更快、更可靠的机器
1947年7月,人们发现一台10级加法器样机“可以稳定地连续工作数天”,在0.6微秒内通过10级执行完全进位。8月,一台10级移位寄存器花费了整整一个月进行寿命测试。1948年2月,一台累加器样机以“每秒约做10万次加法”的速度执行50亿次操作,无一失误。
计算机需要通过一些手段将数据和程序加载到内存中,也需要交付结果。1946年,磁线被选为录音介质。毕格罗的小组花费数月建造和调试高速钢丝驱动器。驱动器为同轴驱动器,连接着两个自行车车轮。钢丝被分别连接到同轴驱动器的两侧,每秒从这对自行车车轮上盘绕和展开的录音钢丝多达30米(或9万比特)。两个轮子可以被移动,并作为一个单元嵌入,就像一个磁带卡盘或者今天使用的可移动磁盘。数据和程序通过打孔输入电传打字纸带,经核实后转移到录音钢丝,经由录音钢丝就可以根据需要高速加载到内存中。第一份中期进展报告指出:“虽然这台人工键盘打字机实质上运行缓慢且艰难,但是它完全独立于机器本体,并且任意数量的编码人员,无论距离机器远或近,都可以在机器上解决这些早期编码的同时设置问题。”在海军研究办公室,冯·诺依曼向罗杰·雷维尔(Roger Revelle)描述计算机时,提到他想象中的计算机小组能够“在其他地方直接登录和退出一台机器,而该机器可能在数百或数千千米之外”。
1948年3月的报告称:“输入一条数字信息,将它与所有相关的标记和索引脉冲一起传输到磁线中,删去标记和索引脉冲后,再读入移位寄存器,然后反向运作整个过程,并再次产生该消息的副本。”虽然高速钢丝驱动器连续运作达三个星期之久,但它还是被淘汰了,转而通过标准的5孔电传打字机纸带支持更为可靠(虽然更为缓慢)的输入/输出。在建造钢丝驱动器过程中掌握的大量知识,后来都被运用到一个辅助的2048字的磁鼓中。这个磁鼓相当于一个40通道的钢丝驱动器,通过独立的读/写磁头运行固定的线圈。
IBM破例答应提供设备修理服务后,电传输入/输出就陆续被IBM的穿孔卡片设备替换掉了。休伊特·克兰(Hewitt Crane)曾为一台IBM 516复穿孔机重新装线,其性能由一次读取一个12比特的列提升到并行读取80比特的行。这项改进很快被IBM公司采用,加速了从字母、数字、字符到代码行数的相变。全部1024字的存储器可以在不到1分钟时间内加载完,并在两分钟内被卸载掉。
4月,8级二进制乘法器样机投入运行,每秒运算70000次乘法。官方记录指出:“它已经完成了大约1010次这种运算,看起来似乎很可靠。”同时,奥本海默非正式地向董事会通告:“电子计算器正在演算乘法。”罗森伯格设计了一系列测试计算,其中“重复的乘法准确无误,会产生静态的数字图案”,让你可以立即看到运算单元是否正在工作。
“那台机器做乘法的方式是,如果你以寄存器中正确的数集入手,它就会做乘法,并得出与寄存器中相同的、三个数字的数集,”韦尔解释说,“我们突然发现,霓虹灯管上的灯光图案保持稳定。赫尔曼对这一切激动不已。他跑下大厅和约翰尼一起——我不知道他们花了多少时间才搞清楚如何选择正确的三个数字……同时,我和波默林正通过实验寻找这些数字,并以尽可能快的速度把它们写下来。”
很快,三个40级移位寄存器就完工了,它们按照两种不同的布置互连,形成了120个二进制数字的闭合回路,每次围绕这个回路移动一个位置,每个回路耗时为3微秒。这个试验持续了100个小时,共计1011次移动。除存储器外,所有必需的零件都安装到位。
起初,美国无线电公司珞佳门的研究小组似乎领先于普林斯顿高等研究院毕格罗的研究小组。“我刚拜访了正·珞佳门,他透露的消息相当鼓舞人心,”1947年7月初,戈德斯坦向冯·诺依曼报告时说,“他向我们许诺,两个星期左右会研制出一种256位方形选数管,即4阴极选数管。我不知道我们将会用它来做什么。”月底,戈德斯坦又去了一次,才发现与美国无线电公司的新型内存管相比,它暴露出更多新问题。曾经的博弈理论家冯·诺依曼决定给自己留一条退路,即便其他一切都失败了,人们还是认为计算机可以通过将运算和控制单元直接耦合为40通道的磁鼓进行操作(即使速度会降低100倍)。






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