在 1940 年代後期——當時電腦工程師正致力解決不可靠的硬體與嘈雜的傳輸環境——英國曼徹斯特大學一間不起眼的實驗室裡，一群工程師面對一個根本性的問題，嚴重威脅到數位運算的可行性。機器能產生位元，卻無法可靠地讀回它們。

記憶體資料讀取不一致最初並未被視為重大的理論挑戰。它呈現出更平凡的現象：運算結果不一致。

包括Frederic C. Williams、Tom Kilburn 以及 G. E. (Tommy) Thomas 在內的工程師們，追蹤問題的根源並非邏輯錯誤，而是機器本身的物理行為。磁鼓硬體採用變壓器耦合，阻隔了直流與低頻訊號。長串相同位元會產生平坦、不變的波形——正是變壓器無法通過的那種訊號。資料必須先以無直流成分的形式編碼後再儲存，否則硬體根本無法讀回。

Williams 發明了曼徹斯特碼來滿足此限制。因為此編碼在每一位元的中間強制產生轉態，訊號得以持續變化。它不帶直流成分。額外的好處是，這些規律的轉態也將時序資訊嵌入資料串流——讓訊號無需獨立的時脈線即可自我同步。

透過消除對獨立時脈的需求並減少同步錯誤，曼徹斯特碼讓資料傳輸在纜線與電路間更為穩健。

這些特性後來使其自然適用於乙太網路以及早期的資料儲存系統。其自我同步的特性有助於標準化機器間的通訊方式，並為現代網路與數位通訊協定奠定基礎。

2026 年 4 月 13 日，這項突破在曼徹斯特大學的儀式中獲得IEEE 里程碑獎牌。IEEE 與大學的貴賓均出席典禮。

將時序嵌入訊號

1940 年代曼徹斯特大學的工程師們所開發的系統，最終促成了曼徹斯特 Mark I——最早的實用儲存程式機器之一。

當問題出現時，他們使用示波器探測訊號。他們發現電脈衝並未以一致的時序到達。記憶體訊號也隨時間逐漸模糊，變得更難讀取，而當出現長串相同位元時，波形會變平，成為沒有轉態的區段。

這帶來一項關鍵洞見：Long runs of identical bits produced flat waveforms with no transitions—and the transformer-coupled drum hardware could not pass them. The signal had to stay in motion.

If the hardware demanded a DC-free signal, the encoding would have to guarantee one. Each bit would change state at its midpoint. No flat stretches. No DC buildup. 與其將資料表示為靜態電位，每一位元都改變狀態，並在中央保證一次轉態。

起初，工程師們試圖馴服硬體。他們實驗穩定電路與更一致的脈衝產生，試圖在原本就不穩定的系統上施加規律的節奏。但這些修正證明脆弱，而當時的電子元件無法維持所需的精準度。因此曼徹斯特團隊改採不同做法。
訊號本身不帶直流成分——而作為結構性結果，它也攜帶了自己的時脈。與其將資料表示為靜態電位，每一位元都改變狀態，並在中央保證一次轉態。

Embedding timing in the signal reduced erratic behavior. Machines were suddenly able to reliably transmit, store, and read back data—an essential step toward practical stored-program computing.Making signals unmistakable

從實驗室好奇物件成為全球標準

曼徹斯特碼一次解決了多項問題。規律的轉態允許持續的時序恢復。轉態比靜態電位更容易偵測，而長串相同位元不再產生平坦、模糊的波形。此設計沒有與早期電子元件的缺陷對抗，而是與之合作。

始於曼徹斯特的在地解決方案，塑造了數十年來的數位通訊系統，包括早期的乙太網路技術——對此，時序與共享媒介通訊是核心挑戰。

Williams 設計曼徹斯特碼是為了解決直流耦合問題。其自我同步特性是結構性副產物——當此碼離開實驗室後，證明這項特性極其重要。

根據Robert Metcalfe——1973 年在Xerox PARC 打造第一套乙太網路系統的團隊成員——表示，他與同事都依賴曼徹斯特碼。

「曼徹斯特碼為我們解決了一個根本問題：時序，」Metcalfe 說，解釋每一位元都攜帶自己的時脈，無需全域同步訊號。

自我同步特性並非此編碼方案提供的唯一好處。在共享的同軸電纜上，曼徹斯特編碼的作用不僅是提供時序。每個收發器大多時間都讓媒介處於未驅動狀態——實質上是「關閉」——讓其他機器的封包得以通過而不受干擾。即使在傳輸期間，站台也只驅動訊號約一半的時間，在每一位元週期的另一半時間讓線路處於未驅動狀態。

這種區別——在驅動訊號與未驅動線路之間，而非單純的 1 與 0——讓接收端能夠同時恢復資料與時脈時序，並監控纜線上是否有其他活動。若收發器在預期線路未驅動時偵測到訊號，即表示另一台站台正在同時傳輸。換言之，系統能即時偵測碰撞並作出相應反應。

這個概念的耐用性遠超區域網路。曼徹斯特碼正被用在正航行於星際空間的航海家太空船上——證明其在極端環境下的可靠性。

此碼也進入日常的消費性電子產品。電視與音響設備的紅外線遙控器，通常透過 1980 年代初期由Philips 開發的RC-5 等協定，使用曼徹斯特碼。該協定將指令編碼為由手持裝置的積體電路與LED 發射的定時紅外線訊號，讓裝置即使在雜訊與訊號失真的情況下，仍能可靠地解讀按鍵。歐洲各地——以及許多美國——的製造商採用此方法，將曼徹斯特碼延伸至家庭用途。

里程碑的重要性

IEEE 里程碑認證表彰具有持久影響力的技術。曼徹斯特碼之所以符合資格，是因為它在運算史的關鍵時刻解決了一項基礎時序問題。

若無法將時序嵌入資料本身，早期的數位系統將持續脆弱且不可靠。曼徹斯特碼幫助它們轉變為可靠的機器，並促成了今日許多數位通訊。

「曼徹斯特碼為我們解決了一個根本問題：時序，」——Robert Metcalfe，乙太網路發明人之一

出席獎牌揭幕儀式的關鍵參與者包括 2024 年IEEE 會長 Tom Coughlin、曼徹斯特大學校長兼副校長 Duncan Ivison，以及 IEEE 英國與愛爾蘭分會 主席 Nagham Saeed。

Kees Schouhamer Immink（2017 年IEEE 榮譽勳章得主，以讓光碟與其他高密度數位媒體實用化的工作聞名）與曼徹斯特大學工程學院副院長 Peter Green 的演講，強調了此碼對數位資料儲存與通訊的持久影響。

IEEE 曼徹斯特碼里程碑獎牌銘文如下：

「1948–1949 年在此地，曼徹斯特碼被發明，用於可靠地編碼儲存在曼徹斯特 Mark I 電腦磁鼓上的數位資料。它成為電腦磁帶與軟碟的標準，並用於數位通訊，包括航海家 1 號與 2 號太空船以及早期乙太網路。它廣泛應用於家用遙控器、無線射頻識別（RFID）標籤，以及許多控制網路標準。

由IEEE 歷史中心管理並由捐助者支持的里程碑計畫，表彰全球傑出的技術發展。IEEE 英國與愛爾蘭分會贊助此提名。

更正：本文先前版本主要將曼徹斯特碼描述為穩定訊號時序的技術。此框架更適用於該編碼後來的應用，而非其原始目的。根據 IEEE 2026 年曼徹斯特碼里程碑引文，F.C. Williams 發明此編碼是為了解決 Mark I 磁鼓硬體的直流耦合問題——變壓器耦合的磁鼓磁頭無法通過直流訊號，因此資料必須以無直流成分的形式儲存。讓曼徹斯特碼在資料通訊與可移除式儲存中如此有價值的時脈恢復特性，是後來才成為此設計限制的下游效益。