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超長壽儲存媒介

科學人_96
・2013/02/17 ・669字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 527 ・七年級

儲存在石英玻璃內的資料,壽命可長達三億年。

撰文/霍恩亞克(Timothy Hornyak)

大多數文化機構與研究單位仍然利用磁帶來保存資料。日本的日立公司(Hitachi)最近發表了一款新的儲存媒介,其壽命將大幅超越傳統的磁帶、CD、DVD、硬碟與MP3。

這家電子業巨人與京都大學的三浦清貴(Kiyotaka Miura)合作,把資料寫入「半永久」的石英玻璃薄片中,能保存數億年而幾乎不會受損。

這套原型系統由寬兩公分、厚兩公釐的石英方塊組成,利用飛秒雷射產生的極短脈衝在石英玻璃內打出四層凹點。這些凹點是標準二進位資料,即使在遙遠的未來也能利用基本的光學顯微鏡來讀取。由於凹點藏在玻璃內部,因此不受表面侵蝕影響。

這種媒介的資料儲存密度比CD稍微高一點。增加一層凹點便能提高資料儲存密度,但這種材料最大的優勢在於耐久性:它不僅防水,還能抵抗化學與風化侵蝕,即使置於1000℃的高溫下兩小時,資料依然完好無損。這些實驗結果讓日立公司相信,石英玻璃內的資料能保存千秋萬代。

美國加州大學聖克魯茲分校智慧儲存研究中心主任米勒(Ethan Miller)說:「如果讀取與寫入裝置的製造價格合理,這種媒介有潛力大幅改變現有的檔案儲存系統。」這套系統適合用於保護人類文明最重要的資訊,例如博物館的數位館藏或珍貴文獻。問題是,人類已知的歷史甚至沒有那麼久。米勒指出:「盤古大陸在數億年前分裂,當時遺留的石英岩現在變成海灘上的沙粒。這種石英儲存媒介也同樣能萬古長青。」(周坤毅 譯)

 

SA原文:Data Saved in Quartz Glass Might Last 300 Million Years.

刊載於《科學人》2013年第132期02月號

文章難易度
科學人_96
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《科學人》雜誌-遠流出版公司於2002年3月發行Scientific American中文版,除了翻譯原有文章更致力於本土科學發展與關懷。

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鑑識故事系列:手錶會「記錄」死亡時間?!
胡中行_96
・2022/08/29 ・2476字 ・閱讀時間約 5 分鐘

時年 26 歲[1] 的 Caroline Dela Rose Nilsson 手腳被緊縛,[2] 嘴巴堵塞著,神色極度焦慮,[1]在自家的車道上呻吟。[3, 4] 鄰居見狀快速通報警察。[1]

事情發生在 2016 年 9 月 30 日,[4] 晚間 10 點 10 分,[1] 南澳阿德雷東北市郊的 Valley View 地區。[1, 3] Caroline 的三個孩子當時在家,他們分別為 1、3 和 5 歲;[2] 而她 57 歲的婆婆 Myrna Nilsson 早已被重擊致死,陳屍於洗衣間。[5] 稍後,員警在屋裡的走廊找到眼神渙散,面容哀戚的男孩;他的兩個姊妹則是面部朝下,趴在床上哭泣。員警讓孩子們同自己坐在警車裡,但卻什麼也問不出來。[5]

另一邊,當死者的兒子 Mark ,也就是 Caroline 的丈夫,得知母親死了。 Mark 詢問警方, Caroline 是否受傷,然後平靜地以實事求是的口吻說:「我不懂怎麼會有這種事情,您是說意外嗎?」由於警方不願意透漏細節,在完全不知道來龍去脈的情況下, Mark 又問是不是有人闖入家中。[5][註1]

澳洲國產霍登皮卡車的模型。圖/Andrew Bone on Flickr(CC BY 2.0

根據 Caroline 的說法,當天有 2、3 名開著皮卡車的男性,跟蹤她的婆婆 Myrna 回家。他們與 Myrna 在屋外爭執了約 20 分鐘,但殺害她的時候, Caroline 碰巧在關著門的廚房裡,所以什麼也沒聽到。[1] 這幾個「看起來像粗工」的人,後來也攻擊 Caroline 。[2, 5] 問題是,如果三個孩子徹頭徹尾都在屋裡,為何會安靜到沒被捲進來?

檢方拿 3 個孩子的頭髮樣本,去做藥物檢測,其中 2 個結果顯示有Tramadol殘留。[2] 在澳洲屬於四級管制藥物的 Tramadol ,需要有處方籤才能取得,是一種會抑制呼吸且具有鎮定作用的止痛劑,一般不得施予 12 歲以下的兒童。[6] 更啟人疑竇的是,屋裡既沒有外人入侵的 DNA 證據,附近的鄰居也沒注意到一輛皮卡車進出。[7] 這令檢警不太採信 Caroline 的說辭。[1]

此外,負債澳幣 4,000 元(時值約新臺幣 10 萬元)的 Caroline ,每半個月還得跟丈夫共同支付婆婆 Myrna 澳幣 1,000 元的房租。[註2]相較之下,Myrna 經濟優渥,不僅擁有汽車,在澳洲和菲律賓置產,曾赴歐洲旅遊,還給年幼的孫子買車買房。Mark 是獨子,若 Myrna 過世,他們夫婦便可順勢繼承財產,謀財害命的動機充足。[8]

檢警因此把 Caroline 列為頭號嫌疑犯,卻始終沒有以謀殺罪名逮捕她。直到 2018 年 3 月,他們取得關鍵證據。[1]

蘋果智慧型手錶示意圖,非當事證物。圖/Adam Kovacs on Unsplash

Myrna Nilsson 慘遭殺害的時候,戴著一只蘋果智慧型手錶。[1]

從智慧型手錶判讀死亡時間

Myrna 的智慧錶記錄到她人生末了的重要數據:她在返抵自家的 47 秒內開始遭受猛烈攻擊,[4]其中有短短 39 秒的長度,出現 65 次倉皇的動作,然後她的心跳就停止了。時間約莫是傍晚 6 點 41、42 分。[2, 4] 15 分鐘後, Caroline 用手機傳訊息給丈夫,還留下在臉書和 eBay 的使用紀錄。[4] 從這個時間點到她的鄰居報案,中間相差三個小時。此情形讓 Caroline 的陳述顯得不合理,因而遭檢察官起訴。[3]

從傳統手錶推測死亡時間

智慧型手錶進入人類生活已有一段時日,不過有些人仍然會戴其他類型的手錶。它們雖然不會追蹤使用者的生命徵象,但有時也能提供警方估計死亡時間的線索。以下是 2022 年《國際鑑識科學》(Forensic Science International)期刊,介紹的二個例子:

一名八旬老翁俯臥於公寓的地板上,毫無生命跡象。他最後一次被人看見還活著,已經是 5 天前的事情了,對縮小死亡時間範圍的幫助有限。死者左手戴著一只持續運作的自動機械錶,錶面顯示的時間準確無誤。此種手錶仰賴使用者手部的活動帶動發條。老翁戴的這款每次帶動之後,可以撐上 44 至 48 小時,而且它在警方展開調查後 18 小時才停止運轉。所以用 48 減掉 18 ,得知老翁或許在被發現前的 30 小時左右身亡。[9]

期刊介紹的另一起案件,死者右手戴的是太陽能石英錶。某年12月在丹麥的沼澤,有個獵人撞見一具屍骨。當下右手骨頭上的錶還在走,不過時間快了 1 小時,而日期則晚了 3 天。該國的日光節約通常始於 3 月,終於 10 月,也就是說死者的手錶在 10 月之後,沒有被調回標準時間。至於少掉的 3 天,則是因為 6、9 和 11 月都只有 30 天。若未手動跳過 31 日,手錶的日期就會在這段期間,每個月各晚 1 天。由此推估,死者可能是在 5 月 1 日到 6 月 30 日之間身亡。[9]

死亡時間與判決

死者配戴的各種手錶,留給警察辦案的線索。然而是否能破案,並將罪犯繩之以法,仍受到其他因素的影響。2016 年 Myrna Nilsson 被害身亡;2018 年她的媳婦 Caroline ,遭警方以智慧錶的紀錄為證據逮捕。[1] 2020 年在 8 週的審理後,陪審團無法達成共識。 2021 年又經歷 6 週的法律攻防, Caroline 最後被無罪釋放。[3] 而直至 2022 年的今天,警方仍未捕獲她口中,謀殺婆婆的那幾個粗工。

  

備註

  1. 筆者找到的新聞資料,好像都沒有明確解釋,事發當下 Mark Nilsson 身在何處。
  2. 有一篇報導說 Caroline 跟 Mark 給婆婆房租,一家三代同堂,她卻連自己的房間也沒有。Caroline 得跟兩個女兒睡;兒子則是和婆婆同寢。該文沒提到 Mark 睡哪。[8]

參考資料

  1. Rebecca Opie. (29 MAR 2018) ‘Smartwatch data helped police make arrest in Adelaide murder case, court hears’. ABC News.
  2. Dillon M, Carter M. (13 DEC 2021) ‘Caroline Nilsson murder trial returns hung jury over death of mother-in-law captured on an Apple Watch’. ABC News.
  3. Mahalia Carter. (26 OCT 2021) ‘Caroline Nilsson found not guilty of murdering mother-in-law after smart watch case retrial’. ABC News.
  4. Kathryn Bermingham. (15 OCT 2020) ‘Prosecutors close case against woman charged with murdering her mother-in-law in 2016’. The Weekend Australian.
  5. Mahalia Carter. (13 DEC 2021) ‘Alleged murder victim’s son was ‘matter-of-fact’ when told of death, court hears.’ ABC News.
  6. APO-Tramadol’. (01 March 2022) NPS MedicineWise
  7. Rebecca Opie. (3 MAY 2018) ‘Son of alleged murder victim Myrna Nilsson urges court to release wife on bail’. ABC News.
  8. Meagan Dillon. (13 DEC 2021) ‘Alleged killer Caroline Dela Rose Nilsson had ‘no motive’ to kill, despite financial pressures, court hears.’ ABC News.
  9. Busch JR, Hansen SH. (2022) ‘The wristwatch – A supplemental tool for determining time of death’. Forensic Science International, 335, 111283.
胡中行_96
64 篇文章 ・ 23 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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終端機雛形、遠端操控、數據傳輸的首創者——史提畢茲│《電腦簡史》數位時代(七)
張瑞棋_96
・2020/10/05 ・3505字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 517 ・六年級

貝爾實驗室的史提畢茲打造出第一個繼電器加法器後,等了好幾個月才獲得主管批准,打造複數計算機。他為這台機器設計了許多首開先例的操作方式,包括多台輸入/輸出裝置、遠端操控、以電話線傳輸資料。就連「數位」 (digital) 這個詞都經他建議才普遍使用的。

本文為系列文章,上一篇請見:電腦先驅中的先驅——不為人知的楚澤│《電腦簡史》數位時代(六)

複數計算機——因長途電話而生,成為貝爾實驗室得力助手

1938 年春,楚澤在柏林打造 V1 已近尾聲之際,貝爾實驗室的史提畢茲終於等到主管的答覆。幾個月前,史提畢茲向主管展示只有兩個繼電器的陽春加法器 Model K,希望能夠進一步開發二進位的計算機。然而貝爾實驗室是 AT&T 成立的研究單位,研究的領域當然是以電話通訊為主。在主管眼中,繼電器是電話交換機的零件,史提畢茲卻想拿來搞數位計算機,與本業似乎毫不相干,因此遲遲未批准他的提案。

ModelKStibitz.jpg
只有兩個繼電器的 Model K。圖:Wiki

不過目前他們實驗室的確在計算上遇到瓶頸。主要是因為長途電話得靠訊號放大器增強訊號,但增強的結果,雜訊也跟著放大了,所以又得加上濾波器過濾雜訊。其中處理訊號的方程式牽涉到複數的計算(複數的基本形式是 a + bi,其中 a 與 b 是實數,i 是 -1 的平方根,稱為虛數),相當麻煩,兩數相乘就要六個步驟,相除更多達十二個步驟。

為了不要浪費數學家的時間,貝爾實驗室特地雇用一群女性計算員專門負責計算複數。雖然有機械式的四則計算器可以用,仍要耗費不少時間與人力,而且每一步驟都要先寫下計算的結果,再將它們按實部與虛部分別加總,這過程不免發生人為錯誤。於是史提畢茲的主管把他找來,確認他能開發出計算複數的計算機後,才同意進行,並指派設計交換機的資深工程師威廉斯 (Samuel Williams) 和他合作開發。

既然是專門計算複數,他們乾脆將這台機器取名為「複數計算機」(Complex Number Calculator)。史提畢茲針對複數計算的特性,設計成兩個運算單元同時運作,各自進行實部與虛部的計算。運算單元當然是使用繼電器,一共用了四百多個,但記憶單元則是改裝自現成的縱橫式交換機。

輸入/輸出裝置也是用傳遞電報的電傳打字機 (Teletype) 改裝而成,從打字機鍵盤輸入算式後,計算的結果會由同一台打字機列印在紙上。經過一年多的時間,複數計算機終於在 1939 年 10 月完工,可以在 45 秒內完成兩個複數的乘除。這計算速度似乎不是很快,但至少可以避免人為錯誤。

複數計算機的輸入/輸出裝置。圖:WIKI

為了有效利用複數計算機,當機器於隔年一月正式上線時,共外接了三台電傳打字機,讓不同部門的人員可以在原地操作,直接得到答案,不須走到機器所在的位置。當有人正在使用時,互鎖裝置 (interlock) 會自動啟動,防止第二個人再連進機器,以免干擾機器運作造成錯誤。複數計算機順利運作,從此成為貝爾實驗室的得力助手,直到進入 50 年代前才退役。

史上第一遭,透過電話線操作三百多公里外的計算機

1940 年 9 月 11 日,「美國數學學會」(American Mathematical Society) 在達特茅斯學院 (Dartmouth College) 舉辦年會,史提畢茲上台展示已經運作好幾個月的複數計算器(約莫此時在歐洲那邊,楚澤也在德國航空研究所展示他的 V2)。其實這台複數計算機並不在年會現場,它仍然安置在紐約的貝爾實驗室,年會舞台上只放了一台電傳打字機,兩者透過三百多公里的電話線相連。

史提畢茲在鍵盤輸入算式後,過沒多久電傳打字機就將答案列印在紙上,令現場聽眾嘖嘖稱奇。接著他邀請台下的數學家親自測試,複數計算器也都吐出正確答案,獲得普遍讚揚。

值得一提的是,有幾位即將在電腦發展中扮演重要角色的人物也在現場,包括馮紐曼、第一台通用型電子計算機的發明人莫奇利 (John Mauchly),以及「模控學 (cybernetics) 之父」維納 (Norbert Wiener)。

史上首度遠端遙控電腦的會場:達特茅斯學院的麥克那廳。圖:WIKI

二次大戰需大量防空火炮,射控系統急需自動測試

複數計算機獲得各界正面評價,史提畢茲本想乘勝追擊,爭取預算繼續改良計算機。不過對高層而言,花了兩萬美元的複數計算機已經夠用了,看不出改良的迫切性。而且此時貝爾實驗室正忙著軍方的委託案,為防空火炮的射控系統開發類比計算機,用來預判敵機的飛行路徑,實在沒有多餘人力,於是否決了史提畢茲的提案。不料一年之後,竟是軍方同樣的委託案,重啟了數位計算機的開發。

原來納粹軍隊在歐洲勢如破竹,美國眼見同盟國情勢危急,於是在 1941 年 6 月重新改組剛滿周年的「國防研究委員會」,另外成立「科學研究發展局」,同樣由凡納爾.布希領導,直接對總統負責。史提畢茲隨即被借調到科學研究發展局就職,加入射控 (Fire Control) 部門。

幾個月後美國宣布參戰,軍方的武器需求大增,貝爾實驗室隨即湧入大量訂單。原本貝爾實驗室都是靠人工計算並輸入敵機的模擬數據,以測試、修正類比計算機,如今遽增的測試工作已非人工作業所能負荷。

於是史提畢茲跳下來開發一套自動測試系統,他以複數計算機為基礎,同樣用繼電器設計出「內插值計算機」(Relay Interpolator),只要輸入描述飛行路徑的函數,計算機便利用內插法產出大量的數值,供射控系統模擬測試。

圖片下方中間即是射控系統的類比計算機。圖:WIKI

史提畢茲打造內差值計算機,進而設計通用型計算機

內插值計算機於 1943 年 7 月完工,用了 440 個繼電器,和複數計算機差不多,最大的不同在於運算程序由打孔紙帶控制,只要更換不同紙帶就能執行不同的內插法。這是美國第一部可程式化的數位計算機,比起楚澤的 Z3 已經晚了兩年,而且只做內插法的運算,不如 Z3 的用途廣。

史提畢茲隨後又設計了兩台計算機,同樣用於射控系統,但功能更強大,可以直接算出防空火炮的彈道,並即時與敵機的飛行路徑做比較。因為它們都是用繼電器打造的數位計算機,貝爾實驗室便按開發順序,將它們取名為 Mode lII 和 Model IV。這兩台計算機分別於 1944 年中與 1945 年初交給軍方使用,直到 50 年代末才退役。

由於這幾部計算機都相當成功,科學研究發展局打算投入五十萬美元,開發更大型的計算機,除了計算射表、彈道,還能讓軍方用來做各種計算。貝爾實驗室於 1944 年獲得這項通用計算機的開發案,規劃設計當然仍由史提畢茲操刀,型號依例按開發順序就叫 Model V(型號五)。

Model V 於 1946 年 7 月啟用,所用的繼電器超過九千個,重達 10 噸。它有兩套獨立的系統,各自有完整的控制單元、運算單元、記憶單元與輸入/輸出裝置,可以同時運算兩種不同問題,也可以合成一體處理較複雜的大型問題。兩套系統如何運作是由機器的主控單元指揮,主控單元有專屬的控制程式,相當於現代電腦的作業系統 (Operation System)。

安裝於美國陸軍「彈道研究實驗室」的Model V。圖:WIKI

史提畢茲創舉留後世,貝爾實驗室再端新技術

不過史提畢茲並未全程參與 Model V 的開發。1945 年二次大戰結束後,科學研究發展局也解除對他的借調,讓他歸建原單位。但史提畢茲決定不回貝爾實驗室,而是以私人顧問的身分為企業與政府機構提供諮詢服務。前幾年他主要還是在電腦領域,但後來就轉向生物醫學的研究了。

史提畢茲對電腦做出許多先驅性的試驗。複數計算機同時接了三台輸入/輸出裝置,雖然不能同時多人使用,仍算是後來電腦主機搭配多台終端機的最早雛型。而他在達特茅斯學院的數學年會上,完成史上首度遠端操控電腦的演示,開啟了操作電腦的另一種方式,同時證明了電話線傳輸數據的可能性。而且使用數位 (digital) 這個詞來指稱計算機也是史提畢茲率先倡議。

1942 年,他在科學研究發展局的會議中,建議計算機的類別應該用數位與類比來區分,而不是「脈衝」(pulse) 與類比。如果不是他,今天我們用的詞可能就是「脈衝電腦」、「脈衝化」、「脈衝時代」了。

至於貝爾實驗室,緊接著 Model V 推出精簡版的 Model VI 之後,就再也沒有投入計算機的開發。雖然如此,他們仍持續對電腦與網路做出許多重大貢獻,包括數據機、電晶體、行動網路、衛星通訊,乃至 UNIX 作業系統與 C 語言,都改變了數位時代的面貌。

張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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電腦先驅中的先驅——不為人知的楚澤│《電腦簡史》數位時代(六)
張瑞棋_96
・2020/09/28 ・3492字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 522 ・七年級

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他開發出史上第一台二進位的數位計算機,而且所用的就是馮紐曼後來才提出的現代電腦架構。當電腦先驅們只知道用機器語言輸入指令時,他已經發明世上第一個高階語言。他還設計出類似電腦螢幕的機制,即時顯示計算機實際接收到的輸入指令。但世人卻幾乎不認識這位先驅中的先驅——楚澤。

只因楚澤生在德國,又逢二次世界大戰,以至於研究中斷延宕。等到戰後他重啟計算機的開發時,已經遠遠落後,最後不得不黯然退出了……。

本文為系列文章,上一篇請見:手算來不及啦!先驅者並起,數位計算機的萌芽時期│《電腦簡史》數位時代(五)

V1——第一台二進位數位計算機完工,只不過……

1938 年 6 月,楚澤花了將近兩年時間打造的 V1 計算機終於完工。這個龐然大物用了兩萬個零件,重達一千公斤,幾乎佔據了家中整個客廳。

測試的結果一如楚澤的構想,不需繼電器,僅憑金屬條就能完成 22 位元的浮點運算。但成也金屬條、敗也金屬條,因為這一片片完全都是用手工鋸出來的,精密度不是很高,有時會卡住而難以移到正確位置,或者應該分隔卻互相接觸而構成錯誤迴路。

V1的複製品。圖:WIKI

事實上在剛開始建造時,楚澤的朋友舒瑞亞 (Helmut Schreyer) 就對金屬條不以為然,勸他使用真空管。舒瑞亞當時正在攻讀電機博士,楚澤只覺得這是高居象牙塔的痴人說夢,他從來不敢肖想這麼昂貴的零件。但如今 V1 的實際運作情況讓他不得不認真考慮了。

楚澤已經獲得那位企業家的一筆資金,但金額仍不足以讓他任意揮霍。已經拿到博士學位的舒瑞亞再次提出建議,這次至少是個可行的折衷方案:買不起真空管沒關係,那就用電話交換機汰換下來的二手繼電器。(楚澤用廢棄的電影膠卷取代紙條,也是出自他的建議)

打造下一代計算機的實驗機型——V2,不料二次大戰爆發……

楚澤評估如果 V1 全部都改用繼電器,至少需要兩千個以上。保險起見,他決定先將控制單元與運算單元換成繼電器,記憶單元則繼續沿用金屬條,並且將規格降低為 16 位元,放棄浮點運算、限定小數點位數,這樣應該只需要兩百個繼電器,就可以打造一台過渡性質的計算機 V2。一旦證明繼電器電路穩定可靠,再用 V2 去爭取更多資金,打造下一代的計算機。

不料 1939 年 9 月德國閃電入侵波蘭,開啟了第二次世界大戰,也打斷了楚澤的計畫。

1939 年 9 月,德軍閃電入侵波蘭。圖:WIKI

楚澤被徵召入伍,分發到步兵單位。入伍沒多久,他就寫信給上級,表示自己開發中的 V2 可用來加密情報文件,盼能讓他發揮計算機的才能,報效國家。不過眼前德軍更迫切需要的是武器,況且他們已經有威力強大的恩尼格瑪密碼機 (Enigma),開發計算機顯然不是首要之務。

德軍更看重的,反而是楚澤之前擔任結構工程師的經驗,於是把他轉派到亨舍爾飛機公司,協助開發戰鬥機。楚澤怎麼也沒想到,繞了一圈,自己竟又回到幾年前辭職的公司上班。不過這至少比上前線打仗好多了。

楚澤利用下班時間繼續打造 V2,最後終於在 1940 年中建造完成。他在當年九月向德國航空研究所展示 V2,這次他以協助空氣動力學的計算為訴求,成功獲得資金挹注。他趁此成立公司,開發完全採用繼電器的數位計算機 V3。

全繼電器的數位計算機 V3 完工,下一步,操作簡便又便宜的V4

V3 僅花了半年時間就完成,總共使用 2,400 個繼電器,和 V1 一樣可以做 22 位元的浮點運算,但速度提升到 5 赫茲,加減法不到 1 秒,乘除法也僅需 4 秒。楚澤於 1941 年 5 月對外公開展示,結果最先收到的訂單就是來自他上班的公司——亨舍爾飛機。

V3 複製品。圖:WIKI

不過楚澤真正想做的不是為客戶客製化計算機,而是大量生產可以直接使用的通用機型。要做到大量生產,首先就得壓低成本。所以楚澤將這個預計量產的機型 V4 設計成像 V2 那樣,只有控制單元與計算單元使用繼電器,記憶單元則使用金屬條。一方面這也是基於現實面的考量,因為戰事造成物資吃緊,繼電器不易取得。

雖然成本壓低,但 V4 的性能反而超越 V3,速度提高到 30 赫茲,容量也更大,可以處理 32 位元的運算。而且記憶單元預存了開根號、三角函數sin、最小、最大等指令集,可以直接呼叫使用。為了讓使用者很快上手,楚澤還為 V4 發明了世上第一個電腦高階語言 Plankalkül(意指「規劃計算」)。

高階語言接近自然語法,使用者很容易就能學會,然後只要在改造的打字機輸入Plankalkül 中的相關指令,打字機便會在膠卷上打孔,轉換成二進位的程式碼。在此同時,有個裝置會將膠卷上的程式碼轉換成 Plankalkül 語言,立即顯示在燈號面板上,讓使用者確認是否與所輸入的一致,好即時更正錯誤。不用等到機器執行完程式後。才費心尋找指令哪裡打錯。

德軍敗退、V4改名,楚澤的命運從此大不同

楚澤於 1942 年開始打造 V4 的原型機,計畫一年到一年半之間完成。不料,美國於 1941 年底因日本偷襲珍珠港而決定參戰。在美軍的支援下,同盟國對柏林展開猛烈的轟炸,楚澤的工作屢屢因空襲而被迫中斷,物資取得也更加困難。V4 就這麼做做停停,進度大受影響,直到 1945 年初才終於打造完成。

只是此時蘇聯的軍隊已逼近柏林,德軍決定把重要的戰略性武器與人員從柏林轉移到其它城市,於是楚澤帶著拆解成二十箱的 V4,跟著一起撤到哥廷根 (Göttingen)。1945 年 4 月,楚澤重新將 V4 組裝完成,但五月德國就宣布投降,他的計算機大業也隨之停擺。

楚澤打造的V4,現保存於慕尼黑的德國博物館。圖:WIKI

戰後楚澤只能靠畫油畫與刻些木雕賣給美軍與觀光客維生,如此過了兩年多,直到 1948 年,他才租了個地方開封蒙塵已久的 V4,重啟計算機工坊。不過為了避免外界將 V4 與納粹的 V1 、V2火箭聯想在一起,他乾脆將 V4 改名為 Z4 (Z 代表他的姓氏 Zuse),之前的計算機 V1、V2、V3 也就跟著改為 Z1、Z2、Z3。

隔年一位蘇黎世聯邦理工學院 (ETH Zurich) 的教授前來拜訪,當場出一題微分方程式測試 Z4 的能耐。只見楚澤三兩下設定好後, Z4 馬上就解出答案,這位教授立刻以五萬瑞士法郎向楚澤訂購一台。楚澤用這筆錢再度成立公司,繼續開發下一代計算機。1958 年,楚澤終於用真空管打造出全電子式的計算機 Z22,殊不知早在 13 年前,大西洋的另一邊就有人率先開發出來了。 

楚澤後來又繼續開發新的機種,但他經營企業的能力遠遠不如設計天分,到了 1964 年,公司終因周轉不靈賣給一家鋼鐵公司,五年後又被轉賣給西門子 (Siemens)。

時不我予——縱有超越時代的創見,最後只能黯然退出

在這場開發數位電腦的競賽中,楚澤從原本獨占鰲頭,到後來黯然退出,絕對不是因為他技不如人。相反地,他的創見始終遠遠領先其他人。

他在馮紐曼提出現代電腦架構之前,就已經如此設計開發計算機;他用鍵盤直接輸入指令時,別的機器都還是靠更換打孔紙帶或電路接線;當其他人腦子裡只有機器語言時,他已經在使用高階語言;而他用燈號面板即時顯示輸入結果,更是相當於現代電腦螢幕的機制。

馮紐曼提出的電腦架構。圖:WIKI

只能說是時不我予。楚澤縱有超越時代的創見,也不敵造化弄人。

二次大戰促使美國政府全力開發計算機,相反地,納粹政府卻以武器為先,並未支持楚澤的計畫。楚澤在這關鍵的幾年落隊,就再也沒機會迎頭趕上了。而這不僅是他個人的損失,楚澤的成果與創見也因為戰爭而不為外界所知,英美的電腦先驅們因此錯失了從中獲得啟發的機會。

這也令人不禁設想:倘若當初楚澤沒有將 V4 改名為 Z4 呢?戰後美蘇雙方都急忙派遣特殊部隊前往德國搶奪傑出人才,美國的「迴紋針行動」(Project Paperclip) 更是瞄準火箭科學家。如果楚澤將錯就錯,繼續讓人以為 V4 是新的火箭,他會不會被當成火箭科學家帶去美國,然後運用那裏的龐大資源,繼續扮演創新者的角色,加速電腦的演進? 

無論如何,歷史無法重演。經過二次大戰,計算機的發展從此就由美國主導了。

張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。