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哈佛的马克电脑

林一平手绘之艾肯(Howard Aiken)。林一平提供

我最早听过的马克一号、二号、三号,是艾肯(Howard Aiken)在哈佛大学研发的电脑。艾肯是哈佛物理系博士生,每天花很长的时间拿着铅笔计算。当时已有打孔卡计算机(一次只能执行一个算数运算),但需人工操作。他想,如果这些计算能自动完成多好。

1937年,艾肯写了一份22页的备忘录,提出了电脑的初步设计,将打孔卡计算机修改为完全自动化,以执行广泛的算术和数学函数。他的想法由编码指令序列控制,并且在特定过程开发後自动运行。艾肯发明了艾肯码(the Aiken code),也称为2421 code码,用於电脑的编码。

1944年艾肯设计的马克一号是全世界第一部「万能通用」且全自动化的计算器(Universal and Fully-Automatic Calculator) ,一旦启动一个计算程序,不需任何人工操作可自动完成。这部机器使用765,000个零件、800公里的电线,总重量4,500公斤。马克一号可以执行四则运算、三角函数及对数的演算法。不过这部机器有点龟速,做一次乘法需要3~5秒。

1947年艾肯完成改良的马克二号,以快速的电磁式继电器(Electromagnetic Relay)取代马克一号的机电式的计数器(Electro-mechanical Counter),做一次乘法耗时0.75秒,比马克一号快8倍。

马克一号和二号都是储存程序型电脑(Stored-program Computer),将数据(Data)及指令(Instruction)区隔,这是有名的哈佛架构(Harvard Architecture),不过在此硬件架构下,写程序不太容易。

1947年马克二号成员由电脑移除一只导致继电器(Relay)故障的2英寸飞蛾,是全世界第一次书面记录「电脑抓虫」(Computer Debug) 。从此以後,程序诊错就叫「抓虫」。

1949年艾肯完成马克三号。这部机器使用5,000个真空管和1,500个二极管,做一次乘法仅需0.44秒。马克三号仍然采用哈佛架构,最後被范纽曼架构(von Neumann Architecture)打败。

除了在马克系列上的工作,艾肯的另一个重要贡献是在哈佛大学创办第一个电脑科学硕士课程,这个学程於1947年招生,比其他大学早10年。这成为培养未来电脑科学家的摇篮,早期有许多电脑科学家在艾肯手下完成博士论文。艾肯对早期电脑科学有相当大的贡献。

现为交通大学资工系终身讲座教授暨华邦电子讲座,曾任科技部次长,为ACM Fellow、IEEE Fellow、AAAS Fellow及IET Fellow。研究兴趣为物联网、移动计算及系统模拟,发展出一套物联网系统IoTtalk,广泛应用於智能农业、智能教育、智能校园等领域/场域。兴趣多元,喜好艺术、绘画、写作,遨游於科技与人文间自得其乐,着有<闪文集>、<大桥骤雨>。