早期岁月：交互式计算的历史

# 交互式计算的历史 来源：https://obsolescence.dev/interactive-computing-history.html 计算如何挣脱批处理的束缚，变得个人化。通过成就这一历程的机器来讲述这个故事。 大多数人会提到 ENIAC，或者 IBM System/360，作为早期计算机的例子。这些机器占满整个房间，靠打孔卡喂入，用来处理工资单和科学计算。是的，那是这个故事的重要部分——但并不是*我们*的故事。我们日常生活中实际使用的计算机，很早就从那条道路上逃离了出来。 在大型主机之外，另一条计算路线正在成形。在这条路线上，你可以把计算机当作一种工具，**坐下来与之互动**。你不需要等待数小时让批处理任务返回结果。正是这条路线，孕育了 Windows、Linux、Android，以及你口袋里的智能手机。还有你洗碗机里的微控制器。 这个页面是对那个故事的介绍。它涵盖了一些关键的机器和一些相关人物。它想讲述我们的计算机，以及它们背后基本思想，究竟从何而来。 *我们承认：这是我们的视角。我们是*Obsolescence Guaranteed*，我们的目标是通过亲手制作这些机器的复刻品，来亲身体验它们。对于任何疏漏或偏见，我们表示歉意。我们忍不住，我们就是喜欢自己的偏见。* ## 序章：艾伦·图灵 在计算机出现之前，有一个问题：计算*究竟*是什么？1936年，当时24岁的剑桥数学家艾伦·图灵用一个思想实验回答了这个问题。一台想象出来的机器，可以在一条无限长的纸带上读写符号，遵循简单的规则。“通用图灵机”原则上可以执行任何计算机能够执行的任何计算。这纯粹是一个理论构想，但定义了可能性的边界。 十年后，图灵在布莱切利园，建造真正的机器来破解德国的恩尼格玛密码。Bombe（以及后来的 Colossus）都是专用设备，但证明了电子计算是可行的。图灵本人随后在国家物理实验室设计了 ACE（自动计算引擎 (https://en.wikipedia.org/wiki/Automatic_Computing_Engine)），这是最早的存储程序计算机之一。 图灵对交互式计算故事的影响是根本性的。他证明了机器可以是*通用*的。不仅仅是计算器，而是一种思维工具。 图灵的思想并非纯理论。**Pilot ACE**于1950年在国家物理实验室建成，是当时世界上最快的计算机：处理速度约为 1 MHz，在当时是惊人的速度。而在1950年，图灵发表了另一篇开创性论文——《计算机器与智能》——其中提出了一个看似简单的问题：*机器能思考吗？*他提出了**模仿游戏**，也就是后来广为人知的图灵测试。那个问题至今仍无答案，但正是交互式计算，让这个问题首先变得值得一问。 ## 1. 旋风计划——第一台交互式计算机 1945年，美国海军要求麻省理工学院建造一台更好的飞行模拟器。他们想要一台能够*实时*模拟飞机的机器，计算空气动力学力的速度快到飞行员能够凭感觉驾驶它。这是一个完全疯狂的要求。此前从没有计算机被设计成以人类的速度工作。它变成了一次非常成功的失败。 负责这个项目的年轻 MIT 工程师杰伊·福雷斯特，并不知道这是不可能的。他建造了**Whirlwind**。这台机器于1951年运行，是一个启示。它有一个**CRT 显示器**，你可以看着它以向量的方式绘图。它有一支**光笔**、开关和按钮用于直接输入：这是第一台被设计为*与人类实时互动*的计算机。那个时代的其他所有计算机都运行批处理：交上一叠打孔卡，然后过后来取结果。而 Whirlwind 就坐在那里，*回应你*。 在这个过程中，福雷斯特和他的团队发明了**磁芯存储器**。用导线穿过的铁氧体磁环可以保存数据（实际上，即使断电也能保存）。磁芯存储器在之后二十年里一直是主流的随机存取存储器技术，至今仍用于一些航天器中。它之所以诞生，是因为 Whirlwind 中的真空管存储器不断出错，而福雷斯特需要可靠的东西。 Whirlwind 是一头巨兽：12,500 个真空管，消耗 150 千瓦的电力，却只能每秒执行 20,000 次操作。但在这个项目内部，一个更小却更有意义的东西正在成形。**存储器测试计算机**（MTC）是为了测试福雷斯特的新磁芯存储器而建造的——而参与其中的一位工程师，是一位名叫**肯·奥尔森**的年轻 MIT 毕业生。MTC 教会了奥尔森后来建造 DEC 所需的一切。 Whirlwind 的后续产物 SAGE 防空系统，将交互式计算推得更远。SAGE 的操作员坐在大型 CRT 显示器前，用**光枪**指向飞机光点——这是鼠标以及后来所有触摸屏的直接祖先。 Whirlwind 从未成功扮演飞行模拟器的角色；它被转向了空域防御，监听雷达站并引导截击机。这直接催生了 SAGE 防空系统。更重要的是，它在 MIT 林肯实验室培养了一代工程师，他们从亲身经历中知道，计算机能做的事情远比批处理有趣得多。 ## 2. TX-0——晶体管登场 Whirlwind 证明了交互式计算是可能的，但它占据了一整栋大建筑，消耗 150 千瓦的电力。下一步是让它更小、更便宜、更易获得。这意味着用晶体管取代真空管。 **TX-0**（“Transistorized Experimental computer zero”，被亲切地称为“tixo”）于1955年至1956年间在林肯实验室建造。它是第一台完全晶体管化的计算机，使用了大约 3,600 个 Philco 表面势垒晶体管。它拥有当时巨大的 64K 18 位字磁芯存储器——而且，关键在于，它有一个**控制台**。你可以坐在 TX-0 前直接与它互动。 正是这台机器，被 MIT 的科技模型铁路俱乐部 (https://en.wikipedia.org/wiki/Tech_Model_Railroad_Club) 发现了。TMRC 的成员已经习惯于为他们的模型火车搭建复杂的信号系统，当他们获得 TX-0 的使用权时，发现了一个新式的游乐场。他们编写程序，用显示器做实验，把这台机器推向设计者从未想象过的方向。他们是第一批“黑客”——这个词在 TMRC 中早已存在，用来形容精心设计、富有创造力的恶作剧或项目——而他们把这种精神带到了计算领域。 “黑客”一词并非起源于计算机。在 TMRC 中，一个“hack”是对技术挑战的一种富有创造性的、常常带点玩乐性质的解决方案——为模型火车搭建复杂的信号系统就是一个 hack。当俱乐部成员将这种心态转移到 TX-0 上时，这个词找到了它真正的归宿。*Hacker*至今仍保留着最初的含义：不是破坏者，而是热爱机器的创造性问题解决者。 从某种意义上说，TX-0 从来就只是垫脚石。它是为更大的**TX-2**而建造的测试平台，TX-2 是韦斯利·克拉克设计的一台 36 位机器。当 MIT 在1960年得到第一台 PDP-1 时，TX-0 被悄然退役——最终被送给了一家博物馆。它的遗产不是机器本身，而是它所培养的那一代工程师和程序员。 肯·奥尔森，这位曾在 Whirlwind 的存储器测试计算机上工作过的 MIT 工程师，指导了 TX-0 的建造。他看到了未来的方向：计算机可以成为个人工具。 ## 3. 数字设备公司 1957年，奥尔森和哈兰·安德森，两人都来自 MIT 林肯实验室，决定创办一家公司。他们从乔治·多里奥的美国研究与发展公司获得了 70,000 美元的风险投资；这是历史上最早的风险投资交易之一。他们在马萨诸塞州梅纳德市主街146号的一栋十九世纪老磨坊建筑里落了脚。 公司的名字是经过仔细斟酌的。在1957年，“计算机”是 IBM 做的东西——为企业数据中心准备的巨大、吓人的机器。没有哪个风险投资家会资助另一家计算机公司。于是奥尔森和安德森给它取名为**数字设备公司**：“数字”听起来安全，“设备”听起来工业感十足，而“计算机”这个词并不在名字里。 他们的第一批产品是用于测试其他系统的逻辑模块。但奥尔森有更大的想法。TX-0 之后是**TX-2**，一台由韦斯利·克拉克设计的更大的 36 位机器。奥尔森从 TX-0 和 TX-2 中吸取了经验，然后问：如果我们能造一台机器，把交互式计算从实验室里带出来，带进现实世界，会怎样？ 奥尔森后来成为计算机界最常被引用的人物之一。他最著名的一句话——*“没有任何理由让个人在家里拥有一台计算机”*（1977年）——几乎总是被断章取义。他指的是那些被编程来控制家用电器的计算机，而不是当时刚刚出现的个人计算机。奥尔森自己家里就有一台 PDP-11。这句话在他的职业生涯中一直困扰着他，但它也反映出，即使是最有远见的领导者，也难以预测交互式计算接下来会走向何方。 ## 4. PDP-1——一切由此开始 1959年，DEC 发布了**PDP-1**——程序化数据处理器-1。它售价 120,000 美元，大约是 IBM 大型主机价格的十分之一。它拥有 4,096 个 18 位磁芯存储字，27 条指令，中央处理器由大约 2,700 个晶体管构成。与那个时代占据整间房间的 IBM 机器相比，它看起来像个玩具。它总共只造了 54 台，但这 54 台机器确实改变了世界。 PDP-1 拥有没有任何 IBM 机器拥有的东西：**Type 30 显示器**。它是一个改装过的雷达管。显示器直接从处理器的 I/O 寄存器中获取位作为 X/Y 坐标，并将它们绘制在荧光屏上。这是最简单的图形子系统。它不需要图形内存，但这也意味着图像必须不断重绘。不过，这恰恰是交互式计算所需要的。 ### Spacewar！ 1962年，一群 MIT 学生——史蒂夫·拉塞尔、马丁·格雷茨和韦恩·维塔宁——在 PDP-1 上编写了一个游戏。两艘宇宙飞船，由各自的开关组控制，在围绕一颗恒星运行时互相发射鱼雷。他们把它叫做**Spacewar！**这是第一款数字视频游戏。 Spacewar！有重力、推进力学，以及一颗恒星，如果你不小心，它会把你吸进去并摧毁你。它还有有史以来第一个视频游戏控制器：由同学艾伦·科托克制作的一对定制开关盒，科托克是从 DEC 本身拿到的零件清单。这个游戏免费分发，最终每个 PDP-1 站点都有一份。它是第一个*病毒式传播*的软件。 PDP-1 也是第一台公开演奏音乐的计算机。在 MIT 1963年的科学开放日，**Harmony Music Compiler** 通过连接到机器输出寄存器的收音机扬声器播放旋律。这是计算机音乐的早期开端——也证明了即使只有 4K 内存，你也能创造艺术。 ### “黑客”一词的来源 MIT 的 PDP-1 社区——其中许多人来自 TMRC——把“hacker”这个词从模型铁路俱乐部带到了编程领域。一个*hack*是一种优雅、富有创造性的解决方案。PDP-1 是进行 hack 的完美机器：足够简单，可以完全理解；足够交互，可以即时反馈；又足够受限，可以激发创造力。 在那个 IBM 程序员编写代码、交给打孔员、然后一天后才能拿到结果的年代，PDP-1 黑客们坐在控制台前，拨入指令，*立刻*看到结果。这种即时性是革命性的。它改变了人们对计算机*可以成为什么*的看法。 ### 数不胜数的第一 PDP-1 催生了数量惊人的软件第一。最早的文本编辑器。几乎算是第一个交互式调试器（DDT，动态调试技术）。最早的分时操作系统，允许多个用户同时工作。彼得·多伊奇，一名高中生，把 Lisp 移植到了 PDP-1 上，并在此过程中发明了*读取-求值-打印循环*——也就是如今构成 Python、Ruby 以及所有交互式编程环境基础的 REPL。但 PDP-1，首先且最重要的是，演示编码和游戏玩的诞生地： ## 5. PDP-8——辉煌的极简主义 PDP-1 证明了交互式计算在商业上是可行的。但 DEC 意识到，要触及更广阔的市场，他们需要一台便宜到单个实验室或工厂车间都买得起的机器。于是他们把 PDP-1 的概念剥离到只剩最本质的东西。 **PDP-8**于1965年推出，是 PDP-1 的 18 位架构缩减到 12 位。指令集从 27 条减到只有 8 条。内存是 4,096 个 12 位字，程序员一次只能直接寻址 128 个字——其他一切都需要分页切换技巧。它的价格**不到 20,000 美元**，是第一台单个部门无需公司批准就能购买的计算机。 DEC 以为 PDP-8 会是一台工业控制器。压力过高时打开阀门。温度升高时停止加热器。他们完全不知道，自己即将发明个人计算机。 DEC 的首席工程师**戈登·贝尔**称 PDP-8 为“计算领域的 T 型车”——这个比喻很贴切。正如福特的流水线让汽车变得负担得起，PDP-8 让计算机变得平易近人。也正如 T 型车催生了整个零件和服务行业，PDP-8 创造了小型机生态系统。 PDP-8 的**OS/8**操作系统是 CP/M 的直接祖先，而 CP/M 又是 MS-DOS 的直接祖先。每台个人电脑的软件 DNA 都可以追溯到这个谱系。而 OS/8 运行的是一台装在机柜里、拥有 4K 内存的机器，那是在1968年。 值得注意的是，PDP-8 还运行**TSS/8**，一个分时操作系统，让*四个同时用户*访问这台机器。在一台只有 8 条指令和 4K 存储字的计算机上。如果这听起来不可能，嗯——这正是关键所在。PDP-8 迫使程序员成为天才，因为它没有提供任何其他可以依赖的东西。 PDP-8 在其生命周期内售出了超过 50,000 台。它是个人计算机的原型和祖先，也是微控制器的祖先。 ## 6. PDP-10——那台其实用起来很有趣的大型机 当 PDP-8 征服低端市场时，DEC 正在高端市场做一件完全不同的事情。1964年的**PDP-6**引入了一种 36 位架构，指令集丰富，在现代程序员看来简直像是来自外星。但 PDP-6 并不可靠。当 DEC 用**PDP-10**（KA10，1968年）把它做对时，结果在计算领域独一无二。 PDP-10 是一台大型机——它很大，很贵（超过 100,000 美元），而且很强大。但不同于那个时代的其他大型机，它是为**交互式使用**而设计的。没有批处理。你坐在终端前，机器回应你。*这*才是 PDP-10 特别之处。 ### MIT AI 实验室和 ITS 在麻省理工学院的人工智能实验室，PDP-10 运行着一个叫做**ITS**——不兼容分时系统——的操作系统。ITS 是黑客的天堂：没有密码，没有安全。但早期 ARPANET 上的任何人都能登录。他们也确实这么做了。 正是在 ITS 上，**Emacs**诞生了（理查德·斯托曼，1976年）。**MacLisp**在这里成长，开创了现代编程语言设计的许多内容。**SHRDLU**——第一个能够理解三维世界并遵从英语命令的 AI 程序——在这里让参观者惊叹不已。**Mazewar**在这里成为第一款网络多人第一人称射击游戏，通过 ARPANET 连接起各地的 PDP-10……