标题：半自动地面防空系统
简介
半自动地面防空系统（Semi-Automatic Ground Environment 简称SAGE）是由北美防空司令部自1950后期至1980年使用的一套自动化追踪、拦截敌军飞行器，尤其是轰炸机的指挥系统。经后期改造后，系统可以自动地通过指挥机载自动驾驶仪引导飞机执行拦截任务。[1]半自动地面防空系统(8张)
在赛其系统中，美国在加拿大边境带设立了警戒雷达。在北美防空司令部的信息处理中心有数台大型字电子计算机。警戒雷达将天空中的飞机目标的方位，距离和高度等信息通过雷达录取设备自动录取下来，并转换成二进制的数字信号；然后通过数据通信设备将它传送到北美防空司令部的信息处理中心；大型计算机自动地接收这些信息，并经过加工处理计算出飞机的飞行航向、飞行速度和飞行的瞬时位置，还可以判别出是否入侵的敌机，并将这些信息迅速传到空军和高炮部队，使它们有足够的时间作战斗准备。
在赛其系统中，雷达录取设备采集到的飞机目标信息自动送到通信设备，赛其信息处理中心的大型计算机自动地将通信设备送来的信息接收下来。这种将计算机与通信设备结合使用在人类的历史上还有首次，因此也可以说是一种创新。没有计算机与通信技术相结合的尝试，也就不会有现在这样先进的计算机网络。 
1942~1962 SAGE防空项目：举个例子，开发于1949年到1962年间的SAGE系统，是第一个极大的计算机项目，总开支最终达到了80亿美元。1959年，兰德公司（Rand）建立了一个独立的公司——系统开发公司（SDC），以进一步开发这个据估计需要100万行代码的软件。
SAGE软件开发计划成了软件工程开发中最“崇高”的事业之一。当时美国程序员的数目为大约1200名，有700人为SAGE项目工作。
1951年，美国麻省理工学院林肯实验室开始为美国空军设计称为SAGE的半自动化地面防空系统。这个系统分为17个防区，每个防区的指挥中心装有两台IBM计算机，通过通信线路连接防区内各雷达观测站、机场、防空导弹和高射炮阵地，形成联机计算机系统。由计算机程序辅助指挥员决策，自动引导飞机和导弹进行拦截。SAGE系统最早采用了人机交互的显示器，研制了小型计算机形式的前端处理器，制订了数据通讯的最初规程，并提供了多种路径选择算法。这个系统于1963年建成，被认为是计算机技术和通信技术结合的先驱。[2-5]
“冷战”产物
美苏两国之间的“冷战”早在二战结束后就已经摆开了阵势。
那还是1949年8月，杜鲁门总统接到比基尼岛原子辐射监测站的报告，报告他们从远东飘来的气流中检测到了原子辐射。那一段时期，美国并没有进行核试验，唯一的可能性就是苏联成功地爆炸了他们的第一颗原子弹。联系到早些时候，莫斯科红场“五一”节庆典展示的远程战略轰炸机，让美国军方感到深深的恐惧。种种迹象表明，苏联军队完全有能力派遣大型轰炸机群，飞越北极，长途奔袭美国本土实施核打击。
美国空军当即做出决定，他们迫切需要建立牢固的周边防御体系，包括防护雷达和早期预警系统，以发现苏军可能的偷袭行动。号称“工程师的摇篮”——麻省理工学院（MIT）首当其冲地受青睐，空军许以每年100万美元的巨额研制经费，要求他们以“旋风”（Whirlwind）电脑为核心，构建出一种“半自动地面环境防御系统”（SAGE）。1951年，军事与学术联姻的MIT林肯实验室于是应运而生，这个著名的实验室为互联网的早期孕育，为培养大量的杰出人才，做出了不可磨灭的贡献。完全可以说，没有麻省理工学院，没有当年的林肯实验室，就没有今天的互联网络。
“旋风”是杰·弗雷斯特（J.Forrester）博士的得意之作。作为一个在内布拉斯加州荒野长大的孩子，杰·弗雷斯特从小就热衷于发明，还在读8年级，他就在家庭牧场里，亲手建造过一套完整的风力发电机，包括风车、发电机和开关等等，形成2万伏特高压，用来电死苍蝇；他还以铁丝网为导线，创建了荒地上的一个“电话系统”。1941年，在麻省理工学院毕业后，他带着一帮年青人，为建成“旋风”整整奋斗了五年。杰·弗雷斯特是位富于创造的思想家，他首创了用打字机键盘与电脑“对话”方式，使“旋风”成为世界上唯一的一台能够实时处理资料的机器，为此，麻省理工学院的工程师们戏称“旋风”是一台“昂贵的打字机”。
“旋风”电脑由55000个电子管组成全新的结构，重达250吨，内置由杰·弗雷斯特首创的磁芯存储器阵列，巨大的电子设备排列着，整整布满了几面墙。“旋风”电脑的目标，原来仅仅是为海军提供飞机座舱飞行模拟，但杰·弗雷斯特后来发现，这台电脑的技术先进程度已大大超过了模拟的需要——正如“旋风”的名称所表达的那样，它是20世纪50年代初运算速度最高的计算机。杰·弗雷斯特的“得意门生”肯·奥尔森（K.Olsen）回忆说：“它占地2500平方英尺，控制台和一间房那样大，但它是一台真正意义上的个人计算机，做着个人的事情。”事实上，肯·奥尔森所说的“个人”，能从“旋风”机时中“分享”到的时间，每人只有可怜的15分钟。
从林肯实验室诞生那一刻起，由杰·弗雷斯特领导的MIT数字计算机实验室就成了其中最大的一个实验室（也称林肯第6实验室），他主持研制的“旋风”电脑，理所当然地被空军征用作为SEGA系统的控制中心。SEGA是“半自动地面防御环境”的英文缩写。有趣的是，从任何辞典上都可以查到“SEGA”这个单词，它的本义是“圣人”；可从它的作用来看，以“圣人”来称呼这个冷战的产物确实有点儿不伦不类。
林肯实验室在1952年已经迁到坎布里奇市以西的莱克星敦地区，“圣人”试验中心即位于实验室内部，所有进入“旋风”机房的人，都需要持有最高机密的通行证。这个试验控制中心摆满了16英寸示波器工作台，由空军派出的一批军官24小时值守监测。预警信号由分布在科德角的一系列雷达负责采集，各处的雷达都连接到控制中心；此外，试验控制中心也设有连接着美国东海岸机场的线路，一旦预警雷达发现了可疑的踪迹，经过试验控制中心实时处理，判断出确有敌机来犯，便能迅速下达紧急起飞的拦截指令。毫无疑问，“圣人”其实就是一种典型的“中央控制式”或“集中式”的网络系统。在经过一段时间试验完善后，SAGE后来竟拓展到美国本土和加拿大，即以北美大陆来划分的17个防区，每个防区分别配置2台IBM大型电脑作为中央控制设备，许许多多的雷达和终端与其相连，可以同时跟踪400架飞机，耗资达数十亿美元，仅电脑设备的投资就高达7亿多美元。
杰·弗雷斯特为创立SEGA立下汗马功劳，但他并非“阿帕”等待的那个人。他的最大贡献在于为网络诞生寻找到了所谓“全才工程师”。
美国出版的一本《旋风工程》这样写道：“根据战争年代的经验，弗雷斯特深信，与其低价获得3个不得不牵着他们的手领着干的平庸之辈，还不如高价获得一个真正能干的人，放手让他自己干来得合算。”为了完成这项巨大的SEGA工程，他四处搜罗“具有独创性，也就是人们常说的‘天才’人物”。“腰缠”空军提供的“万贯”，杰·弗雷斯特振臂一呼应者云集。MIT当即为他召来400名最优秀的青年工程师。20多岁的肯·奥尔森就是其中的佼佼者之一。
奥尔森是在麻省理工学院氛围中成长的工程师，他至今还佩戴着学院的戒指，一只河狸篆刻在戒指正面，象征着创造和勤奋。奥尔森永远不会忘记杰·弗雷斯特率领他们奋战“旋风”的日日夜夜，当时他还在攻读电器工程硕士学位，杰·弗雷斯特是他的导师。导师让他把磁芯阵列装配在旋风电脑系统上，他却对导师建议说：“磁芯必须用较小的电脑测试性能，您给我几个人，我能在一年之内做一台。”杰·弗雷斯特用诧异的目光打量自己的学生：“年轻人不要太自负！你很清楚，这台旋风机花了我们四年多时间啊。”
经不住年轻人死磨硬缠，导师后来答应让他试试看。奥尔森只挑了15名精兵，采用最经济的办法设计机器，每个细节都以时间为先决条件。最后，竟在9个月内提前完成了这台存储测试计算机（MTC）。奥尔森最了不起的创意在于，他设计的机器由若干可以插拔的线路模块构成，每个模块都可以选择安装在仪器架上，十分方便操作使用和维护，着实令杰·弗雷斯特大吃一惊。奥尔森在《旋风工程》一书里回忆说：“我们当时非常自负。呵！我们确实太自负了！”
自负的奥尔森，在旋风工程中结识了另外一位自负的青年卫斯理·克拉克（W .Clark），“旋风”电脑关键系统的设计师之一。克拉克曾在加州大学伯克利分校跟随“原子弹之父”奥本海默学习物理，其后一段时期里，他在美国能源部的秘密研究机构从事钚燃料研究。但克拉克对原子弹始终兴趣不大，终于在1951年“投靠”了杰·弗雷斯特，成了“旋风”部队的技术骨干。一次偶然的机会，他被派去帮助奥尔森检测存储测试计算机的故障，两位青年从相识到相知，在频频的交换意见中，共同的理想使他俩“碰撞”出一个共同的计划——用晶体管而不是电子管设计一种很便宜的计算机。
1956年，晶体管的价格相当昂贵，再说也很少有人用它来制作计算机。克拉克把他们的想法向杰·弗雷斯特作了汇报，但他们崇拜的导师这次却断然拒绝了这个“狂妄”的主意。固执的青年十分生气，却不愿意就此放弃。克拉克偷偷画了一张简单而粗糙的图纸，设计出机器的逻辑结构和指令；奥尔森则以自己的擅长，研制了一套可拆卸的线路模块组件。两位自负的青年，一位担任系统设计师，另一位承担着工程师的职责，就这样合作完成了世界上最早的晶体管小型计算机之一，取名为TX-0。克拉克后来也颇为“自负”地回忆道：“我只用了一个周末，就完成了TX-0的系统设计。”
比起“旋风”和后来的“苹果”以及IBM PC等个人电脑来，TX-0似乎没有什么大名气，但这台电脑在计算机发展史上的地位却显得格外重要。它是第一台用途广泛、完全可以进行交互操作的计算机，它引发了20世纪最重要的一些技术进步，如计算机图形处理、面向对象的编程环境、语音识别技术等等。例如，“虚拟现实之父”依凡·苏泽兰（I. Sutherland）首创的第一个绘图程序“画板”（Sketchpad），就是在TX-0的改进机型上实现的。从用户的观点来看，TX-0的特别之处还在于它配置了由克拉克自己发明的光笔和显示器，能够实时输入数据，并且可以直接看到输出结果。正如克拉克所说的那样：“它帮助培训了一代学生，使他们能够以实时交互方式来使用计算机。”[6]
旋风机与磁芯存储器
50年代初，美苏两国冷战日趋加剧，美国政府希望把计算机优势用于军事目的，计划建立一个能使国家边境免遭空袭的半自动地面防御系统（SAGE）。
SAGE是以最早的由人工操作的实时控制计算机系统，它能接收各侦察站雷达传来的信息，识别来袭飞行物，由操作者指挥地面防御武器瞄准敌对飞行器。
当时，麻省理工学院（MIT）林肯实验室在杰·弗雷斯特（J.Forres－　ter）博士和艾佛雷特（B. Everett）领导下，正在研制一台高速计算机，为海军提供飞机座舱飞行模拟。　1950年，这台被命名为“旋风”（Whirlwind）的电脑投入运行，由5000个电子管组成全新的结构，使它成为速度最高的计算机，其技术先进程度大大超过了模拟的需要。美国空军向麻省理工学院求援，许以每年100万美元的巨额研制经费，让旋风电脑充当SAGE的主要部件。杰·弗雷斯特是位富于创造的思想家，他还首创了用打字机键盘与电脑“对话”方式，为此，麻省理工学院的工程师们戏称“旋风”是一台“昂贵的打字机”。
杰·弗雷斯特最大的贡献，是率先为“旋风”电脑配置了磁芯存储器阵列。第一代电脑的存储器，用的几乎都是水银延迟线装置，这是一种声电转换设备，由埃克特博士从军用雷达里“移植”过来的。1948年，哈佛大学刚毕业的华裔>王安博士，接受MarkⅠ发明者艾肯下达的研究课题，在不到一个月的时间里，发明了一种新型的存储装置——磁芯存储器。直径不到1毫米磁芯里可穿进一根极细的导线，只要有代表“1”或“0”的讯号电流流经导线，就能使磁芯按两种不同方向磁化，信息便以磁场形式被储存。1949年10月，王安为磁芯申请了专利，他后来在磁芯存储器领域的发明专利共有34项。1988年，美国发明家纪念馆将王安列为第69位发明家，纪念他发明存储磁芯的贡献。
王安发明的磁芯存储器是一种单线式的装置，杰·弗雷斯特又向前发展了一步，他巧妙地把磁芯排列为可以寻址的磁芯阵列，以便形成高性能的随机存储器。英国剑桥大学威尔克斯教授那时正在麻省理工学院访问，他激动地说：“几乎一夜之间就使得存储器变得稳定而可靠。”磁芯阵列后来统治了电脑存储器领域将近20余年。[6]
影响和意义
1949年8月29日，苏联第一颗原子弹爆炸，随后，美国政府确定需要建立一个实时的先进防空系统。政府将这项工作交给麻省理工学院(MIT)，而MIT 又召集企业和其它机构设计一套覆盖整个北美洲的在线系统。该系统利用了多项技术，其中许多技术当时并未出现。这项任务能否完成？必须完成。这个系统必须像现代化空中交通控制系统监控飞行器那样，观察、评估并且传达收到的威胁。  
上岗：1956年的Sage 计算机
这段1956年的录像讨论了SAGE 项目，以及该项目如何帮助防御控制攻击。
这标志着美国政府在冷战期间为警告和拦截空中攻击而实施的全国防空系统——SAGE （半自动地面环境）的开端。这个数字化系统的核心—AN/FSQ-7 计算机—由IBM 开发、构建并维护。SAGE 是20世纪50年代全球最大的计算机项目，带领IBM 进行了新的计算领域。从1952年到1955年，SAGE 为IBM 创造了80% 的计算机业务收入，而到1958年，参与该项目的IBM 员工人数超过7000人。SAGE 创造了大量的技术创新，而且IBM 将这些创新融合到了其它计算机产品中。
IBM 的John McPherson 带领与MIT 最初的对话，而且高层管理人员很快认识到，这可能是自从20世纪30年代赢得社会保障投标项目以来最大的数据处理机会之一。据当时游说父亲和其它高级管理人员迅速进入计算机市场的Thomas Watson, Jr. 回忆，他希望"排除一些障碍"，成为项目的核心成员。"为了赢得这份合同，我付出的努力比我一生中的其它任何销售项目都要多。"其他许多IBM 员工也是如此：工程师设计组件，然后设计计算机；销售人员确定设备价格并进行合同谈判；高层管理人员说服MIT 与IBM 合作；其他员工与多家企业、学术机构和军事人员一同实现项目的成功运行；而其他人为SAGE 安装、运行并维护IBM 系统长达25 年时间。
系统的在线特性表明，一个新的计算世界有可能形成——而且在20世纪50年代，IBM 对这种数据处理技术了解超过其它任何公司。随着开发可靠的在线系统的能力成为现实，其它政府机构和私人企业开始与IBM 讨论为它们建造可能的在线系统。其中有些项目同时进行，例如美国航空的在线订票系统——半自动业务研究环境(Sabre) 的开发也由位于纽约波基普西的IBM 员工完成。
1952年，MIT 选择IBM 建造作为SAGE 核心的计算机。MIT 项目领导人Jay W. Forrester 后来称，之所以选择IBM，是因为"在IBM，我们看到了比其它企业更高程度的目的性、整合和团队精神，以及IBM 研究机构、工厂和现场维护队伍之间更密切的联系。"凭借以前为军事机构建造先进的电子系统的经验，公司掌握了必要的技术能力。
IBM 很快开始运作，到1953年末，公司共为项目指定了大约300名全职IBM 员工。工作在IBM 位于纽约波基普西和金斯顿的工厂和MIT 所在地——马萨诸塞州剑桥开展。公司需要新的存储系统；MITRE 和系统开发公司（RAND 公司成员）编写软件，其它厂商提供组件。1956年6月，IBM 交付了SAGE 中使用的计算机的原型。媒体报道将其称为"电脑”。它可以自动计算最有效避开攻击所需使用的导弹和飞行器，同时让军事指挥官了解空战的全局形势。尽管这在当今的世界开起来习以为常，但却是计算利用的飞跃。SAGE 于1963年部署完成，它由23个中心组成，每个中心都配有单独的AN/FSQ-7 系统，这个系统实际上由两台机器组成（其中一台备用），二者协调运行。最终，IBM安装了54个系统，它们之间是互相协作的关系。SAGE 系统一直服役到1984年1月，被新一代防御网络取代。
SAGE 对IBM 公司和整个IT 行业贡献了大量创新技术。这些创新技术包括比以前的技术运作速度更快且存储更多数据的磁核存储；实时操作系统（业界第一）；高度规范的编程方法；重叠计算和I/O 操作；数据通过电话线的实时传输；CRT 终端和光笔的使用（业界第一）；冗余和备份方法与组件；以及当时最可靠的计算机系统（无故障运行时间）。它是计算机第一次在分散的地理位置的在线实时应用。在20世纪50年代下半叶，这个项目实现的技术创新被SAGE 工程师移植到了新型IBM 计算机中，因此，公司很快能够在设计、制造和维护复杂系统方面利用所学到的经验。
美国政府开发了SAGE（半自动地面环境），作为在20世纪50年代和60年代冷战期间抵御苏联潜在空中攻击的战略防御手段。美国空军选择IBM 制造具有突破意义的计算机，将其用作实时的、数据集中型防空系统的骨干。
通过与麻省理工学院教授和其它著名美国公司的人员合作，IBM 开发了AN/FSQ-7 计算机。它在功能范围、地理覆盖范围、信息处理速度和准确度方面达到了前所未有的高度，并且通过卓越的可靠性做到这一点。使计算机—相对较新的技术—全力可靠运转（不止是数天或数月，而是数年）是一项巨大的挑战。
20世纪50年代，SAGE 不仅是实际上最大的计算机项目，而且是最先进的项目：它带来了多项创新，在当前的计算机中，这些创新技术随处可见。SAGE 将成为一系列具有突破性的新型IBM 产品的平台，而这些产品将成为最具优势地位的计算标准：IBM 704 ——基于SAGE 中的磁核存储而改进；磁带存储；FORTRAN ——第一个商用高级计算机编程语言；以及IBM System/360。
SAGE 在数据处理和通信研究领域创造了大量创新，广泛应用于提供实时信息的新型“分布式系统”中，即我们现在所称的“网络”。SAGE 于1963年部署完成，它在27个中心通过调制解调器和25,000条电话线运行（使用数字-模拟和模拟-数字对话）。系统显示“交互式计算机图形”，通常由瞄准屏幕的光笔执行。
SAGE 是美国国防部的一个意义重大的项目，展示了政府快速协调大型、多样化、高度复杂的计算机研发项目的能力。SAGE 的成本估计高达40亿到120亿美元，而普遍的估计为80亿美元。该项目共部署了56台IBM 计算机，每台价值3000万美元。
据ThomasWatson, Jr. 表示：“要使SAGE 项目得以实现，计算机必须以前所未有的方式运行。”这只是一部分技术突破。  
SAGE 的核心
SAGE 的根本核心—AN/FSQ-7 计算机—在其生命周期内表现出了极高的准确度和卓越的可靠性与耐用性。20世纪50年代安装的最后一台AN/FSQ-7 在1983年退役；统计数据表明，计算机的平均无故障运行率达到了97%。AN/FSQ-7 的宕机时间是平均每年少于4小时。即使是在70年代，其它计算机“每年宕机时间长达数周”。  
从SAGE 到Sabre
SAGE 项目中涉及的工作促使了计算机的推出，并通过Sabre 实现了航空工业的现代化。Sabre 是一个基于计算机的订票系统，最早是为美国航空公司开发的，在1960年投入运行。今天，该系统已应用到商业旅行行业中每个能想到的方面。  
Blockhouse：外视图
全国的SAGE 中心嵌入到陆地上，并且经过加固，以防御攻击。计算机本身的占地面积达到了一英亩。在俄勒冈州的Camp Adair，被称为“Blockhouse”的SAGE 中心配备了1000多人。Blockhouse 负责防御八个西方国家，并可拦截其所在地点、旧金山的海湾地区、加利福尼亚州的Fresno、或者爱达荷州的Boise 美国的战斗机。
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经The MITRECorporation 许可使用  
系统中心：示意图  
改进性能：SAGE 基准
SAGE 还提出了一系列标准，用于指导未来IBM 计算机的生产和性能，并且因此影响了整个行业。例如，“SAGE 基准”指导IBM 研究人员考察早期的操作系统在大型网络中完成异步、并行任务时的性能下降。  
磁核阵列
SAGE 使用IBM 的磁核存储器（展示信息的氧化铁“核心”），它在20世纪50年代到70年代初成为计算机主存储器的领先技术。该技术实现了在一百万分之一秒内完成数据检索，是以前的技术的巨大飞跃。
在“退役”后，SAGE 组件和设备通常被用到影视作品中，成为好莱坞电影最受喜爱的场景中的一部分，向观众展现通常与最初目的毫不相干的故事。  
“灾难大师”
也许没人比早期的传奇式影视制作人Irwin Allen（也被称为“灾难大师”，1916-1991）更多地使用退役的SAGE 的组件。他的制作公司共制作了300多部影视作品，其中许多都使用了SAGE设备，如《时光隧道》(TheTime Tunnel)、《迷失太空》(Lostin Space)、《地球危机》(Voyageto the Bottom of the Sea)和《人猿星球》(Planet of the Apes)。后来，该设备被其它公司租用，用于拍摄1983年的惊险片《战争游戏》(WarGames)、特许经营影片《AustinPowers》和电视剧《迷失》(Lost)。  
“美国人内心宁静的开始。”
SAGE 计算机系统通过电视广告向大众详细解密，比如1960年的这个广告片。  
高空保护
这部存档的录像片带领观看者进入SAGE系统的“神经中枢”—编程和运行中心，并介绍了计算机技术的应用在当时如何真正实现突破。  
冷战时期的计算
在20世纪50 和60年代，跟踪高速轰炸机是一项至关重要的军事职能。本录像片展现了SAGE 系统的设计如何应对国家安全威胁，并最终避免这种威胁。[6]
128公路的兴起
128公路是美国麻萨诸塞州波士顿市的一条高速公路，长90公里，距市区16公里，环绕波士顿呈半圆形。目前，该公路两侧聚集了数以千计的研究机构和技术型企业，呈线状分布，并与麻省理工学院等大学相连接，简称128公路高科技园区，它是美国政府全力扶持发展的高科技园区。
128公路的繁荣是冷战的产物。50年代朝鲜战争和苏联卫星上天，促使美国军方急寻新式武器和防御系统的研究、开发和供应基地。二战时期MIT在发展雷达系统、扭转欧洲战局的功勋和波士顿地区雄厚的工业基础都促使128公路地区成为美国军方的首选。巨额的国防经费以及军事合同与军事采购不断投入波士顿地区，许多公司纷纷迁往128公路，50年代末，128公路以其崭新的技术产品———磁化器件、微波产品和新型计算机独占鳌头。60年代它曾经创造了极高的生产率，资金回收率和就业率，促使麻萨诸塞州的经济飞速发展。世界最有名的高技术产业大公司如雷神、数值计算机（DEC）、王安、通用数据等公司都先后诞生于此，特别是它的计算机产业与软件工程更是首屈一指。世界上闻名遐迩的技术，特别是军事尖端技术产品，如北极星导弹、阿波罗登月的导航技术、SAGE预警防御系统，以至伊拉克战争中神乎其神的爱国者导弹都来自128公路，128公路高技术产业区在美国地位的重要性可想而知。[7]