如果機械計算機取代了電子計算機

我問大家:“那你們的計算機的數制呢?你們都有電腦吧?”

我們再次達成了一致,他們都說是二進制。披棕色大衣的人說:“這是很自然的,要不計算機就很難發明出來。因爲只有兩種狀態:豆子掉進竹片的洞中或沒掉進去。”

我又迷惑了:“ ……竹片?豆子?”

“看來你真的沒上過學,不過周武靈王發明計算機的事應該屬于常識。”

“周武靈王?那個東方的國王或巫師?”

“你說話要有分寸,怎麽能這樣形容控制論的創始人?”

“那計算機……您是指的中國的算盤吧?”

“什麽算盤,那是計算機!占地面積有一個足球場那麽大,用竹片和松木製造,以黃豆做爲運算介質,要一百多頭牛才能啓動呢!可它的CPU 做得很精緻,只有一座小樓那麽大,其中竹制的累加器是工藝上的絕活。”

“怎麽編程序呢?”

“在竹片上打眼呀?那個出土的青銅鑽頭現在還存在北京的故宮博物館裏呢!它的中文名字叫 ‘辭頭’ ,現在人們用這個名稱稱呼磁盤上讀寫的那個部件。周武靈王開發的「易經3.2」 ,有上百萬行代碼,鑽出的竹條有上千公里長呢…”

這個片段來自劉慈欣的《纖維》,一個飛行員偶然穿越到時空中轉站,和平行空間的人們交流的故事。其他平行空間裏有第二個月亮,有5進制的算術,有粉紅色的大氣層,還有……竹子做的計算機。

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在這個科幻設定裏,周武靈王的竹豆計算機和灰色的天空、第二個月亮是幷列的要素,用來區分我們這個世界與平行世界。換句話說,這是劉慈欣和他的讀者認爲我們和平行世界最重要的區別之一。灰色的天空、第二個月亮,或者說地球的光環都是自然因素,非人力所能改變,但竹子和豆子都是咱們這個世界的常見玩意,爲何我們這個世界沒有出現青銅時代的“豆子信息化”呢?

說到這個問題,咱們首先要搞清楚“信息化”是個啥玩意。

云计算与信息化

其實人類整個文明史就是一個“信息化”的歷史。比如說,在文字出現之前,記錄歷史只能靠腦子來記憶。短期內的歷史,比如去年打了幾頭大象,或者附近部落被洪水沖了,這種八卦新聞隨便在閑談中聊聊還算凑合。長久、重大的歷史,比如說對某次重要戰爭的記錄,就必須讓專人負責傳遞記憶,也就是背誦史詩的民間藝人。這樣的人本質上就是一本書,他要用半輩子背誦史詩(相當于抄寫書稿,把文字存入硬盤),再用剩下的半輩子給別人講述(讀取信息,讓人閱讀)。一直到最近1,000年,識字率極低的地區,比如中世紀的西歐還要靠這樣的游吟詩人保存歷史,給不識字的貴族和平民帶來一點文化生活。在西藏這種蠻荒之地,純粹靠語言和記憶保存史詩的方式直到幾十年前才結束。

毫無疑問,這種用大腦保存信息,用聲音讀取信息的方式無疑太貴了——想想你擺在書橱上的每本書都要吃飯,住房子娶媳婦,一切都由你付賬,你還能買幾本書?往往整個民族能有一兩套“書”就不錯了。更何况言語相傳,肯定有疏漏有增减,往往傳了幾百年就面目全非。正如《魔戒》片尾語所言“歷史變成傳說,傳說變成神話”,這種信息從娛樂的角度聽著還算爽,從記錄信息的角度來說完全不合格。所以人類要發明文字,實現第一步的信息化,既節省了成本也保證了精確性——同一本書,誰讀都一樣,半夜拿出來翻也不用發加班費。開始是用甲骨文、泥板記錄,往後還有造紙術、雕版印刷術、活字排版。每一次進步都意味著信息存儲和讀取的廉價化、標準化。

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西藏,演唱格薩爾王傳記的藝人

除了信息的存儲讀取,人類還需要提高信息的處理效率。拿算術當例子,原始人和小孩子在作加法的時候都有一個本能的反應——掰手指頭,也就是累加計算。3+4,就是先伸出3根手指,再挨個掰出4個,最後回過頭把所有手指頭點一邊數,得出7的結果。手指頭不够的話,還可以用木棍、石子來輔助,原理上是一樣的。爲了避免每次計算都掰手指頭,你我都必須在小學低年級作大量的算術速算練習,直到我們把兩位數的加减法變成條件反射而不是累加的結果。從而把更大數字之間的運算分解成一系列條件反射的累加,提高整體運算效率。

又比如蘇美爾人最早的乘法是連續做加法,一位數的乘法也必須挨個加起來,這和我們小學時學乘法原理的程序是一樣的。這個方式足够簡單但嫌太慢。後來,學算術的學生就要背乘法表,背會了之後在腦子裏建立固定的數字處理程序,只要記住八八六十四這種口訣,就不必再每次計算都作七次加法。這也是信息化,通過建立固定的反射來提高信息的處理效率。

信息存儲和讀取的標準化、廉價化,信息處理流程的標準化、高效化,這就是“信息化”的本質。我們常說的電子計算機革命一方面降低了存儲成本,用少數電子就能替代數萬億分子構成的文字,讓你一個硬盤就頂上過去一個圖書館;另一方面用電路建立了標準化的信息處理單元,我們可以通過硬件組合或者軟件編程來組合這些單元,爲特定的任務建立高效的處理流程。這意味著廉價信息存取和高效處理的結合,所以這次電子計算機革命改變了整個世界——和此前文字、印刷術、造紙術等發明在數千年間帶來的變革一樣巨大,只是集中在幾十年內發生,所以顯得格外驚人。

電路只是計算機的物質基礎,從原理來說,計算機無非是把信息數字化,然後用標準化的原件狀態(電脉衝)來表示數字,好方便的進行存取和處理。這當然依賴于電子和機械行業的進步。但如果我們不强求“電子”這個定語,用其他的標準化原件狀態來表示數字,用電力之外的穩定動力源來驅動信息處理器,我們也可以在電子時代到來之前建造計算機。

(這裏插一句,過去常有一個錯誤的描述,說算盤可以算作原始計算機,這是一個錯誤的描述,算盤的口訣記憶不是在算盤的固定結構裏,而是在人的大腦中,所以算盤不具有設定好的信息處理單元,只是一個相對便利的存儲器,甚至計算尺都比算盤更像計算機)

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計算尺

從劉慈欣的描述來看,另一個時空裏的青銅時代計算機是用豆子來作爲標準化的物理量,用竹管裏的穩定水流來驅動處理器。這當然在原理上沒有什麽不妥,只是限于水流速度,計算慢了一點。但只要設定好程序,應該在複雜問題的處理上遠勝于算盤。可惜在我們這個時空,豆子的大小重量各不相同,竹子的管徑也有大小之分,如果用這樣的非標準化元件來建造計算機,勢必造成一個“1”和另一個“1”在計算機裏不等價的結果,這就不是計算機了。假如周武靈王拿出秦始皇的勁頭,非要用巨大的人力篩選標準化豆粒和竹管的話,倒不如訓練一批計算師來的省事。可以想像,在另一個平行時空裏,豆子就像“克拉”( 角豆樹種子,重量一致,可作低精度砝碼)一樣,具有標準化的重量;竹子管徑統一,且异常堅韌,永不磨損,所以周朝可以建設計算中心(雖然我不太清楚可以幹啥)。

下载

重量波動很小的角豆

在我們這個時空,帕斯卡、萊布尼茨這些牛人也設計甚至製造過一些初步的計算機(計算器)。比如說1642年,帕斯卡造了個機械計算器,用齒輪旋轉來實現累加(减),用半徑差异10倍的齒輪來實現進位,能够用比人快幾倍的速度進行加减法,幷用連加和連减來實現乘除。

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帕斯卡計算器

20年後,萊布尼茨看了帕斯卡的計算器,也造了一個計算器,只不過他的計算器不是完全用圓形齒輪,而是用梯形軸來解决進位問題,從而更便捷的進行乘除法計算。不過,他們的計算器固然精妙,在工業時代之前却必須和周武靈王面臨同樣的問題——缺乏標準化部件和可靠的動力。沒有標準化部件,每個齒輪和軸承都必須耗費能工巧匠的大量時間,否則計算機要麽卡死,要麽損壞,要麽和周武靈王的豆子一樣,不同的豆子代表不同的“1”,徹底消滅計算機的準確性。而沒有外來動力,所有的部件都必須通過手搖動力轉起來,如果想進行複雜運算的話,恐怕工程師節約的計算時間都要用來鍛煉臂力還不够,更不用說手搖忽快忽慢,給精密計算部件帶來的衝擊磨損了。所以直到19世紀,機械計算機始終是少數人的昂貴玩物。

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早期計算器

標準化的元件、耐磨損的機械、穩定的動力幷不需要等到20世紀中期才出現。從1780年左右開始,英國爆發了工業革命,19世紀初期的工業社會已經能批量生産廉價的標準化金屬部件,還有可靠的蒸汽機提供穩定的動力,這足以滿足性能遠超過“竹豆計算機”的“信息化”了。所以,順理成章地,在活字印刷術和電子計算機之間,出現了“信息化”進程的一個重要環節——機械計算機。

19世紀初期,就在唯一能提供標準化部件和成熟蒸汽機的英國,一個叫巴貝奇的教授先是按照前輩的理論仿造了幾台機械計算器。由于工業革命帶來的技術進步,他大獲成功。然後巴貝奇覺得工業革命帶來的機械進步,應該已經能讓機械承擔更複雜的邏輯任務了,于是他設計了一台自動製表機,幷在1822年製造成功。它被命名爲差分機。比起此前的機械計算器,差分機的性能幷不算出衆,依然是一台不能直接進行乘除計算的加法機,但這台機器有一個包含寄存器的中央處理器,或者說cpu,計算方式可以控制,能够根據不同的初始設定進行不同的自動計算,尤其是進行多項式計算。在一個機器生産機器的工業化時代,這對于當時編制對數表、三角函數表、航海天文數據表的工作是一個極大的助力。

差分機的成功極大的鼓勵了巴貝奇。他此時已經是劍橋大學盧卡斯教研室教授(這個職務的第一任是巴羅,第二任則是牛頓),借助這個地位,他要求英國政府資助他開發第二代差分機。他最終得到了1.7萬英鎊,再加上自己的家族遺産,他前後使用了3萬英鎊巨款(當時可換240公斤黃金)來開發第二代差分機。這台差分機使用蒸汽驅動,人力只用來輸入初始計算參數。它預計將包含7個20位寄存器,可以處理6次多項式的任何計算,甚至還有專門的自動打印機來輸出結果。如果它能製造出來,將比世界上其他機械計算器加起來還要强大。19世紀的可惜巴貝奇還是高估了當時的機械加工能力,也高估了自己最初設計的精密性。

20年之後,巴貝奇的差分機還是一個半成品,預計的25,000個部件完成不到一半。因爲每個部件的尺寸公差都要求在千分之一英寸之下,而且設計細節必須反復修改,這大大超出了當時機械工業的加工能力。1839年,久勞無功的巴貝奇辭去了盧卡斯教研室教授的職位,1842年英國政府完全停止了對差分機的資助,計算機計劃被迫停頓。

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差分機一號的 1/7 完成品

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後人製造的差分機二號

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差分機的運算部分

幸運的是,1842年這一年,巴貝奇泡到了拜倫的女兒,洛夫萊斯。她願意爲差分機這個超時代的設想投入金錢,還有她自己的才華。她很快理解了巴貝奇的設計思想,幷熟練掌握了用穿孔卡片給機械計算機機編程的能力。洛夫萊斯設計了一系列計算方式,在不改變差分機基本結構的前提下,能够讓差分機實現計算三角函數、級數相乘、伯努利函數等功能。在此過程中,她還通過反復使用同類卡片等方式,將子程序調用等概念引入計算機行業。如果說巴貝奇是計算機硬件行業創始人的話,洛夫萊斯就可以算是軟件業的鼻祖。試想一下,軟硬件行業的開山祖師居然不是在潔淨的工作室裏指著屏幕交流問題,而是忙于建造、調試一台燒煤炭、冒黑烟,齒輪嘎嘎作響的純機械,和滿手油污的機械工人們一起討論技術方案,這場景未免有些怪异。但這的確是真實的歷史。

1852年——那一年帆船的總噸位還是蒸汽輪船的幾十倍。軟件女王洛夫萊斯去世了,她的資金和才華也沒有能够讓巴貝奇造出差分機。但她鼓勵了巴貝奇堅持自己的科研方向,堅信信息化代表了未來的發展方向。正如她在翻譯巴貝奇的論文時加上的脚注所言:“……製造有編程和記憶功能的機器,具有無限的可能性。這種機器不僅可以進行複雜計算,還可以繪畫和編曲……”。

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在她的支持下,雖然巴貝奇沒有完成差分機,却在信息化的科研方向上越走越遠。最終,在1871年去世之前,巴貝奇完成了更强大的計算機設計圖——分析機。這是一台完全的通用計算機,現代計算機的幾乎全部關鍵要素都可以在這台蒸汽動力的龐大機器裏找到。

按照巴貝奇的設想:“我本人都爲這台機器的威力吃驚,一年前我還不相信能有這樣的結果。這台機器可以處理100個變量,每個數可以有25位數字。假定有一個函數

  • f(v1,v2……vn),
  • 且n小于 100,f由加、减、乘、除、開方和乘方組成,

則這台機器可以决定這一函數的數值。……借助于這台機器,差不多所有有限差分的公式都能轉換成表格。”

分析機講包括5萬個部件,用巨大的齒輪做寄存器,還有複雜的卡片系統供使用者開發新功能。巴貝奇爲它畫了2,000多張1:1的設計圖紙,此時離1822年已經有快半個世紀,突飛猛進的技術使得程控計算機成爲可能,遺憾的是巴貝奇已經無力籌集資金來完成這個偉大的計劃。只能把圖紙和設計思想留給後人。

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分析機,倫敦科學館的複製品

毫無疑問,比起手工處理信息,卡片 + 機械處理器的組合要先進的多,在數字運算上的優勢非常明顯。至于檔案分類處理這種複雜工作,機械計算機能够秒殺最勤勉的管理員。1890年,計算機第一次發威,當年美國的人口普查信息最終由一台源于巴貝奇的穿孔卡片式程控計算機匯總處理,六星期就完成了全部任務。可以做對比的是,此前的1880年人口普查則花了七年時間才處理完全部數據,導致得到的最終數據完全過時。這次勝利標志著計算機時代的來臨。隨著內燃機、電動機的發明和機械工業的進步,機械計算機還將覆蓋更多的領域。

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電力驅動的機械計算機

到20世紀中期,1911年建立的IBM已經在以每年數千台的規模生産機械計算機,用來處理數十億的卡片信息。在繼電器的加强下,利用精密液壓件構成計算單元的新一代計算機也即將上市,可以每秒進行數百次基礎運算。只是這已是機械計算機的最後輝煌,因爲1945年,第一台用電子管組裝的計算機ENIAC已經開機,它的計算速度是……每秒5,000次。只有工業不那麽發達的地區,比如咱們中國,直到70年代還在生産機械計算機,在老電影裏常常可以看到大批的科技人員捧著手搖計算機算的天昏地暗,前輩們真是辛苦。

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手搖計算機

比起電子計算機來,機械計算機有它先天的劣勢。它用宏觀的機械機構儲存信息,這提高了信息存取成本;用宏觀機械運動傳遞信息,這降低了信息處理效率。因此,機械計算機在電子技術發展後很快就被淘汰了,沒有足够的時間來發展成熟,成了一條技術斷頭路。前幾天我給兒子買模型,驚訝于遙控模型竟然如此廉價。儘管人民幣比80年代貶值了十來倍,但從價格上來說。2010年的遙控模型居然和20世紀的80年代差不多價錢,令我大呼便宜。回家仔細一想,原因無非是兩條,一是石化工業的發展,塑膠外殼變便宜了;其二就是控制系統從機械裝置和繼電器變成了小小單片機,所以曾經是貴族玩具的遙控模型賣出了白菜價。從這個例子看,機械計算機被電子計算機逼進死胡同也是理所當然。

歷史上類似的技術死胡同還有很多,大英帝國就曾經認真地設計過洲際飛艇航運網——未見雛形就被飛機工業的迅速進展而消滅,最早的汽車本是蒸汽機驅動,但沒等到蒸汽機效率提高,就被內燃機汽車取代。雖然這些技術死胡同被更先進的工業門類淘汰了,但作爲人類可能的一條技術發展方向,推演一下還是頗有意思的。

比如說,電力淘汰了許多傳動機構的發展方式。如果沒有電力工業,我們可能需要在每個小區建立龐大的動力站,用內燃機或蒸汽機直接提供家用能源,然後通過一系列機械傳動把動力傳輸到每棟樓房。每次我們打算洗點衣服或是開動空調,都必須開動一個齒輪離合器,把洗衣機等家用機械接到本單元的驅動主軸上。雜志上會充斥著“新型離合器,結構簡單,可自行維護,適合宅男……速到蘇寧內燃機械店購買”之類的家居廣告。這樣的蒸汽朋克式狂想雖然很荒誕,但很有助于我們理解現代工業社會的本質。現在,讓我們不妨狂想一下,在一個沒有電氣工業、機械計算機充分發育的世界上,機械計算機會如何主導“信息化”?

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蒸汽朋克時代

蒸汽機催生了巴貝奇的差分機,更强大的機械計算機顯然需要更强大的能源。初中地理課本就告訴我們,原料笨重,産品輕巧的工廠應該在原料産地附近布置。大型機械計算機需要大量能源,産出的只是無重量的信息,自然要靠近能源産地。在這樣的世界上,我們應該可以看到這樣的新聞:

新華社消息,我國最大的機械設計院在山西落成,這個設計院裝備了多台迄今爲止我國最大的計算機——齒輪5型。這種計算機每台都有8萬馬力的功率,每秒計算2,000次,可以把2,000個熟練工程師從繁重的計算工作中解脫出來,從而大大提高了我國機械工業的發展速度。爲了配合設計院的工作,當地政府征地6,000畝,修建了4條專用鐵路綫,附近有4個中型煤礦已先期開工,爲設計院試車儲備了大量煤炭……

這樣耗能巨大的計算機行業,對于中國這種資源緊張的國家來說,貌似不是個好消息。但我們也不是全無優勢。機械計算機的一切計算都是通過金屬構件之間的接觸來完成的,高速計算勢必造成核心部件的高速離合。因此金屬構件的精度和耐磨程度對計算機的計算速度影響極大,擁有豐富稀土資源和鎢礦的中國可以敞開使用鎢鋼和合金鋼製造易損件,應該會占很大便宜。

在沒有電子計算機的世界,導彈裏沒法內置計算機,很難實現末端制導。飛機上也沒地方安置計算機。于是,戰列艦或許還在大行其道,幷使用機械式計算機來修正火炮彈道——這是我們這個時空發生過的史實。因此戰列艦成了是唯一一種可能把本國的計算機帶到國境以外的地方。由于戰列艦上的計算機代表了本國計算機的最高運算精度和小型化水平,因此被人繳獲顯然是很嚴重的問題。

第三次東亞戰爭中,蘇聯太平洋艦隊第二戰列艦中隊的旗艦明斯克號被擊沉在我國近海,這是此次戰爭的轉折點,經此一戰,中日聯軍終于控制了日本海的制海權。不過,這幷不是我國最大的收穫。上海打撈局和海軍潜水員在戰鬥結束的當天夜晚就趕到了沉船海域,以大無畏的革命精神打撈了蘇聯戰列艦火控計算機的殘骸,隨後的中日聯合打撈隊不過徒具形式罷了……有色金屬研究總院檢測了蘇聯計算機的合金成分,一機部從殘骸中學到了蘇聯人領先世界的小型化技術,這使得我國第二代計算機的開發整整節省了4年時間……….蘇聯人撤退以前扔下了無數的深水炸彈,試圖毀滅他們入侵的可耻證據,但我國的潜水員智勇雙全,在毛澤東思想的教育下,勝利完成了打撈任務。

摘自《東亞戰爭解密》 异時空2000年出版

自從蘇聯明斯克號戰列艦火控計算機被繳獲,導致中國計算機技術跨越式進步以後,各國均在戰列艦的中央機房安置了自毀裝置。自毀裝置的核心是一個小型的燃燒彈,一旦啓動就會點燃已經預先放在計算機外殼裏的鋁熱劑,用鋁熱劑的高溫融化整個核心計算系統,同時,鋁熱劑裏還有隨意攙雜的一些金屬粉,爲的是防止對方分析本國計算機耐磨部件的成分……

摘自《艦船知識》 异時空2010年第十期

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大型機械計算機异常笨重,而且也沒法通過電綫或者網綫來交流信息。所以需要把計算機械集中在一起才可能有效率。所以:

……據《參考消息》報道,目前世界信息化潮流是建設集中化、通用化的計算中心,蘇聯美國均已經在烏克蘭盆地和阿巴拉契亞山地等能源基地建立了國家級信息基地,可以爲整個工業體系服務。信息工業的這種進步節約了資源,提高了計算能力利用率,還可以建立卡片化信息儲備、檢索中心,爲各個行業之間的交流提供了便利,應當是我國今後一段時間內發展的目標……

《十五期間我國信息産業發展計劃》——引自國務院報告……

通用化計算中心是當今世界信息産業的發展趨勢,毛主席曾經批示“大型計算機,我們也要搞”……蘇聯美國資源豐富,戰略縱深大,因此可以從容選擇能源基地建設信息中心,我國有獨特的地理環境和戰略態勢,計算中心的選址、建設不可一味仿效,照搬發達資本主義國家的經驗。要狠批XXX的洋奴哲學,買辦思想,發展有中國特色的信息産業。

我國工業發達地區主要在東北和沿海地區,但將計算中心設在東部(一機部原擬南京或上海)和東北(經委原擬訂瀋陽)雖然均有一定經濟上的優勢,但不符合我國國民經濟發展的長期趨勢和國防計劃……山西是資源大省,但經濟落後,土地緊張,且在蘇修有效空襲半徑內,雖能源充足,也不適合設立國家級計算中心……經專家討論和人大專門委員會審查,初步决定在關中或漢中選址,建設國家級計算中心,在上海和瀋陽建立副中心……爲此配套的工程有隴海鐵路複綫、秦嶺隧道、XX基地等工程……預計總投資4000億元

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國家級計算中心顯然會是個龐大的工程。爲了達到每秒千萬次的計算能力,幾十平方公里的廠區內烟囪林立,鍋爐轟鳴,幾百萬張打孔卡片在一條條傳送帶上來回馳騁,信息主綫上則是由小型火車頭拖動著裝滿卡片的車厢在各個車間之間奔馳。幾千個機械工乘坐廠內汽車,不斷的趕往信息流停滯的地方解决堵塞。幾百名高級工程師和上千名高級技工在一棟漂亮的大樓裏研究下一次軟件調整的計劃,如何做的又快又省又低碳,而來自應用部門的代表則守在大樓門廳,聲嘶力竭的向廠長或上級領導爭取更多的上機時間。

國家計算中心的核心車間(cpu)是最重要的車間,也是最需要保衛的車間。因此和其他地面廠房不同,CPU車間設在附近的一個秘密地下基地裏,所有送到這裏的卡片都由傳送帶送來,機械自動分檢,排隊處理。爲了排走CPU幾百萬個齒輪摩擦産生的廢熱,幾十台巨大的風扇從秘密通風口以8級風的速度換氣,通向車間的隧道被軍隊、武裝警察和安全部人員分層把守。計算中心周圍,駐扎有無數的高炮團和精銳截擊機中隊,隨時準備迎接敵人的大編隊轟炸,即便是重要人物人的專機,如果有迹象表明它試圖通過核心廠區的上空,也會被立刻擊落。廠區附近還有一個備用的地下CPU車間,通過8條傳送帶和主信息流相連,幷及時爲關鍵運算結果備份,隨時準備投入使用,保證重要計算的連續性,這個備份車間的位置是國家的最高機密。

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正面破壞國家計算中心很難,敵國免不了要想點迂回手段。比如病毒。機械式計算機上的電腦病毒貌似匪夷所思,但也幷不違反計算機原理。計算機病毒無非就是通過用無效程序占用計算能力,製造死循環等方式迫使邏輯結構崩潰;或者反復運行特定部件毀壞硬件。這在機械計算機上也同樣可以實現:

……在柏林危機期間,CIA設計了一種特別的計算機程序,由在高爾基機器廠潜伏多年的間諜負責把這些特別代碼送入斯大林格勒計算中心。這些代碼可以反復調用CPU裏的特定軸承,導致這些軸承金屬疲勞、提前斷裂。于是,在隨後的幾個月裏,斯大林格勒計算中心每周都會出現死機乃至大修的情况,導致了上百億盧布的損失。蘇聯計算機專家在材料學研究所的協助下,花了好幾個星期才在高爾基機器廠工藝流程設計的程序中找到了惡意代碼。蘇聯人根據損壞軸承的形狀把這種惡意代碼命名爲“蠕蟲”。這是人類的第一個計算機病毒……蠕蟲病毒事件發生之後,蘇聯人在計算中心設置了一個專門委員會,由克格勃和計算工業部共同領導,簡稱卡巴斯基小組,負責代碼預審,對計算中心總工程師直接負責,有權拒絕一切客觀上危害機器的代碼,這是軟件殺毒的起源。中國人則意識到對已掌握結構的惡意代碼可以通過一個小型的計算機來自動辨認,于是,中國人在計算中心的廠區附近設置了一處預審車間,專門檢測下個月送入主廠的程序。爲了保密,這個車間根據所處的行政村命名代號,對外稱金山車間……

摘自《不戰而勝》尼克松著 1999年第三版。

任何新技術必定首先會被用于軍事。在機械計算機的世界上,除了大型民用計算中心外,大國都會爲軍方建立多個隱蔽的計算機中心,負責處理大量的軍事信息。爲了模擬真正的戰爭,各國都開發了獨立的兵棋推演軟件。平時在國防部計算中心供軍官演練,大型演習時用國家計算中心進行大規模模擬。

在機械計算機進入內燃機時代後,由于計算工業對燃油的需求上升,這個時空的石油危機更早到來。拿到大筆石油美元的中東國家也能够力于自己的軍事現代化,沙特阿拉伯從美國購買了一台6萬馬力的軍事計算機和模擬軟件,還奢侈的用15台燃油鍋爐和20個油井來維繫它的運轉。不過,他們的軍官很快厭煩了美國教官的喋喋不休,决定放弃一切煩瑣的程序,把所有軍事單位和地形參數都儘量簡化,從而縮短了冗長的軍事推演,留出更多的時間去打獵,玩女人。最後,這個龐大的機器淪爲年輕王儲的玩物,他很開心的在指揮中心模擬著北約與華約的衝突,而國王認爲這可以提高他以後的决策能力,從來不干涉這種昂貴的游戲。

順便說一下,美國提供的縮水版軍事軟件的名字叫《紅色警報》。

機械計算機不是什麽都能幹。由打孔卡片構成的信息流無法像電訊號那樣瞬間傳遞到地球另一端,所以信息流的運行速度要收到車輛速度的限制。在這種情况下,如果要像電子計算機那樣在網絡上傳遞信息,互聯網必須變成字面意思上的“信息高速公路”,或者“信息高鐵”。讓裝滿卡片的車輛在道路上飛馳。你現在關心自己的網絡帶寬,是按字節數來計算,到了這個世界就要按車道數或是鐵軌數量來計算。

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信息編組站

在這樣的互聯網上聊天,麻煩可比現在大的多。比如說,你打算給美國的小姑娘發一張你的高清照片。你在QQ上點一下“文件傳送”的按鈕,這個信息迅速被寫到一個打孔卡片上,傳到卡片信息庫。然後無數的傳動帶轉動起來,在幾億張卡片裏挑出記載著你數字相片的那幾萬張卡片。這些卡片被取出、複製,再放回原位。複製出來的卡片被專門的打包機器按照通訊協議塞進一個標準化數據包,頂上放上一張說明卡片。運上第一輛開往上海的車皮。上海轉運站在閱讀了說明卡片之後,把這個數據包和其他幾十萬個數據包一起,塞到去美國的貨輪上。到美國後,這個過程再被反向操作一番,美國的小姑娘才可以把卡片塞進一台工程繪圖儀,用半天時間復原一張你的照片。期間歷時十天半個月也不一定。這倒不如你自己本人去趟美國來的乾脆。

除了大型的固定計算機,還有不少小型企業也需要處理日常信息。而網絡又是如此的反應遲緩,于是便有了移動計算機:

隨著小型化技術的繼續深入,計算機的移動性已經得到了很大提高,正在越來越多地進入國民生活的各個領域,車載計算機已經成爲人民喜聞樂見的一項高科技産品。而這項技術是十年前兩位黨員工程師羅愛德和喬思弟(女)實現的,他們在用國産東風中型卡車裝載了我國第三代小型機,幷實現了汽車動力和計算機動力的共享,有效地提高了計算機性能,填補了我國在MC(Mobile Computer)上的空白。

而今天已經可以見到很多個人用的MPC行駛在沿海大城市的街頭,成爲了一道亮麗的風景綫。北方重工業公司製作的移動計算機“紅旗電腦”受到了各個國企當家人和個體業主的追捧,它的運算速度和存儲能力已經能够滿足這些企業經驗者的日常需求,幷成爲他們每日出行的良好伴侶。而北重工明年推出的最新的紅旗5號以其1.4萬次每秒計算速度以及20噸的有效卡片載重能力已經能够躋身于國際市場,顯示出我國在小型計算機上的國際競爭力。雖然它的每公里油耗較大,而且所需的車載工作人員數量6名則是美國IBM公司最新型號“DrivePad”的兩倍。但在我國以及很多第三世界國家,紅旗電腦一直有良好的銷售記錄。下面請看記者從用戶現場發來的報道……

——《新聞聯播》2003年10月3日

今天的計算機工程師的日常工作是在電腦前枯坐編程,同時培養自己的頸椎病。在另一個時空,他們的同行倒沒這個問題,他們有另外的煩惱。那裏的工程師滿身油污,在噪音中生活,按指令條上的單調數字來維護機器。除了計算機原理,他們還必須學習機械原理和材料力學。和機械打交道時間長了,他們說話都很機械,他們把自己的方言叫彙編語言。

“根據國家機械信息部勞保中心提供的信息,去年,位于上海附近的齒輪4型計算機的程序員工傷事故就達到了1千多起(多數都是斷指事故),引起了中央重視。尤其是輸出紙帶部分,一年內竟然接連有48名程序員因爲超負荷工作過度疲勞,把手伸入傳送帶而釀成斷指事故,幷造成合計數百公里的紙帶作廢。該中心說,有關部門應該加强監管,切實保證程序員福利,嚴格執行八小時工作制。而齒輪4型計算機管理部門一位不願意透露姓名的工程師說,齒輪4型計算機設備老化,但計算任務反而越來越重,程序員隊伍不堪重負,是造成事故多發的根本原因,不過,在明年的齒輪5型計算機啓動之後,這種情况將會得到改善。”

——東方周末 2005年4月1日 第三版

也許我們該覺得幸運,由于電子工業的進步,這個幻想中的機械信息時代沒有發生,因此除了阿拉伯王子,我們這群宅男也能够在電腦屏幕前玩游戲,聊天,看電影,發胖,而不用擔心在計算機上切斷手指頭。同時,那個未曾出現的機械信息時代又是如此有趣,我們也不妨對它表示一點點遺憾。

歸根結底,文明進步和我們宅男享受生活需要的是信息的存儲數量和處理效率,我們不必在意信息藉以存在的介質是何種物質。只要能够形成信息處理所需的邏輯結構,幷足够廉價,齒輪、液壓油、繼電器、半導體芯片、磁盤、乃至未來經過生物工程處理的DNA都有可能成爲計算機的基礎元件。就像人類在幾十年前淘汰掉發展了上百年的機械計算機一樣,拘泥于“電子”計算機的概念只會阻礙技術的進步,在理解計算機本質的前提下,不斷用各個領域的新突破來降低信息成本,增加信息處理效率才是“信息化”的本質。就在作者發狂想的這幾天,威斯康星大學麥迪遜分校的研究者給出了一種新型機械計算機設計。這種機械計算機基于納米技術,在高速運算下反而對于電子計算機有優勢。因爲電子芯片越小,發熱散熱越劇烈,越容易被電磁炸彈和宇宙射綫等外來因素干擾,這導致電子計算機的性能提高存在上限。機械計算機則能在一定程度上規避這些問題。可見萬事不能說絕對,或許就在幾年後,我們可以看到機械計算機這條斷頭路重新變成一條坦途。

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2008年,差分機複製品在矽谷展出

【作者:任沖昊】
【原標題:機械計算機】
【任沖昊; 維基百科(英語); 網路資料圖片】

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