日期：2012-05-12 20:28:16

　　（十二）数字计算机的那些父亲们
　　确实，正如英特尔广告所宣称的，4004及之后的8008、8080处理器的推出，标志着个人计算机（Personal Computer，PC）新纪元的到来。不过，在PC时代到来之前，计算机历经了一个不算漫长但绝对精彩纷呈的发展时期。因此，在开启PC新纪元之前，我们不妨先一起来回顾一下计算机的发展历史。
　　所谓计算机，往简单了说，就是可以实现计算功能的机器。因此从这个意义上说，斯奇卡德的算数钟（Calculating Clock）、帕斯卡的加法机、莱布尼茨的步进计算器、巴贝奇的差分机都属于“计算机”的范畴。不过，这一类“计算机”由于结构复杂、运算速度慢、计算精度差等原因，没有被广泛应用，最终都只是计算机历史上的匆匆过客而已。
　　1931年，当布什还在麻省理工学院当教授时，曾发明了一台“微分分析仪”（Differential Analyzer）。“微分分析仪”是二十世纪三四十年代最强悍的计算机，曾被称为现代计算机的先驱。不过归根到底，“微分分析仪”也还只是利用齿轮的转动角度来模拟计算结果，与上述的那些“计算机”并无本质上的不同。“微分分析仪”堪称模拟计算机时代的巅峰之作，但它还不是现代意义上的计算机。现代意义上的计算机，指的是数字计算机。

　　数字计算机的诞生离不开数字运算理论上的突破，而实现这一伟大突破的，是“信息论”的开山鼻祖克劳德.香农（Claude Shannon）。
　　香农1916年出生于美国密歇根州，父亲是法官，母亲是中学校长，据说他们一家还是大发明家爱迪生的远房亲戚。拥有良好教育背景的香农先后入读密歇根大学和麻省理工学院，并获得电子工程硕士学位和数学博士学位。
　　1941年，香农加入贝尔实验室，开始了他在那儿整整31年的研究生涯。1948年和1949年间，香农先后发表了两篇著名的论文：《通讯的数学原理》与《噪声下的通信》。
　　香农在这两篇论文中阐述了通信的基本问题，给出了通信系统的模型，提出了信息量的数学表达式，并解决了信道容量、信源统计特性、信源编码、信道编码等一系列基本技术问题。香农提出：所有的通信讯息，不管是电话、电报，还是广播、电视，都可以编码成数字0与1进行传输。同时，不管什么通信方式，都有一个传输限值，只要不超过这个限值，就可以实现通信的无损传输。香农还为这个限值首次提出了“比特（bit）”这一概念，如今“bit”成为信息量的度量单位。

　　香农的这两篇具有划时代意义的论文，奠定了狭义信息论的基础。1951年，美国无线电工程学会承认信息论这门学科，信息论的研究得到快速发展，并成为一套应用数理统计方法研究信息处理和传递的科学理论。到70年代，随着数字计算机的广泛应用，通讯系统的能力也有很大提高，人们越来越深刻地认识到信息可以与材料和能源一样，是一种可以加以充分利用和共享的资源。信息的概念和方法已突破香农信息论的狭义范围，成为一门研究信息的产生、获取、变换、传输、存储、处理、显示、识别和利用的信息科学，同时，还广泛渗透到物理学、化学、生物学等各个科学领域，并推动其他许多新兴学科进一步发展。

　　信息论与系统论、控制论一道，被视为是当今社会的“三大理论”。现如今，当我们经常夸夸其谈 “二十一世纪是一个信息时代”的时候，应该铭记一下香农这位“信息论之父”为我们这个信息时代所作出的贡献。
　　（092）
日期：2012-05-13 22:17:47

　　香农的贡献可不仅于此，早在创立“信息论”的10年前，年仅22岁的香农就发表了在计算机发展历史上具有划时代意义的论文：《继电器与开关电路的符号分析》。
　　当其时，香农正在麻省理工学院读硕士研究生，业余时间则跟随布什教授进行“微分分析仪”的研究。这段经历使得他对计算机技术有了深入的了解，并认识到模拟计算机的不足。1937年，香农完成了他的硕士论文：《继电器与开关电路的符号分析》。在这篇论文中，香农首次用布尔代数进行开关电路分析，提出逻辑运算中的真值和假值可以用数字1和0来表示，并通过继电器电路来进行运算，也就是将“1”与“0”同电路中的“开”与“关”对应起来。正是这篇被誉为“二十世纪最重要的硕士论文”，奠定了数字电路的理论基础，为现代数字计算机的发展铺平了道路。

　　不过，最早发明数字计算机的两位“数字计算机之父”，却并没有接触过香农关于数字电路的理论。他们仅仅凭借着灵感和实践，几乎是以一己之力，发明了简陋但却是历史上最早的数字计算机。
　　第一位被誉为数字计算机之父的是美国的乔治.斯蒂比兹（George Stibitz）。
　　1930年，26岁的斯蒂比兹在康奈尔大学取得数字博士学位，随即进入贝尔实验室担任研究员，研究方向包括如何改进电话继电器电路等问题。几年下来，工作上不过不失，普普通通、兢兢业业的一名普通研究员而已。
　　1937年11月的某一天夜里，在实验室忙活了一天的斯蒂比兹坐在家中的厨房，给自个儿泡了一壶上好咖啡，美滋滋享受着他的小憩时光。贝尔实验室牛人多、成果多、在那儿干活压力可不是一般的大，没有几个发明专利在手，你都不好意思跟人打招呼。虽然干的不是体力活，不用搬不用抬，但一天下来，照样是累得腰酸腿疼的。
　　斯蒂比兹站起来舒缓了一下筋骨，耳边又隐隐响起了电话继电器的“滴答滴答”的声响。唉，老毛病了，工作太累，幻听耳鸣什么的就如影随行。每个月总有那么几天，斯蒂比兹也习惯了，过一会就没事了。不过这一次不知道是咖啡喝多了，还是晚上吃的牛扒盐搁多了，“滴答”声不仅挥之不去，还越来越响，接着就是脑海内电闪雷鸣，任督二脉被瞬间打通。一阵哆嗦过后，斯蒂比兹没有修成一身绝世武功，而是想到用继电器充当计算机的开关元件！

　　继电器确实就是某种形式的开关元件，它只有两种状态：线圈通电后吸引衔铁接通电路，线圈断电后释放衔铁断开电路。如果把“接通”当成“1”，把“断开”当成“0”，这种开关不正好对应二进制数？
　　斯蒂比兹害怕灵感稍纵即逝，决定连夜回实验室捎两个继电器回家做实验。此时的斯蒂比兹犹如吃的水果味的钙片一样，腰不酸了,腿不疼了,浑身充满大智慧，一口气跑回实验室不费劲！
　　回到家后，斯蒂比兹马上就在厨房的餐桌上开始了他的伟大发明。他把继电器作为运算部件，顺手从香烟罐上剪下几块铁皮作为输入部件，翻出两个小灯泡做输出部件，然后这一切都固定在木板上，再接上电池和连线。一台可以进行简单数学计算的机器就这样拼凑出来了。
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