九乡新闻网达一中于昕仡照片:记忆传承，信息永生II - Qzone日志
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记忆传承，信息永生II [图片]
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佛陀的泪珠 2011年05月13日 12:32 阅读(1) 评论(0) 分类：science 权限: 公开
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记忆传承，信息永生（六）Comments>>
| Tags 标签：信息,原创,唱片,存储,数据,爱迪生,科普,记忆传承 猛犸 发表于 2011-04-13 05:43
“怎么说呢，我从来没有听见过有声电影的声音。”
——汤玛斯·爱迪生，生前最后一次接受采访。
凝固的声音
书写在纸上的文字，只对认识这种文字的人来说才有意义。只要有一套已成共识的符号系统，就可以传递任意的想法。这些符号是什么并不重要——福尔摩斯侦破的《跳舞的小人》一案，就已经做了很好的诠释。文字并不是最方便的方式，的确有其他方法可以达到同样的效果。例如速记法。
一百七十年前，巴黎的一位印刷商和书商就这么想。他还是一名兼职发明家，名字叫爱德华-莱昂·斯科特·德马丁维尔。大概是出于职业敏感，他对快速记录很有兴趣：在三十岁之前，他一直专注于如何能够让速记技术变得更有效率，写了一些这方面的论文，还出了一本书，谈到速记法的历史。
但是很快，斯科特不再满足于速记。这也许是因为他意识到，如果能够直接将声音转化成文字，会更高效。这是个了不起的突破——之前人们没有想过还有这种可能。这就像是打字和语音识别的区别一样。
于是，他花了八年时间，解决了这个问题的第一步。1857年1月，斯科特向法兰西学院提交了一份设计图，两个月后获得了一项专利。世界上最早的留声机，就在这项专利中。
这台留声机所用的存储介质很特别，是用煤烟熏黑了的纸。声音从大喇叭状的接收器传进来，空气的震动推动一支短而轻的针尖，在运动的纸上刮下煤烟，留下浅色的波纹状线条。声音的震动终于转成了图像，就像是今天我们看到的声波图，只是表现方式不大一样。唯一的问题，是这种记录下来的声音不能被还原。它只是能记录，能储存，仅此而已。
不过这对于斯科特来说也已经够了，毕竟他发明这种设备，是为了研究声音的特征。1860年4月9日，他录制了一首已经有悠久历史的法国儿歌《在月光下》。2008年，人们终于借助计算机技术将这首歌还原了出来，可以在www.firstsounds.org收听或下载。请不要抱太大的希望，因为这段还原自一百五十年之前的录音噪声很大，几乎听不出曲调；但是它是迄今为止，跨越时间最长的人声。
斯科特将声音记录视作转为文字的中介，并不认为单纯地保存声音有太大的价值。甚至直到晚年时他也依然认为，另一名发明家所发明的留声机误解了记录声音的根本目的。而被他指责的那名发明家完全不以为意——他叫汤玛斯·爱迪生，听力不大好。也许他根本就没有听到斯科特的言论。
从铝箔到虫胶
今年2月11日，Google的logo又变了。这次是一幅gif动画，上面有一盏白炽灯慢慢闪烁。这是为了纪念汤玛斯·爱迪生而设计的；那天，是他诞辰164周年。
做为通用电气公司的创始人和作品最多的发明家之一，爱迪生是一个传奇人物。1876年，他在新泽西州的门罗公园建立起了第一个工业研究实验室，第二年的12月，便在改进电话送话器的过程中，顺手发明了留声机。这款留声机的思路和斯科特的留声机有些相似，而区别在于爱迪生使用的存储介质是柔软的铝箔——针尖在铝箔上刻下凹痕，这些凹痕能够在重放时，重新把针尖的颤动还原成声音。
不知出于何种考虑，爱迪生流传下来的第一段录音也是儿歌。现在没有人会听到这段仅有八秒长的爱迪生版《玛丽有只小羊羔》，因为铝箔的柔软性质决定了它只能用很少几次。爱迪生当时并没有试图解决这个问题，毕竟能够把声音录下而且播放，就已经是项惊人的成就。
八年以后，电话的发明者亚历山大·贝尔和他的堂弟奇切斯特·贝尔推出了更耐用的蜡辊式留声机，爱迪生也很快开始生产同样的设备。又过了两年，出生在德国的美国人埃米尔·柏林纳获得了碟式留声机的专利。用一片碟片录制声音显然更有优势：它意味着可以容易地复制。1892年，柏林纳以镀金的铜模做为母盘，以硬蜡为原料，成功实现了声音的大规模复制。唱片工业就此诞生。
即使是爱迪生本人，可能也没有预料到留声机会有这样的发展。他改进的微声器被用在各式各样的留声机上，唱片的材质也从硬蜡变成了虫胶——紫胶虫的分泌物。1925年，贝尔实验室开发的电气化录音方式终于由美国哥伦比亚公司商业化，大众录音时代到来了。
1929年11月，在经济大萧条中，爱迪生退出了留声机界。他所坚持的蜡辊式留声机无法与新式唱片竞争，虽然当时的一张标准唱片最多只能存储10分钟声音，但是它体积更小，更容易制造，声音效果也更好。
两年后的10月18日，爱迪生以84岁高龄走完了一生。他亲眼看到自己发明的留声机已经变成了电唱机，走进了千家万户。也许他不会预料到，在一片繁荣的唱片工业的阴影中，一种新的存储技术正在慢慢成形，并且将会彻底埋葬电唱机和唱片。而为唱片的坟墓掘起第一锹土的，正是他创立的通用电气公司。
声、电、磁
贝尔发明的电话，实现了声音与电流之间的相互转换；而人们早已知道，电流和磁场也存在着对应关系。这也就意味着，声音可以转化成磁信号存储起来。
最先意识到这一点的，是美国人奥伯林·史密斯。这位发明家和实业家是英国移民的孩子，一位模具设计和制造的好手，一家金属加工厂的主人。他是个天生的发明家，低调而敏锐，不喜欢申请专利的繁琐手续，而更乐于把自己想法画出草图记录下来。在他留下的文件里，有大量与汤玛斯·爱迪生、亚历山大·贝尔等人的通信，讨论了许多创新和改进的设想；而在他的家乡，人们并不知道他的这些业余爱好。人们认识的只是企业家史密斯而已。
在爱迪生发明留声机后，史密斯就开始设计新的录音方式。1888年，他在《电气世界》杂志上发表文章，提出了以磁存储方式记录声音的设想。他认为可以将连续的钢丝看做无数小磁铁的集合体，将声音转化成强弱不等的电信号之后，以电流产生的磁场在钢丝上留下不同强度的剩磁。将这一过程逆转，就可以利用磁信号播放出声音。他确认这一设想可行，但是并没有制造出能工作的产品原型。直到1898年，大洋彼岸的一位工程师才将他的设计变为现实——钢丝录音机诞生了。
钢丝录音机的发明者是瓦尔德马·波尔森，1869年出生于哥本哈根，是丹麦高等法院一位法官的儿子。老波尔森把自己的儿子送进了医学院，希望他能成为医生，但是瓦尔德马在医学院里的生活并不开心。他发现自己对医学实在提不起兴趣，让他感到有趣的只是物理学和绘画。24岁的时候，他从医学院退学，进入哥本哈根电话公司，做起了排查故障的工作。这份工作很清闲，让他有许多时间来钻研自己的兴趣。大概就在这时，他看到了奥伯林·史密斯的文章。
1898年12月1日，波尔森申请了一项名为“录话机”的专利，这是历史上第一部以磁信号存储声音的设备。这项发明描述的设备与现在的录音机在外观上并无本质上的不同：两个缠绕着存储介质的卷轴，用来录制和读取信号的磁头，以及用于输入的麦克风和产生输出的耳机。只是，它离实用还有十几年的距离。
通用电气的反击
1900年的世界博览会上，波尔森的钢丝录音机大出风头，就连奥匈帝国皇帝弗兰茨·约瑟夫一世，也在录音机上留下了一段录音。
但是，钢丝录音机并没有获得商业上的成功。当时电子管和偏磁技术都没有被发明出来，钢丝录音机播放的声音很小而噪音很大。1903年美国电报公司投入巨资，打算发掘钢丝录音机的速记用途，但最终失败。就像最初的火车比不过马车，早期的汽车会让人一身油腻一样，新发明往往并不完美。
1907年，波尔森发明了直流偏磁技术，降低了钢丝录音机的噪音；而直到电子管放大器发明之前，声音太小的问题都没有解决。钢丝录音机开始有了些生机，但是大部分的市场依然是留声机的天下。波尔森开始设计更好的录音机，其中有一种设计和现在的磁盘相似：一块直径4.5英寸的钢盘，上面有螺旋形的轨迹，针状的磁头如同电唱机的唱针般划过其间，写下或者读出磁信号。不过，这种设备没能量产。
钢丝录音机启发了许多人，钢丝变成了钢带，钢带又变成了磁带。1928年1月31号，弗里茨·弗莱莫尔获得了磁带式录音机的专利。这位长居德国的奥地利工程师用涂上铁粉的烟纸替代钢丝，发明了磁带录音机。这种录音机使用16毫米宽的纸带，但是每次只使用一侧的8毫米。纸带以每秒钟半米的速度运动，300米长的纸带一共可以录制20分钟。
四年后，德国通用电气公司对弗莱莫尔的录音机表示出兴趣。1932年秋天，以化工产品起家的巴斯夫公司也加入进来，合作推进磁带录音机的商业化。两家公司的君子协定执行得很好：德国通用电气生产所有的机械和电气化部件，而巴斯夫公司则专门生产磁带。
1935年，这种机器在柏林无线电展览会上展出，随后就做为国家技术机密被严格控制。而与此同时，英国的BBC广播电台开始使用钢带录音机录制节目，整台录音机重达1吨以上，在剪辑的时候，要用到焊枪才行。
在之后的二十年间，电唱机渐渐式微，钢丝录音机和磁带录音机竞争激烈。最终，轻便易携的卡式磁带录音机终于一统天下，但这已经是六十年代之后的事情了。
“我很清楚，我比父亲聪明得多。”
——汤玛斯·沃森，1892
自学成才的奥地利人
二十世纪二十年代，一些企业已经开始使用机械化的工具，例如机械计算机和制表机。这些机器使用打孔卡片来输入数据，效率比人工要高得多，而且不易出错。偶然的机会让一个小办事员发现了自己的天赋，世界也因此变得不同。
古斯塔夫·陶舍克，十九世纪的最后一年出生于奥地利。他的前半生风平浪静，按部就班地读书、上学，直到成为了一名银行的办事员，并且看起来可以这样安稳地过完下半生；但是一张错误的支票改变了一切。
（中间那位就是我们的主角）
陶舍克的工作是检查支票是否合法，以及是否缺乏必要的签名。大概是在1926年或1927年，他发现一张来自帕沃斯会计公司的支票缺了一个签名。在他去帕沃斯公司办公室的时候，第一次看到了机械式制表机。
我无法想象当时他当时受到的冲击，但是一定相当震撼——因为他把之后的近二十年时间都花在了和制表机相关的领域上，直到生命的尽头。他请帕沃斯公司的工作人员为他讲解制表机的结构和原理，在听说这样一台机器要卖一万五千到两万美元的时候，他下定了决心。这东西应该可以更便宜。
这个想法点燃了他的热情。他前往美国、英国和德国的专利局，复制了所有和制表机有关的专利，深入研究了一遍，然后开始申请大量的专利：在之后十七年左右的时间里，他一共拥有了超过200项专利，从改进的制表机到能够模仿手写笔迹的机器，从能够自动识别字符的识别系统——没错，就是OCR，光学字符识别——到世界上第一部可用于计算的磁存储器，磁鼓。
最令人惊叹的，是这些革命性的发明大都是在1928到1932年之间诞生的。他像是将前半生的精力都在这几年里燃烧了出来，燃出一道灿烂夺目的轨迹。
最先注意到陶舍克的发明的，是德国的莱茵金属公司，德国的老牌国防企业。他们邀请陶舍克去为他们工作，还成立了一家子公司，专门生产改进的制表机。而几乎是在同时，陶舍克也被另一个传奇人物看中。
争夺开始了。当时的人们都不会想到，这次争夺会带来什么样的后果。
传奇诞生
让我们把时间向前拨一点。1896年，根据查尔斯·巴贝奇的理论，统计学家赫尔曼·霍尔瑞斯建立了“制表机公司”，但是经营得并不好。1911年，连同制表机公司在内的三家企业合并成“计算-制表-记录公司”，简称CTR公司；1914年，40岁的失业推销员汤玛斯·沃森成了这家小企业的经理，当时这家公司已经陷入破产的边缘。
那一年沃森过的并不大好。他刚刚被全美现金出纳机公司（NCR公司）开除，也刚刚有了个儿子。他曾经是NCR公司最好的销售员，却不得不在40岁的时候从头开始。而CTR公司只是个生产磅秤和天平的小企业，制表机只是很不起眼的一支业务。但是沃森刚好擅长这个。
经过十年经营，CTR公司的年销售额已经高达两千万美元以上。1924年，沃森兴奋地对儿子说：“我给公司改了个很好的名字，叫国际商用机器公司。”当时这个名字并非名副其实，他们的主要业务依然是制表机、自动切肉机和磅秤等等；父子两人也许都不会想到，在CTR公司成立一百年的时候，年营收已经超过1000亿美元，蓝色巨人IBM的名字，早已响遍世界。
二十世纪二三十年代，正是IBM大力拓展制表机业务的时候。德国分公司也注意到陶舍克的发明，为此沃森专门去见了一次陶舍克。他们在陶舍克的家里谈判了一个星期，一项新合作计划诞生：陶舍克将为IBM工作五年，IBM将会买下陶舍克的所有发明和莱茵金属的子公司。
在那五年里，陶舍克一共卖给了IBM 169项专利；也就是在为IBM工作的1932年，他发明了磁鼓。
磁鼓的原理和留声机相似，不过使用的介质不同。磁鼓的表面有一层铁磁性物质，一个读写头在上面读出数据或者写入数据，方式和磁带很相像。它有多个轨道，每个轨道上都有一个悬浮的读写头；这有点像是把磁带一圈圈粘在一个铁柱子上一样。
不过不同的是，磁带是一种线性的存储介质，只能按照固定顺序读取或者写入，而磁鼓不是。磁鼓的旋转速度在每分钟12500转左右，读写头不移动，只是等待着存储区域的到来；这种方式让它比磁带的速度快得多也灵活得多。每只磁鼓存储的数据量都可以不同，完全取决于大小；但是无论如何，今天看来它的容量都相当有限，只有区区几K而已。
但是这项发明有点过于超前。IBM依然选择使用纸卡，可能是因为大批量换用磁鼓需要太高的代价，而纸卡的效率并不算低下：当时的制表机，已经能够每分钟处理100张卡片。磁鼓的图纸，就这样被埋在了档案室里。
金子总会发光。从50年代起，尘封了二十年的磁鼓终于成了计算机的标准存储设备，甚至在今天的一些类UNIX操作系统中，默认的交换文件还是/dev/drum。
这时，磁鼓的发明者陶舍克早已去世了。传说在和IBM的合同到期后，德国政府征召他设计新型高射速连发武器，但是这个传言并未被证实。我们知道的只是，1945年，陶舍克病逝于瑞士苏黎世的一家医院里，享年仅46岁。
他去世那天，是情人节。
听从内心的声音
20世纪30年代中期，英国、美国和法国几乎同时发明了雷达。这种技术在几年后席卷世界的战争浪潮中，为早期的同盟国赢得了一些喘息时间，并且最终破灭了第三帝国称霸世界的梦想。
虽然雷达的原理早在20世纪初就已经被解释了出来，但是30年代的雷达并不能让人满意。所有的物体都会反射电磁波，无论它是一架敌机还是一棵果树。要快速地分辨出敌机来并不容易，工程师们需要想办法把那些固定物体的回波消除掉才行。
那个时期人们尝试了多种办法，“延迟线”的概念也就此诞生。延迟线能够把电信号转化成声音或者震动，过一段时间再将其恢复成电信号。这样，不同时间的信号就可以进行比较，以此过滤掉固定物体的回波。一个还在读大学的小伙子设计了水银延迟线，利用管子里的水银传递振动，很受军方的欢迎。几年后，这种设备被用在了早期的电子计算机上，成了最早的内存。
虽然朋友们喜欢叫他“普莱斯”，但是这位小伙子的全名有点长：小约翰·亚当·普莱斯伯·埃克特。他是一个白手起家的地产商的儿子，1919年出生于费城，一生中最重要的时光也都在宾夕法尼亚度过。
虽然埃克特从小就喜欢自己动手设计和制作些特别的东西，但是他的父亲约翰·埃克特却和许多第一代富人一样，希望自己的儿子能进商学院。老埃克特夫妇对这个独子十分不放心——可能是因为这孩子十五岁的时候做了个遥控炸弹的缘故。总之，在小埃克特已经被500公里以外的麻省理工学院录取的情况下，老埃克特竟然用假装付不起学费的办法，把他送进了就在家门口的宾夕法尼亚大学沃顿商学院。
小埃克特在沃顿商学院过得不怎么开心，特别是在他发现麻省理工学院的学费并不是那么贵的时候。他想转系，但是物理系人数已满，只好转到莫尔电气工程学院。勉强熬过第一学年之后，小埃克特像是终于觉醒了一般，很快进入了创造力爆发的状态，水银延迟线就是这时候的发明。
1941年，他大学毕业，打算继续读研究生；在那个无所事事的暑假，他参加了一个为军方服务的电子工程培训班，并且遇到了命中注定的那个人。
天才的工程师
约翰·莫奇利博士比埃克特大12岁，是附近的乌尔辛纳斯学院物理系主任，也是这个培训班的学员。两人很快就熟络了起来，然后发现制造一台全自动化高速计算的电子计算机，是两人的共同兴趣。
暑假过完，莫奇利就到摩尔学院申请了一份教职。两人商议的结果，是1942年8月份的一份建议书，建议军方开始设计和建造一台电子计算机。这份只有5页的建议书在删改了几次之后终于得到了批准，在埃克特24岁生日那天，这个名为ENIAC的项目正式通过。两个月后，合同签署完成，军方投资40万美元，由研究生一年级的埃克特担任总工程师。
在参考了爱荷华州立大学的约翰·阿塔纳索夫的一些设计之后，ENIAC项目于1946年成功结束。在制造ENIAC的过程中，埃克特和莫奇利已经开始和冯·诺依曼一起讨论如何改进设计，但是在1945年，在冯·诺依曼发表的那篇关于计算机结构的著名文章上，却没有埃克特和莫奇利的名字。
这篇文章让埃克特和莫奇利与冯·诺依曼的关系变得很糟。埃克特认为冯·诺依曼剽窃了他关于程序存储的想法却只署上自己的名字；而冯·诺依曼则认为这不过是为了绕开军队保密政策的一个权宜之计而已，完全不值得大惊小怪。到底谁是谁非依然在争论，不过无论如何，今天的计算机还是被叫做“冯·诺依曼机”。
1949年八月，EDVAC终于制造完成。这台全称为“离散变量自动电子计算机”的机器，使用二进制方式存储和运算，使用水银延迟线做为内存，所使用的电子管数量只有ENIAC的三分之一左右，性能却比ENIAC好得多。也就是在那一年，埃克特在无线电工程师学会会刊上发表了一篇论文，认为使用水银延迟线做为电子计算机的存储器件，能够让电子计算机的频率达到上兆赫兹。
1950年，埃克特和莫奇利创建的计算机公司被生产打字机起家，但是因为生产军火而发家的雷明顿·兰德公司收购，并且很快推出了最早的商用计算机UNIAC I；后来又经过几次公司购并，最终成为了优利系统公司。而埃克特一直在这家公司任职，直到1989年退休之后，也依然担任着公司的顾问。
他在家乡平静地走完了人生的最后几年，获得了包括计算机先驱奖在内的无数荣誉，于1995年去世。
2002年，小约翰·普莱斯伯·埃克特以其一生的87项专利为资质，入选美国发明家名人堂，和历史上那些著名的发明家们一起受人瞻仰。这时候，家用计算机已经进入了奔腾时代，内存已经开始以百兆为单位来衡量了。
看得见的存储
以ENIAC的发明为标志，人类正式进入电子计算机时代。但是ENIAC依然不是现代意义上的电子计算机，它并不能存储程序。冯·诺依曼提出的架构的确可 行，但是第一台真正应用了可存储程序思路的电子计算机，则是英国在1948年开发的“小规模实验机”，它的昵称更广为人知：Baby计算机。这台机器的开 发者是弗雷德里克·克兰·威廉姆斯和他的助手汤玛斯·基尔伯恩，他们也是历史上第一种随机访问存储器的发明者；这种存储装置，用的是人们早已熟悉的显示装 置：阴极射线管（CRT）。
1896年，德国物理学家卡尔·斐迪南·布劳恩发明了阴极射线管。它用电子撞击涂了荧光粉的显示屏内表面，以电磁场控制电子偏转的幅度，能够显示出图像。 人们很快意识到了这种设备的用途，并且很早就应用在雷达中。但是使用阴极射线管做为存储装置，却只是在二战之后才成为现实。
威廉姆斯在28岁那年获得了博士学位，并且开始投身于电信研究的工作。随着二战爆发，他的研究方向开始转向军用通讯领域，并且成了这一领域的名人。 1945年，威廉姆斯受邀访问了麻省理工学院和宾夕法尼亚大学的莫尔学院，就是在美国，他萌生了使用CRT来存储数据的设想。和水银延迟线一样，这种存储 器最初的设想，也是为了让雷达能够更好地分辨移动和非移动物体。和水银延迟线相比，它的速度要快得多。
回到英国之后，他马上开始投入到CRT存储的研究。他尝试用阴极射线管存储模拟数据和数字数据；前者用于雷达，后者则可能会用于电子计算机——实际上，不久之后，这两种方式都被开发出来了。
从原理上看，阴极射线管存储也算不上十分复杂。电子撞击在荧光屏上，导致撞击部位的电荷改变；感知这些电荷的数量，就可以读出当前位置存储的是1还是0。但是如何感知这些电荷，是个工程难题。
这时候，一个26岁的小伙子解决了这个问题；他叫汤玛斯·基尔伯恩，后来成为了英国最著名的计算机科学家之一，也是一位计算机先驱奖获得者。
二维存储
汤玛斯·基尔伯恩比威廉姆斯小十岁，在威廉姆斯获得博士学位那一年，汤玛斯刚刚被剑桥大学的西德尼学院录取。他的父亲是一位靠自己的艰苦努力而白手起家的 典范，这种勤奋的精神显然也影响了汤玛斯。在剑桥的时候，他参加了一个飞行员培训班，但是因为视力不达标而未能入伍，被转送到另一个学习电磁和电子学的培 训班，继而被分配到英国电信研究院，在威廉姆斯的手下工作。
（1998）
两人配合得很好。战后，威廉姆斯在曼彻斯特大学担任电子技术实验室主任，汤玛斯也依然和他一起工作。他很快设计出了CRT存储器，在一个CRT上，能够存 储2048位。在这种存储器工作的时候，屏幕上会出现方方正正的绿色点阵，其中有一些更亮，它们意味着“1”；而另外那些暗淡的，则表示“0”。
这种装置被命名为“威廉姆斯-基尔伯恩管”，往往简称成威廉姆斯管。和后来的所有内存一样，威廉姆斯管需要不间断的电源供应，不过它有两个特征让它超越了同时代的其它存储设备：这种存储器的速度是当时最快的；它也是世界上第一种随机访问存储器。
说起来，之前的种种存储装置，都只能算是顺序访问存储器。人们无法直接跳到磁带上的某个存储点，磁鼓旋转一周的速度也决定了访问数据需要的时间。而威廉姆斯管则不然；当读取或者写入时，所需要的时间与这段信息所在的位置无关。
以威廉姆斯管为主题，汤玛斯完成了他的博士论文，并且开始尝试将威廉姆斯管应用在计算机上。1951年，马克一型研制成功，它的原型机就是为了测试威廉姆 斯管的可用性。同年，美国普林斯顿大高等研究院的计算机也完成，同样使用了威廉姆斯管。第二年，在IBM首台全电子商用计算机701上，也使用威廉姆斯管 来作为内存。在二十世纪五十年代那个计算机萌芽时期，威廉姆斯管成为了许多计算机不可或缺的元件。
但是威廉姆斯管的辉煌并没有持续很久。在大洋彼岸的美国，一个留学生设计出一种宛如精细手工的存储装置，并且很快风靡一时，甚至促进了计算机病毒的诞生。磁芯来了。
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但是很快，斯科特不再满足于速记。这也许是因为他意识到，如果能够直接将声音转化成文字，会更高效。这是个了不起的突破——之前人们没有想过还有这种可能。这就像是打字和语音识别的区别一样。
于是，他花了八年时间，解决了这个问题的第一步。1857年1月，斯科特向法兰西学院提交了一份设计图，两个月后获得了一项专利。世界上最早的留声机，就在这项专利中。
这台留声机所用的存储介质很特别，是用煤烟熏黑了的纸。声音从大喇叭状的接收器传进来，空气的震动推动一支短而轻的针尖，在运动的纸上刮下煤烟，留下浅色的波纹状线条。声音的震动终于转成了图像，就像是今天我们看到的声波图，只是表现方式不大一样。唯一的问题，是这种记录下来的声音不能被还原。它只是能记录，能储存，仅此而已。
不过这对于斯科特来说也已经够了，毕竟他发明这种设备，是为了研究声音的特征。1860年4月9日，他录制了一首已经有悠久历史的法国儿歌《在月光下》。2008年，人们终于借助计算机技术将这首歌还原了出来，可以在www.firstsounds.org收听或下载。请不要抱太大的希望，因为这段还原自一百五十年之前的录音噪声很大，几乎听不出曲调；但是它是迄今为止，跨越时间最长的人声。
斯科特将声音记录视作转为文字的中介，并不认为单纯地保存声音有太大的价值。甚至直到晚年时他也依然认为，另一名发明家所发明的留声机误解了记录声音的根本目的。而被他指责的那名发明家完全不以为意——他叫汤玛斯·爱迪生，听力不大好。也许他根本就没有听到斯科特的言论。
从铝箔到虫胶
今年2月11日，Google的logo又变了。这次是一幅gif动画，上面有一盏白炽灯慢慢闪烁。这是为了纪念汤玛斯·爱迪生而设计的；那天，是他诞辰164周年。
做为通用电气公司的创始人和作品最多的发明家之一，爱迪生是一个传奇人物。1876年，他在新泽西州的门罗公园建立起了第一个工业研究实验室，第二年的12月，便在改进电话送话器的过程中，顺手发明了留声机。这款留声机的思路和斯科特的留声机有些相似，而区别在于爱迪生使用的存储介质是柔软的铝箔——针尖在铝箔上刻下凹痕，这些凹痕能够在重放时，重新把针尖的颤动还原成声音。
不知出于何种考虑，爱迪生流传下来的第一段录音也是儿歌。现在没有人会听到这段仅有八秒长的爱迪生版《玛丽有只小羊羔》，因为铝箔的柔软性质决定了它只能用很少几次。爱迪生当时并没有试图解决这个问题，毕竟能够把声音录下而且播放，就已经是项惊人的成就。
八年以后，电话的发明者亚历山大·贝尔和他的堂弟奇切斯特·贝尔推出了更耐用的蜡辊式留声机，爱迪生也很快开始生产同样的设备。又过了两年，出生在德国的美国人埃米尔·柏林纳获得了碟式留声机的专利。用一片碟片录制声音显然更有优势：它意味着可以容易地复制。1892年，柏林纳以镀金的铜模做为母盘，以硬蜡为原料，成功实现了声音的大规模复制。唱片工业就此诞生。
即使是爱迪生本人，可能也没有预料到留声机会有这样的发展。他改进的微声器被用在各式各样的留声机上，唱片的材质也从硬蜡变成了虫胶——紫胶虫的分泌物。1925年，贝尔实验室开发的电气化录音方式终于由美国哥伦比亚公司商业化，大众录音时代到来了。
1929年11月，在经济大萧条中，爱迪生退出了留声机界。他所坚持的蜡辊式留声机无法与新式唱片竞争，虽然当时的一张标准唱片最多只能存储10分钟声音，但是它体积更小，更容易制造，声音效果也更好。
两年后的10月18日，爱迪生以84岁高龄走完了一生。他亲眼看到自己发明的留声机已经变成了电唱机，走进了千家万户。也许他不会预料到，在一片繁荣的唱片工业的阴影中，一种新的存储技术正在慢慢成形，并且将会彻底埋葬电唱机和唱片。而为唱片的坟墓掘起第一锹土的，正是他创立的通用电气公司。
声、电、磁
贝尔发明的电话，实现了声音与电流之间的相互转换；而人们早已知道，电流和磁场也存在着对应关系。这也就意味着，声音可以转化成磁信号存储起来。
最先意识到这一点的，是美国人奥伯林·史密斯。这位发明家和实业家是英国移民的孩子，一位模具设计和制造的好手，一家金属加工厂的主人。他是个天生的发明家，低调而敏锐，不喜欢申请专利的繁琐手续，而更乐于把自己想法画出草图记录下来。在他留下的文件里，有大量与汤玛斯·爱迪生、亚历山大·贝尔等人的通信，讨论了许多创新和改进的设想；而在他的家乡，人们并不知道他的这些业余爱好。人们认识的只是企业家史密斯而已。
在爱迪生发明留声机后，史密斯就开始设计新的录音方式。1888年，他在《电气世界》杂志上发表文章，提出了以磁存储方式记录声音的设想。他认为可以将连续的钢丝看做无数小磁铁的集合体，将声音转化成强弱不等的电信号之后，以电流产生的磁场在钢丝上留下不同强度的剩磁。将这一过程逆转，就可以利用磁信号播放出声音。他确认这一设想可行，但是并没有制造出能工作的产品原型。直到1898年，大洋彼岸的一位工程师才将他的设计变为现实——钢丝录音机诞生了。
钢丝录音机的发明者是瓦尔德马·波尔森，1869年出生于哥本哈根，是丹麦高等法院一位法官的儿子。老波尔森把自己的儿子送进了医学院，希望他能成为医生，但是瓦尔德马在医学院里的生活并不开心。他发现自己对医学实在提不起兴趣，让他感到有趣的只是物理学和绘画。24岁的时候，他从医学院退学，进入哥本哈根电话公司，做起了排查故障的工作。这份工作很清闲，让他有许多时间来钻研自己的兴趣。大概就在这时，他看到了奥伯林·史密斯的文章。
1898年12月1日，波尔森申请了一项名为“录话机”的专利，这是历史上第一部以磁信号存储声音的设备。这项发明描述的设备与现在的录音机在外观上并无本质上的不同：两个缠绕着存储介质的卷轴，用来录制和读取信号的磁头，以及用于输入的麦克风和产生输出的耳机。只是，它离实用还有十几年的距离。
通用电气的反击
1900年的世界博览会上，波尔森的钢丝录音机大出风头，就连奥匈帝国皇帝弗兰茨·约瑟夫一世，也在录音机上留下了一段录音。
但是，钢丝录音机并没有获得商业上的成功。当时电子管和偏磁技术都没有被发明出来，钢丝录音机播放的声音很小而噪音很大。1903年美国电报公司投入巨资，打算发掘钢丝录音机的速记用途，但最终失败。就像最初的火车比不过马车，早期的汽车会让人一身油腻一样，新发明往往并不完美。
1907年，波尔森发明了直流偏磁技术，降低了钢丝录音机的噪音；而直到电子管放大器发明之前，声音太小的问题都没有解决。钢丝录音机开始有了些生机，但是大部分的市场依然是留声机的天下。波尔森开始设计更好的录音机，其中有一种设计和现在的磁盘相似：一块直径4.5英寸的钢盘，上面有螺旋形的轨迹，针状的磁头如同电唱机的唱针般划过其间，写下或者读出磁信号。不过，这种设备没能量产。
钢丝录音机启发了许多人，钢丝变成了钢带，钢带又变成了磁带。1928年1月31号，弗里茨·弗莱莫尔获得了磁带式录音机的专利。这位长居德国的奥地利工程师用涂上铁粉的烟纸替代钢丝，发明了磁带录音机。这种录音机使用16毫米宽的纸带，但是每次只使用一侧的8毫米。纸带以每秒钟半米的速度运动，300米长的纸带一共可以录制20分钟。
四年后，德国通用电气公司对弗莱莫尔的录音机表示出兴趣。1932年秋天，以化工产品起家的巴斯夫公司也加入进来，合作推进磁带录音机的商业化。两家公司的君子协定执行得很好：德国通用电气生产所有的机械和电气化部件，而巴斯夫公司则专门生产磁带。
1935年，这种机器在柏林无线电展览会上展出，随后就做为国家技术机密被严格控制。而与此同时，英国的BBC广播电台开始使用钢带录音机录制节目，整台录音机重达1吨以上，在剪辑的时候，要用到焊枪才行。
在之后的二十年间，电唱机渐渐式微，钢丝录音机和磁带录音机竞争激烈。最终，轻便易携的卡式磁带录音机终于一统天下，但这已经是六十年代之后的事情了。
“我很清楚，我比父亲聪明得多。”
——汤玛斯·沃森，1892
自学成才的奥地利人
二十世纪二十年代，一些企业已经开始使用机械化的工具，例如机械计算机和制表机。这些机器使用打孔卡片来输入数据，效率比人工要高得多，而且不易出错。偶然的机会让一个小办事员发现了自己的天赋，世界也因此变得不同。
古斯塔夫·陶舍克，十九世纪的最后一年出生于奥地利。他的前半生风平浪静，按部就班地读书、上学，直到成为了一名银行的办事员，并且看起来可以这样安稳地过完下半生；但是一张错误的支票改变了一切。
（中间那位就是我们的主角）
陶舍克的工作是检查支票是否合法，以及是否缺乏必要的签名。大概是在1926年或1927年，他发现一张来自帕沃斯会计公司的支票缺了一个签名。在他去帕沃斯公司办公室的时候，第一次看到了机械式制表机。
我无法想象当时他当时受到的冲击，但是一定相当震撼——因为他把之后的近二十年时间都花在了和制表机相关的领域上，直到生命的尽头。他请帕沃斯公司的工作人员为他讲解制表机的结构和原理，在听说这样一台机器要卖一万五千到两万美元的时候，他下定了决心。这东西应该可以更便宜。
这个想法点燃了他的热情。他前往美国、英国和德国的专利局，复制了所有和制表机有关的专利，深入研究了一遍，然后开始申请大量的专利：在之后十七年左右的时间里，他一共拥有了超过200项专利，从改进的制表机到能够模仿手写笔迹的机器，从能够自动识别字符的识别系统——没错，就是OCR，光学字符识别——到世界上第一部可用于计算的磁存储器，磁鼓。
最令人惊叹的，是这些革命性的发明大都是在1928到1932年之间诞生的。他像是将前半生的精力都在这几年里燃烧了出来，燃出一道灿烂夺目的轨迹。
最先注意到陶舍克的发明的，是德国的莱茵金属公司，德国的老牌国防企业。他们邀请陶舍克去为他们工作，还成立了一家子公司，专门生产改进的制表机。而几乎是在同时，陶舍克也被另一个传奇人物看中。
争夺开始了。当时的人们都不会想到，这次争夺会带来什么样的后果。
传奇诞生
让我们把时间向前拨一点。1896年，根据查尔斯·巴贝奇的理论，统计学家赫尔曼·霍尔瑞斯建立了“制表机公司”，但是经营得并不好。1911年，连同制表机公司在内的三家企业合并成“计算-制表-记录公司”，简称CTR公司；1914年，40岁的失业推销员汤玛斯·沃森成了这家小企业的经理，当时这家公司已经陷入破产的边缘。
那一年沃森过的并不大好。他刚刚被全美现金出纳机公司（NCR公司）开除，也刚刚有了个儿子。他曾经是NCR公司最好的销售员，却不得不在40岁的时候从头开始。而CTR公司只是个生产磅秤和天平的小企业，制表机只是很不起眼的一支业务。但是沃森刚好擅长这个。
经过十年经营，CTR公司的年销售额已经高达两千万美元以上。1924年，沃森兴奋地对儿子说：“我给公司改了个很好的名字，叫国际商用机器公司。”当时这个名字并非名副其实，他们的主要业务依然是制表机、自动切肉机和磅秤等等；父子两人也许都不会想到，在CTR公司成立一百年的时候，年营收已经超过1000亿美元，蓝色巨人IBM的名字，早已响遍世界。
二十世纪二三十年代，正是IBM大力拓展制表机业务的时候。德国分公司也注意到陶舍克的发明，为此沃森专门去见了一次陶舍克。他们在陶舍克的家里谈判了一个星期，一项新合作计划诞生：陶舍克将为IBM工作五年，IBM将会买下陶舍克的所有发明和莱茵金属的子公司。
在那五年里，陶舍克一共卖给了IBM 169项专利；也就是在为IBM工作的1932年，他发明了磁鼓。
磁鼓的原理和留声机相似，不过使用的介质不同。磁鼓的表面有一层铁磁性物质，一个读写头在上面读出数据或者写入数据，方式和磁带很相像。它有多个轨道，每个轨道上都有一个悬浮的读写头；这有点像是把磁带一圈圈粘在一个铁柱子上一样。
不过不同的是，磁带是一种线性的存储介质，只能按照固定顺序读取或者写入，而磁鼓不是。磁鼓的旋转速度在每分钟12500转左右，读写头不移动，只是等待着存储区域的到来；这种方式让它比磁带的速度快得多也灵活得多。每只磁鼓存储的数据量都可以不同，完全取决于大小；但是无论如何，今天看来它的容量都相当有限，只有区区几K而已。
但是这项发明有点过于超前。IBM依然选择使用纸卡，可能是因为大批量换用磁鼓需要太高的代价，而纸卡的效率并不算低下：当时的制表机，已经能够每分钟处理100张卡片。磁鼓的图纸，就这样被埋在了档案室里。
金子总会发光。从50年代起，尘封了二十年的磁鼓终于成了计算机的标准存储设备，甚至在今天的一些类UNIX操作系统中，默认的交换文件还是/dev/drum。
这时，磁鼓的发明者陶舍克早已去世了。传说在和IBM的合同到期后，德国政府征召他设计新型高射速连发武器，但是这个传言并未被证实。我们知道的只是，1945年，陶舍克病逝于瑞士苏黎世的一家医院里，享年仅46岁。
他去世那天，是情人节。
听从内心的声音
20世纪30年代中期，英国、美国和法国几乎同时发明了雷达。这种技术在几年后席卷世界的战争浪潮中，为早期的同盟国赢得了一些喘息时间，并且最终破灭了第三帝国称霸世界的梦想。
虽然雷达的原理早在20世纪初就已经被解释了出来，但是30年代的雷达并不能让人满意。所有的物体都会反射电磁波，无论它是一架敌机还是一棵果树。要快速地分辨出敌机来并不容易，工程师们需要想办法把那些固定物体的回波消除掉才行。
那个时期人们尝试了多种办法，“延迟线”的概念也就此诞生。延迟线能够把电信号转化成声音或者震动，过一段时间再将其恢复成电信号。这样，不同时间的信号就可以进行比较，以此过滤掉固定物体的回波。一个还在读大学的小伙子设计了水银延迟线，利用管子里的水银传递振动，很受军方的欢迎。几年后，这种设备被用在了早期的电子计算机上，成了最早的内存。
虽然朋友们喜欢叫他“普莱斯”，但是这位小伙子的全名有点长：小约翰·亚当·普莱斯伯·埃克特。他是一个白手起家的地产商的儿子，1919年出生于费城，一生中最重要的时光也都在宾夕法尼亚度过。
虽然埃克特从小就喜欢自己动手设计和制作些特别的东西，但是他的父亲约翰·埃克特却和许多第一代富人一样，希望自己的儿子能进商学院。老埃克特夫妇对这个独子十分不放心——可能是因为这孩子十五岁的时候做了个遥控炸弹的缘故。总之，在小埃克特已经被500公里以外的麻省理工学院录取的情况下，老埃克特竟然用假装付不起学费的办法，把他送进了就在家门口的宾夕法尼亚大学沃顿商学院。
小埃克特在沃顿商学院过得不怎么开心，特别是在他发现麻省理工学院的学费并不是那么贵的时候。他想转系，但是物理系人数已满，只好转到莫尔电气工程学院。勉强熬过第一学年之后，小埃克特像是终于觉醒了一般，很快进入了创造力爆发的状态，水银延迟线就是这时候的发明。
1941年，他大学毕业，打算继续读研究生；在那个无所事事的暑假，他参加了一个为军方服务的电子工程培训班，并且遇到了命中注定的那个人。
天才的工程师
约翰·莫奇利博士比埃克特大12岁，是附近的乌尔辛纳斯学院物理系主任，也是这个培训班的学员。两人很快就熟络了起来，然后发现制造一台全自动化高速计算的电子计算机，是两人的共同兴趣。暑假过完，莫奇利就到摩尔学院申请了一份教职。两人商议的结果，是1942年8月份的一份建议书，建议军方开始设计和建造一台电子计算机。这份只有5页的建议书在删改了几次之后终于得到了批准，在埃克特24岁生日那天，这个名为ENIAC的项目正式通过。两个月后，合同签署完成，军方投资40万美元，由研究生一年级的埃克特担任总工程师。
在参考了爱荷华州立大学的约翰·阿塔纳索夫的一些设计之后，ENIAC项目于1946年成功结束。在制造ENIAC的过程中，埃克特和莫奇利已经开始和冯·诺依曼一起讨论如何改进设计，但是在1945年，在冯·诺依曼发表的那篇关于计算机结构的著名文章上，却没有埃克特和莫奇利的名字。
这篇文章让埃克特和莫奇利与冯·诺依曼的关系变得很糟。埃克特认为冯·诺依曼剽窃了他关于程序存储的想法却只署上自己的名字；而冯·诺依曼则认为这不过是为了绕开军队保密政策的一个权宜之计而已，完全不值得大惊小怪。到底谁是谁非依然在争论，不过无论如何，今天的计算机还是被叫做“冯·诺依曼机”。
1949年八月，EDVAC终于制造完成。这台全称为“离散变量自动电子计算机”的机器，使用二进制方式存储和运算，使用水银延迟线做为内存，所使用的电子管数量只有ENIAC的三分之一左右，性能却比ENIAC好得多。也就是在那一年，埃克特在无线电工程师学会会刊上发表了一篇论文，认为使用水银延迟线做为电子计算机的存储器件，能够让电子计算机的频率达到上兆赫兹。
1950年，埃克特和莫奇利创建的计算机公司被生产打字机起家，但是因为生产军火而发家的雷明顿·兰德公司收购，并且很快推出了最早的商用计算机UNIAC I；后来又经过几次公司购并，最终成为了优利系统公司。而埃克特一直在这家公司任职，直到1989年退休之后，也依然担任着公司的顾问。
他在家乡平静地走完了人生的最后几年，获得了包括计算机先驱奖在内的无数荣誉，于1995年去世。
2002年，小约翰·普莱斯伯·埃克特以其一生的87项专利为资质，入选美国发明家名人堂，和历史上那些著名的发明家们一起受人瞻仰。这时候，家用计算机已经进入了奔腾时代，内存已经开始以百兆为单位来衡量了。
看得见的存储
以ENIAC的发明为标志，人类正式进入电子计算机时代。但是ENIAC依然不是现代意义上的电子计算机，它并不能存储程序。冯·诺依曼提出的架构的确可 行，但是第一台真正应用了可存储程序思路的电子计算机，则是英国在1948年开发的“小规模实验机”，它的昵称更广为人知：Baby计算机。这台机器的开 发者是弗雷德里克·克兰·威廉姆斯和他的助手汤玛斯·基尔伯恩，他们也是历史上第一种随机访问存储器的发明者；这种存储装置，用的是人们早已熟悉的显示装 置：阴极射线管（CRT）。
1896年，德国物理学家卡尔·斐迪南·布劳恩发明了阴极射线管。它用电子撞击涂了荧光粉的显示屏内表面，以电磁场控制电子偏转的幅度，能够显示出图像。 人们很快意识到了这种设备的用途，并且很早就应用在雷达中。但是使用阴极射线管做为存储装置，却只是在二战之后才成为现实。
威廉姆斯在28岁那年获得了博士学位，并且开始投身于电信研究的工作。随着二战爆发，他的研究方向开始转向军用通讯领域，并且成了这一领域的名人。 1945年，威廉姆斯受邀访问了麻省理工学院和宾夕法尼亚大学的莫尔学院，就是在美国，他萌生了使用CRT来存储数据的设想。和水银延迟线一样，这种存储 器最初的设想，也是为了让雷达能够更好地分辨移动和非移动物体。和水银延迟线相比，它的速度要快得多。
回到英国之后，他马上开始投入到CRT存储的研究。他尝试用阴极射线管存储模拟数据和数字数据；前者用于雷达，后者则可能会用于电子计算机——实际上，不久之后，这两种方式都被开发出来了。
从原理上看，阴极射线管存储也算不上十分复杂。电子撞击在荧光屏上，导致撞击部位的电荷改变；感知这些电荷的数量，就可以读出当前位置存储的是1还是0。但是如何感知这些电荷，是个工程难题。
这时候，一个26岁的小伙子解决了这个问题；他叫汤玛斯·基尔伯恩，后来成为了英国最著名的计算机科学家之一，也是一位计算机先驱奖获得者。
二维存储
汤玛斯·基尔伯恩比威廉姆斯小十岁，在威廉姆斯获得博士学位那一年，汤玛斯刚刚被剑桥大学的西德尼学院录取。他的父亲是一位靠自己的艰苦努力而白手起家的 典范，这种勤奋的精神显然也影响了汤玛斯。在剑桥的时候，他参加了一个飞行员培训班，但是因为视力不达标而未能入伍，被转送到另一个学习电磁和电子学的培 训班，继而被分配到英国电信研究院，在威廉姆斯的手下工作。
（1998）
两人配合得很好。战后，威廉姆斯在曼彻斯特大学担任电子技术实验室主任，汤玛斯也依然和他一起工作。他很快设计出了CRT存储器，在一个CRT上，能够存 储2048位。在这种存储器工作的时候，屏幕上会出现方方正正的绿色点阵，其中有一些更亮，它们意味着“1”；而另外那些暗淡的，则表示“0”。
这种装置被命名为“威廉姆斯-基尔伯恩管”，往往简称成威廉姆斯管。和后来的所有内存一样，威廉姆斯管需要不间断的电源供应，不过它有两个特征让它超越了同时代的其它存储设备：这种存储器的速度是当时最快的；它也是世界上第一种随机访问存储器。
说起来，之前的种种存储装置，都只能算是顺序访问存储器。人们无法直接跳到磁带上的某个存储点，磁鼓旋转一周的速度也决定了访问数据需要的时间。而威廉姆斯管则不然；当读取或者写入时，所需要的时间与这段信息所在的位置无关。
以威廉姆斯管为主题，汤玛斯完成了他的博士论文，并且开始尝试将威廉姆斯管应用在计算机上。1951年，马克一型研制成功，它的原型机就是为了测试威廉姆 斯管的可用性。同年，美国普林斯顿大高等研究院的计算机也完成，同样使用了威廉姆斯管。第二年，在IBM首台全电子商用计算机701上，也使用威廉姆斯管 来作为内存。在二十世纪五十年代那个计算机萌芽时期，威廉姆斯管成为了许多计算机不可或缺的元件。
但是威廉姆斯管的辉煌并没有持续很久。在大洋彼岸的美国，一个留学生设计出一种宛如精细手工的存储装置，并且很快风靡一时，甚至促进了计算机病毒的诞生。磁芯来了。
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