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相隔百年的計算機之夢

相隔百年的計算機之夢

相隔百年的計算機之夢

金庸小說中常有這樣的情節:主角因緣際會發現塵封多年的武功秘笈,因而修得絕世武功。上一篇提到巴貝奇發明第一部計算機也是如此,由於他在法國科學院發現蒙塵十多年的十七巨冊數值表,才從中領悟出差分機的原理。

這樣的情節隔了一百多年後再度上演,不過這次發現的不是武功秘笈,而是一件「兵器」,像是楊過發現獨孤求敗留下的玄鐵重劍。特別的是,扮演獨孤求敗這個角色的,正是當年發現秘笈的巴貝奇。

話說英國政府於 1833 年中止差分機的計劃後,巴貝奇並不氣餒,反而另起爐灶,重新設計功能更強的「分析機」 (Analytical Engine)。這部分析機可以使用打孔卡片輸入不同程式,是史上第一部可程式化的通用型計算機。然而巴貝奇於 1840 年完成設計後,仍然找不到資金援助,一生始終無法實現計算機之夢。

巴貝奇 (1791-1871)。圖片來源:維基共享資源 (Wikimedia Commons)

巴貝奇過世後,他的兒子亨利打造了差分機的縮小版模型,於 1886 年哈佛大學建校兩百五十週年時,贈予哈佛大學。隨著時間過去,人事更迭,這個模型最後堆在科學中心的閣樓裡,等待「楊過」來尋。

這位「楊過」就是正在哈佛大學攻讀物理博士的艾肯 (Howard Aiken)。艾肯從小生活並不順遂,父親酗酒後常會家暴。他十二歲時挺身捍衛母親,拿起撥火棒將抓狂的父親趕出門,父親從此消聲匿跡未再回來,但全家生活也因而陷入困頓。

為了幫忙分擔家中生計,艾肯只好輟學打工,所幸他的老師看出他有數學天分,特地幫他找了個夜間接線生的工作,好讓他白天仍能繼續上學。艾肯便這麼半工半讀完成大學學業,畢業後到電力公司上班,擔任電機工程師。工作將近十年之後,他決定繼續進修,於是在 1933 年,以 33 歲的高齡重返校園,進入哈佛大學攻讀物理博士。

1936 年,艾肯在準備博士論文時,為了計算非線性微分方程式,耗費大量時間與精神,讓他深切期盼能有計算機代勞。雖然當時已經有 IBM 之類的計算機公司,但都只限於處理簡單的統計分析,沒有一台可以計算非線性微分方程式的計算機。艾肯乾脆跑去跟系主任提議由哈佛自己來打造一台,結果系主任告訴他:聽說我們科學中心的閣樓裡有台黃銅製的計算機,要不你先拿去看能不能用?

艾肯找到這台半世紀前的差分機模型後驚為天人,進一步研究後,才知道巴貝奇在一百年前就設計出差分機,而且還有一部分析機才是巴貝奇的終極夢想。艾肯埋首史料之中,讀到巴貝奇所寫的這段話:

「如果有人無懼於我的遭遇,願意承擔並真正打造出一台機器,可以用不同原理或更簡單的機械構造,具體執行全部的數學分析,那麼我可以毫無所懼地將名聲賭在他身上。因為這一個人一定能理解我努力背後的本質,以及這些成果的價值。」

令他熱血奔騰,感覺巴貝奇彷彿從過去召喚著他,要他接棒完成使命——當然不是按照原始設計圖以齒輪打造出分析機,而是用當代技術實現分析機的功能。不過艾肯現在的研究領域是理論物理,已不再是工程師了,所以他打算著手制定出計算機的規格後,再交由計算機廠商設計打造。

1937 年 11 月,艾肯帶著企劃案向 IBM 提案,但IBM 內部爭辯許久,一直無法取得共識。直到 1939 年 2 月,IBM 董事長華森 (Thomas Watson) 才終於拍板定案,承諾無償為哈佛大學開發艾肯所規劃的「自動循序控制計算機」(Automatic Sequence Controlled Calculator) ,也就是後來所稱的「哈佛一號」。而此時艾肯也已在哈佛大學任教,便順理成章代表哈佛,與 IBM 的團隊合作開發。

1941 年,美國加入二次世界大戰,艾肯被徵召到海軍服役,無法繼續參與研發,只能委託物理系一位研究生接手他的工作。1944 年初,哈佛一號完工,長十五公尺,高兩米四,有 4.3 噸重,零件多達 765,000 個,是當時最大的計算機。

艾肯 (1900-1973)。圖片來源:維基共享資源 (Wikimedia Commons)

最重要的是,哈佛一號用打孔紙帶輸入程式與數據後,就能自動完成計算,並將計算結果印製成表格,過程中完全不需人力介入。艾肯如願實現百年之前巴貝奇未竟的分析機夢想。不僅如此,由於他指定 Grace Murray Hopper 一起前往接管哈佛一號,才促成 Grace 在程式設計上作出諸多貢獻(可參閱 4 月 17 日那篇〈誰是 Grace?〉),等於也實現了巴貝奇的搭檔愛達 (Ada Lovelace) 的夢想。

從1796 年,法國數學家德普羅尼完成沒有用的數值表,蒙塵多年後被英國發明家巴貝奇發現而設計出差分機。然後他兒子打造的差分機模型塵封五十年後,又啟發美國的物理博士艾肯設計出哈佛一號。這中間相隔 150 年,表面看起來是不同時代的人不相干的傑作,但其實卻是輾轉關聯、有脈絡可循,歷史真是奇妙啊!

  • 標題圖片:德普羅尼的數值表。圖片來源:Semantic Scholar。

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