计算机之父

计算机之父 冯 ? 诺依曼 ——电子计算机之父 熟悉计算机发展历史的人大都知道，美国科学家冯?诺依曼历来被誉为“电子计算机之父”。可是，数学史界却同样坚持认为，冯?诺依曼是本世纪最伟大的数学家之一，他在遍历理论、拓扑群理论等方面做出了开创性的工作，算子代数甚至被命名为“冯?诺依曼代数”。物理学家说，冯?诺依曼在30年代撰写的《量子力学的数学基础》已经被证明对原子物理学的发展有极其重要的价值;而经济学家则反复强调，冯?诺依曼建立的经济增长横型体系，特别是40年代出版的著作《博弈论和经济行为》，使他在经济学和决策科学领域竖起了一块丰碑。 无论史学家怎样，美籍匈牙利裔学者约翰?冯?诺依曼(John Von Neumann ， 1903-1957)都不愧为杰出的全才科学大师。人们至今还在津津乐道，这位天才人物的少年时代，竟请不到一位家庭教师„„ 事情发生在1931年匈牙利首都布达佩斯。一位犹太银行家在报纸上刊登启事，要为他11岁的孩子招聘家庭教师，聘金超过常规10倍。布达佩斯人才济济，可一个多月过去，居然没有一人前往应聘。因为这个城市里，谁都听说过，银行家的长子冯?诺依曼聪慧过人，3岁就能背诵父亲帐本上的所有数字，6岁能够心算8位数除8位数的复杂算术题，8岁学会了微积分，其非凡的学习能力，使那些曾经教过他的教师惊诧不已。 父亲无可奈何，只好把冯?诺依曼送进一所正规学校就读。不到一个学期，他班上的数学老师走进家门，告诉银行家自己的数学水平已远不能满足冯?诺依曼的需要。“假如不给创造这孩子深造的机会，将会耽误他的前途，”老师认真地说道，“我可以将他推荐给一位数学教授，您看如何,” 银行家一听大喜过望，于是冯?诺依曼一面在学校跟班读书，一面由布达佩斯大学教授为他“开小灶”。然而，这种状况也没能维持几年，勤奋好学的中学生很快又超过了大学教授，他居然把学习的触角伸进了当时最新数学分支——集合论和泛函分析，同时还阅读了大量历史和文学方面的书籍，并且学会了七种外语。毕业前夕，冯?诺依曼与数学教授联名发表了他第一篇数学论文，那一年，他还不到17岁。 考大学前夕，匈牙利政局出现动荡，冯?诺依曼便浪迹欧洲各地，在柏林和瑞士一些著名的大学听课。22岁时，他获瑞士苏黎士联邦工业大学化学工程师文凭。一年之后，轻而易举摘取布达佩斯大学数学博士学位。在柏林当了几年无薪讲师后，他转而攻向物理学，为量子力学研究数学模型，又使自己在理论物理学领域占据了突出的地位。风华正茂的冯?诺依曼，靠着顽强的学习毅力，在科学殿堂里“横扫千军如卷席”，成为横跨“数、理、化”各门学科的超级全才。 “机遇只偏爱有准备的头脑”。1928年，美国数学泰斗、普林斯顿高级研究院维伯伦教授 (O.Veblen)广罗天下之英才，一封烫金的大红聘书，寄给了柏林大学这位无薪讲师，请他去美国讲授“量子力学理论课”。冯?诺依曼预料到未来科学的发展中心即将西移，欣然同意赴美国任教。1930年，27岁的冯?诺依曼被提升为教授;1933年，他又与爱因斯坦一起，被聘为普林斯顿高等研究院第一批终身教授，而且是6名大师中最年轻的一名。 在冯?诺依曼的一些同事眼里，他简直就不象是我们这个地球上的人。他们评价说:“你看，琼尼的确不是凡人，但在同人们长期共同生活之后，他也学会了怎样出色地去模仿世人。”冯?诺依曼的思维极快，几乎在别人才说出头几句话时，就立即了解到对方最后的观点。天才出自于勤奋，他差不多天都工作到黎明才入睡，也常常因刻苦钻研而神魂颠倒，闹出些小笑话来。 据说有一天，冯?诺依曼心神不定地被同事拉上了牌桌。一边打牌，一边还在想他的课题，狼狈不堪地“输掉”了10元钱。这位同事也是数学家，突然心生一计，想要捉弄一下他的朋友，于是用赢得的5元钱，购买了一本冯?诺依曼撰写的《博奕论和经济行为》，并把 1 剩下的5元贴在书的封面，以表明他“战胜”了“赌博经济理论家”，着实使冯?诺依曼“好没面子”。 另一则笑话发生在ENIAC计算机研制时期。 有几个数学家聚在一起切磋数学难题，百思不得某题之解。有个人决定带着台式计算器回家继续演算。次日清晨，他眼圈黑黑，面带倦容走进办公室，颇为得意地对大家炫耀说: “我从昨天晚上一直算到今晨4点半，总算找到那难题的5种特殊解答。它们一个比一个更难咧～”说话间，冯?诺依曼推门进来，“什么题更难,”虽只听到后面半句话，但“更难”二字使他马上来了劲。有人把题目讲给他听，教授顿时把自己该办的事抛在爪哇国，兴致勃勃地提议道:“让我们一起算算这5种特殊的解答吧。” 大家都想见识一下教授的“神算”本领。只见冯?诺依曼眼望天花板，不言不语，迅速进到“入定” 状态。约莫过了5分来钟，就说出了前4种解答，又在沉思着第5种„„。青年数学家再也忍不住了，情不自禁脱口讲出答案。冯?诺依曼吃了一惊，但没有接话茬。又过了1分钟，他才说道:“你算得对～” 那位数学家怀着崇敬的心情离去，他不无揶揄地想:“还造什么计算机哟，教授的头脑不就是一台‘超高速计算机’吗,”然而，冯?诺依曼却呆在原地，陷入苦苦的思索，许久都不能自拔。有人轻声向他询问缘由，教授不安地回答说:“我在想，他究竟用的是什么方法，这么快就算出了答案。”听到此言，大家不禁哈哈大笑:“他用台式计算器算了整整一个夜晚～”冯?诺依曼一愣，也跟着开怀大笑起来。 冯?诺依曼对科学做出的最大贡献当然是在计算机领域。 1944年仲夏的一个傍晚，戈德斯坦来到阿贝丁车站，等候去费城的火车，突然看见前面不远处，有个熟悉的身影向他走过来。来者正是闻名世界的大数学家冯?诺依曼。天赐良机，戈德斯坦感到绝不能放过这次偶然的邂逅，他把早已埋藏在心中的几个数学难题，一古脑儿倒出来，向数学大师讨教。数学家和蔼可亲，没有一点架子，耐心地为戈德斯坦排忧解难。听着听着，冯?诺依曼不觉流露出吃惊的神色，敏锐地从数学问题里，感到眼前这位青年身边正发生着什么不寻常的事情。他开始反过来向戈德斯坦发问，直问得年轻人“好像又经历了一次博士论文答辩”。最后，戈德斯坦毫不隐瞒地告诉他莫尔学院的电子计算机课题和目前的研究进展。 冯?诺依曼真的被震惊了，随即又感到极其兴奋。从1940年起，他就是阿贝丁试炮场的顾问，同样的计算问题也曾使数学大师焦虑万分。他急不可耐地向戈德斯坦表示，希望亲自到莫尔学院看一看那台尚未出世的机器。多年后，戈德斯坦回忆说:“当琼尼看到我们正在进行的一件工作时，他就双脚跳到电子计算机旁”。 莫契利和埃克特高兴地等待着冯?诺依曼的来访，他们也迫切希望得到这位著名学者的指导，同时又有点儿怀疑。埃克特私下对莫契利说道:“你只要听听他提的第一个问题，就能判断出冯?诺依曼是不是真正的天才”。 骄阳似火的,月，冯?诺依曼风尘仆仆地赶到了莫尔学院的试验基地，马不停蹄约见攻关小组成员。莫契利想起了埃克特的话，竖着耳朵聆听数学大师的第一个问题。当他听到冯?诺依曼首先问及的是机器的逻辑结构时，不由得对埃克特心照不宣地一笑，两人同时都被这位大科学家的睿智所折服～从此，冯?诺依曼成为莫尔学院电子计算机攻关小组的实际顾问，与小组成员频繁地交换意见。年轻人机敏地提出各种设想，冯?诺依曼则运用他渊博的学识把讨论引向深入，逐步形成电子计算机的系统设计思想。冯?诺依曼以其厚实的科技功底、极强的综合能力与青年们结合，极大提高了莫尔小组的整体水平，使莫尔小组成为“人才放大器”，至今依然是科学界敬慕的科研组织典范。 人们后来把“电子计算机之父”的桂冠戴在冯?诺依曼头上，而不是第一台电脑的两位实际研制者，这并不是没有根据的。莫契利和埃克特研制的ENIAC计算机获得巨大的成功，但它最致命的缺点是程序与计算两分离。指挥近2万电子管“开关”工作的程序指令，被存 2 放在机器的外部电路里。需要计算某个题目前，埃克特必须派人把数百条线路用手接通，像电话接线员那样工作几小时甚至好几天，才能进行几分钟运算。 在ENIAC尚未投入运行前， 冯?诺依曼就已开始准备对这台电子计算机进行脱胎换的改造。在短短10个月里，冯?诺依曼迅速把概念变成了方案。新机器方案命名为“离散变量自动电子计算机”，英文缩写EDVAC。1945年6月，冯?诺依曼与戈德斯坦等人，联名发表了一篇长达101页纸洋洋万言的报告，即计算机史上著名的“101页报告”。这份报告奠定了现代电脑体系结构坚实的根基，直到今天，仍然被认为是现代电脑科学发展里程碑式的文献。 在EDVAC报告中， 冯?诺依曼明确规定出计算机的五大部件: 运算器CA、 逻辑控制器CC、 存储器M、输入装置I和输出装置O，并描述了五大部件的功能和相互关系。与ENIAC相比，EDVAC的改进首先在于冯?诺依曼巧妙地想出“存储程序”的办法，程序也被他当作数据存进了机器内部，以便电脑能自动一条接着一条地依次执行指令，再也不必去接通什么线路。其次，他明确提出这种机器必须采用二进制数制，以充分发挥电子器件的工作特点，使结构紧凑且更通用化。人们后来把按这一方案思想设计的机器统称为“诺依曼机”。 自冯?诺依曼设计的EDVAC计算机始， 直到今天我们用“奔腾”芯片制作的多媒体计算机为止，电脑一代又一代的“传人”，大大小小千千万万台计算机，都没能够跳出“诺依曼机”的掌心。冯?诺依曼为现代计算机的发展指明了方向，从这个意义上讲，他是当之无愧的“电子计算机之父”。当然，随着人工智能和神经网络计算机的发展，“诺依曼机”一统天下的格局已经被打破，但冯?诺依曼对于发展电脑做出的巨大功绩，永远也不会因此而泯灭其光辉～ 第二次世界大战结束后，由于种种原因，ENIAC研制小组发生令人痛惜的分裂，“内存程序”的机器无法被立即研制。冯?诺依曼、戈德斯坦和勃克斯三人返回了新泽西州普林斯顿大学。1946年，他们为普林斯顿高级研究院先期研制出新的IAS计算机(IAS即高级研究院英文缩写)。 冯?诺依曼的归来，在普林斯顿掀起了一股强劲的电脑热。一向冷冷清清的研究院沸腾了，大批专业人才仰慕他的大名，纷至沓来，使普林斯顿高级研究院一时间成为美国电子计算机的研究中心。 冯?诺依曼乘热打铁，着手将他那101页计算机方案付诸实施。1951年，这台凝聚着他多年心血的EDSAC计算机终于面世，程序储存在机器内部后，效率比ENIAC提高数百倍，只用了3563个电子管和1万只晶体二极管，以1024个水银延迟线来储存程序和数据，消耗电力和占地面积亦只有ENIAC的三分之一。 在冯?诺依曼研制ISA电脑的期间，美国涌现了一批按照普林斯顿大学提供的ISA照片结构复制的计算机。例如，洛斯阿拉莫斯国家实验室研制的MANIAC，伊利诺斯大学制造的ILLAC。雷明顿?兰德公司科学家沃尔(W. Ware)甚至不顾冯?诺依曼的反对，把他研制的机器命名为JOHNIAC(“约翰尼克” ，“约翰”即冯?诺依曼的名字)。冯?诺依曼的大名已经成为现代电脑的代名词。 在普林斯顿，冯?诺依曼还利用计算机去解决各个科学领域中的问题。他提出了一项用计算机预报天气的研究，构成了今天系统的气象数值预报的基础;他受聘担任IBM公司的科学顾问，帮助该公司催生出第一台存储程序的电脑IBM 701;他对电脑与人脑的相似性怀着浓厚的兴趣，准备从计算机的角度研究人类的思维;他虽然没有参加达特默斯首次人工智能会议，但他开创了人工智能研究领域的数学学派;他甚至是提出计算机程序可以复制的第一人，在半个世纪前就预言了电脑病毒的出现„„ 1957年2月8日，冯?诺依曼身患骨癌，甚至没来得及写完那篇关于用电脑模拟人类语言的讲稿，就在美国德里医院与世长辞，只生活了54个春秋。他一生获得了数不清的奖项，包括两次获得美国总统奖，1994年还被追授予美国国家基础科学奖。他是电脑发展史上最有影响的一代伟人。 3 阿兰?图林 ——计算机与人工智能之父 美国物理学家、曾在洛斯阿拉莫斯实验室担任过冯?诺依曼助手的弗兰克尔在一封信中这样写到:“许多人都推举冯?诺依曼为‘计算机之父’，然而我确信他本人从来不会促成这个错误。或许，他可以被恰当地称为助产士，但是他曾向我，并且我肯定他也曾向别人坚决强调:如果不考虑巴贝奇、阿达和其他人早先提出的有关概念，计算机的基本概念属于图林。按照我的看法，冯?诺依曼的基本作用是使世界认识了由图林引入的基本概念„„” 正是冯?诺依曼本人，亲手把“计算机之父”的桂冠转戴在这位英国科学家阿兰?图林(Alan M. Turing ，1912-1954)头上。 与巴贝奇一样，阿兰?图林的一生充满了“未解之谜”，1983年美国出版的一部为他作传的文学作品，书名就叫做《阿兰?图林——谜》。图林的故事，更像是一篇难以理喻的神话，他似乎属于上天派往下界的神祗 ，匆匆而来，又匆匆而去，为人间留下了智慧，留下了深邃的思想，后人必须为之思索几十年甚至几百年。 阿兰?图林的挚友、英国曼彻斯特大学纽曼教授(M.Newman)的夫人这样描写图林，她说:“阿兰轮廓奇特的脑袋很漂亮，黑褐色的头发，船首形的下巴，蓝得像明亮玻璃似的眼睛，看到他的人都会留下深刻的印象。他的穿着总显得别扭，不管是穿那件又脏又破的大衣，还是费心换上干净的白衬衣都是如此。他与人在一起的时候总用随便的态度和长时间的沉默来保护自己，十分腼腆害羞，从不与别人的目光相遇。然而，一旦在友好交谈的信任气氛中，他那双眼睛里透出的坦率和理解力就好像含有使人不敢喘气的东西。那目光不仅远远超出了言语和行动，而且仿佛也超出了人间。” 了解阿兰?图林生平详情的人并不太多，他的母亲在儿子不幸去世后强忍着悲痛，写下零星的传记材料，才使后人认识这位“怪才”的成长历程。 图林1912年6月23日出生于英国伦敦，书香门第的家族里就有三位当选过英国皇家学会会员。虽然他的祖父曾获得剑桥大学数学荣誉学位，可他父亲对数学望而生畏，甚至认为要算出一个负数与负数相乘的结果，就已经超过了人类的理解能力。因此，阿兰的家庭教育，并不能对他以后在数学方面的成就有多少帮助。 孩提时代的图林性格活泼好动。3岁那年，他进行了在科学实验方面的首次尝试——把玩具木头人的胳膊掰下来种植到花园里，想让它们长成更多的木头人。8岁时，图林尝试着写了一部科学著作，题名《关于一种显微镜》，这个小孩虽然连单词都拼错了许多，但毕竟写得还像那么回事。在书的开头和结尾，图林都用同一句话“首先你必须知道光是直的”前后呼应，但中间的内容很短很短，可谓短得破了科学著作的纪录。 图林很早就表现出科学的探究精神，他曾对母亲讲:“我似乎总想从最普通的东西中弄出些名堂。”就连与小伙伴打足球，他也只喜欢在场外当巡边员，因为这样能够有机会计算球飞出边界的角度。这孩子似乎有一种天才的直觉，能够一眼看出问题的答案。 有一年，中学考试刚结束，一位主管考试的官员急匆匆赶到图林就读的学校，请校长把几位老师叫到他的办公室。 “你们看看这几份考卷，”官员郑重地讲，“所有的答案完全正确，可没有任何中间步骤。这个叫图林的学生是否真有这种非凡能力,” 老师们相互交换了意见，然后分头为这些试题补上中间过程，耗费了九牛二虎之力。一位熟悉阿兰的教师告诉校长:“这孩子是有些奇怪的思想。有天我出了个有关房间照明的数学难题，图林不假思索地一口气道出了正确答案。可是当我向他要计算公式时，他却说现在不知道，必须过几天才能证明。我故意等了他两天，看着他在稿纸上算啊算啊，果然把公式给推导出来了，可他居然就能在不知道公式时悟出答案。说句笑话，阿兰的头脑可以像袋鼠般地跳跃。” 4 能“跳跃”思维的图林，1931年考入了剑桥皇家学院。大学毕业后留校任教，不到一年功夫，他就发表了几篇很有份量的数学论文，被选为皇家学院的研究员，年仅22岁。为此，他的母校宣布放假半天以示庆贺，连当代数学泰斗罗素也来函邀请他讲学。 1937年，伦敦权威的数学杂志又收到图林一篇论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》。这篇论文是阐明现代电脑原理的开山之作，被永远载入了计算机的发展史册，照耀着现代电脑的前进方向。后来，冯?诺依曼在他的《自动计算机的一般逻辑理论》一文中写道:“大约12年前，英国逻辑学家图林开始研究下列问题，他想给自动计算机的含义下一个一般性的定义。”在这篇文章中，冯?诺依曼阐述了图林在理论上的重大贡献。 熟悉科学史的人都知道，伟大的科学发明往往是在理论取得重大突破之后才能够得以实现。巴贝奇和阿达终身奋斗，致力于发明一台通用计算机——分析机，但他们并没有从理论上证明它的可行性，凭借的只是自己的经验和热情。图林的这篇论文，涉及的议题并非是如何研制一台具体计算机，而是为了解决数学领域一个基础性问题。 还在剑桥读书时，图林天才的大脑就常常在思索数学函数的“可计算性”问题。物理学家阿基米德曾手持杠杆宣称:给我一个支点，我就能移动地球。如果茫茫宇宙间真有这么个支点，只要给阿基米德足够的时间，比方说数以亿计的年度，地球的确可以被他的杠杆撬动。然而，数学上的一些函数，是不是只要给人以足够的时间演算，也都能够通过有限次机械步骤求得解答呢, 这是一个必须在理论上做出解释的数学难题，传统数学家当然只会想到用公式去推导，证明它是否成立。可是，具有“跳跃思维”头脑的图林不愿意墨守陈规，他独辟蹊径地想出了一台冥冥之中的机器，一台理想中的计算机。 图林想象的机器说起来很简单:该计算机使用一条无限长度的纸带，纸带被划分成许多方格，有的方格被画上斜线，代表“1”;有的没有画任何线条，代表“0”。该计算机有一个读写头部件，可以从带子上读出信息，也可以往空方格里写下信息。该计算机仅有的功能:把纸带向右移动一格，然后把“1”变成“0”，或者相反把“0”变成“1”。 这就是图林设计的“理想计算机”，后人把它称为“图林机”，实际上这是一种不考虑硬件状态的计算机逻辑结构。在他的论文中，图林还提出可以设计出另一种“万能图林机”，用来模拟其它任何一台“图林机”的工作。如果认为“图林机”是理想计算机，那么“万能图林机”就是通用计算机的原始模型。图林甚至还想到把程序和数据都储存在纸带上，从而比冯?诺依曼更早提出了“储存程序”的概念。 图林把证明数学题的推导过程，转变成为一台自动机器的运行过程后，不仅证明了这一数学难题，而且用“万能计算机”的设想，从理论上证明了制造出通用计算机的可能性。他的“万能计算机”就是现代通用计算机的一种模型，这种机器只要为它编好程序，就可以承担其他机器能做的任何工作。 后来研制出来的通用计算机，无论是5年之后楚泽研制的Z-3、8年之后艾肯研制的Mark?， 还是10年之后莫契利等创造的第一台电脑ENIAC，莫不是图林在头脑里早就在构思的机器。 纽曼教授感慨地说过:“现在的人很难认识到，当时把纸带及在纸带上的穿孔模式这类话题引进数学基础的讨论是多么大胆的革新。”从“理想计算机”和“储存程序”开始、直到后来论证的“自动程序设计”和“系统仿真”等等，阿兰?图林以其独特的洞察力提出了大量有价值的理论思想，似乎都成为计算机发展史不断追逐的目标，不断地被以后的发展证明其正确性。 曾应征入伍，加入到战时英国情报中心“布雷契莱庄园”，从事破译德军密码的工作。在这个秘密基地里，他与战友们一起成功地制作了第一台密码破译机“罗宾逊”。这个“庄园”后来又研制出一种破译密码的专用电子管式计算机“巨人”，在盟军诺曼底登陆等战役中立下了丰功伟绩。据主持研制“巨人”机的纽曼教授和工程师弗劳尔斯回忆，他们都得益于受到图林通用计算机研究的启示。 在布雷契莱庄园，图林留下好多逸闻趣事，人们至今还在津津乐道。 5 据说，布雷契莱有一辆出了名的自行车，它是图林在庄园里代步的交通工具。这辆车子有点小毛病——链条经常脱落。别人或许马上把车送到车行修理好再骑，可图林偏不修，他仔细琢磨链条脱落的规律， 发现每踏到X圈时链条才会脱落。于是，他用十分“愚笨”的办法对付着骑车， 边骑边数踏过的圈数，一到X圈就停止不踏，让车自己滑行。不久他觉得数数太费事，便制造了一台计数器装在车轮上，真是“笨”到了家，被同事们传为笑料。这件小事实际上反映了图林善于观察并用理论解决问题的性格特点。 另一件笑话说的是战争初期，图林预感到英国可能会沦陷，为了不把个人存款留给德国占领军，他取出全部现金换成两个大银锭，分别埋在两处并作上标记。可是，当战争结束后，尽管他保留了一张“藏宝”的秘密图纸，仍然找不到埋藏银锭的地点。沮丧之余，图林自制了一台“探雷器”，像工兵那样钻进丛林，弄得满身泥土，还是一无所获。每当别人提起这件往事，图林总为自己的粗心大意而满面羞愧，不过，同事们谁都没往心里去。阿兰这种对个人琐事粗枝大叶的作风，可能就是后来酿成一场不该发生悲剧的根源。 1945年，脱下军装的图林，带着大英帝国授予的最高荣誉勋章，被录用为泰丁顿国家物理研究所的高级研究员。由于有了布雷契莱的实践，阿兰?图林提交了一份“自动计算机” 的设计方案，领导一批优秀的电子工程师，着手制造一种名叫ACE的新型电脑。1950年ACE电脑的样机公开表演， 被认为是世界上最快最强有力的电子计算机之一。它大约用了800个电子管， 成本约为4万英镑。图林在介绍ACE的存储装置时说:“它能十分容易地把一本小说中的10页内容记住。”显然，ACE比EANIC的存储器容量更大。英国人似乎特别喜欢保密，图林写的那份50页ACE设计报告，直到1972年才以单行本的形式发表，保密时间长达27年之久。 1950年，图林来到曼彻斯特大学任教，并被指定为该大学自动计算机项目的负责人。就在这一年的10月，他的又一篇划时代论文发表。这篇文章引来的惊雷，今天还在震撼着电脑的世纪。在“第一代电脑”占统治地位的时代，这篇论文甚至可以作为“第五代电脑”和“第六代电脑”的宣言书。从此，人们更愿意把阿兰?图林称作“人工智能之父”。 这篇论文题名为《计算机与智能》，后来被重新汇编入书时更名《机器能思维吗,》。在这篇人工智能的“宣言书”里，图林首次从行为主义的角度给出了人工智能的定义。 在对该论文作补充说明的另一篇文章中， 图林进一步写道:“‘你无法制造一台替你思考的机器’，这是人们一般会毫无疑义接受下来的老生长谈。„„我的论点是:与人脑的活动方式极为相似的机器是可以制造出来的。这些机器有时会出现错误，但有时它们也会提出非常新颖的语句，而且总的来说，它们输出的东西将与人脑输出的东西同样值得注意。” 更有趣的是，图林设计了一个著名的“图林试验”，试图让机器模仿人来回答某些问题，通过实验和观察来判断机器是否具备智能。他设想了一种“问”与“答”的模式:观察者通过控制打字机向两个试验对象通话，其中一个是人，另一个是机器。观察者和试验者之间相互隔离，不能看见对方。“图林试验”要求观察者不断提出各种问题，根据回答来辨别哪一个是人，哪一个是机器。图林曾预言，随着电脑科学和机器智能的发展，本世纪末将会出现这样的机器。在这点上，图林可能过于乐观。但是，“图林试验”大胆地提出“机器思维”的概念，为人工智能确定了奋斗的目标，并指明了前进的方向。 1951年春天，英国皇家学会把会员的称号授给阿兰，这是图林家族的第四位会员。连以前不赞成他的学术观点的人都写来热情洋溢的贺信。1953年，阿兰回到读中学时的母校，他站在教室的讲台上，向中学生作了一次关于计算机的讲演。身为剑桥大学教授的他，竟紧张得不断地走来走去。因为听众席上有他过去的老师，他仿佛又在台上接受着老师的测验。他决心以此为新的起点，向智能计算机理论发起冲击。 1954年，阿兰就要跨进他人生的第42个年头，风华正茂，年富力强，正处于生命最辉煌的创造巅峰期，计算机科学界都在翘首等待着他新的发现。6月8日清晨，阿兰的女管家像往常一样走进他的卧室，台灯还亮着，书桌上放着一封准备寄出的信，在这封信里，阿兰 6 写到他同意接受几天后的一次访问邀请。床头柜上有个苹果，只吃了一小半。阿兰安祥地沉睡在床上，他永远地睡着了，再也没有醒来„„ 巨大的噩耗顿时震惊了整个英国，震惊了全世界～一颗正在升起的巨星殒落了。就在阿兰吃剩的那只苹果里，法医检验出剧毒的氰化钾残液。事实上，图林在个人私生活方面也并非完美无缺，1952年曾因同性恋被警方拘留。他采用注射激素方法试图治疗这种倾向。他的母亲绝不相信所谓“图林服毒自杀”的传闻，认为图林可能死于无法解释的意外事故。 图林的死无疑是电脑科学界的巨大损失。目前，计算机界仍有个一年一度“图林奖” ，由美国计算机学会(ACM)颁发给世界上最优秀的电脑科学家，它就像科学界的诺贝尔奖那样，是电脑领域的最高荣誉。 格蕾丝?霍波 ——计算机语言之母 1944年2月，世界著名的大型电磁式自动计算机Mark-?在美国哈佛大学启动。为这台长15米、高2.4米，自重30多吨的庞然大物编制程序的，是当时为数不多的女程序员之一、海军中尉格蕾丝?霍波(Grace Hopper ,1906-1992)博士。霍波天才的创造和发明，至今仍在广为流传的有两个:一个是计算机界通用的术语“臭虫”(Bug);另一个就是家喻户晓的“千年虫”(Y2K)。她更加辉煌的业绩并没有被公众所了解，事实上，她是计算机语言领域的开拓者，也有人把她称作“计算机软件之母”。 格蕾丝?霍波1906年出生于美国纽约一个中产家庭，父亲瓦特?莫利(W .Murray)是保险经纪人，祖父是纽约一位资深的工程师。母亲玛丽(H. Mary)虽然是家庭妇女，却很喜欢数学，这一点在当时是受社会舆论支持的，因为人们认为妇女喜欢数学，有利于管理家庭财务。母亲的数学爱好，自然给霍波的成长带来相当大的影响;但她最喜欢的人，却是慈祥的曾祖父亚力山大——美国海军的退休将军，小格蕾丝常常坐在他的腿上，抚摸军服上的各种装饰，瞪大眼睛，听老人讲惊险的战斗故事。这些，可能就是她选择海军作为自己终身职业的原因。 少年霍波是出了名的“假小子”。在家乡温特沃斯湖畔，树木茂盛，湖水清澈，她经常带着两个妹妹一起爬树、划船、游泳、捉迷藏。最像男孩性格的，是这个女孩对什么事情都爱寻根究底，只要发现不了解的东西，总想把它们拆开看个究竟。她母亲清楚地记得，格蕾丝七岁那年，为了弄懂“钟为什么朝一个方向转”的奇怪问题，她把家里的七台钟——从小号的台式钟直到大号的座钟，全部给拆了个七零八落，零件摆满了房间，却无法把它们还原。类似的事情经常发生，也常因此受到母亲的惩罚——罚她在家里挑花刺绣。 一天，她又被关在家中，心烦意乱，泪眼蒙蒙。不知什么时候，父亲已坐在她的身旁。父亲慈爱地摸着她的头说:“孩子，想要做成任何事都必须有耐心，有毅力，还要细心。你妈妈让你学绣花，其实是想培养你的这些品质。”格蕾丝点点头，认为父亲说得在理，从此后，她竭力做到既能“动”又能“静”，并喜欢上了看书和弹钢琴。 霍波的父亲是个很开明的人，他没有男孩，只有三个可爱的女儿，但他希望女儿们也像男孩那样获得受教育的机会，要求她们摆脱传统观念束缚，树立远大的志向，不要依赖父母。不久，他就把大女儿霍波送进了一所私立女子中学。虽然学校要求女学生保持文静的“淑女”形象，可霍波仍坚持体育运动，不仅打篮球，还学会了曲棍球和水球。 就在上中学期间，霍波的家庭发生了变故:她父亲患了动脉硬化症，双腿被切除，家庭的经济骤然紧张起来。母亲勇敢地承担起养家的责任，凭着出色的几何学才能，谋到了一份工作。霍波则一边学习，一边照顾父亲，尽量减轻家庭负担。16岁那年，霍波中学毕业，拉丁文考试没有及格，不能进入大学。父母都没有责备她，他们认为女儿年龄还小，多读一年 7 书没有坏处。于是，她被送进新泽西州一所寄宿学校补习功课，直到第二年秋天才如愿以偿考进韦莎(Vassar)学院就读。 霍波的才华到了大学终于得到充分的展示。她很快就在自然科学，特别是数学和物理方面表现出超群的能力。1928年她获得美国优等生的荣誉。同年，取得数学物理学士学位，留校担任了教师，被聘为韦莎学院的副教授。利用所获得的奖学金，霍波再次考进著名的耶鲁大学深造。1930年，她获得耶鲁大学数学硕士学位;1934年成为耶鲁大学历史上第一位女数学博士。 第二次世界大战爆发是霍波生命中的一个转折点。1943年，满怀着爱国热情，她义无返顾地加入妇女自愿救护组织，放弃了多年奋斗才得到的优裕生活。这时的霍波已是30多岁的中年人，而且有了自己的家庭，但是她坚决要求加入海军，成为一名正式的军人。参军是要经过考试的，无论是身高还是体重，她没有一项合格。霍波才不管这些，死磨硬缠说服了考官，让她进入海军学校学习，并以第一名的成绩毕业。 刚佩上海军中尉肩章，她幸运地被任命为著名计算机专家霍德?艾肯(H.Aiken)博士的助手，参与Mark ?计算机的研制。她后来回忆说:“我成了世界上第一台大型数字计算机的第三名程序员。”从此，格蕾丝?霍波走上了软件大师的成功之路。 霍波的主要任务是编写程序，她为Mark?，以及后续机器Mark?、Mark ?编写出大量软件。有趣的是，霍波在软件设计领域的第一项重大“发明”，竟是创造出一个著名的计算机术语——“bug”。1946年，她在发生故障的Mark?计算机的继电器触点里，找到了一只被夹扁的小飞蛾，正是这只小虫子“卡”住了机器的运行。霍波顺手将飞蛾夹在工作笔记里，并诙谐地把程序故障称为“bug”。bug的意思是“臭虫”，而这一奇怪的称呼，后来演变成计算机行业的专业术语。虽然现代电脑再也不可能夹扁任何飞蛾，大家还是习惯地把排除程序故障叫做Debug(除虫)。 在为Mark系列计算机工作期间，霍波也表现出她独有的机智，有一件小事很能说明这一点。那一次，正当她在机器前工作时，突然闯进来一群检查工作的将军。Mark?计算机早不坏晚不坏，偏偏在这时又有“臭虫”作怪，带领将军们参观的艾肯博士，急的顿时变了脸色。只见霍波不慌不忙，斜靠在机器上，用手按着电钮不放，以便让机器能够继续运行。这些将军们离开时一致认为，他们是这台机器没有任何故障的目击者。 战争结束后，带着美国海军的嘉奖令，霍波博士在电脑软件领域建立一系列丰功伟绩: 1949年，她加盟第一台电子计算机ENIAC发明人莫契利和埃克特创办的公司，为世界上第一台储存程序的商业电脑UNIVAC编写了许多软件，开始第一次使用所谓“简短指令代码“。 1952年，在斯佩里?兰德公司兼任系统工程师，她率先研制出世界上第一个编译程序A-O，能够将类似英语的符号代码转换成计算机能够识别的机器指令，并发表了第一篇关于编译器的论文。到了50年代中期，她又开发出Flow,Matic语言，为COBOL高级语言诞生创造了基础。 1959年5月，在五角大楼支持下，她领导着一个工作委员会，成功地研制出第一个商用编程语言COBOL。COBOL语言最重要的特征是语法与英文很接近，可以让不懂电脑的人也能看懂程序;编译器软件只需做少许修改，就能运行于任何类型的电脑。委员会一个成员害怕这种语言的命运不会太长久，特地为它制作了一块小小的墓碑。然而，COBOL语言却幸存下来。1963年，美国国家局将它进行了标准化。用COBOL写作的软件，要比其他语言多得多，霍波博士也因此被誉为计算机语言领域的先驱人物。 50年代计算机存储器非常昂贵，为了节省内存空间，霍波开始采用6位数字来储存日期， 即年、月、日各两位。随着COBOL语言的影响日愈扩大，这一习惯做法被人们沿用下来，到2000年前，居然变成了危害巨大的“千年虫”，这当然是霍波始料不及的事。 霍波一生没有子女，但她非常热爱孩子。由于自己的成功来自于刻苦的努力和自小受到的良好教育，所以她特别重视对年青人的教育。她曾经为青年学生作过近千场演讲，讲述计 8 算机的未来，她将在讲演中获得的纪念品和酬金都无偿捐献给了她热爱的海军。她常常对人说:“我一生最大的收获就是我培养的那些年轻人。” 霍波生活在一个充满变化的时代，为了时刻激励自己创新意识，她在办公室墙上挂了一个逆时针转动的大钟。她也经常告诫青年人，不必害怕变化，必须勇于创新。她坚信，现在的青年会比他们这辈人更勇敢地面对问题。美国海军部门为了照顾她的身体，曾多次动员她退休，但每次都不得不将她重新请回来，因为离开了这位博学多才的软件大师，许多事情根本无法运转。 直到1986年，已获得海军少将军衔的霍波，才以80岁高龄从海军退休，继续担任DEC公司资深顾问。在波士顿，以美国军队的最高规格为她举行了退休仪式。在告别演说中，霍波将军仍然关注着未来:“我们年青的人民是属于未来的，我们必须为他们创造未来。” 为表彰她对美国海军的贡献，有一艘驱逐舰被命名为“格蕾丝号”;加利福尼亚海军数据处理中心也改称“霍波服务中心”。霍波一生还获得许多殊荣，如计算机科学年度人物奖、国家技术奖等、海军功勋服务奖、国防部卓越服务奖等等。1971年，为了纪念现代数字计算机诞生25周年，美国计算机学会特别设立了“格蕾丝?霍波奖”，颁发给当年最优秀的30岁以下的青年计算机工作者。因此，“霍波奖”正是全球电脑界“少年英雄”的标志。 格蕾丝?霍波珍惜生命，她希望能够活到94岁，即新世纪来临的那一天。然而，1992年1月1日，女将军在睡梦中再也没有醒来，离她的愿望还差8年。在阿灵顿美国国家公墓，霍波的身边放满了勋章和鲜花，她是世界妇女的楷模，也是计算机界崇拜的软件大师。 这一切成就的起点，却是在她少年时代一连拆散七台钟的那一刻。 赫曼?霍列瑞斯 ——数据处理之父 在计算机发展史上，曾了一批业余发明家的丰功伟绩。他们既不是数学家，也不是专门从事电器设计的工程师，美国人口调查局的统计专家赫曼?霍列瑞斯(Herman Hollerith ，1860-1929)博士就是其中的代表人物。 公元1880年，美利坚合众国举行了又一次全国性人口普查，为当时5000余万美国人登记造册。在人口调查局从事统计工作的霍列瑞斯，静静地坐在他的办公室里，望着那汗牛充栋的人口登记册发愁。据他的估算，分析这些千辛万苦收集到的数据，人口调查局普查至少要花费,年时间。也就是说，美国政府和公民们，几乎要到下一次人口普查时，才能得知这次普查的人口状况，这岂不是太误事, 霍列瑞斯曾多次与同事们一起，走乡串户收集资料，深知每个数据都来之不易。他也曾终日埋在“数据堆”里，用手摇计算机“摇”得满头大汗，一天下来，也算不出几张表格。他心里默默地想，此时此刻再来作什么改进，当然于事无补。但是，“亡羊补牢，犹未晚矣”，为下一次人口普查“未雨绸缪”的事，应该早一点提到议事日程。想着想着，他随手取过手摇计算机，“摇”出了一个惊人的数字:到1890年，美国人口还将增加1200万，若按老办法统计，即使再添加人手，没有10年以上的功夫，是根本搞不出什么结果的。他们迫切需要一种机器，帮助完成繁重的统计制表任务。 霍列瑞斯1860年诞生于纽约州北部一个德国侨民家庭。他从小喜爱数学，一般人看来枯燥乏味的数字，他却有浓厚的兴趣。19岁那年，他从哥仑比亚大学矿业学院毕业，获得博士学位。虽然学的是采矿专业， 却在人口调查局谋到了一份职位，充当他老师特里布里奇的助手。调查局的工作性质要求他“不仅掌握技术知识，而且经过了严格的科学训练和具有敏锐的观察能力”，而霍列瑞斯在大学里就承担过研究课题，他特别注意理论学习与实践活动的结合，除掌握必修的物理、化学等课程，他也涉猎过几何、制图、测量和统计分析等各种知识。此外，他还经常到工厂和商店考察和实习，接触社会。这一切，都给他后来的生活带来巨大的影响。 9 在人口调查局工作期间，发生了一件有趣的事情:霍列瑞斯爱上了一位名叫凯特?比林斯的漂亮姑娘。热恋和求婚的过程，使他有机会接近凯特的父亲——约翰?比林斯(J.Billings)博士，美国陆军派往人口调查局主管卫生统计的军医。比林斯博士学识渊博，曾长期担任美国军医署署长，主持制定了7种医药#管理制度#，亲手创办了世界上最大的医药文献中心，担任卡内基协会主席长达10年之久。尽管比林斯肩负重任，但他特别关心有才华的青年人，在与霍列瑞斯交往过程中，丝毫没有“权威”派头。 在一次交谈中，两人不约而同地提到人口普查统计机械化的问题，也同时想到这种机器可以由杰卡德编织机改造而成。真可谓“英雄所见略同”，他们与巴贝奇的灵感同出一辙，都受到“穿孔纸带”的启示，只是霍列瑞斯和比林斯又向前迈进了一步，他们提出:纸带上的这些“小孔”不仅能控制机器操作的步骤，而且能用来运算和储存数据。德高望重的比林斯，后来谦虚地把全部荣誉归功于青年人的创意，但霍列瑞斯坚持认为，比林斯在机器发明中发挥了最重要的作用:“他告诉我，机器完全可以承担制表和其他统计工作。他的构想是某种分布式的机械，采用卡片来储存个人资料，这种卡片可以用小刀刻出槽口，槽口就是杰卡德的‘小孔’„„” 得到比林斯的鼓励，霍列瑞斯信心倍增，从此以全部身心投入到制表机的研制中。他设法弄到一台杰卡德编织机，剖析它的构造和原理。在此期间，他曾到麻省理工学院任教，一边教书，一边刻苦学习机械和电气技术。为了掌握发明的技巧和熟悉专利法，霍列瑞斯还到一家专利事务所工作过一段时间。 霍列瑞斯最初设计的制表机，几乎就是杰卡德编织机的“翻版”。将人口普查的数据制成“穿孔纸带”没有多大的困难，每个人的调查数据有若干项，诸如性别、籍贯、年龄等等，他可以把所有的调查项目依次排列，然后根据调查结果在每人的相应项目位置上穿孔。例如，约翰先生是40岁的男性公民，就在“性别”栏目“男”的名下打个小孔，在“年龄”栏目“40”之下也打个小孔，如此等等。当穿孔纸带的栏目统统被打上小孔之后，它就详细记录了某一次调查的结果。霍列瑞斯在他的专利申请书里描述过这种方法:“每个人的不同统计项目，将由适当的小孔来记录，小孔分布于一条纸带上，由引导盘牵引控制前进。” 基于这种设想，1884年，霍列瑞斯制作完成了第一台制表机。机器上装备着一个计数器，当穿孔纸带被牵引移动时，一旦有孔的地方通过鼓形转轮表面，计数器电路就被接通，完成一次累加统计。当年，他把机器运到巴尔的摩人口登记办公室去进行实验，尽管存在着许多问题，机器统计的先进性还是受到人们的欢迎。 原始的制表机工作不太可靠，迫使霍列瑞斯继续寻求改进。问题之一在于用“穿孔纸带”输入只能统计出总数，无法对个人数据进行分类和修改，也无法重新登记。 那一天，霍列瑞斯乘火车出差到美国西部办事，仍在苦苦思考改进的办法。他慢慢走向检票口，从口袋里掏出火车票，低头一看，一道灵感突然闪现，他顿时愣在那里。 检票员不断地催促:“先生，请您剪票～” 霍列瑞斯把车票递上前，检票员不耐烦地一把夺过去，只听“卡嚓”一响，属于他“个人”的这张车票，当即被“穿”了一个小孔。霍列瑞斯眼睛一亮，车也不上了，转过身，居然朝车站大门口走去。 此时，他的脑子里不断有个声音在说话:“一个人一张车票，车票就是每个人身份的个人记录。”穿孔纸带造成数据无法分类的困难就这样迎刃而解，解决的办法竟然如此简单:“把连续的“穿孔纸带”换成每人一张“穿孔卡片”，这是比林斯早就预言过的，我怎么就把它给忘记了呢,” 由于改用“穿孔卡片”输入数据，霍列瑞斯把他的制表机做了较大的改动。他用一种压力装置替代了牵引盘，数据卡片被夹在上下两个压力板中，下部压力板静止不动，上部压力板则带动卡片向前移动。更为巧妙的设计在于“自动统计”。改进的机器有若干只盛满水银的小杯，穿好孔的卡片必须经过水银杯。卡片正上方有几排精心调好的机针，连接在电路的 10 一端，而那些水银杯则连接于电路的另一端。当机针遇到某张卡片有孔的地方，便自动跌落下去与水银接触，把电流接通，启动旁边的计数装置前进一个刻度。 统计分类问题解决之后，打孔的困难接踵而至。过去给穿孔纸带打孔，他用的是一种小型手持式装置，常常因用力过猛把纸带打破;而改换较厚的卡片后，打孔却变得非常费力。为了做试验，霍列瑞斯几乎每天都要不间断地给许多卡片打孔。他的岳母回忆说:“霍列瑞斯先生星期五从巴尔的摩回来，看来疲惫不堪。他说每天都要处理1000张卡片，每张卡片至少要打一个孔。可怜的孩子只好亲自动手做完这一切，手臂疼得都抬不起来„„”不久之后，当霍列瑞斯再次回家，他告诉岳母，问题已经完全解决了，因为他改造了这种费力的打孔装置，设计出一个被他称为“缩放仪”的东西，即一种半自动打孔机，大大提高了工作效率。他还高兴地讲，因为有了新的打孔设备，他已经雇佣了一些女职员来从事过去繁重的体力劳动，平均每个人一天能轻松地处理700张卡片。 以我们今天的眼光看，这些女职员可能就是世界上第一批“数据录入员”。 霍列瑞斯的制表机现在已经可以经受实战考验了。1888年，这台机器被比林斯介绍给一家军队医院，用于医药资料的统计，试验获得圆满成功，还被送往巴黎国际博览会展出。美国军方对这种制表机大感兴趣，向霍列瑞斯提供了资助，使他有了进一步改进机器的财力，满怀信心迎接人口普查的挑战。 1890年，第12次人口普查即将开始，人口调查局以向社会招标的方式，征集计算设备和统计方案。前来应征的共有三个人。霍列瑞斯的主要竞争对手是威廉姆?亨利和查尔斯?皮格金，其中，亨利还是人口调查局的头头。他俩提供的方案都是用有色卡片来记录资料，以便于区分数据类型，但统计工作仍然靠手工完成。只有霍列瑞斯运来了一套前所未有的自动制表机。 招标需要经过严格的测试，以相同的数据完成统计任务，并根据时间快慢决定胜负。经过数天的紧张“比赛”，结果已见分晓:录入数据的过程，亨利和皮格金分别用了144小时和100小时，霍列瑞斯的机器只用了72小时;数据统计的过程，亨利和皮格金分别耗费44小时和55小时，霍列瑞斯制表机再次夺冠，仅仅用了5小时28分钟。制表机以无可置疑的优势，让霍列瑞斯赢得了这个。 第12次人口普查共设立了235个调查点，动用了超过5万人来负责组织登记和填写表哥。调查内容也比往年增添加了许多，包括性别、婚姻状况、有无孩子等40个项目，数据总量比1870年的普查增加了6倍以上。从正式登记日起，霍列瑞斯机器的速度和可靠性一直令人感到惊讶。每一台制表机都连接着40台计数器，处理高峰期，一天能统计2000,3000个家庭数据，总共处理的人数达到600万人。在霍列瑞斯制表机支持下， 第12次人口普查的统计工作仅用了6个星期时间，其中一部分时间还被用来处理上次普查的遗留问题。 这种制表机为人口调查局节省了约500万美元费用，是霍列瑞斯本人估计的10倍。人口调查局在报告中写道:“用这种机器，在不增加费用的前提下，过去许多无法编制的表格现在都有可能统计出来了。” 霍列瑞斯获得了巨大的成功，也使他看到了一个有巨大前景的市场。1896年，他趁热打铁创办了一家专业制表机公司，影响力甚至扩大到俄罗斯、加拿大和挪威等国。然而，统计学家毕竟缺乏经商才干，他的公司不久便因资金周转不灵陷入窘境，只好任别人收购。经过几次改组，这家公司最终发展为著名的国际商用机器公司(IBM公司)。 虽然霍列瑞斯的发明并不是通用计算机，除了能统计数据制造表格外，制表机几乎没有别的什么用途，然而，制表机的穿孔卡第一次把数据转变成二进制信息。在早期计算机系统里，这种用穿孔卡片输入数据的方法，一直沿用到20世纪70年代，数据处理也发展成为电脑的主要功能之一。 1923年，霍列瑞斯博士出版了关于计算机的著作，对计算机未来做出了许多正确的预见，为穿孔卡计算机的发展奠定了基础。为此，他还获得了西方好几个国家的近50项专利，几乎垄断了这一领域的全部发明权，并使他跻身于“数据处理之父”的行列。 11