第一臺會唱歌的電腦

木子李

1842年，當(dāng)英國劍橋大學(xué)的數(shù)學(xué)教授發(fā)明了電腦的前身——分析機的時候，他的助手、詩人拜倫的女兒拉夫拉斯伯爵夫人就曾興奮地預(yù)言：“這臺機器總有一天會演奏出音樂來的?！惫幌袼A(yù)言的，100多年后的1951年，澳大利亞一個默默無聞的編程員用電腦CSIRAC播放了第一首音樂。

最初，用電腦播放音樂并不像今天這么容易，它是一個極難的編程挑戰(zhàn)，只能由專業(yè)人員操作，而且程序員最好懂點音律知識，否則發(fā)音會成為無意義的噪音，制作過程可以說是十分曲折。那么，它又有哪些故事呢？

笨拙的CSIRAC

早期的電腦材質(zhì)和運行程序遠沒有這么先進，可以想象，最古老的電腦無一例外都是“大胖子”，比如世界上第一臺電腦“埃尼阿克”，占地面積170多平方米，重量約30噸，樣子準(zhǔn)確來說更像一組舊金屬健身房的儲物柜。用這種耗資幾十萬美元的昂貴電腦，提供娛樂功能是不可能的，幾乎每一臺電腦的誕生都為了處理大量軍用數(shù)據(jù)的難題或者是解決科學(xué)難題，直到CSIRAC開了這個新河。

CSIRAC是澳大利亞在1949年11月制造出來的第一臺數(shù)字電腦，也是幸存的還能運行的最古老的第一代電子計算機，目前儲存在澳大利亞墨爾本博物館。

用今天的標(biāo)準(zhǔn)看，CSIRAC還是非常原始。CSIRAC速度非常慢，它1秒鐘只能執(zhí)行1000次循環(huán)次數(shù)，現(xiàn)在家用電腦一般為1秒幾億次；它沒有很大的內(nèi)存，只有約2KB的內(nèi)存容量和3KB的磁盤存儲器容量，這個存儲容量連一首歌曲都存儲不了；它也沒有像現(xiàn)代計算機一樣的顯示器，從CSIRAC出產(chǎn)的大多數(shù)結(jié)果需要通過在紙帶上打上一系列有規(guī)律的孔，然后在另一臺機器上轉(zhuǎn)換成文字，這是早期電腦常用的穿孔紙帶輸入輸出方法。

雖然非常原始，CSIRAC還是做了許多開創(chuàng)性工作，比如于1953年找到了銀河系中心，并為澳大利亞的第一個摩天大樓設(shè)計了建筑結(jié)構(gòu)。CSIRAC在做這些計算工作時還算比較順利，但在處理實時輸出時會遇到難題。CSIRAC的存儲器是汞聲延遲線，這是最早的計算機內(nèi)存，延遲線是一根長長的重達1噸的管子，內(nèi)部裝滿了溫度在40℃左右的水銀。代表數(shù)據(jù)的脈沖信號會從管子的這一端進入，轉(zhuǎn)換成超聲波，在管子另一端轉(zhuǎn)換成電信號輸出，又被重新反饋到發(fā)送端。以這種方式，多個脈沖信號可以同時存儲在一根水銀管中。

這種處理數(shù)據(jù)的內(nèi)存方法已經(jīng)是當(dāng)時最先進的了，但使用汞的聲波延遲線的一個問題是，訪問每個內(nèi)存數(shù)據(jù)時會花費不同的時間，要想編程一些對時間要求嚴(yán)格的實時應(yīng)用是個難題，如實時播放音樂。

音樂制造者

數(shù)學(xué)家杰夫·希爾應(yīng)該是最早的程序員之一，巧合的是，希爾正好來自一個音樂世家。他的母親是一位音樂教師，他漂亮的姐姐是演員。希爾自身擁有完美的音調(diào)，這是至關(guān)重要的，因為CSIRAC創(chuàng)建聲音的方式是通過從計算機數(shù)據(jù)總線發(fā)送原始脈沖到揚聲器。如果隨便編程，這些脈沖將會在一個隨機時間內(nèi)到達揚聲器，造成像程序員那樣結(jié)束程序時用到的“嘟嘟嘟嘟”的噪音。

也許是因為天生具有藝術(shù)細(xì)胞，希爾很快意識到，電腦或許可以做些不那么嚴(yán)肅的事情，比如播放一首歌曲。他猜想如果他能讓脈沖以規(guī)律的頻率到達，那么他將獲得一個穩(wěn)定的音高。然后，也許他可以編寫一個音階的音符，串連這些音符可能就可以制作一首歌曲了。這在當(dāng)時是一個非常困難的任務(wù)，因為每個存儲器存取采取了不同的時間，工作頻率僅為一秒鐘循環(huán)1000次。

但是希爾還是成功地處理了這一點，編寫出了一個讓電腦播放音樂的程序。隨后，音樂成了CSIRAC招待客人的方式。在1951年澳大利亞的第一屆計算機大會上，CSIRAC公開演奏了《波基上校進行曲》（電影《桂河大橋》主題曲）。CSIRAC演奏得非常好聽，它的公開演出在澳大利亞引起了不小的轟動，當(dāng)初聽完它演奏的人們，紛紛想找出在這臺大而笨拙的機器里藏著的會唱歌的小精靈。CSIRAC因而是世界上第一臺播放音樂的電腦。

不過，CSIRAC的制造者們還是希望CSIRA必須專注于科學(xué)研究和計算，而不是用于人們的消遣和娛樂。因此，CSIRAC后來很少播放音樂了，它的幾次播放也沒有被錄音，目前人類歷史上能找到最早的電腦音樂，是由英國曼徹斯特大學(xué)的Ferranti Mark 1同樣在1951年秋天演奏的《天佑吾王》、《一閃一閃亮晶晶》，這是第一代計算機的一個商業(yè)化版本，只比CSIRAC慢了幾周。

1957年，美國作曲家首次制作了真正的“計算機音樂”，這個時候一臺IBM704電腦已經(jīng)可以播放出17秒的音樂作品。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，最初從沒有把娛樂功能考慮進來的計算機，到今天已經(jīng)創(chuàng)造了一個龐大的數(shù)字音樂產(chǎn)業(yè)帝國，2015全球數(shù)字音樂產(chǎn)業(yè)收入達到150億美元。而這些音樂作品可以和那些科研成果做出的貢獻相媲美，讓人類生活得更幸福。