英國的曼徹斯特“寶貝”是第一臺用于存儲程序的電子數(shù)字計算機(jī)。

無論是在網(wǎng)飛上看電影、玩電子游戲，還是單純地瀏覽數(shù)碼照片，你的電腦都會定期進(jìn)入內(nèi)存獲取指令。沒有隨機(jī)存取存儲器（RAM），今天的計算機(jī)甚至無法啟動。

多年來，存儲器一直由真空管、充滿水銀的玻璃管以及（最后出現(xiàn)的）半導(dǎo)體組成。

不過第一批計算機(jī)根本沒有任何可重新編程的存儲器。英國曼徹斯特的科學(xué)與工業(yè)博物館表示，直到20世紀(jì)40年代末，每次機(jī)器需要改變?nèi)蝿?wù)時，都必須對其進(jìn)行物理重新編程和重新布線。

曼徹斯特小型實驗機(jī)是第一臺能夠在讀/寫存儲器中存儲指令和數(shù)據(jù)的電子數(shù)字計算機(jī)，它被稱為曼徹斯特“寶貝”。1948年6月，它成功地從存儲器中運(yùn)行了程序。

計算機(jī)先驅(qū)弗雷德里克?C.威廉姆斯（Frederic C.Williams）、湯姆?基爾伯恩（Tom Kilburn）和杰夫?托蒂爾（Geoff Totill）在曼徹斯特大學(xué)研發(fā)制造了這臺機(jī)器及其存儲系統(tǒng)——威廉姆斯-基爾伯恩管。

曼徹斯特大學(xué)技術(shù)史講師詹姆斯?薩姆納（James Sumner）在接受《曼徹斯特晚報》采訪時表示：“‘寶貝’的能力十分有限，但它是電子存儲程序計算的首次實際演示，當(dāng)今幾乎所有的計算機(jī)都使用了這種快速靈活的存儲方法?！?/p>

“寶貝”如何記住信息

第二次世界大戰(zhàn)后，為了打造能夠在存儲器中執(zhí)行多種任務(wù)的計算機(jī)，全球各地的研究小組都展開了研究。英國工程師威廉姆斯便是其中一名研究者，他是一位雷達(dá)先驅(qū)，在英國馬爾文電信研究所（TRE）工作。

威廉姆斯在雷達(dá)系統(tǒng)和電子研究領(lǐng)域有著令人印象深刻的背景。他幫助開發(fā)了“敵我識別”系統(tǒng)，該系統(tǒng)可使用雷達(dá)脈沖在戰(zhàn)爭期間識別盟軍飛機(jī)。

由于專業(yè)知識過硬，1945年，馬爾文電信研究所委托威廉姆斯編輯一系列雷達(dá)技術(shù)書籍并為書籍供稿。作為研究的一部分內(nèi)容，他前往位于新澤西州默里希爾的貝爾實驗室了解其正在進(jìn)行的工作，即如何從陰極射線管（CRT）上的雷達(dá)軌跡中去除地面回波。威廉姆斯想到的辦法是使用兩臺陰極射線管，通過在兩臺陰極射線管之間來回傳遞雷達(dá)軌跡以對其進(jìn)行存儲。

威廉姆斯回到馬爾文電信研究所并開始研究這個想法，他意識到，通過這樣的方法也可以只用一臺陰極射線管來存儲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。馬爾文電信研究所的學(xué)術(shù)主任基爾伯恩也加入了威廉姆斯的研究。

陰極射線管可以使用電子槍將聚焦的電子束射向熒光屏。熒光粉被電子束射中時會發(fā)光；最終，熒光會消失，直到再次被電子束擊中。

為存儲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，威廉姆斯和基爾伯恩使用了更強(qiáng)大的電子束。當(dāng)電子束撞擊屏幕時，它會將幾個電子撞到一邊，短暫地產(chǎn)生一個帶正電的斑點(diǎn)，這個斑點(diǎn)被負(fù)電光環(huán)包圍。讀取數(shù)據(jù)則涉及寫入面板上的每個數(shù)據(jù)點(diǎn)，并對附近金屬板中產(chǎn)生的電流模式進(jìn)行解碼，解碼取決于之前是否在該點(diǎn)寫入了內(nèi)容。

維基工程和技術(shù)史上關(guān)于“寶貝”的一個條目顯示，隨著時間的推移，電子的電荷會發(fā)生逃逸（正如電視屏幕上的熒光粉不再發(fā)光），并且不允許繼續(xù)存儲數(shù)據(jù)。為了保持電荷不消失，電子束必須反復(fù)讀取熒光體上存儲的數(shù)據(jù)，重新生成相關(guān)的電荷圖。當(dāng)今計算機(jī)的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（DRAM）也使用了這樣的刷新過程。

1946年，兩人展示了可實現(xiàn)1位存儲的設(shè)備。此設(shè)備如今被稱為威廉姆斯-基爾伯恩管，有時簡稱為威廉姆斯管。

同樣在1946年，威廉姆斯加入了曼徹斯特大學(xué)并擔(dān)任電工系主任。馬爾文電信研究所臨時派遣基爾伯恩去那里與他一起工作，兩人在大學(xué)的計算機(jī)實驗室繼續(xù)開展研究。一年后，威廉姆斯招募了計算機(jī)科學(xué)家托蒂爾加入團(tuán)隊。1947年，他們使用威廉姆斯-基爾伯恩管成功實現(xiàn)了2048位存儲。

打造原型

為測試威廉姆斯-基爾伯恩管的可靠性，1948年，在計算機(jī)實驗室創(chuàng)始人馬克斯?紐曼和計算機(jī)科學(xué)家艾倫?圖靈的指導(dǎo)下，基爾伯恩和托蒂爾打造了一臺小型實驗機(jī)。他們花了6個月的時間，使用了二戰(zhàn)時期密碼破譯機(jī)器的多余零部件。曼徹斯特“寶貝”由此誕生。

“寶貝”長5米、高2米、重約1噸，占據(jù)了實驗室大樓的一整間房。這臺計算機(jī)由金屬架、上百個閥門和真空管以及一組垂直安裝的手動開關(guān)組成。用戶可通過開關(guān)一點(diǎn)一點(diǎn)地將程序輸入內(nèi)存，并可直接從威廉姆斯-基爾伯恩管的表面讀取輸出。

1948年6月21日，“寶貝”運(yùn)行了第一個程序。該程序由基爾伯恩編寫，包含了17條指令，用于查找整數(shù)的最大因子。“寶貝”在53分鐘內(nèi)進(jìn)行了350萬次計算后得出了正確答案。

截至1953年，全球有17個開創(chuàng)性計算機(jī)設(shè)計團(tuán)隊采用了威廉姆斯-基爾伯恩的隨機(jī)存取存儲器技術(shù)。

2022年6月，IEEE將“寶貝”列入IEEE里程碑事件以表紀(jì)念。IEEE英國和愛爾蘭分會贊助了這項提名。里程碑計劃由IEEE歷史中心管理并得到了捐助者的支持，用以表彰世界各地杰出的技術(shù)發(fā)展。

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