John Graham-Cumming: 史上最偉大的機器

我今天要向大家介紹的這個機器 被稱為有史以來最偉大的機器 雖然目前它還沒被真的創造出來 但它以後一定會被發明出來的 這個機器在任何人發明電腦之前 就被設計出來了

如果你對電腦的歷史有一些了解 你就會知道，在30和40年代的時候 一些電腦的雛型被創造出來 接著誕生了我們今日的電腦革命 你是對的 不過你把發生的世紀搞錯了 其實，第一台電腦是在19世紀的 30和40年代，而不是20世紀的時發明的 有人設計出這個機器，並做出部分原型 有部分就是在這裡製造的 也就是肯辛頓南部

這個機器是被Charles Babbage這個人做出來的 我對Charles Babbage很感興趣 因為他所有照片裡的頭髮都亂七八糟的 像這樣，每張都是 (笑聲) 他非常的富有 而且可以說是英國的貴族成員 在馬斯伯恩 (倫敦市區) 的一個週六夜晚 如果你是一位當代的知識分子 你就會被邀請到他家參加晚會 他邀請了每個人-- 國王、惠靈頓的公爵、很多有名的人--- 然後他會向你們展示他許多機械中的一個

我非常想念那個時代，你知道的， 可以去參加晚會，然後看一個 機械電腦在你面前被展示 (笑聲) 不過Babbage是在 18世紀末出生的 而且還是個有名的數學家 他主持了當初牛頓在劍橋主持的盛會 這個盛會最近由史蒂芬霍金主持 他沒這些人那麼有名，因為 他只有創造這台機器的想法 但卻從未真正創造出來

原因就是，他是個標準的書呆子 每次他有很好的想法時 他就會想：「太棒了，我要去把它做出來。 我得投入一些錢... 阿，我又有個更好的主意 那我來做這個吧 (笑聲) 然後我還要...」 他一直重複這些想法，直到首相Sir Robert Peel 把他從唐寧街10號 (首相官邸) 趕出去 當時，從那裏被趕出去就意會著 「先生，祝您有個愉快的一天。」 (笑聲)

他所設計的就是這個巨大的東西：分析引擎。 現在，為了讓你有個初步的了解 這是由上往下的俯視圖 每個圈圈都是一個齒輪，一堆齒輪 而這東西就跟一個蒸汽火車頭一樣大 所以在我演講的過程中，我希望你能想像一下 這個巨大的機器。我們可以想像我們正聽著 這個機器有可能發出的美妙聲音 現在，我將為各位介紹這個機器的搆造 這就是為什麼「電腦系統搆造 (computer architechture)」是用英文中建築物 (architecture) 這個單字 並為大家介紹這台機器，也就是電腦

首先，讓我們聊聊記憶體。 這機器的記憶體就跟現在電腦的記憶體很像 只不過它當時是用金屬打造成的 一堆齒輪 -- 總共有30個齒輪那麼高 想像一下這些齒輪的高度 成千上百個的齒輪 每個齒輪上都有編號 這個機器是十進位制的。所有東西都是十進位制 他曾想過用二進位制，不過問題是 如果用二進位制，機器就會變得過高 看起來很荒謬，而且極其巨大 它也有記憶體 記憶體就是這裡的位元 它們長這個樣子

這個巨大的東西就是CPU，或稱為晶片 沒錯，就是這麼大 整個機器完全都是機械化 這是一張局部的CPU原型照片 目前被存放在科學博物館

CPU可以做4種最基本的算數 加、減、乘、除 這對金屬來說已經很厲害了 不過，它也可以做一些電腦可以、 但計算機做不了的事情 這個機器可以透過本身的記憶體做出決定 它可以幫基本編程做假設 而擁有這些功能，表示它就是一台電腦 它可以計算、不光是算數，而且還可以做更多

現在，如果我們看著它，停下來想想 我們今天的晶片，,我們根本沒辦法看見 那些矽晶片的內部構造，它們實在太小了 然而，如果你真的仔細研究它，你可以看到 跟這個非常相似的東西 這就是CPU裡令人屏息的複雜構造 以及記憶體中不可思議的規律性 如果你曾經看過一個電子顯微鏡照片 你就會看到這個，它們看起來完全一樣 然後這裡會有些十分複雜的位元

這裡所有的齒輪都在做一些電腦能做的事情 當然，你得幫它寫程式 而 Babbage 用了和當今一樣的方法 而這個方法在50,60,70年代會再次出現 也就是：打孔。這個東西 就是三個讀卡機的其中一個 而這是一個程式，目前存放在科學博物館 離這兒不遠，是由 Charles Babbage 建造的 它就在那裡，你可以去看看 它等待著人們把機器創造出來 事實上，這機器不僅僅只有一台，而是有很多 他設計了一些程式，認為這個可以實現

之所以使用打孔卡片的原因是 法國的 Jacquard 創造了織布機 而織布機可以織出這些打孔卡片上不可思議的圖案 所以他當時是在為今天的科技做準備 就跟所有他做的其他事情一樣，他使用的 是他當時19世紀30,40,50年代的科技：齒輪、蒸汽 機器。很諷刺的是，跟 Charles Babbage 同一年出生的有麥克法拉第 那個用發電機、變壓器、和其他玩意兒 改變了一切的那個傢伙 Babbage 想要用當時現存的科技 也就是就是蒸汽之類的東西

現在，他需要一些配件 顯然電腦的雛型已經出來了 你有很多卡片、CPU、以及記憶體 但你還需要一些其他的配件 但是你找不到

所以呢，首先你要有發出聲音的東西，像是鈴鐺 如果任何事情搞砸了的話---- (笑聲) 或者這機器需要一個人員陪同 你就可以搖鈴鐺 (笑聲) 在打孔卡片上其實有個說明 寫著：「搖鈴鐺」。想像那「叮」的一聲 讓我們暫停一下，想像這些聲音 這台機器發出「喀喀喀喀」的聲音 或是蒸汽引擎的聲音「叮」。沒錯吧？(笑聲)

很顯然，你還需要一個印表機，每個人都需要 這個圖片是關於另外一個機器的列印原理 它叫做「不同的2號引擎」 他沒有把這個機器做出來，不過科學博物館 在80和90年代真的做出來了 它是個完全機械性的印表機 它只能印數字，因為他對數字很著迷 它確實可印在紙上，甚至可以自動換行 所以當你打到一行結束，它就可以變成這樣

你還需要圖片，對吧？ 就是說，當你得處理一些關於圖片的事 因此他說：「嗯，我需要個繪圖機。我有一大張紙 還有鋼筆，這樣我就可以讓它作圖了。」 因此他也設計了一個繪圖機 你知道的，以那個時候的發展來說 我認為他已經做出一個很好的機器了

接下來則要介紹這位女士，Ada Lovelace 現在，想像一下這些晚會，聚集了有名利的人們 而這位女士的父親就是瘋狂、陰險 、又危險的拜倫王 她的母親擔心她會繼承拜倫王 那些又古怪又壞的行為 於是就想：「我知道怎麼解決了：數學。 我們會教她數學，這樣她就會安靜下來了。」 (笑聲) 原因是因為 從來沒有數學家最後會瘋掉 所以，嗯，這個主意還不錯 (笑聲) 一切不會有問題。所以她開始學習數學 並跟她母親去了一個這樣的晚會 Charles Babbage ，你知道的，拿出他的機器 威靈頓的公爵也在場 Charles 展示了他的機器 而 Ada Lovelace 就理解了。她是他生命中 唯一一個說出：「我知道這個機器的功用 也理解這個機器的未來會怎麼樣」的人。 她對我們帮助非常大，因為我們之所以 能知道許多 Babbage 設計的機器 都歸功於她

現在有些人稱她叫第一位程式設計者 這其實是從她當初翻譯的一篇論文中節錄出來的 這是一個以特定格式寫下的程式 不過，正確來說她並不是真正的第一位程式設計者 而且事實上，她做了更驚人的事 不僅僅只是寫程式 她看到了一些 Babbage 沒看到的東西

因為 Babbage 對數學太著迷了 他想做一個能算數學的機器 Lavelace 說：「這台機器 不只可以算數。」就像在座的各位一樣 大家此刻身上都有一台電腦 也就是手機 如果你打開你的手機，每個手機 、電腦、或任何其他計算設備 都是數學。運作的基礎都是數字 不論是影片、簡訊、音樂、或聲音，都是數字 全部。數學讓這一切成為可能 而 Lovalace 說「雖然你在使用的 是數學函數和數學符號 但這並不表示這些東西就不能 代表其他東西，例如音樂」 這是個非常大的進展，因為 Babbage 還在說著 「我們可以繪出這些神奇的函數、 印出表格和數字，然後畫圖！」(笑聲) Lovalce 則說：「你看， 這機器可以做出曲子， 只要你給它用來代表音樂的數字代號 這就是我所說的 Loavelace 大躍進 若你稱她為程式設計者，她的確是 不過真正重要的是她看見了這機器 在未來能有更多可能性

而一百多年後，某個人出現了 Alan Turing 在1936年重新發明了電腦 當然，Babbage的機器是純機械的 Turing 的機器是純理論的 這兩人都是從數學的觀點來思考 但 Turing 告訴我們一些很重要的事情 他奠定了數學在電腦科學 中的基礎，說到： 「你怎麼把電腦創造出來的並不重要。」 你的電腦是不是像Babbage那樣是純機械的， 或者像今天這種電子的，都不重要 也許未來的電腦是由細胞構成的 或者又回歸到純機械的。一旦我們使用了奈米技術 我們可以把 Babbage 的機器變得 非常小。.所有東西都是電腦 而在這之中，所有東西的本質都是計算 這叫做 Church-Turing 理論

所以突然間，你會開始聯想到， Babbage 當年造的那東西，其實就是台電腦 事實上，它可以做出任何我們現在 用電腦能做的事情，只不過很慢 (笑聲) 為了讓大家了解有多慢，以下是說明： 它有1k的記憶體 並且使用打孔卡，必需手動插進去 它的速度比第一台ZX81 (家用電腦) 要慢一萬倍 它確實有一個記憶體 如果你想的話，你可以擴大它的存儲

(笑聲) 那麼，我們今天能做什麼呢? 以下是計劃 在Swindon 科學博物館的檔案中 有上百個計劃和 上千頁文獻 是 Charles Babbage 寫的、關於這個分析引擎的筆記 其中有一系列計畫被我們稱作計劃28 這也是個我與 Doron Swade 所創立的一個 慈善機構的名字。Doron Swade 是科學博物館中 管理電腦的成員，也是起草了這個計劃 要建造出一個不一樣引擎的人 我們的計劃就是把它做出來 就在肯辛頓南部，我們會做出這個分析引擎

這個工程分成很多部分 其中一部分就是掃描 Babbage 的文獻 這部分已經完成，而正在進行的第二部份 則是研讀所有計劃然後決定要建造什麼 第三部分是一個模擬那機器的電腦糢擬系統 最後一部份，就是在博物館中把機器做出來

當它完成時，你就會真正理解電腦是怎麼工作的 因為你就不再只是盯著面前一個極小的晶片 而是可以看看這個巨大的東西然後說： 「阿，我看到記憶體在運作、CPU在運作、 我聽見它運作的聲響。我說不定還聞的到！」 (笑聲) 但在這之間呢，我們會做一個糢擬

Babbage 自己寫到： 一旦分析引擎真的被製造出來後 它一定會對於未來的科學有所帮助 當然，他從沒有成功做出來，因為他總是 在他的新計劃上浪費時間，但當這東西真的 在1940年代被做出來時，一切都改變了

現在，我讓各位稍微看看它 運作的樣子，這影片會展示出 局部的CPU運作的機械原理 這是三組齒輪 它準備做加法。這是加法的運作原理 如此一來，你可以想像這個巨大的機器

因此呢，給我五年時間 在2030之前，我們將會做出這個機器

謝謝各位。 (鼓掌)