重新發(fā)現“巨人”：第一臺大規模電子計算機

巨人計算機因政府保密而被隱藏了幾十年。如今，它終于被公認為世界上第一臺可編程電子數字計算機，甚至早于 ENIAC。巨人計算機是英國密碼破譯者在第二次世界大戰期間開(kāi)發(fā)的，用于破解德國最高統帥部的洛倫茲加密信息。它徹底改變了密碼破譯，并為現代計算機鋪平了道路。

巨人計算機

巨人計算機（約 1963 年），在二戰中發(fā)揮了關(guān)鍵作用的密碼破譯數字計算機。圖片（經(jīng)修改）由 GCHQ 提供盡管其意義重大，但圍繞其存在的保密性使其故事隱藏了幾十年。如今，巨人計算機被公認為第一臺可編程電子數字計算機。

巨人計算機的誕生

20 世紀 40 年代初，英國面臨著(zhù)一項艱巨的挑戰：破解由洛倫茲 SZ40/42 密碼機（代號“圖尼”）加密的信息。與更為人熟知的恩尼格瑪密碼機不同，“圖尼”加密的是德國高層通信，需要一種完全不同的破譯方法。這些通過(guò)電傳打字機傳輸的信息的復雜性，要求創(chuàng )新遠遠超出人工密碼分析。于是，巨人計算機應運而生。巨人計算機的誕生是集體努力的成果。1941 年，約翰·蒂爾特曼在“圖尼”加密信息中發(fā)現了模式，取得了初步突破。1942 年，比爾·塔特破譯了洛倫茲密碼機的基本結構，推斷出其復雜的內部構造，而他從未見(jiàn)過(guò)該硬件。他的工作揭示了密碼對旋轉輪的依賴(lài)，這些輪子的模式不斷變化，決定了加密過(guò)程。

巨人計算機

巨人計算機 Mark II，由皇家海軍婦女服務(wù)隊的多蘿西·杜博伊森（左）和埃爾西·布克爾（右）操作。圖片由 GCHQ 提供

數學(xué)家馬克斯·紐曼建議使用電子方法自動(dòng)化破譯過(guò)程。郵政總局研究站的工程師托馬斯·弗勞爾斯接受了這一挑戰。他設計了巨人計算機，將自動(dòng)化、電子技術(shù)和邏輯學(xué)的概念結合起來(lái)，制造出一臺能夠以前所未有的速度處理加密信息的機器。1943 年 12 月，第一臺巨人計算機在布萊切利園投入使用，其改進(jìn)型后繼產(chǎn)品 Mark II 于 1944 年問(wèn)世。

一個(gè)完全電子化的系統

巨人計算機是一臺開(kāi)創(chuàng )性的機器，它引入了將影響未來(lái)計算機發(fā)展的技術(shù)。其設計完全電子化，依靠2000多個(gè)熱離子閥（真空管）進(jìn)行邏輯運算。這使得它比早期的機電設備更快、更可靠。巨人計算機的速度也令人難以置信。它能夠以每秒5000個(gè)字符的速度讀取打孔紙帶，這比它的前身——希思羅賓遜機器快得多。這種速度使其能夠實(shí)時(shí)處理大量數據，這對于破解洛倫茲加密信息來(lái)說(shuō)是一個(gè)至關(guān)重要的優(yōu)勢。

托馬斯·H·弗勞爾斯（計算機的創(chuàng )造者）繪制的巨人計算機的改編草圖。圖片由AlanTuring.net和杰克·科普蘭提供

盡管巨人計算機并不具備現代意義上的可編程性，但它可以通過(guò)插板和開(kāi)關(guān)進(jìn)行重新配置。操作人員可以將其設置為不同的任務(wù)，使其能夠適應各種密碼破譯場(chǎng)景。巨人計算機引入了并行處理技術(shù)，使用移位寄存器同時(shí)進(jìn)行多次比較。巨人計算機使用閘流管來(lái)電子化地生成和存儲輪子圖案，這消除了對機械存儲系統的需求，并且是早期電子存儲的一個(gè)例子，也是后來(lái)計算機的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。

對戰爭的巨大影響

巨人計算機的成功運行對盟軍的戰爭努力產(chǎn)生了立竿見(jiàn)影且深遠的影響。在巨人計算機出現之前，破解一條“圖尼”信息可能需要數周時(shí)間，等到情報可用時(shí)，它已經(jīng)過(guò)時(shí)了。有了巨人計算機，這個(gè)過(guò)程被縮短到了幾個(gè)小時(shí)。它最重要的貢獻之一是在1944年6月諾曼底登陸計劃期間。巨人計算機解密了德軍關(guān)于部隊調動(dòng)的電報，使盟軍指揮官能夠以前所未有的精確度策劃他們的戰略。這一情報挽救了無(wú)數生命，并在入侵的成功中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。巨人計算機還影響了戰后技術(shù)的發(fā)展。它的成功展示了電子計算的潛力，激勵了未來(lái)的發(fā)展。然而，由于其存在被保密，其對更廣泛計算機領(lǐng)域的影響多年來(lái)一直受到限制。相反，像ENIAC這樣的其他項目盡管建造得更晚，卻獲得了公眾的認可。由于政府保密，巨人計算機的遺產(chǎn)被掩蓋了幾十年。戰后，十臺機器中有八臺被銷(xiāo)毀，剩下的兩臺在20世紀60年代被拆解。參與巨人計算機工作的人被要求保密，官方記錄也被銷(xiāo)毀了。

被遺忘的巨人重獲新生

直到20世紀70年代，巨人計算機的故事才開(kāi)始逐漸浮出水面，這多虧了像布萊恩·蘭德?tīng)柦淌谶@樣的研究人員的努力。到那時(shí)，計算機的歷史敘事在很大程度上已經(jīng)被其他計算機所塑造。巨人計算機最終被公認為世界上第一臺可編程電子數字計算機，早于 ENIAC 以及其他早期系統。

托尼·塞爾（右）領(lǐng)導的團隊重建了一臺巨人計算機 Mark II托尼·塞爾（右）領(lǐng)導的團隊在布萊切利園重建了一臺巨人計算機 Mark II。2006年，塞爾使用這臺完成的機器監督破解一條加密信息。圖片由維基共享資源提供（CC BY-SA 3.0）

對巨人計算機的紀念始于20世紀90年代。受到其歷史重新發(fā)現的啟發(fā)，托尼·塞爾帶領(lǐng)一個(gè)團隊利用解密的信息和現存的零部件重建了這臺機器。結果是一臺完全可運行的復制品，如今它被展示在布萊切利園的國家計算博物館。如今，巨人計算機作為計算機領(lǐng)域的一個(gè)標志性成就以及對其創(chuàng )造者智慧的證明而受到贊譽(yù)。2024年，為了紀念其80周年紀念日，新的圖片和信息被發(fā)布，進(jìn)一步揭示了其設計和影響。它的故事繼續激勵著(zhù)研究人員、工程師和歷史學(xué)家，提醒人們即使在最具挑戰性的環(huán)境下，創(chuàng )新也能蓬勃發(fā)展。