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第一台会唱歌的电脑
木子李/文
1842年,当英国剑桥大学的数学教授发明了电脑的前身——分析机的时候,他的助手、诗人拜伦的女儿拉夫拉斯伯爵夫人就曾兴奋地预言：“这台机器总有一天会演奏出音乐来的.”果然像她所预言的,100多年后的1951年,澳大利亚一个默默无闻的编程员用电脑CSIRAC播放了第一首音乐.
最初,用电脑播放音乐并不像今天这么容易,它是一个极难的编程挑战,只能由专业人员操作,而且程序员最好懂点音律知识,否则发音会成为无意义的噪音,制作过程可以说是十分曲折.那么,它又有哪些故事呢？
笨拙的CSIRAC
早期的电脑材质和运行程序远没有这么先进,可以想象,最古老的电脑无一例外都是“大胖子”,比如世界上第一台电脑“埃尼阿克”,占地面积170多平方米,重量约30吨,样子准确来说更像一组旧金属健身房的储物柜.用这种耗资几十万美元的昂贵电脑,提供娱乐功能是不可能的,几乎每一台电脑的诞生都为了处理大量军用数据的难题或者是解决科学难题,直到CSIRAC开了这个新河.
CSIRAC是澳大利亚在1949年11月制造出来的第一台数字电脑,也是幸存的还能运行的最古老的第一代电子计算机,目前储存在澳大利亚墨尔本博物馆.
用今天的标准看,CSIRAC还是非常原始.CSIRAC速度非常慢,它1秒钟只能执行1000次循环次数,现在家用电脑一般为1秒几亿次；它没有很大的内存,只有约2KB的内存容量和3KB的磁盘存储器容量,这个存储容量连一首歌曲都存储不了；它也没有像现代计算机一样的显示器,从CSIRAC出产的大多数结果需要通过在纸带上打上一系列有规律的孔,然后在另一台机器上转换成文字,这是早期电脑常用的穿孔纸带输入输出方法.
虽然非常原始,CSIRAC还是做了许多开创性工作,比如于1953年找到了银河系中心,并为澳大利亚的第一个摩天大楼设计了建筑结构.CSIRAC在做这些计算工作时还算比较顺利,但在处理实时输出时会遇到难题.CSIRAC的存储器是汞声延迟线,这是最早的计算机内存,延迟线是一根长长的重达1吨的管子,内部装满了温度在40℃左右的水银.代表数据的脉冲信号会从管子的这一端进入,转换成超声波,在管子另一端转换成电信号输出,又被重新反馈到发送端.以这种方式,多个脉冲信号可以同时存储在一根水银管中.
这种处理数据的内存方法已经是当时最先进的了,但使用汞的声波延迟线的一个问题是,访问每个内存数据时会花费不同的时间,要想编程一些对时间要求严格的实时应用是个难题,如实时播放音乐.
音乐制造者
数学家杰夫·希尔应该是最早的程序员之一,巧合的是,希尔正好来自一个音乐世家.他的母亲是一位音乐教师,他漂亮的姐姐是演员.希尔自身拥有完美的音调,这是至关重要的,因为CSIRAC创建声音的方式是通过从计算机数据总线发送原始脉冲到扬声器.如果随便编程,这些脉冲将会在一个随机时间内到达扬声器,造成像程序员那样结束程序时用到的“嘟嘟嘟嘟”的噪音.
也许是因为天生具有艺术细胞,希尔很快意识到,电脑或许可以做些不那么严肃的事情,比如播放一首歌曲.他猜想如果他能让脉冲以规律的频率到达,那么他将获得一个稳定的音高.然后,也许他可以编写一个音阶的音符,串连这些音符可能就可以制作一首歌曲了.这在当时是一个非常困难的任务,因为每个存储器存取采取了不同的时间,工作频率仅为一秒钟循环1000次.
但是希尔还是成功地处理了这一点,编写出了一个让电脑播放音乐的程序.随后,音乐成了CSIRAC招待客人的方式.在1951年澳大利亚的第一届计算机大会上,CSIRAC公开演奏了《波基上校进行曲》（电影《桂河大桥》主题曲）.CSIRAC演奏得非常好听,它的公开演出在澳大利亚引起了不小的轰动,当初听完它演奏的人们,纷纷想找出在这台大而笨拙的机器里藏着的会唱歌的小精灵.CSIRAC因而是世界上第一台播放音乐的电脑.
不过,CSIRAC的制造者们还是希望CSIRA必须专注于科学研究和计算,而不是用于人们的消遣和娱乐.因此,CSI RAC后来很少播放音乐了,它的几次播放也没有被录音,目前人类历史上能找到最早的电脑音乐,是由英国曼彻斯特大学的Ferranti Mark 1同样在1951年秋天演奏的《天佑吾王》、《一闪一闪亮晶晶》,这是第一代计算机的一个商业化版本,只比CSIRAC慢了几周.
1957年,美国作曲家首次制作了真正的“计算机音乐”,这个时候一台IBM704电脑已经可以播放出17秒的音乐作品.经过几十年的发展,最初从没有把娱乐功能考虑进来的计算机,到今天已经创造了一个庞大的数字音乐产业帝国,2015全球数字音乐产业收入达到150亿美元.而这些音乐作品可以和那些科研成果做出的贡献相媲美,让人类生活得更幸福.
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