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    第一台通用型电子计算机ENIAC专利纠葛优劣并存为哪般?

    发布日期:2020-11-02 17:32 计算机论文

      阿塔纳索夫在爱荷华大学埋头苦干时,外界根本不知道美国中西部也有人在打造数字计算机。既然如此,莫奇来又怎么会前去造访,而衍生出日后的专利纠纷?其实,一开始是阿塔纳索夫主动结识莫奇来的……。

      莫奇来小阿塔纳索夫四岁,与他一样是物理博士。1932 年取得博士学位后,原本留在母校约翰霍普金斯大学担任研究助理,但一年后就到位于宾州的伍尔西斯学院 (Ursinus College) 担任物理系主任,虽然是所小学校,但至少是个正式的教职。

      1938 年,莫奇来提交了一篇论文,分析太阳表面的活跃程度与大气电学的关联性,不料遭到拒绝,理由是所搜集的数据期间太短。好吧,他是可以取得更多年度的气象资料重新分析,但这庞大的数据靠他自己一人怎么可能算得完?于是他先找学生来分担计算工作,同时一边研究有什么自动计算的机器可以代劳。

      莫奇来发现调和分析仪,这个源自克耳文男爵在半个世纪前发明的机械式计算机,专门用来做傅立叶分析,恰恰是他现在最需要的计算工具,因此于 1940 年也打造了一台。结果他在打造的过程中,竟对计算机产生了高度兴趣,开始密切注意是否有更新的技术。

      莫奇来参观了 IBM 最新的商用计算机,也参加 1940 年 9 月在达特茅斯学院举办的数学年会,见识斯蒂比兹展示复数计算机的功能。他还去了解物理学家研究宇宙射线所用的二进制计数器,这是用真空管做成的仪器,专门计算放射性粒子的数目。莫奇来试图也仿造其逻辑电路,但买不起真空管,只好改用速度较慢,但便宜许多的氖管(灌入稀有气体氖的灯管)。

      1940 年 12 月,莫奇来受邀到美国科学促进协会 (American Association for the Advancement of Science) 举办的研讨会,发表他终于修订完成的气象学论文。莫奇来在演讲中提到自己打造的调和分析仪,恰巧阿塔纳索夫也在台下聆听,便在演讲结束后主动找莫奇来攀谈,提及自己正在打造的真空管计算机(也就是日后的 ABC 电脑),并邀请他来爱荷华参观。莫奇来第二年暑假驱车前往,就此埋下日后的专利纠纷。

      莫奇来从爱荷华回来后,随即赶赴宾州大学的摩尔电机学院,参加一项为期十周的电子学课程。这是由美国战争部 (1949 年才改为国防部) 出资委托办理的密集课程,目的在于训练出更多电子工程师,好为日益扩大的二次大战战事做好国防准备。摩尔电机学院与美国陆军素有渊源,一直为陆军分析各式火炮的弹道并制作“射表” (Firing Table),自然成为承办大学之一。

      莫奇来在这课程习得逻辑电路的知识,不但如此,还找到一位志同道合的伙伴埃克特 (J. Presper Eckert)。埃克特当时才 22 岁,仍是摩尔电机学院研究所的学生,却已多处展现电子工程的长才,包括改善微分分析仪(这是为了分析弹道,而于 1935 年购置的机械式计算机),因此担任此次课程中的助教。

      更棒的是,摩尔电机学院有个现成的教职给莫奇来。虽然这只是个讲师的职位,和他目前系主任的头衔比起来差很多,但对于一心想打造计算机的莫奇来而言,留在这里一定有更多实作磨练的机会,而且又能与埃克特切磋,因此他仍欣然接受,于 1941 年开始在摩尔电机学院任教。

      美国于 1941 年底参战后,陆军急需更多火炮的射表。眼见摩尔电机学院的进度大幅落后,陆军特地另外招募了一百多的女性计算员,分成两班轮流操作微分分析仪,却仍跟不上前线 月,莫奇来向校方提交了一份备忘录,直指机械式的微分分析仪先天不足,建议使用真空管打造电子式计算机。

      他在备忘录中举真空管计数器可达每秒十万次为例,主张用电子计算机计算弹道,无论是速度或正确性,都会远胜于机械式的微分分析仪。然而这份备忘录并没有得到校方重视,所幸不久后陆军中尉哥尔斯廷 (Herman Goldstine) 被派来摩尔电机学院,才挽救了莫奇来的梦想。

      哥尔斯廷原本是密西根大学的数学教授,擅于弹道学的分析,遂被徵召进陆军的弹道研究实验室 (Ballistic Research Laboratory)。1942 年秋,他被派往摩尔电机学院,负责提升射表的产能,但过了半年仍一筹莫展。这是因为男性多已入伍,而当时懂数学的女性又相当有限,已无法再增加计算员的人力。因此当他 1943 年初获知莫奇来的备忘录后,立即找来了解。他研究后,相当认同电子计算机可大幅提升计算速度,解决射表产出不足的问题,因此决定促成此事。

      哥尔斯廷努力奔走的同时,莫奇来也找来埃克特补强备忘录中的技术细节,并将标题改为《电子式微分分析仪的报告》。 1943 年 4 月 9 日,向军方高层简报后,成功获得批准,经费很快就核发下来。

      六月初,“电子数值积分仪暨计算机”(Electronic Numerical Integrator And Computer,简称 ENIAC) 的开发正式启动,经过两年半才打造完成,共耗费近五十万美元(相当于 2020 年的七百万美元)。完成后的机器重达 27 吨,由 30 个高二米四的机柜组成,加起来有 30 公尺长,塞满了 50 平米房间的墙面;IBM 的 ASCC 与之相比犹如小巫见大巫。

      ENIAC 的线 个,主要用于运算单元与记忆单元,不过运算方式仍是采用十进制,而不是二进制。输入方式有两种,数据与常用的函数表是用 IBM 现成的打孔卡片机制输入,然后暂存到记忆单元;程序则跳过打孔卡片,直接用缆线连接控制单元的不同插孔,再调整开关与计数器完成设定。用这种方式输入程序与数据,是为了完全发挥真空管的优势,不被读卡的机械动作拖累。

      ENIAC 果然不负众望,运算速度可达每秒 5,000 次加法或 357 次乘法,不仅超过贝尔实验室与 IBM 用继电器打造的计算机百倍以上,也远胜于阿塔纳索夫的 ABC 电脑。用 ENIAC 分析弹道当然也比微分分析仪快多了,只不过当它于 1945 年 11 月启用时,二次大战早已结束,原本建造的初衷为了制作射表,如今已不需要了,这简直就是庄子寓言所说的:花了三年学会屠龙之技,却无所用其巧。

      所幸 ENIAC 是一部可程序化的通用型电脑,军方仍能在其它方面用到它庞大的计算能力──例如氢弹的模拟计算,因此它还是一直运作到 1955 年 10 月才退役。

      对莫奇来与埃克特而言,二次大战结束反而是他们事业的开始。1946 年 3 月,他们两人一起离开宾州大学,创办“埃克特─莫奇来电脑公司”,并将 ENIAC 的相关技术申请专利。

      这份专利直到 1964 年才获准,但因为他们的公司早在 1950 年就卖给雷明顿兰德公司 (Remington Rand),而这家公司五年后又遭另一家公司并购,专利也就归属于合并后的斯佩里兰德公司 (Sperry Rand) 所有。斯佩里兰德取得专利后,开始向其它电脑公司索取授权金,Honeywell 不愿支付,双方于 1971 年闹上法庭。

      阿塔纳索夫因此才以证人身分出庭,证明莫奇来从他这里获知数位电脑的相关技术。最后法官认定莫奇来与埃克特的发明衍生自阿塔纳索夫的设计,于 1973 年判决专利无效。

      其实 ENIAC 与阿塔纳索夫的 ABC 电脑有著根本性的不同。虽然两者都用真空管,但 ENIAC 的用法却是当成计数器,以传统的十进制计算,而不是像 ABC 那样进行二进制的逻辑运算。ENIAC 这样的设计比起 ABC,反而又倒退了一步。当然 ENIAC 是通用型电脑这一点,比只能解线性方程序的 ABC 强多了,不过要靠插拔缆线、切换开关的方式设定程序实在太过麻烦。

      无论如何,ENIAC 的确是件划时代的作品,它将计算机的运算能力提升了两三个数量级以上,而且还能变换程序做各种运算。因为它的成功运行,而带动了更多打造通用型电脑的计划。

      另一方面,它的诸多缺点也突显了旧思维的设计亟待改善,新的电脑立即针对这些缺陷重新设计,因而又往现代电脑更迈向一大步。而在其中扮演关键角色的正是从数学、物理、经济学,乃至 DNA,都有卓越贡献的全能型天才──冯诺依曼。


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