揭开全球最老计算机WITCH神秘面纱[图]

    本周，全球最古老的数字计算机Witch在英国重启成功。历时三年的修复工作获得了成功，并印证了这台已入“花甲”之年的最古老计算机拥有超强的稳定性和耐用性。为了让大家更直观全面地了解这个庞然大物的“过人之处”，本文将为大家揭开WITCH的神秘面纱。

　　历时3年的修复工作完成之后，本周二英国国家计算机博物馆（The National Museum of  Computing，简称TNMOC）对全球最古老的数字计算机Harwell Dekatron（又称“WITCH”， Wolverhampton Instrument for Teaching Computing from Harwell）进行了重启。这项重启仪式具有空前的意义，使得这台1951年建造的全球最古老计算机WITCH又焕发了活力，并参与到了当代的作业系统，延续了上世纪50年代的科学计算机技术的影响。

　　其实，这台计算机还有另一个光环：被用来为英国首个核反应堆提供计算支持。从2009年至今，这台计算机就被安置在英国国家计算机博物馆。该博物馆也希望通过三年的修复工作，让中小学生能够亲眼看到该计算机（包括十进制计数管和其他各种管线），从而更好地实现计算机科学教育。而现在，学生们可以利用TNMOC在PC上编写程序，并将程序代码转换到纸带上让这台计算机去执行。

全球最古老计算机WITCH全景图

　　这台现在仍可工作的最古老计算机设计并建造于1949-1951年间，被吉尼斯世界纪录称为“全球最耐用的计算机”。它曾经为处在英国牛津郡Harwell的原子能研究机构立下汗马功劳。1952年5月交付使用并一直使用至1957年。下面，我们将从WITCH计算机的各个结构为广大读者进行详细介绍。

　　这台计算机拥有上世纪50年代计算机相同的特点——庞然大物。WITCH身高2米（2米高、6米宽、1米深）体重2.5吨 。它使用了类似RAM（随机存取存储器）的十进计数管充当非永久性存储器（掉电失忆）。并采用了纸带（paper tape）来输入和存储程序。输出则采用的是电传打印机或者纸带穿孔机。

　　WITCH采用十进制计算，最初使用20个8位十进制计数管寄存器来充当内部存储系统。后来为了满足所有的计算使用需求，十进制计数管不断被增加。十进制计数管是由中央的圆板状阳极和围绕着它放置的三十根线状的电极组成。这些线状电极三根一组，共十组，每组有一个阴极，一个控制极和一个第二控制极。十进制计数管的阴极在读取存放在管道中0至9数值的时候会发光。

测试中的十进制计数管

    这些计数管被排列成9行。第一个代表着存储的数值相等（增加或者减少），剩下的则表示从8个中增加或者减少相应的数值。这样一来，WITCH能够存储的数值就介于-9.9999999和9.9999999之间。这在当时（上世纪50年代）也不是性能最强的机器，它的可贵之处就是拥有超强的稳定性。

memory store中的十进制计数管

    下图中，展示的是其中一个memory store。从中我们可以看到，每横排有9个十进制计数管每列有10个计数管。

其中一个memory store

四个memory stores（WITCH总共有9个）

    WITCH计算机总共有828个十进计数管，480个继电器和大量纸带记录器，7073个继电器开关，26个高速继电器，199个灯管，18个交换机，以及数千个连接器，电源为15KW。

    前面我们介绍过，WITCH计算机采用了纸带（paper tape）来输入和存储程序。输出则采用的是电传打印机或者纸带穿孔机。这台计算机提供有6个纸带阅读机，负责将程序和数据输入到WITCH中。

    下图展示的是，如何让WITCH构建子程序的示范：通过事先将程序代码转换到纸带上，并通过纸带阅读机输入给WITCH计算机。

通过纸带输入

WITCH拥有6个纸带阅读机

    输入给计算机后，需要通过累加器对数字进行计算，也就是下面我们看到的这个组件：

累加器侧面

累加器正面视觉图

    通过该组件，WITCH吱吱作响处理数据的速度也仅为100HZ左右。处理后的结果，将通过电传打印机或者纸带穿孔机输出。

打印输出处理结果

    另外，我们之前提到了WITCH有26个高速继电器（relay），在计算机参与的数据输入、处理和数据输出方面，也都离不开这个关键组件的参与。

可以明显看出26个高速继电器

高速继电器内部结构

    继电器是一种电控制器件，包含控制系统（输入回路）和被控制系统（输出回路）以及二者之间的互动关系模块，扮演自动调节转换电路的作用。我们从上图中的继电器中，可以看到里面有很多个子模块，每个模块被不同字母进行标识。

    虽然WITCH“年迈花甲”仍能正常工作，但我们还是和现在操作计算机一样——得使用电源和控制面板。不仅如此，要想操作这台计算机，还得需要使用钥匙才能启动。

    控制面板上方有2个仪表盘，可直观地位用户提供电源电压信息（PDU和PSU模块）。面板下方则主要是各种线路、控制按钮和指示灯。

WITCH控制面板

    控制面板上方则是控制和记录电源电压的仪表盘，它主要包括PDU和PSU两大功能。目前我们所使用的大部分电能都是通过PSU流入计算机，然后，通过PDU根据计算机负载情况对电能进行动态分配。

PDC和PSU模块

    细心的朋友可能会发现在控制按钮左侧还有一个钥匙孔。其实，这是开启整个计算机的总开关，类似汽车钥匙。

工作人员插入钥匙启动计算机

桌子中间的开关盒可控制整个计算机（包括控制面板）

    在上世纪五十年代，WITCH计算机的这种设计思路既沿用了以往的纸带和穿孔机输入输出，而采用了当前机房和数据中心应用广泛的PDU、PSU功能模块，而且还特别注重物理上的安全，通过采用钥匙开启的设计方式，为用户提供多一份安全。另外，该机器支持远程（虽然不是异地）控制，通过放置在办公桌上的switch box即可对计算机进行控制管理，而无需时刻站在计算机面前。

    通常，我们看到的很多古老计算机或者超级计算机，关注较多的往往是它们的计算性能、体积、重量和耗电情况，而较少了解它们的内部尤其是背面板的走线情况。在本文，我们将为大家单独谈谈这款WITCH计算机的后面板情况。

    首先，让我们来看看十进制计数管后面的线路情况。从下面图中我们可以看到，走线还算比较清晰，不同功能的计数管采用不同颜色的线缆加以区分，从模块开始进行理线，并用夹子加以绑定。

十进制计数管后端走线情况

夹子固定不同颜色的线路

布线特写

    而在控制面板后端，则采用了有点类似有“预留”存交叉的逆向理线方式：

控制面板后端布线

    逆向理线是在配线架的模块端接入完毕并通过测试后，再进行机柜理线。其方法是从模块开始向机柜外理线，同时桥架内也进行理线。这样做的优点是不会因某根测试通不过而造成重新理线，而缺点是由于两端(进线口和配线架)已经固定，在机房内的某一处必然会出现大量的乱线(一般在机柜的底部或顶部)。

    当然，上世纪50年代早期的布线并没有当今这么严谨和美观，也不能完全按照现在的理线方式严格区分。但整体而言，作为有着61年历史的这台最古老计算机，历时三年时间修复能重新启动并为教育教学提供支持，一定程度上见证了上世纪人类计算机科学和技术的发展，也有助于人们更直观地了解人类计算机的发展历程。这，也是本文写作的主要出发点。

    “虽慢尤快”——能在当代运行的计算机，虽比不了智能手机的计算性能，但其破记录的“稳定可靠性”仍一直为人所称道。这，也许是未来计算机发展的一个重要细分领域。