图灵的大教堂: 数字宇宙开启智能时代

根据佐利金的说法，电子技术的发展可以分为3个时期。“第一个时期始于1906年德福雷斯特发明三极真空管，随着第一次世界大战的打响而结束。控制真空管中的电子流与蒸汽阀控制管道中的蒸汽流动非常相似，”他解释说，“人们不再将注意力放在真空管中单个电子的行为上，就像通常没人会关注管道中单个蒸汽分子的运动一样。”

“第二个时期从20世纪20年代开始，”佐利金继续说，“其间，真空管中电子定向运动的特征应用到了阴极射线管中。”第三个时期开始于20世纪30年代，电子束被进一步细分归类。“这种细分要么基于时间，电子在类似速调管或磁控管内施加的高频场中的特定阶段汇聚成束；要么基于空间，比如在图像形成设备中成束，”佐利金解释道，“电子显微镜和显像管是这一分组的典型代表。”

第二次世界大战期间，佐利金和他的门生正·珞佳门力图开启真空管变革的第四个时期。珞佳门是一个流亡国外的波兰人，在苏黎世求学，1936年元旦就已经加入佐利金的小组。1939年，德国入侵波兰，美国陆军弹道研究实验室的莱斯利·西蒙（Leslie Simon）上校和美国无线电公司接洽，商量如何提高防空射手击落敌机的概率。打击地面目标时，射手可以使用事先准备的射表。在飞机运行的路径中投放炮弹则需要实地计算，包括飞行时间的最后估算用以设置定时引信，使炮弹爆炸位置尽可能靠近飞机。“德国人在空中占有巨大的优势，盟军在防空火力控制方面非常差劲，”珞佳门解释说，“西蒙上校有先见之明，他认为电子技术可以提供所需的速度。”

在佐利金的鼓励下，珞佳门开发出了一系列数字处理和存储管：以兆周（megacycle）的速度转换、门控和存储单一玻壳内的电子脉冲。计算机用多极电子管和选数管作为固态集成电路的始祖，是真空管版本的微处理器和存储芯片。“当时的想法是做一个单管，它可以将两个数字相乘，并把第三个数字添加到产品上，数字以二进制代码表示，”珞佳门解释道，“从单一中央阴极发出的大量电子束，逐渐在三个电极的作用下发生偏转，分别对应于乘数的数字值、被乘数的数字值，以及‘结转’（carry-over）数字……实际上，这个单管是通过我们今天所说的‘集成真空技术’（integrated vacuum technology）研制的。”

计算机用多极电子管由珞佳门和理查德·斯奈德（Richard L.Snyder）发明，它是一个64脚、14比特的算术处理管，包含737个独立部件。一旦玻壳被密封，就不可能再进行调整。1943年7月30日，珞佳门和斯奈德在他们的“计算设备”（calculating device）的专利申请中写道：“数字可能迅速相加或相乘，而不伴随时间脉冲（timing impulses）、结算脉冲（clearing impulses）之类的东西。然而，等到一个用于原理论证的样机获得证明时，事情变得明朗起来：我们的开拓性工作并不能导向高射炮射击指挥仪那种在实战中很快得到应用的设备。”

选数管是一种全数字、随机存取的静电存储管，容量为4096比特。它依据真空管技术制造，但是功能上等同于现代的硅基存储芯片。“存储芯片应该不必通过其他所有单元就能够访问任一单元，并且应该无须恢复就能无限存储记忆……即永远保存，直到我们需要这些信息时能够随时使用。”珞佳门在1946年解释说。正是选数管让冯·诺依曼确信美国无线电公司可以实现数字计算。“约翰·冯·诺依曼常常来看我们，”珞佳门说，“他对我们的研究也非常了解。”随同计算机用多极电子管和选数管，珞佳门还开发了电阻矩阵函数表，为发展只读存储器（ROM）做准备。“我们制作了相当大的矩阵阵列，其中包含大约15万个电阻。”他说。1943年10月30日，他为一个全数字“电子计算设备”申请了专利。这个设备以电子速度执行二进制算术，使用电阻矩阵存储不变函数表以及用于处理的可变数据。“整个计算都是在二进制记数系统中进行的，这样所有数字都表示为2的幂之和。”这种拟建的计算机同时采用了并行和异步模型，运算速度很快。它没有移动部件，电阻矩阵可以根据需要，初始化为不同的函数和数据，为各种枪炮量身定制。

通用计算的元件逐渐得到确定。“在我们开始忘却预期设想的难题，着手为解决所有问题认真研制通用计算机的时候，”1970年，珞佳门回忆说，“那种心情不可名状。”