重新發現“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發的，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），在二戰中發揮了關鍵作用的密碼破譯數字計算機。圖片（經修改）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。這些通過電傳打字機傳輸的信息的復雜性，要求創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，而他從未見過該硬件。他的工作揭示了密碼對旋轉輪的依賴，這些輪子的模式不斷變化，決定了加密過程。

巨人計算機

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

數學家馬克斯·紐曼建議使用電子方法自動化破譯過程。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，將自動化、電子技術和邏輯學的概念結合起來，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，其改進型后繼產品 Mark II 于 1944 年問世。

一個完全電子化的系統

巨人計算機是一臺開創性的機器，它引入了將影響未來計算機發展的技術。其設計完全電子化，依靠2000多個熱離子閥（真空管）進行邏輯運算。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時處理大量數據，這對于破解洛倫茲加密信息來說是一個至關重要的優勢。

托馬斯·H·弗勞爾斯（計算機的創造者）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，但它可以通過插板和開關進行重新配置。操作人員可以將其設置為不同的任務，使其能夠適應各種密碼破譯場景。巨人計算機引入了并行處理技術，使用移位寄存器同時進行多次比較。巨人計算機使用閘流管來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例子，也是后來計算機的一個關鍵組成部分。

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生了立竿見影且深遠的影響。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間，等到情報可用時，它已經過時了。有了巨人計算機，這個過程被縮短到了幾個小時。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于部隊調動的電報，使盟軍指揮官能夠以前所未有的精確度策劃他們的戰略。這一情報挽救了無數生命，并在入侵的成功中發揮了至關重要的作用。巨人計算機還影響了戰后技術的發展。它的成功展示了電子計算的潛力，激勵了未來的發展。然而，由于其存在被保密，其對更廣泛計算機領域的影響多年來一直受到限制。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，巨人計算機的遺產被掩蓋了幾十年。戰后，十臺機器中有八臺被銷毀，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始逐漸浮出水面，這多虧了像布萊恩·蘭德爾教授這樣的研究人員的努力。到那時，計算機的歷史敘事在很大程度上已經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）領導的團隊重建了一臺巨人計算機 Mark II托尼·塞爾（右）領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。受到其歷史重新發現的啟發，托尼·塞爾帶領一個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域的一個標志性成就以及對其創造者智慧的證明而受到贊譽。2024年，為了紀念其80周年紀念日，新的圖片和信息被發布，進一步揭示了其設計和影響。它的故事繼續激勵著研究人員、工程師和歷史學家，提醒人們即使在最具挑戰性的環境下，創新也能蓬勃發展。