機器大腦的誕生！「計算機之父」爭奪戰
2020-09-05 小浪底不浪導讀
回顧20世紀的科學大發現，「機器大腦」——電子計算機的發明無疑是人類歷史上的一個重要裡程碑。
然而，提到現代計算機之父，很難能將其具體到某一個人。
1946年美國發明的「埃尼亞克」計算機
因為在20世紀30-40年代這短短的20年裡，很多來自不同國家的天才科學家都親自參與並研製了很多計算機，有力推動了現代計算機技術的變革。
今天，我們來一起揭示科學界的一場關於人類「計算機之父」的爭奪戰！
馮·諾依曼與埃尼亞克計算機
關於計算機，我們首先會想起20世紀最傑出的科學家之一，馮·諾依曼。
跟大多數天才一樣，他一直是家長們口中的「別人家的孩子」。
1903年12月28日，馮·諾依曼生於匈牙利布達佩斯的一個猶太人家庭。他的父親麥克斯年輕有為，憑著勤奮、機智和善於經營，年紀輕輕就已躋身布達佩斯的著名銀行家行列。馮·諾依曼的母親是一位善良的婦女，賢慧溫順，並受過良好教育。
年少時的馮諾依曼
良好的家庭環境，加上數學和記憶方面超出常人的天賦，馮諾依曼一生共掌握了7門語言，其中最擅長德語和希臘語，馮·諾依曼在六歲就能用希臘語同父親互相開玩笑。
六歲時他能心算做八位數除法，八歲時掌握微積分；十歲時他花了數月讀完了一部四十八卷的世界史，並能對當前發生的事件和歷史上某個事件做出對比，並討論兩者的軍事理論和政治策略；十二歲就讀懂領會了波萊爾的大作《函數論》要義。
他能將讀過的論文和書籍一字不差地複述出來。
1921年，18歲的馮·諾依曼寫了他人生中第一篇論文，當他結束學生時代的時候，就已經自由漫步在數學、物理和化學的某些前沿領域了。
他具有很強的計算天賦，據說他的大腦可以直接計算水雷的爆炸、火炮的彈道等；
馮諾依曼
26歲任職於普林斯頓大學。當時和他齊名的是普倫斯頓高等科學院最初的其他三位教授：物理學家愛因斯坦、幾何學家維布倫、數學家亞歷山大。
1943年起他擔任了原子彈研製項目的專業顧問，在此期間遇到了負責計算機研製工作的好友莫奇利，針對當時計算機研製中存在的問題，他一針見血的提出了改進意見，提議利用增加存儲器和採用二進位的方法，極大地提高了計算速度。
當時，「二進位」的理念由德國著名數學家萊布尼茨，在1679年提出。因為它簡單的邏輯，使其邏輯電路設計中被廣泛使用，至今仍是計算機採用的主要方式。
1946年2月10日，世界上第一臺電子計算機「埃尼亞克」問世。
馮諾依曼與埃尼亞克計算機
這個大傢伙佔地150平方米，重達30噸。它採用了大量的電子管，耗電量巨大，每小時的耗電量達到174千瓦，並且每隔15分鐘就要壞一個電子管，需要專人替換和維護。
「埃尼亞克」計算機，每秒能進行400次乘法計算或5000次加法運算，以及數學上平方、立方、三角函數等複雜運算。顛覆了當時人們對計算的概念。
據悉，當時需要200個人連續計算2個月的火炮彈道，用這臺計算機只需要30s就能計算出來。
美國研製的「埃尼亞克」計算機
「埃尼亞克」計算機的問世，在當時引起轟動的同時，卻引發了一場關於「計算機之父」的爭奪。
阿塔納索夫與ABC計算機
在此之前，美國愛荷華州立大學的教授阿塔納索夫在1939年，最早提出利用二進位原理製造一臺計算機，方便他在授課的時候，求解線性方程組。
約翰·阿塔納索夫
他找到天才工程師貝利，跟他一起研製了兩臺計算機樣機，稱為阿塔納索夫·貝利（ABC）計算機，在ABC的研製過程中，經費和人手的缺乏導致他的研究一度中斷。
1940年，美國約翰斯·霍普金斯大學的教授莫奇利，也就是後來「埃尼亞克」計算機研製項目的負責人，拜訪了阿塔納索夫，並對ABC的設計細節和工作原理進行了詳細的了解，為他日後埃尼亞克的研製提供了巨大的幫助。
從這一點上來說，莫奇利確實存在剽竊行為，但阿塔納索夫當時沒有為ABC申請專利。
更為遺憾的是，ABC計算機在短暫使用後，被人遺忘在了愛荷華州立大學的地下室裡；1943年，由於戰爭物資的缺乏，ABC計算機被校方拆卸，把零件也作為他用。自此，阿塔納索夫作為計算機之父被人遺忘。
阿塔納索夫和他的貝瑞計算機在1960年才被重新發現並認可。人們按照阿塔納索夫的早期資料，做了一個復原版的ABC計算機。
阿塔納索夫發明的ABC計算機
楚澤與Z1計算機
然而，除了阿塔納索夫和馮·諾依曼，還有一位更早的計算機發明者——楚澤。
1938年德國人楚澤，以繼電器作為邏輯元件，使用二進位發明了世界上第一臺由程序控制的計算機Z1。
它也是世界首臺可自由編程使用二進位數的計算機。
他一直在孤軍奮戰，由於消息的封鎖和閉塞，不知道很多遠在美國的同行也在做著相關研究。不同的是，他們有政府和大學的資助。
楚澤依靠自己對計算機的熱情，經過兩年的艱苦研發，完全憑藉個人的力量自費研製出了第一代計算機Z1。
後來在朋友和德國飛行研究院的幫助下陸續發明了Z2和Z3。
1942年，楚澤寫出了世界上第一個西洋棋運行程序。隨後，Z3在戰爭中被炸得粉碎。
希特勒戰敗後，楚澤歷盡艱辛，帶著他新研製的Z4計算機輾轉流落到瑞士一個荒涼的村莊，一度轉向研究計算機軟體理論，並最早提出了「程序設計」的概念。
楚澤和他的Z4計算機
1945年，盟軍情報部門接到舉報，稱在阿爾卑斯山下一個偏僻小鎮的糧倉地窖裡，發現了德國研製的先進計算機。
情報人員打開地窖大門後，發現裡面存放著一臺機器，但這機器怎麼看也不像是德國的「先進計算機」，充其量也就是被印刷廠遺棄的排字機。苦笑著說：「德軍再傻，也不會把這麼重要的設備放在交通極為不便的山區。」
過了很長時間之後，西方計算機界終於認識到，這臺貌不驚人的機器的確是當時最先進的計算機，他的時間要比英美的發明更早，並且它採用最先進的程序設計。
這臺機器的名稱是Z4，他的發明人只是一位完全靠自費起家的建築工程師。
1949 年，楚澤把他的Z4 計算機安裝在瑞士蘇黎士技術學院，並且一直穩定地運行到1958 年。
在慕尼黑一家博物館裡，至今仍存放著一臺Z3原型機，只是它已經無法正常運作。
圖靈與巨人計算機
除了上面兩位隱姓埋名的科學家外，圖靈和他的「巨人計算機」卻顯得更為傳奇。
英國數學家艾倫圖靈
1943年的第二次世界大戰期間，為了破解德國「洛倫茲」密碼機，在隱蔽的布萊奇利莊園裡，英國科學天才圖靈製造出來了著名的「巨人」計算機（更多具體細節，可以參考我之前的文章「密碼爭奪戰」）。
巨人計算機首次利用電子管代替了繼電器，比美國的埃尼亞克計算機還要早兩年。
這臺機器在距離諾曼第登陸只有五天的時候，破解了德軍的密碼。保護了大量盟軍士兵的生命，加快了第二次世界大戰結束的進程。
英國科學家研製的巨人計算機
令人遺憾的是，布萊奇利莊園的情報人員們沒有被得到表彰，因為保密或其他原因，英國首相邱吉爾下令摧毀了「巨人計算機」。
一直到1985年人們才逐漸了解這件塵封的往事。
而圖靈卻早在1954年，因不堪忍受「同性戀」相關罪名帶來的恥辱，而吃下摻有氰化物的蘋果自盡了。
現代計算機
科學技術仍然在不斷發展，我們在前人的基礎上不斷推陳出新，計算機晶片也從早起的繼電器、電子管發展為後來的電晶體，直到今天大規模使用的集成電路。
集成電路
集成電路也在摩爾定律的推動下，不斷地挑戰著可容納元器件數目的極限。
計算機也實現了從專用設備到全社會普及的發展過程，擺脫了它原先笨重的樣式，體積越做越小，並且形態各異。
各類電子產品
如今一部小小的計算器就能遠遠超過當年第一代電子「計算機們」的計算能力了。
今天，計算機已經滲透到了我們生活的方方面面，便攜舒適的電子設備在方便我們生活的時候，我們是否有那麼一瞬間駐足凝思，感慨這些為科技發展付出無盡心血和智慧的偉大發明者？
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