誰才是真正的“計(jì)算機(jī)之父”

【摘" 要】 計(jì)算機(jī)教科書上一般稱美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾依曼為“計(jì)算機(jī)之父”。從事IT行業(yè)的人們可能認(rèn)為這是一個(gè)公認(rèn)的定論，但如果再更多了解一些計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史，就會發(fā)現(xiàn)或許并非如此。比如十九世紀(jì)英國科學(xué)家巴貝奇通過發(fā)明差分機(jī)開啟了計(jì)算機(jī)發(fā)展之路，因此有時(shí)也被稱為計(jì)算機(jī)之父；二十世紀(jì)初著名的英國科學(xué)家阿蘭·圖靈因?yàn)樵趫D靈機(jī)及人工智能領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，所以也被稱為計(jì)算機(jī)之父；甚至鮮有人知的美國工程師阿塔納索夫也被稱為計(jì)算機(jī)之父。為何會有這么多擁有這一稱號的科學(xué)家人選？不免讓人感到困惑，共性在于這些人對計(jì)算機(jī)的發(fā)展都做出過重要貢獻(xiàn)。文章通過簡要回顧計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史上幾位重要人物的經(jīng)歷和貢獻(xiàn)，嘗試討論誰才能被稱為真正的“計(jì)算機(jī)之父”。

【關(guān)鍵詞】 計(jì)算機(jī)之父；馮·諾依曼；巴貝奇；阿蘭·圖靈；阿塔納索夫

一、研究背景

眾所周知，世界上公認(rèn)的第一臺電子計(jì)算機(jī)是1946年誕生于美國賓夕法尼亞大學(xué)的“ENIAC”。也正式開啟了一個(gè)計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)大發(fā)展的時(shí)代。

ENIAC的誕生，標(biāo)志著一個(gè)計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)大發(fā)展的時(shí)代正式開啟，計(jì)算機(jī)也成為人類二十世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中最杰出的成就之一。進(jìn)入二十一世紀(jì)，新的世紀(jì)成為信息科技的時(shí)代，以計(jì)算機(jī)為代表的信息技術(shù)飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)代信息社會發(fā)展的主要原動力，因此如何強(qiáng)調(diào)其重要性都不為過。但如此重要及偉大的“計(jì)算機(jī)”是如何被發(fā)明出來的，以及它真正的發(fā)明者是誰呢？

ENIAC的主要研發(fā)者是約翰·莫克利（John W. Mauchly）和普瑞斯珀·埃克特（J. Presper Eckert）。此外馮·諾依曼（John Von Neumann）也曾加入研發(fā)小組，并在其中也發(fā)揮了重要作用，提出存儲程序、二進(jìn)制、硬件結(jié)構(gòu)等計(jì)算機(jī)基本原理。因此很多教科書上稱馮·諾依曼為計(jì)算機(jī)之父。

如果深入了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史，就會發(fā)現(xiàn)這一“稱號”并不是那么確定。比如有些計(jì)算機(jī)書籍或網(wǎng)絡(luò)上也稱阿蘭·圖靈（Alan Mathison Turing）為計(jì)算機(jī)（科學(xué)）之父。另外，也有人將十九世紀(jì)英國數(shù)學(xué)家巴貝奇（Charles Babbage）以及二十世紀(jì)美國科學(xué)家阿塔納索夫（John Vincent Atanasoff）稱為計(jì)算機(jī)之父。

這么多“計(jì)算機(jī)之父”，到底誰才是真正的計(jì)算機(jī)之父？本研究先簡要介紹以上幾人對計(jì)算機(jī)領(lǐng)域做出的貢獻(xiàn)，然后再就這一問題做出總結(jié)。

二、諸位“計(jì)算機(jī)之父”

（一）查爾斯·巴貝奇（1791—1871），英國數(shù)學(xué)家、發(fā)明家、機(jī)械工程師

巴貝奇在從事各種數(shù)學(xué)用表的制作工作中發(fā)現(xiàn)人工進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算的繁重和易出錯。因此設(shè)想用機(jī)械設(shè)備來代替人工運(yùn)算。1822年，巴貝奇發(fā)表了一篇名為《論機(jī)械在天文及數(shù)學(xué)用表計(jì)算中的應(yīng)用》的論文，并隨后制作了一臺簡單的機(jī)械運(yùn)算器樣機(jī)——差分機(jī)。所謂“差分”法可以將多項(xiàng)式函數(shù)、對數(shù)函數(shù)或三角函數(shù)等高階計(jì)算降階，簡化為加法，大大簡化計(jì)算，進(jìn)而可以使機(jī)械利用差分原理和加法來進(jìn)行很多復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。

第一臺差分機(jī)樣機(jī)還比較原始，因此巴貝奇向英國政府申請撥款，希望能做出實(shí)用產(chǎn)品，徹底解決制表難題。但隨后他遇到了很大的困難，因?yàn)椴罘謾C(jī)從設(shè)計(jì)繪圖到機(jī)械零件加工，都需巴貝奇親自動手完成。由于當(dāng)時(shí)工業(yè)技術(shù)水平低下，滿足不了制作各種零件的精密要求，因此十余年后差分機(jī)仍然沒有完工。此時(shí)巴貝奇又進(jìn)一步提出制造更高級的通用計(jì)算分析機(jī)的設(shè)想，其中分析機(jī)的構(gòu)造包括存貯、運(yùn)算室和控制部分、送入送出等部件，已經(jīng)比較接近現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)。但遺憾的是，無論差分機(jī)和分析機(jī)最終都沒制造成功。直到二十世紀(jì)九十年代，英國倫敦科學(xué)博物館使用巴貝奇的設(shè)想和遺留的圖紙，用機(jī)械技術(shù)建造完成了一臺完整的差分機(jī)。它由8000多個(gè)部件組成，重5噸，長約335厘米。這臺機(jī)器工作良好，證明了巴貝奇設(shè)想的可行性。

（二）阿蘭·圖靈（1912—1954），英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家

1936年5月，圖靈在英國權(quán)威數(shù)學(xué)雜志《倫敦?cái)?shù)學(xué)協(xié)會會刊》上發(fā)表了一篇重要論文《論可計(jì)算數(shù)在判定問題中的應(yīng)用》（On Computable Numbers，with an Application to the Entscheidungsproblem），并提出著名的“圖靈機(jī)（Turing Machine）”的構(gòu)想。這篇論文及圖靈隨后發(fā)表的數(shù)篇論文對此后計(jì)算機(jī)科學(xué)及人工智能的發(fā)展起到了重大的作用。

他后來提出了著名的“圖靈測試”。隨后發(fā)表的論文《計(jì)算機(jī)和智能》（Computing Machinery and Intelligence），對計(jì)算機(jī)及人工智能理論也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

由于其在計(jì)算機(jī)數(shù)理邏輯及人工智能理論領(lǐng)域的開創(chuàng)貢獻(xiàn)，所以圖靈也被很多人稱為“計(jì)算機(jī)（科學(xué)）之父”或“人工智能之父”。

（三）約翰·阿塔納索夫（1903—1995），美國電子工程師

1937年，時(shí)任美國愛荷華州立大學(xué)教授的阿塔納索夫與其助手克里夫德·貝利（Clifford Berry），在經(jīng)費(fèi)極其有限，并且沒有任何官方機(jī)構(gòu)的支持下，開始設(shè)計(jì)并制造計(jì)算機(jī)，到1940年，他所設(shè)想的計(jì)算機(jī)原型已經(jīng)基本制造成功。

這臺被后世稱為ABC的計(jì)算機(jī)（以阿塔納索夫、貝利及計(jì)算機(jī)的首字母組成），主要部件由電子元件構(gòu)成，另外還包括一些機(jī)械裝置，電路系統(tǒng)中裝有300個(gè)電子真空管執(zhí)行數(shù)字計(jì)算與邏輯運(yùn)算，使用電容器來進(jìn)行數(shù)值存儲，數(shù)據(jù)輸入采用打孔讀卡方法，還采用了二進(jìn)位制。因此，ABC的設(shè)計(jì)中已經(jīng)包含了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中幾個(gè)最重要的基本概念，從這個(gè)角度來說它可以算是現(xiàn)代最早的電子計(jì)算機(jī)之一。

但遺憾的是ABC只是一臺樣機(jī)，如果要繼續(xù)完善并得到大規(guī)模應(yīng)用，必須得到更多資金及專利的支持，由于愛荷華大學(xué)當(dāng)時(shí)并沒有認(rèn)識到ABC機(jī)蘊(yùn)含的價(jià)值，并不支持阿塔納索夫的工作，再加上其他一些原因，導(dǎo)致ABC機(jī)隨后陷入停滯狀態(tài)。

隨后，美國參加二戰(zhàn)，阿塔納索夫放下自己的事業(yè)，轉(zhuǎn)而投身軍隊(duì)為國效力，開始在海軍兵工實(shí)驗(yàn)室工作。因此ABC機(jī)漸漸被他擱置遺忘，而愛荷華大學(xué)也將ABC機(jī)拆成零件后轉(zhuǎn)為它用。

值得一提的是，阿塔納索夫曾與莫克利（ENIAC的主要研制者之一）相識，并將自己對ABC機(jī)的設(shè)計(jì)和構(gòu)想告訴過對方，據(jù)說他甚至把主要設(shè)計(jì)構(gòu)造畫在一張餐巾紙上交給了莫克利。此事應(yīng)該對莫克利啟發(fā)幫助極大，1943年，莫克利和埃克特在美國軍方彈道實(shí)驗(yàn)室的撥款支持下，在賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院開始研制電子計(jì)算機(jī)，到1946年ENIAC研制成功。

面對ENIAC的巨大成功，阿塔納索夫并沒有去追究誰才是第一臺電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明者，其后創(chuàng)辦了自己的公司，從事電子機(jī)械行業(yè)。直到1971年一家公司因?yàn)閷＠M(fèi)問題與擁有莫克利專利的公司打起了官司，才讓阿塔納索夫和ABC機(jī)重新引發(fā)關(guān)注。

1973年10月19日，美國聯(lián)邦法院在經(jīng)過詳細(xì)調(diào)查和135次開庭審理之后，認(rèn)為ENIAC使用了ABC的基本設(shè)計(jì)思想和電路結(jié)構(gòu)，因此撤銷了莫克利和埃克特對于ENIAC的專利權(quán)。但遺憾的是因?yàn)橐呀?jīng)過去很多年，而且當(dāng)時(shí)震驚美國的水門事件曝光正酣，判決結(jié)果并沒有被世人關(guān)注，以致到今天阿塔納索夫的成就也沒有得到應(yīng)有的評價(jià)。

（四）馮·諾依曼（1903—1957），美籍匈牙利人，著名的數(shù)學(xué)及多領(lǐng)域科學(xué)家

1930年，馮·諾依曼受邀到美國普林斯頓大學(xué)任教，他前期主要從事數(shù)學(xué)理論研究，從1940年后，開始轉(zhuǎn)向應(yīng)用數(shù)學(xué)，因其深厚的數(shù)學(xué)功底，再加上驚人天賦，馮·諾依曼在量子力學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、軍事和計(jì)算機(jī)等眾多領(lǐng)域做出了卓越貢獻(xiàn)。

1944年，馮·諾依曼參加原子彈的研制工作，涉及極為繁重困難的計(jì)算工作，他開始對能代替人工的運(yùn)算設(shè)備產(chǎn)生興趣。這時(shí)他巧遇美國彈道實(shí)驗(yàn)室的軍方負(fù)責(zé)人戈?duì)査固梗湔齾⑴cENIAC的研制工作。于是馮·諾依曼正好被戈?duì)査固菇榻B加入ENIAC研制組。

此時(shí)ENIAC項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人是莫克利和?？颂兀铱傮w設(shè)計(jì)已經(jīng)完成并進(jìn)入硬件實(shí)現(xiàn)階段，因此馮·諾依曼主要擔(dān)任顧問角色。由于當(dāng)時(shí)正在研制中的ENIAC使用外接電路方式設(shè)置程序，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，經(jīng)過思考和討論后，他提出這樣一個(gè)設(shè)想：程序能不能像數(shù)據(jù)一樣，通過穿孔介質(zhì)輸入之后長期駐存在機(jī)器內(nèi)部的存儲器中呢？因此在ENIAC還未建成之際，研制一臺可以存儲程序的新計(jì)算機(jī)的申請就提交給了美國軍方。這臺新機(jī)器名叫電子離散變量自動計(jì)算機(jī)（Electronic Discrete Variable Automatic Computer），簡稱EDVAC。1945年6月，馮·諾依曼寫了一篇長達(dá)101頁，影響計(jì)算機(jī)發(fā)展走向的《EDVAC報(bào)告書的第一份草案》（First Draft of a Report on the EDVAC）。這份報(bào)告詳述了EDVAC及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本設(shè)計(jì)思想、結(jié)構(gòu)組成及工作原理。內(nèi)容主要包括1.計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制運(yùn)算及表示數(shù)據(jù)；2.存儲程序和程序控制原理；3.計(jì)算機(jī)硬件由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入和輸出五大系統(tǒng)組成。

這份報(bào)告奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，產(chǎn)生劃時(shí)代的影響。是對當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想的高度總結(jié)和提煉。因此這種計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)后來被稱為馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。

ENIAC誕生后，馮·諾依曼和莫克利等人繼續(xù)著手研制EDVAC計(jì)算機(jī)。但遺憾的是，由于各種原因，導(dǎo)致EDVAC研發(fā)遲緩，直到1951年才制造完畢。而這時(shí)英國人已經(jīng)率先利用馮·諾依曼的EDVAC報(bào)告于1949年研發(fā)成功世界上第一臺具有存儲程序功能的計(jì)算機(jī)EDSAC。此后基于馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的各種計(jì)算機(jī)被蓬勃研發(fā)和制造，世界也進(jìn)入全新的電子計(jì)算機(jī)時(shí)代。

三、總結(jié)

以上四位科學(xué)家對計(jì)算機(jī)都做出了杰出的貢獻(xiàn)。巴貝奇最早提出可計(jì)算數(shù)的概念并設(shè)計(jì)出差分機(jī)和分析機(jī)。但遺憾的是，由于十九世紀(jì)工業(yè)科技的落后，差分機(jī)和分析機(jī)當(dāng)時(shí)并沒有被制造成功。如果巴貝奇晚生一個(gè)世紀(jì)也許會取得更大的成就。這也說明研制計(jì)算機(jī)不光需要理論，更需要相應(yīng)機(jī)械或電子技術(shù)的支持才能最終將設(shè)想變?yōu)閷?shí)現(xiàn)。因此巴貝奇更應(yīng)該被稱為計(jì)算機(jī)（科學(xué)）先驅(qū)。

圖靈在可計(jì)算數(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)理邏輯、機(jī)器（人工）智能等領(lǐng)域貢獻(xiàn)巨大，為計(jì)算機(jī)數(shù)理邏輯及智能理論奠定了基礎(chǔ)，如果沒有他的貢獻(xiàn)，也許計(jì)算機(jī)在此后很長一段時(shí)間，還是只能處理數(shù)字的簡單計(jì)算工具，因此有人形象地稱是圖靈給予了計(jì)算機(jī)靈魂，而計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的最高獎項(xiàng)——圖靈獎，就是對圖靈貢獻(xiàn)的最大肯定。但圖靈只是提出關(guān)于計(jì)算機(jī)的數(shù)理邏輯理論，圖靈機(jī)也僅是設(shè)想模型。要研發(fā)出真正的電子計(jì)算機(jī)實(shí)際上還有很多重要工作要做，因此稱圖靈為計(jì)算機(jī)之父還是不夠妥當(dāng)，也許人工智能之父的稱呼更適合圖靈。

阿塔納索夫和他的ABC機(jī)也是非常遺憾，如果當(dāng)時(shí)能有機(jī)構(gòu)支持阿塔納索夫的工作以及他能繼續(xù)堅(jiān)持ABC計(jì)算機(jī)的研發(fā)。也許就將改寫計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史。但在他之前有巴貝奇這樣的先驅(qū)，圖靈等人也已經(jīng)建立了計(jì)算機(jī)數(shù)理邏輯理論，阿塔納索夫只需用數(shù)學(xué)及電子工程技術(shù)將計(jì)算機(jī)從理論和設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。而且在制造ABC機(jī)時(shí)，他的助手克里夫德·貝利的貢獻(xiàn)也非常大。雖然后來的ENIAC借鑒了ABC機(jī)的設(shè)計(jì)思路和結(jié)構(gòu)，但它們本身的結(jié)構(gòu)都不太完善。在馮·諾依曼寫出EDVAC報(bào)告后，現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)才算真正設(shè)計(jì)完成。所以阿塔納索夫也不能被稱為計(jì)算機(jī)之父。

馮·諾依曼的貢獻(xiàn)和才華有目共睹，但也必須指出他是以顧問身份參與ENIAC的項(xiàng)目，這一項(xiàng)目的主要實(shí)施者是莫克利和?？颂?。馮·諾依曼最重要的貢獻(xiàn)是寫出EDVAC報(bào)告，正式提出存儲程序概念及計(jì)算機(jī)應(yīng)采用的工作原理及硬件結(jié)構(gòu)。因此顧問身份和最后集大成者才是他真正的定位。

縱觀以上歷史，像計(jì)算機(jī)這樣復(fù)雜精密、功能強(qiáng)大并對人類社會發(fā)展產(chǎn)生重大影響的發(fā)明絕非某個(gè)人憑一己之力就可以發(fā)明創(chuàng)造完成。從理論的構(gòu)建到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)再到具體研發(fā)制造，并最終能制造成功，而且運(yùn)行良好，這背后是無數(shù)科學(xué)家和工程師歷經(jīng)百年的智慧和努力的結(jié)晶。因此將單獨(dú)的某一人稱為計(jì)算機(jī)之父都有些欠妥，這些對計(jì)算機(jī)發(fā)展做出過貢獻(xiàn)的全體科學(xué)家應(yīng)該共同被稱為真正的“計(jì)算機(jī)之父”。

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