人们是如何意识到他们可以用电子设备做逻辑的?

电器工程 逻辑级 布尔代数 历史
2022-01-18 10:42:36

人们是如何意识到他们可以用电子设备做逻辑的?是否有关于最初认识的轶事或记录?我想知道第一个“尤里卡”时刻。

4个回答

来自维基百科的文章,布尔代数

1930年代,在研究开关电路时,克劳德·香农观察到在这种情况下也可以应用布尔代数的规则,他将开关代数作为一种用逻辑门的代数手段分析和设计电路的方法。香农已经掌握了抽象的数学工具,因此他将他的开关代数称为二元布尔代数。

Claude Shannon的文章提供了更多细节:

1936 年,香农在麻省理工学院开始了他的电气工程研究生学习,在那里他研究了 Vannevar Bush 的差分分析仪,这是一种早期的模拟计算机。在研究这款分析仪复杂的自组织电路时,香农根据布尔的概念设计了开关电路。1937年,他写了硕士学位论文,继电器和开关电路的符号分析,该论文的论文发表于1938年。在这项工作中,香农证明了他的开关电路可以用来简化机电继电器的布置当时用于电话呼叫路由交换机。接下来,他扩展了这个概念,证明这些电路可以解决布尔代数可以解决的所有问题。在最后一章中,他展示了几个电路图,包括一个 4 位全加器。

使用电气开关的这一特性来实现逻辑是所有电子数字计算机的基本概念。Shannon 的工作成为数字电路设计的基础,因为它在二战期间和之后的电气工程界广为人知。香农工作的理论严谨性取代了以前盛行的临时方法。霍华德·加德纳称香农的论文“可能是本世纪最重要,也是最引人注目的硕士论文”。

与逻辑和计算机科学的许多其他重要发展一样,几乎可以肯定是数学家和哲学家查尔斯·桑德斯·皮尔斯( Charles Sanders Peirce),他的工作比香农的工作早了几十年:

当然,早在一个想法被理解和欣赏之前就有了一个想法,这是天才的表现。最后,让我概述一下 Peirce 的另一个极具独创性的逻辑思想的背景,即通用中继计算机的思想,它比当时的时代提前了 50 年。事件顺序如下:

  1. Peirce 刺激Alan Marquand发明并制造了一种优于 William Stanley Jevons 的机械逻辑机器。这台机器在 Peirce 的逻辑机器, vol. 中有描述。三,pt。1,第 625-632 页。
  2. 这台机器建于 1880 年代初期。大约在同一时间,Peirce 设想了“非与”和“非或”的充分性,以及使用真值表作为重言式的决策程序。
  3. 在 1886 年给 Marquand 的一封信中,Peirce 建议在 Marquand 的机器上使用继电器,并展示了如何用继电器实现“与”和“或”“……绝不是绝望……为非常困难的数学问题制造一台机器(同上,第 632 页)。
  4. 然后,Marquand 为他的机械逻辑机器的继电器版本准备了接线图

(资料来源:Arthur W. Burks,[“数学的新元素”(书评)第 917 页,美国数学学会公告,第84卷,第 5 期(1978 年 9 月)。粗体字是我的重点。)

引用皮尔斯 1886 年给 Marquand 的信:

……期待为真正非常困难的数学问题制造机器绝不是没有希望的。但是你必须一步一步地进行。我认为电力将是最好的依靠。 [皮尔斯图 让 A、B、C 为三个键或电路可能打开或关闭的其他点。如图 1 所示,只有当所有电路都闭合时才存在电路;在图2中有一个电路,如果任何一个闭合。这就像 Logic 中的 [逻辑与 & 逻辑或]。

(来源:Charles S. Peirce 的著作:A Chronological Edition,第 5 卷(1884-1886 年)第 422 页。印第安纳大学出版社,1993 年。Christian JW Kloesel 等人,编辑。

皮尔斯是一个了不起的例子,他远远领先于他的时代,以至于他的作品无法被同时代的人欣赏。他一生中大多被忽视,但他设法预见到大量重要的逻辑和数学发展,然后必须在很久以后重新发现。例如,他在 19 世纪发明了晶格理论,但直到 1935 年 Garrett Birkhoff 重新发明了它,才真正引起了人们的注意。上面 Burks 引文中的第 2 点观察到 Peirce 发明了 NAND 逻辑(今天仍然是微芯片的基本逻辑),但信用通常送给 23 年后发现它的亨利·谢弗。斯坦福哲学百科全书关于皮尔斯的文章

The Mathematical Analysis of Logic就“尤里卡”时刻而言,我认为布尔逻辑在电子学中的应用在 1847年由乔治布尔将布尔代数形式化的那一刻变得不可避免。维基百科

也可以说,这个“尤里卡”发生在布尔逻辑形式化之前十年,当时查尔斯巴贝奇在 1837 年尝试构建他的分析引擎,该设备包含

算术逻辑单元、条件分支和循环形式的控制流以及集成存储器。

如果有人认为,从计算的角度来看,机械和电子逻辑门是等效的,那么这里的论点是强有力的。用更便宜、更可靠的电子元件代替机械元件不仅限于逻辑元件,而且在所有行业中都很普遍。如果巴贝奇有可用的基本电子元件,可以想象他会以与机械逻辑完全相同的方式将它们用于这种逻辑。

第三种可能的“尤里卡”可能是巴贝奇和布尔在 1862 年伦敦博览会上的会面:

据说两人讨论过巴贝奇从未完成的“思维引擎”。但它成为现代计算的基石。

另一个“尤里卡”里程碑可能是巴贝奇的分析引擎梦想的实现,1937 年霍华德艾肯在哈佛完成了功能齐全的电磁自动序列控制计算器。

最后,我们当然可以在不迟于 1938 年 Claude Shannon 将布尔逻辑与电子元件在 1938 年在麻省理工学院的电子元件形式化中确定这一时刻(如 @the-photon 的回答中所述) 。

这篇出色的大西洋文章详细回答了您的问题。这是最接近尤里卡时刻的事情:

今天,布尔的名字为计算机科学家所熟知(许多编程语言都有一种称为布尔的基本数据类型),但在 1938 年,他很少被哲学系以外的人阅读。香农本人在本科哲学课上遇到了布尔的作品。“只是碰巧没有其他人同时熟悉这两个领域,”他后来评论道。