微分分析器概述

1931年電子計(jì)算機(jī)的先驅(qū)--微分分析儀

●Differential Analyzer(微分分析儀)

1931年研制成功的"微分分析儀"(DifferentialAnalyzer)，是第一臺(tái)被用來(lái)解決微分方程的機(jī)械式計(jì)算機(jī)，被認(rèn)為是電子計(jì)算機(jī)的先驅(qū)。

20世紀(jì)出現(xiàn)的大多數(shù)模擬計(jì)算裝置，都可以看成是19世紀(jì)下半葉開(kāi)爾文設(shè)想的具體化和直接發(fā)展。其中最著名的是布什研制的微分分析儀。

布什，1890年生于美國(guó)馬薩諸塞州，1916年獲得麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的博士學(xué)位。1930年，布什和一些工程師試制出第一臺(tái)微分分析儀的樣機(jī)，這臺(tái)裝置與現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)很不一樣，它沒(méi)有鍵盤(pán)，占地幾十平方米，看起來(lái)有點(diǎn)像臺(tái)球桌，又有點(diǎn)像印刷機(jī)。分析儀有幾百根平行的鋼軸，安放在一個(gè)桌子一樣的金屬框架上，一個(gè)個(gè)電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪使這些軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸的轉(zhuǎn)動(dòng)模擬數(shù)的運(yùn)算。

參觀過(guò)分析儀的人說(shuō)，操作者要"一手拿一個(gè)扳手，另一只手拿一個(gè)齒輪"。即使用者必須手持改錐和錘子來(lái)為分析儀編制程序。在試制出第一臺(tái)樣機(jī)后，布什又采用電子元件來(lái)取代某些機(jī)械零件。但總的來(lái)說(shuō)它仍然是一臺(tái)機(jī)械式的計(jì)算裝置，它就是"洛克菲勒微分分析儀2號(hào)"。在第二次世界大戰(zhàn)中，美軍曾廣泛用它來(lái)計(jì)算彈道射擊表。

電子模擬計(jì)算機(jī)和后來(lái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使機(jī)械模擬計(jì)算裝置完全無(wú)用了。布什研制的分析儀后來(lái)被麻省理工學(xué)院及倫敦科學(xué)博物館收藏起來(lái)。

1913年:美國(guó)麻省理工學(xué)院教授范內(nèi)瓦·布什(V。Bush)領(lǐng)導(dǎo)制造了模擬計(jì)算機(jī)"微分分析儀"。機(jī)器采用一系列電機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度來(lái)模擬計(jì)算結(jié)果。

范內(nèi)瓦·布什(VannevarBush)，這位具有6個(gè)不同學(xué)位的科學(xué)家、教育家和政府官員與本世紀(jì)許多著名的事件都有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，其中包括""曼哈頓計(jì)劃"、硅谷、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等。倒轉(zhuǎn)信息時(shí)代的時(shí)鐘，無(wú)論你審視信息技術(shù)發(fā)展史的哪個(gè)領(lǐng)域，范內(nèi)瓦·布什都是在那里留下過(guò)足跡的具有遠(yuǎn)見(jiàn)的先驅(qū)性人物。正如歷史學(xué)家邁克爾·雪利(Michael Sherry)所言，"要理解比爾·蓋茨和比爾·克林頓的世界，你必須首先認(rèn)識(shí)范內(nèi)瓦·布什。"正是因其在信息技術(shù)領(lǐng)域多方面的貢獻(xiàn)和超人遠(yuǎn)見(jiàn)，范內(nèi)瓦·布什獲得了"信息時(shí)代的教父"的美譽(yù)。

布什的一生與麻省(兼指馬薩諸塞州和麻省理工學(xué)院)結(jié)下了不解之緣。1890年3月他出生于美國(guó)馬薩諸塞州的埃弗爾內(nèi)特(Everett)，在為科學(xué)和教育事業(yè)貢獻(xiàn)了一生之后，布什于1974年6月在馬薩諸塞州的貝爾蒙特(Belmont)逝世。從1919年起直到1971年，布什長(zhǎng)期在著名的麻省理工學(xué)院(MIT)工作和教學(xué)。從1930年開(kāi)始，在MIT擔(dān)任電子工程學(xué)教授的布什和一個(gè)研究小組開(kāi)始著手設(shè)計(jì)能夠求解微分方程的"微分分析機(jī)"的工作，造出世界上首臺(tái)模擬電子計(jì)算機(jī)。這一開(kāi)創(chuàng)性工作為二戰(zhàn)后數(shù)字計(jì)算機(jī)的誕生掃清了道路。40年代早期，作為羅斯?？偨y(tǒng)的科學(xué)顧問(wèn)，范內(nèi)瓦·布什組織和領(lǐng)導(dǎo)了制造第一顆原子彈的著名的"曼哈頓計(jì)劃"。其后，他先后參與了從氫彈的發(fā)明、登月飛行直到"星球大戰(zhàn)計(jì)劃"的眾多重大的科學(xué)技術(shù)工程。美國(guó)政府依據(jù)布什的建議和構(gòu)想批準(zhǔn)成立的國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)和高級(jí)研究規(guī)劃署(ARPA)等科研機(jī)構(gòu)保證了美國(guó)在尖端科技領(lǐng)域的長(zhǎng)期領(lǐng)先地位。

在信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域里，范內(nèi)瓦·布什更是功勛卓著。美國(guó)國(guó)內(nèi)兩個(gè)著名的高科技工業(yè)園區(qū)--加州的"硅谷"和波士頓128號(hào)公路的"高科技走廊"的誕生都凝結(jié)了布什的心血。被人稱(chēng)為"硅谷之父"的弗雷德里克·特曼在MIT獲得電子學(xué)博士學(xué)位的導(dǎo)師不是別人正是布什。1939年誕生的惠普公司是特曼的勝利，也是布什的勝利。從此范內(nèi)瓦·布什的名字與硅谷結(jié)下了不解之緣。

范內(nèi)瓦·布什VannevarBush:著名的曼哈頓計(jì)劃的組織者和領(lǐng)導(dǎo)者。1945 年，VannevarBush在"AtlanticMonthly"7月號(hào)發(fā)表了一篇名為"AsWe May Think"的文章。文章描述了一種被稱(chēng)為MEMEX的機(jī)器，其中已經(jīng)具備今天的超文本和超連接概念。他因此而被稱(chēng)為互聯(lián)網(wǎng)先知。

MEMEX:Vannevar Bush的著作"As We May Think"中所描述的機(jī)器，以下引用。

未來(lái)的計(jì)算機(jī)將是用電的。他們會(huì)比今天的機(jī)器快一百倍甚至更多。重復(fù)的思維過(guò)程不僅限于計(jì)算與統(tǒng)計(jì)，實(shí)際上，商業(yè)事務(wù)以及不斷擴(kuò)張的市場(chǎng)都在等待大批量制造的計(jì)算機(jī)的問(wèn)世，它們中的一些將能滿(mǎn)足現(xiàn)在文明最挑剔的要求。

考慮一下未來(lái)個(gè)人使用的設(shè)備，它將是一個(gè)機(jī)械化的個(gè)人圖書(shū)館，它需要一個(gè)名字引起人們的注意:"MEMEX"就可以。MEMEX是這樣一個(gè)機(jī)械化設(shè)備，人們可以在其中存儲(chǔ)書(shū)籍、記錄和信件，同時(shí)可以以很高的速度和極強(qiáng)的靈活性完成檢索。作為輔助設(shè)備，它是人腦的無(wú)限擴(kuò)大。

MEMEX有一個(gè)傾斜的半透明的屏幕，資料可以投影到上面進(jìn)行閱讀，還有一個(gè)鍵盤(pán)，一系列按鈕和把手。

它的一端是存儲(chǔ)的材料，體積問(wèn)題由于采用了改進(jìn)的微縮膠片而得到了很好的解決。

MEMEX的大部分內(nèi)容都是直接買(mǎi)來(lái)的，可以直接插入。

各種書(shū)籍、圖片、期刊、報(bào)紙都可以這樣得到并插入進(jìn)行閱讀，商業(yè)信函也可以，而且還備有直接輸入的設(shè)備。

當(dāng)然還有用于咨詢(xún)的記錄，它們來(lái)自于日常的索引工作。如果用戶(hù)想從一本書(shū)中查找資料，他只需在鍵盤(pán)上輕輕敲出這本書(shū)的代碼，書(shū)的封面就馬上會(huì)投射到他面前的瀏覽器上。此外，他還有一個(gè)額外的"游標(biāo)"可以使用，把這個(gè)游標(biāo)拉到右邊，這本書(shū)就在他面前一頁(yè)頁(yè)地投射出來(lái)，速度正好可以讓人清晰地瀏覽每一頁(yè)。再向右拉一下，瀏覽的速度就可以變成每次10頁(yè)，再過(guò)去一點(diǎn)就是每次100頁(yè)。還有一個(gè)鍵可以讓用戶(hù)直接回到索引的第一頁(yè)。

如果在檢索時(shí)有一種更直接的方法，能進(jìn)行聯(lián)系索引，就會(huì)方便許多，這就是MEMEX的基本概念:對(duì)兩個(gè)條件進(jìn)行并行檢索是一個(gè)重要的要求。用戶(hù)創(chuàng)建一個(gè)軌跡時(shí)，他必須指定一個(gè)名字，插入到他的代碼本中，并且可以在鍵盤(pán)上將其調(diào)出。

這樣，不論何時(shí)，只要這些條目中有一個(gè)顯示出來(lái)，就能調(diào)出相關(guān)的條目。

完全新式的百科全書(shū)也將出現(xiàn)，互相聯(lián)系的"軌跡"貫穿其中。專(zhuān)利律師可以輕松查找成千上萬(wàn)個(gè)已經(jīng)發(fā)布的專(zhuān)利，外科醫(yī)生可以參考解剖學(xué)書(shū)籍，歷史學(xué)家也可以擁有大量的個(gè)人年表。

將會(huì)有一種新的職業(yè)出現(xiàn)，那就是"軌跡制作者"，他們會(huì)從大量普通的材料中構(gòu)造有用的"軌跡"并從中感受快樂(lè)。大師們的遺產(chǎn)將不只是他個(gè)人貢獻(xiàn)給世界知識(shí)寶庫(kù)的東西，而將成為人類(lèi)共享的整體的知識(shí)框架。這時(shí)候，人們將可以通過(guò)它們制作、存儲(chǔ)、檢索人類(lèi)的所有記錄。

暢想未來(lái)更壯觀的工具很有吸引力，而研究現(xiàn)在已知的或正在快速發(fā)展的方法和部件會(huì)很枯燥。預(yù)測(cè)是很困難的，但根據(jù)當(dāng)前的情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，就更能說(shuō)出其可能性，而不只是預(yù)言，還可以是一個(gè)建議，因?yàn)榛谝呀?jīng)存在的情況進(jìn)行的預(yù)言更有效，不像是基于未知的預(yù)言那樣只是猜測(cè)。

電腦在當(dāng)時(shí)仍屬稀有，人們對(duì)于問(wèn)題的解決方案通常是寫(xiě)死在表格紙上(像是曲線(xiàn)圖和列線(xiàn)圖解)，用來(lái)一并解決相似的問(wèn)題，比如說(shuō)暖氣機(jī)里的溫度和壓力分布。

卡方分布的列線(xiàn)圖解二次大戰(zhàn)之前，當(dāng)時(shí)的最高科技是機(jī)械式和電動(dòng)式的模擬計(jì)算機(jī)，也被認(rèn)為是前途光明的計(jì)算機(jī)趨勢(shì)。模擬計(jì)算機(jī)使用連續(xù)變化的物理量，像是電勢(shì)、流體壓力、機(jī)械運(yùn)動(dòng)等，處理表示待解問(wèn)題中相應(yīng)量的器件[7]。例如在1936年制作得相當(dāng)精巧的水流積算器(Water Integrator)。跟現(xiàn)代的數(shù)位電腦比起來(lái)，模擬計(jì)算機(jī)相當(dāng)不具彈性，必須手動(dòng)裝配(像是重新改編程序)才能處理下一個(gè)待解問(wèn)題，不過(guò)早期的數(shù)位電腦能力有限，無(wú)法解決太過(guò)復(fù)雜的問(wèn)題，所以當(dāng)時(shí)的模擬計(jì)算機(jī)還是占有優(yōu)勢(shì)。直到數(shù)位電腦越來(lái)越快，擁有越來(lái)越強(qiáng)的記憶能力(像是RAM)之后，模擬計(jì)算機(jī)就迅速受到淘汰，程序設(shè)計(jì)從此成為人類(lèi)另一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)技能。

諾頓轟炸機(jī)瞄準(zhǔn)器部分類(lèi)比電腦廣泛應(yīng)用在軍事瞄準(zhǔn)用途，像是海軍船艦上的諾頓轟炸機(jī)瞄準(zhǔn)器(Norden Bombsight)和火力控制系統(tǒng)(Fire-Control System)，有些器件甚至直到二戰(zhàn)結(jié)束數(shù)十年后仍未退役，其中一個(gè)例子就是由美國(guó)海軍開(kāi)發(fā)的馬克一號(hào)火力控制電腦(Mark I Fire Control Computer)，從驅(qū)逐艦到戰(zhàn)列艦都看得到它的影子。

1930年，現(xiàn)代電腦之父萬(wàn)尼瓦爾·布什發(fā)明微分分析器(Differential Analyzer)，模擬計(jì)算機(jī)科技至此達(dá)到頂峰，大部分的零件都已經(jīng)被制造出來(lái)，終于，賓夕法尼亞大學(xué)的摩爾電機(jī)工程研究所(Moore School of Electrical Engineering)打造出最具影響力的數(shù)位電子計(jì)算機(jī)──電子數(shù)值積分計(jì)算器(埃尼阿克)。埃尼阿克的誕生終結(jié)了大部分模擬計(jì)算機(jī)的生路，不過(guò)從1950年代到1960年代，由數(shù)位電子學(xué)控制的混合型模擬計(jì)算機(jī)依然活躍，之后模擬計(jì)算機(jī)就應(yīng)用在部分專(zhuān)業(yè)用途上。