·斯蒂比茨(George Robert Stibitz)1904年4月20日生於美國賓夕法尼亞州的約克(York，Pennsylvania)。他的父親是一個神學教授，母親則是一位數學教師。斯蒂比茨在俄亥俄州的戴通(Dayton，Ohio)長大。這裡是20世紀上半葉美國最著名的發明家之一凱特林(Charles Franklin Kettering，1876—1958)的家鄉。凱特林是汽車自動點火裝置、四乙鉛防震汽車汽油、將內燃機加以改進用於火車機車、氟里昂冰櫃等的發明人，後來又致力於教育改革，在家鄉創辦了一所實驗中學Moraine Park School，實行靈活的課程計畫和小班授課，提倡啟發式教學和鼓勵發明創造。斯蒂比茨就是上的這所中學，接受了良好的教育。

1922年高中畢業以後，他獲得獎學金進了Denison大學，主修數學，兼攻物理，1926年取得學士學位。之後他進入Union學院，只用了一年時間就取得物理學碩士學位。在通用電氣公司幹了一年以後，他又重返校園，在康奈爾大學攻讀博士學位，在赫爾維茨教授(Wallie Hurwitz)的指導下研究非平面膜的微分幾何學問題。論文中他以揚聲器振動膜的振動為例推廣到一般膜的特性，獲得好評。1930年他取得博士學位以後進入貝爾實驗室作“數學工程師”。

大家知道，貝爾實驗室主要從事通信技術方面的研究。通信離不開電，而在有關電流、電壓的計算中，要碰到所謂“複數”(complex number)，即包含“實部”和“虛部”(也就是有I=√-1)的數。複數的計算是一件麻煩的事，當時貝爾實驗室僱傭了一批計算員操作著機械計算器來做這件事，效率很低，常常影響研究課題的進展。斯蒂比茨決心發明一種新式的計算機以解決套用的需要。他和許多其他計算機先驅一樣想到了用二進制，而且想到了用在貝爾實驗室處處可以見到的電話交換機中所用的繼電器的通斷兩個狀態表示“1”和“0”。

喬治·斯蒂比茨1937年初冬的一個夜晚，他在家中的廚房裡開始設計和製造一位的二進制加法器。他將從實驗室帶回的繼電器、電池、指示燈等元件固定在一塊1英尺見方的膠合板上，從空的食品罐頭上剪了一些狹條作輸入，用指示燈的明、滅代表計算結果，實驗一舉獲得成功!這使他大受鼓舞，隨後的夜晚，他對這個簡單的一位加法器進行改進與擴充，使之能完成其他運算。在初步設計完成以後，他把裝在膠合板上的這台“樣機”帶到實驗室表演給數學部主任弗雷(Thornton Fry)看。

弗雷開始時對斯蒂比茨的這一創新並沒有引起太大重視，直到第二年夏天由於計算任務壓力的增大，有人建議把台式機械計算機的軸連在一起以加快計算，這從理論上來說雖然是可行的，但實現起來很複雜，操作也麻煩，弗雷這才想起斯蒂比茨的發明，問他能不能用他的發明解決複數計算問題，斯蒂比茨這時早已成竹在胸，當即接受了任務。在實驗室另一位工程師威廉士(Sam Williams)的協助下，1939年11月，貝爾1型複數計算機(Bell Model I Complex Number Calculator)終於問世。

工作人員在操作

這是世界上最早的機電式數字計算機之一，也是第一台採用“餘3碼”(excess-threecode)的計算機。所謂餘3碼，是對十進制數n用等效的二進制n+3加以表示的一種編碼方法，是斯蒂比茨發明的，因此也叫“斯蒂比茨碼”(Stibitzcode)。

Complex Number Calculator

“智者”

古希臘哲學家柏拉圖寫過一本《理想國》。在他看來，人是按照不同的等級劃分的。因此，平等和民主都是不可能實現的空話。一個國家，應該由社會中最優秀的精英來統治；而“理想”國家的權杖，更應該交給最有智慧的“哲學王”。

就象草原上的羊群，要有帶頭羊；就象戰場上的軍隊，要有指揮將領。如果從使用者的角度，我們也很容易把所有網路都看成是由中央控制，然後發散到四方的系統。這樣的網路安全可靠，容易管理，並且“令行禁止”。最初的電腦網路也確實是按照這種原理設計的。

如果我們追溯今天複雜的網路系統的原理，甚至可以把目光投到1940年的9月10日-13日。那是一次在達特茅茨學院召開的美國數學協會的會議。貝爾實驗室的George Stibitz打算在這裡演示他們的“複雜計算機”（Complex Calculator）。

然而，這台後來被稱為“貝爾實驗室模型1號”（Bell Labs MODEL 1）的機器，離會場實在太遠了。要想從紐約用卡車把這個龐然大物運過來，確實不是一件易事。最後想出來的“權益之計”就是在會場外的過道里安放一個電傳（Teletype）終端，讓與會者通過這台電傳機來轉達自己的指令。就這樣，用一種間接的方式，可以使用遠在370公里以外的計算機（還不是電腦）。

儘管按照今天的標準，這遠遠不能算是電腦網路。而且，這次實驗甚至比1946年美國賓夕法尼亞州誕生第一台電子管電腦還早了6年。但是，不少探討電腦網路歷史的書仍然要首先提到這台“模型1號”，因為這次實驗向人們提示了遠距離控制計算機的可能性。

10年以後，東西方正在醞釀一場冷戰。美國軍隊開始擔心俄國熊的飛機繞道北極前來空襲。為此，1951年，麻省理工學院成立了著名的林肯實驗室，專門研究防範蘇聯轟炸的措施。而他們的主要研究項目就是“遠距離預警”（DEW:Distant Early Warning）。

歷史的巧合有時候的確讓人忍俊不禁。這個最初的“遠距離預警”系統，正是那種由中央控制的網路結構，而且它的名字也叫“智者”（SAGE）。當然，這個“智者”還遠不是真正的“哲學家”，而只是一個“半自動基礎環境”（Semi-Automatic Ground Environment）。

按照專家們的設計，這個“智者”必須完成三個任務：第一，採集從各個雷達站蒐集來的信號；第二，通過計算判斷出是否有敵機來犯；第三，將防禦武器對準來犯的敵機。

毫無疑問，“智者”是第一個真正實時的人機互動作用的電腦網路系統，它能接收網路上各個節點傳送過來的數據，能夠按照鍵入的指令來處理這些數據。

由於在運行的過程中需要人的干預，所以被稱作是“半自動”的系統。1952年，“智者”系統投入使用，成為當時遠距離訪問的電腦網路的一個典型。

從此，“智者”一類的網路就不斷湧現。到了60年代，已經開始廣泛套用于軍隊、機場和銀行等系統中。這類網路的共同特點就是在中心有一台大型電腦，用來存儲和處理數據,其它電腦作為終端通過一定的方式（比如，電纜或者電話線）

連通這個數據中心。每個網路都是為某種特殊用途專門設計的，並且只允許系統授權的用戶進行訪問。

銀行系統就是這樣，每一個銀行的分行都有一台電腦和中心銀行相連，在中心銀行則有一台大型的電腦在那裡存儲和整理數據，並且不斷對各個分行提供信息和發出指令。如果不是銀行系統授權的人，就不可能使用銀行的電腦。直到現在，我們仍然能夠在機場、銀行和商場等地到處看到這種類型的電腦網路為我們服務。

在電腦網路理論中，通常把這種將數據從線路的一端直接傳送到另一端的方式稱為“線路交換”（Circuit Switching）。而這種由強大的網路伺服器管理的網路則通常被稱為中央控制式網路（Centralized Networks）。

我們平常理解的電子通信也都是這樣：在一個中央控制的系統之中，信號從出發點直接到達目的地。比如打電話，撥通了電話之後，信號從打電話的人那裡直接傳給接電話的人，並不需要中間有任何環節來接收和轉換這些信號，通話期間，整條線路也要被獨占（線路交換）。發電報和傳真也同樣是這個道理。這種通信方式當然是最直接的，也是最容易管理的──只要在中央一級進行監控就行。

但是，這種方式也有一個致命的缺點，如果切斷了從出發點到目的地中的任何一處，都會使通信中斷。

本世紀60年代，當世界上已經有若干國家擁有核子彈和氫彈的時候，美國的中央控制式網路已經達到相對發達的程度，美國軍隊的聯繫也開始依賴於電子通信。那些極為注重高新技術開發的國防高級研究計畫署的官員們，開始從另一個角度來考慮可能的核戰爭會給美國、尤其是給美國軍隊的通信帶來什麼樣的影響。

在他們當時考慮的諸多問題中，有一個問題顯得格外突出，這就是：“如何在受到核戰爭襲擊之後，保持軍隊中各個網路之間的聯繫。”

時勢造英雄。為了解決這個對美國生死攸關的問題，人們期待著具有洞見的網路專家和嶄新的網路理論。