馬克1號

“馬克1號”採用全繼電器，長51英尺、高8英尺，看上去像一節列車，有750000個零部件，裡面的各種導線加起來總長500英里。

基本介紹

• 中文名：馬克1號
• 所屬：美國哈佛大學
• 相關人物：霍華德·阿肯
• 時間：1937年

概述

美國哈佛大學套用數學教授霍華德·阿肯受巴貝奇思想啟發，在1937年得到美國海軍部的經費支持，開始設計“馬克1號”（由IBM承建），於1944年交付使用。總耗資四五十萬美元。 “馬克1號”做乘法運算一次最多需要6秒，除法10多秒。運算速度不算太快，但精確度很高（小數點後23位）。

1944年首台自動按序控制計算器——Mark Ⅰ

馬克1號

●Mark Ⅰ——自動按序控制計算器

Howard H. Aiken完成"ASCC Mark I”(自動按序控制計算器MarkI ，AutomaticSequence -- Controlled Calculator Mark I)，亦稱“Haward Mark I”。這部機器有51尺長，重5噸，由750,000部份合併而成。它有72個累加器，每一個有自己的算術部件，及23位數的暫存器。

簡介

馬克一號（Mark I）是美國第一部大尺度自動數位電腦，被認為是第一部萬用型計算機。它的生產和設計者給它起的名字是Automatic Sequence Controlled Calculator（全自動化循序控制計算機，縮寫為ASCC），馬克一號是它的用戶哈佛大學給它起的名字。

馬克1號

這部機電式ASCC是由IBM的Howard H. Aiken所設計的，在1944年8月7日搬到哈佛大學。馬克一號的特點為全自動運算。一但開始運算便無須人為介入。馬克一號是第一部被實作出來的全自動電腦，同時與當年的其他電子式電腦相比它非常可靠。大家認為“這是現代電腦時代的開端”以及“真正的電腦時代的曙光”。

ASCC是由開關、繼電器、轉軸以及離合器所構成。它使用了765,000個元件以及幾百里長的電線，組裝大小為16米(51呎)長，2.4米(8呎)高，2呎深。重達4500公斤(5短噸)。其基本計算單元使用同步式機械，所以它有一跟長15米(50呎)的傳動軸，並由一顆4千瓦的馬達所驅動。馬可一號可以儲存72組數據，每組數據有23位十進制數字。每秒可執行3次加法或是減法。一個乘法則須6秒，一個除法須15.3秒，計算一個對數或是一個三角函式需花費超過一分鐘。

馬克一號藉由打卡紙讀取、執行每一道指令。它沒有條件分支指令。這表示需要複雜運算的程式碼會很長一串。循環的完成需利用打卡紙頭尾相接的方式。這種程式碼與資料分開放置的架構就是眾所周知的“哈佛架構”。計算機先驅Grace Hopper是馬克一號的程式設計員。

在捐贈儀式上，Aiken沒有提到IBM對於設計與製造這部電腦的參與，IBM對此很不滿，因此與Aiken分道揚鑣。IBM將這部電腦命名為ASCC但隨後哈佛大學與Aiken將它改為馬克一號。IBM之後去製造了另一部電腦SSEC。

輸出入控制單元

馬克一號之後有馬克二號(在1947年或是1948年)，馬克三號/ADEC(1949年九月)以及哈佛馬克四號(1952年)，全都是Aiken的工作成果。馬克二號是馬克一號的效能增進版，但也是由機電繼電器所構成。馬克三號部分採用電子元件，而馬克四號就全部改用電子元件了，也就是固態元件。馬克三號與馬克四號使用磁鼓記憶體，馬克四號同時也有使用磁芯記憶體。馬克二號與馬克三號搬到維吉尼亞州的Dahlgren基地給美國海軍使用，馬克四號留在哈佛大學並且給了美國空軍使用。

馬克一號最終還是被拆解了，但有一部分留在哈佛大學的Cabot Science Center。

發明過程

哈佛大學教授霍華德·艾肯(HowardHathaway Aiken)因在20世紀40年代成功地研製出有深遠影響的大型自動數字計算機Mark I而被首批授予計算機先驅獎。

艾肯1900年3月8日出生在美國新澤西州的霍伯。肯(Hoboken，N．J．)，但在印第安那州首府印第安納波里斯(Indianapolis，Indiana)長大。由於艾肯的家是一個單親家庭，家境清貧，他高中就讀於一所名為“阿森納”的職高(Arsenal Technical High School)，白天上學，晚上在當地一家供電和供熱的公司上12個小時的夜班，負責操作開關板。後來，職高校長知道了他的情況，就專門安排了一些考試，讓艾肯通過後提前畢業。

Howard Hathaway Aiken

畢業以後，艾肯來到威斯康辛州首府麥迪遜，在麥迪遜煤氣和電力公司(Madison Gas & Electric Co．)找到一份工作，這份工作允許他同時在威斯康辛大學上學。1923年，艾肯大學畢業，取得電氣工程學士學位，並立即被提升為公司的總工程師。1928年，他離開原公司到西屋電氣和製造公司，3年以後又轉到密爾沃基的線材公司(Milwaukee Line Material Co．)。1933年，艾肯感到乾電氣這一行是選錯了專業，於是下決心辭掉了工作，重返校園學習物理，這時他已33歲。艾肯先進了芝加哥大學，但很快轉至哈佛大學，1937年和1939年先後取得碩土和博土學位。

艾肯的博士論文課題是“空間電荷傳導的理論”(Theory of Space Charge Conduction)。這一課題的研究需要對非線性微分方程進行複雜的計算，而艾肯手頭只有手搖台式計算機可用，常常為解一個方程而耗費大量時間，這導致他產生了研製自動計算機的想法。在深入研究了計算技術的先驅、英國數學家巴貝奇(Charles Babbage，1791—1871)工作的基礎上，1937年艾肯提出了自動計算機的第一份建議書，即著名的文獻“ProposedAutomatic Calculating Machine”。在這份長達22頁、而且是雙面列印的檔案中，艾肯提出了他的設計目標，也就是後來被稱為Mark I的計算機的四個特徵：

Mark 3

1．既能處理正數，也能處理負數。

2．能解各類超越函式，如三角函式、對數函式、貝塞爾函式、機率函式等。

3．全自動。即處理過程一旦開始，運算就完全自動進行，不需人的參與。

4．在計算過程中，後續的計算取決於前一步計算所獲得的結果。

艾肯原指望從學校取得經費支持來研製他的計算機，但沒有如願，幸而得到商學院布朗教授(Ted Brown)和天文系夏伯利教授(Harlow Shapley)的引薦，和IBM公司的老闆沃森取得聯繫。有遠見的沃森正致力於將IBM公司從單純製造辦公設備的公司轉變為製造計算機的公司，因此對艾肯的計畫給予了全力支持，於1939年3月簽訂了合作製造Mark I的協定。沃森把公司的主要技術骨幹如萊克(Clair D．Lake，1888—1958)、哈密爾頓(Frank Hamilton，1898—1972)、杜菲(BenjaminDurfee，1897—1980)等都投入了這一項目，由萊克負責工作。

萊克是IBM公司的資深工程師，1915年就從汽車行業轉至IBM公司，是一個出名的發明家。但由於第二次世界大戰的爆發，艾肯被應徵入伍，到位於Yorktown的海軍水雷戰學校（Naval Mine Warfare School）任教官，只能斷斷續續地進行Mark I的開發工作。幸好有一天，一位有影響的、了解艾肯情況的海軍高級軍官遇見艾肯，驚詫地問他為什麼在這裡而不去研製Mark I？艾肯回答說，不是您下命令讓我在這裡工作的嗎？這成了一個轉機：幾個小時以後，新的命令下達了，委任艾肯的海軍計算項目的負責人，並立刻離開海軍學校回哈佛大學工作。後來艾肯開玩笑地說，他是世界上唯一一位計算機的指揮官。

經過艾肯和IBM公司長達5—6年的合作和努力(當然也包括難以避免的摩擦和碰撞)，Mark I終於在1944年5月完工並投入使用。它用了3 000多個電機驅動的繼電器，是一個重達5噸的龐然大物造價高達50萬美元(有的資料甚至說超過100萬美)，其中IBM公司的投資占2/3，其餘1/3 由海軍資助。其核心是71個循環暫存器(rotating register，把運算中暫時保存運算元的設備叫做register就始於Mark工)，每個可存放一個正或負的23 bit的數字。數據和指令通過穿孔卡片機輸入，輸出則由電傳打字機實現。其加法速度是300ms乘法速度是6 s，除法速度是11.4 s。這與現代計算機當然無法相比，即使與晚它兩年誕生的世界上第一台電子計算機ENIAC相比也顯得十分落後，但它卻實實在在是世界上第一台實現順序控制的自動數字計算機，IBM公司方面把它命名為ASCC，即Automatic Sequence ControlledCalculator，是計算技術歷史上的一個重大突破。4個專家過去用3周時間才能完成的任務，在Mark I上只要19個小時就完成了。而且它非常可靠，每周工作7天，每天工作24小時，這是初期的電子計算機無法比擬的。

機器工作中

Mark I主要供海軍艦船局(Bureau of Ships)用於計算彈道和編制射擊表，也曾在曼哈頓計畫中計算有關核子彈的問題。此外，它也為哈佛大學內外的科學家服務。例如，哈佛大學經濟系的著名教授列昂傑夫(Wassily Leontief)在研究輸入—輸出分析中就曾用Mark I解各種線性方程問題。1949年，哈佛大學的計算實驗室(這是1946年艾肯正式從海軍退役重回哈佛大學後創建的，艾肯任主任直至他退休)年報，即著名的Annalsof the Computation Laboratory of Harvard University，公布了19個數學表，都是Mark I的成果。尤其是在貝塞爾函式(BesselFunction)的計算上，Mark I發揮了巨大的作用，因此哈佛大學的數學家給Mark I起了一個親切的稱呼，叫做“貝茜”(Bessie)。1944年10月14日American Weekly周刊在報導Mark I時，把Mark I稱做“超級大腦”(super brain)，說它能解物理、數學、原子結構等方面的各種問題，並且誇張地說，也許它還能解決人類起源這一難題。

Mark I工作到1958年才退役，還在美國被仔細地保存著。

Mark I

繼Mark I之後，艾肯又先後研製成MarkⅡ(1946年)、MarkⅢ(1950年)和MarkⅣ(1952年)，但IBM公司沒有繼續支持這些項目的開發。事情緣於在慶祝Mark I落成的典禮上，沃森受到冷遇，而且艾肯在致詞中幾乎把Mark I工成功的一切功勞歸於自己，這使沃森萬分惱怒，從而中止了對艾肯和哈佛大學的一切支持。MarkⅡ是為海軍在維吉尼亞州的Dahlgren試驗場生產的，其可靠性在試驗場經歷了嚴格考驗。據記載，1947年6月26日，艦艇主炮組的幾門19型火炮齊發了19發，在震天動地的炮火聲中，附近的MarkⅡ沒有一個繼電器誤動作，報告結論是炮轟對計算機的正常運行沒有造成任何干擾，因此不需要任何特殊的保護措施。從MarkⅢ開始，艾肯開始採用電子元器件，其暫存器是由電子管電路組成的，數據和指令則放在磁鼓上，磁鼓容量為4350個16 bit的字以及約4000條指令。用戶仍然是Dahlgren試驗場。艾肯的最後一台計算機Mark Ⅳ則是為空軍研製的。它加入了磁心移位暫存器和半導體二極體電路。有關MarkI到Mark Ⅳ的基本數據如表所示。（表格加不上）

在開發Mark計算機的同時，艾肯還致力於開展計算機的教育和培訓。1947—1948學年，艾肯率先在哈佛大學開設了“大型數字計算機的組織”這一課程，其後不久又開設面向計算機的“數值分析”。在艾肯的努力下，哈佛大學成為在世界上最早引入計算機研究生課程教學與授予計算機碩士和博士學位的大學之一，艾肯本人共帶出了15名博士生和更多的碩土生，這些人大多成為計算機領域早期的骨幹力量，其中包括圖靈獎和計算機先驅獎獲得者“IBM/360之父”布魯克斯(Frederick Phillips Brooks，Jr．)和“APL之父”艾弗遜(Kenneth Eugene Iverson)，以及在1994年同樣獲得計算機先驅獎的荷蘭學者勃浴天(Gerrit A．Blaauw)。艾肯還主辦了無數有關計算機的培訓班、討論班、學術研討會，美國和世界各國的計算機學者都從中受益匪淺，對推動與促進計算技術的發展起了重要作用。有評論認為，艾肯在這些方面所作出貢獻的意義甚至比他開發Mark計算機的意義還要大。

Howard Hathaway Aiken

艾肯的著作不多，1951年他和他的同事編寫出版了《電子計算和控制電路的綜合》(Synthesisof Electronic Computing and Control Circuits)一書，是這方面的第一本專著。但由艾肯主編、由哈佛大學出版社出版的30卷《計算實驗室年報》(Annalsof Computation Laboratory)則是艾肯留下的極為珍貴的財富，其中包括詳細介紹和描述Mark I—MarkⅣ的3卷年報，有關大型數字計算機和開關理論的4卷會議錄，以及23卷的各種數學表。此外，艾肯還向海軍艦船局、原子能委員會、空軍、貝爾電話實驗室、美國自然科學基金會NSF、美國煤氣協會和愛迪生電氣學會等遞交過大量有關的技術報告，總數達到140卷，其數量之多、內容之豐富和深刻令人嘆為觀止。

Mark I

艾肯獲得的榮譽與獎勵很多。IEEE除了授予他計算機先驅獎外，還曾授予他John Prize獎和愛迪生獎。富蘭克林學會授予他John Prize獎。海軍授予他“傑出公眾服務獎”(DistinguishedPublic Service Award)，空軍則授予他“特等公民服務勳章”(Decoration for Exceptional Civilian Service)。他的母校威斯康辛大學授予他“傑出專業服務獎”(Testimonialof Eminent Professional Services)。法國和比利時政府也都授予艾肯以該國公民的最高榮譽稱號或獎勵(法國是Chevalierde Legion d’Honneur，比利時是Officer’s Cross of the Order of the Crown)。艾肯是美國藝術和科學院院士，也是美國研究院NSC在1946年建立的高速計算機委員會的首批成員之一。此外，他還是西班牙和瑞典的國家級學術機構的名譽顧問或外籍院士。

艾肯於1961年從哈佛大學退休，移居佛羅里達州的Fort Lauderdale，受聘擔任邁阿密大學信息技術教授，幫助該校制定了計算機科學的教學大綱並設計了它的計算中心，同時還創建了他自己的公司，叫做"Aiken Industries”，主要從事技術諮詢。1973年3月14日，也就是剛度過他的73歲誕辰一個星期，艾肯於密蘇里州的聖路易斯因突發心臟病去世。

比較

某些時候，美國人善於假他人之名上位，好萊塢電影裡所說的，是由美國發明了改變二戰進程的密碼機（實為德國人發明）。事實上，許多認為是美國人發明的技術其實根本不是，而且許多美國的發明如果沒有其他國家的協助恐怕也無法變為現實。

Mark I

計算機

倘若查理斯·巴貝奇（CharlesBabbage）建好了分析機，那么英國毫無疑問會是這個領域的贏家。他在1837年設計了今日機器的原型，世界第一台可程式計算機。

然而直到1930 年代，他的作品才變為現實，哈佛大學的霍華德·艾肯（HowardAiken）受到巴貝奇的啟發，始有Harvard Mark I 的誕生。

麻省理工大學早些時候造出了微分機，它一台模擬計算機，而非通用計算機，它只擅長算術，因此我們將第一台通用計算機的名號授予Harvard Mark I。

還有，如果沒有英國人，計算機仍然只能做簡單的事。阿蘭·圖靈（Alan Turing），一位劍橋大學的學者，1936年寫著了一份影響深遠的論文（論可計算數在判定問題中的套用），奠定了通用計算設備的基礎。

綜合考慮，我們認為雙方戰平：英國人是設計師，美國人將它變為現實。

個人電腦

這個領域上美國一路領先。威廉·肖克利（William Shockley），電晶體的共同發明人，於1956年創設了肖克利半導體實驗室，一年之後他的手下干將離職並創建了仙童半導體。

仙童和德州機器在當時就如同今日的Intel 和AMD。事實上，仙童的創始人羅伯特·諾伊斯（Robert Noyce）也是英特爾的創始人。英特爾發明了微處理器，並於1971年開始正式銷售，於是1970年代早期的愛好者們便能開心的在車庫裡組裝電腦了。

微型計算機不是美國發明的—法國公司R2E 開發了Micral，1972 年發布了零售版，不過推廣與普及的工作還是由美國公司MITS（MicroInstrumentation Telemetry System）通過Altair 達成的。

Altair 導致了愛好者團體家釀電腦俱樂部的誕生，還擁有包括史蒂夫·賈伯斯和史蒂夫·沃茲尼亞克這樣的成員。兩個史蒂夫接著成立了蘋果，一家開創了消費計算市場的公司。

這個領域最終被IBM於1981 年發布的PC作業系統及其衍生品所控制，程式語言也大多是美國的發明。

許多軟體亦是美國首創，第一個文字處理程式，Electric Pencil，開發者是美國人麥可·思瑞爾（Michael Shrayer），第一個電子表格，VisiCalc，是由費城人丹·布利克林（Dan Bricklin）所創造，第一個商業瀏覽器，Mosaic，來自美國國家超級計算套用中心（NCSA）。

網路和網際網路

計算機網路是美國人的發明，喬治·斯蒂布利茲（George Stiblitz）在貝爾實驗室花費了6 年時間（1940 至1946 年）開發了首款支持多用戶以及通過電話線路遠程操作的機器。

最大的網路——網際網路，很大程度上也是美國的發明，由美國防部高級研究計畫局（下稱DARPA）推動。第一條ARPANET 鏈路連線的是加州大學和斯坦福研究院，這項基礎成為了網際網路的核心。

網際網路通訊協定，TCP/IP，來自DARPA 的羅伯特·卡恩（Robert Kahn）和史丹福大學的韋恩特·瑟夫（Vint Cerf）。而將封閉、分離的網路組成互相連線的網路是由美國軍方和政府機構推動的。

然而，沒有全球資訊網（WorldWide Web），網際網路很可能仍是科學家和極客的工具，因此英國人提姆·伯納斯-李是將網際網路變成平凡之物的人。他帶來了超文本標記語言（HTML），統一資源定位符（URLs）和超文本傳輸協定

網際網路的其他殺手級套用沒有出現英國人的影子，無論如何，電子郵件是由紐約人雷·湯姆林森（Ray Tomlinson）在ARPANET 上發明的。

移動設備

英國人發明了電話，但行動電話是美國的發明。移動蜂窩電話由貝爾實驗室的工程師在1947 年提出，在1960年代通過AT&T 實驗室研究員理察·H·弗蘭基爾（Richard H Frenkiel ）和約耳·S·恩格爾（Joel S Engel ）所開發的技術變為現實。

iPhone 也有英國人的功勞，喬納森·艾弗（Jonathan Ive）設計了許多蘋果產品，iPod 也算。事實上所有數碼音樂播放器都是英國人的發明：英國發明家凱恩·克雷默在1979年為他的數字音頻播放器註冊了專利，並在1986 年向公眾展示。

英國人發明了電視（約翰·洛吉·貝爾德在1924年創造了第一台可以工作的電視系統），美國人發明了電腦顯示器（艾倫·B·杜·蒙特在位於新澤西的德弗雷斯特無線電公司的成果使商業CRT 顯示管成為現實）和平板顯示器（喬治·海爾邁耶發明了第一台LCD 顯示器）

1980 年代，海爾邁耶時任德州儀器副總裁，他同時也是數位訊號處理器（DSP）的發明者之一，你可以在音樂播放器、行動電話、家庭娛樂設備和醫療器具中發現它們的存在。

可以揭曉答案了，誰是真正的科技巨人？公正的評判應是美國，雖然英國人擁有電腦和iPod 等閃光之處，但卻是由美國工程師的機智與汗水將紙上設計帶入現實。