如果要评判计算机先驱们对计算机发明所做的贡献,我们应该先找出能够定义计算机本质的特点。从最普遍的意义来说,计算机的定义可以包括从算盘到iPhone(苹果公司的手机)之间的各种设备。但如果从数字革命的诞生历史来看,我们应该遵循现代语言对计算机的定义,比如:
“一台可编程,通常是电子化的设备,能够储存、检索和处理数据。”(韦氏词典)
“一台能够以特定形式接收信息(数据),并按照一组既定而可变的程序性指令(程序)执行一系列运算,最后生成结果的电子设备。”(牛津英语词典)
“一台能够通过编程自动执行一系列算术或逻辑运算的通用型设备。”(维基百科,2014)
也就是说,典型的计算机是一台电子化、通用型和可编程的机器。那么究竟哪一台机器最有资格被称为第一台计算机呢?
乔治·斯蒂比兹的K模型在1937年11月诞生于一张厨房桌子上。贝尔实验室在1940年1月将这个模型制作成一台完整的机器。它是一台二进制的计算机,而且是第一台被远程使用的同类设备。但是它采用了机电继电器,因此它不是完全电子化的设备。它还是一台专用型的计算机,而且不能进行编程。
康拉德·楚泽的Z3计算机在1941年5月完成,它是第一台自动控制、可编程、电子化和二进制的机器。它的设计用途是解决工程学的问题,所以它不是一台通用型的机器。但它后来被证明是一台在理论上图灵完备的机器。它和现代计算机的主要区别在于,它是一台机电设备,需要依靠缓慢的继电器开关运作,而不是采用电子元件。它的另外一个缺点是一直没有完全投入使用。它在1943年盟军对柏林的一次空袭当中被炸毁了。
约翰·文森特·阿塔纳索夫设计的计算机在1942年9月已经完成制作,但它还不是一台完全可行的机器。当时阿塔纳索夫需要进入海军服役,所以他只能搁置这个项目。它是世界上第一台电子数字计算机,但它只采用了部分的电子元件。它在加减法装置中使用了真空管,但是它的储存和数据检索功能是通过机械鼓轮实现的。如果以第一台现代计算机的标准来评价的话,它的其他主要缺点是不可编程和用途单一,它是为了求解线性方程这个专门的任务而制造的。另外,阿塔纳索夫一直无法完全运作它,而且它后来还被废弃在艾奥瓦州州立大学的地下室中。
布莱切利园的巨人一号计算机由麦克斯·纽曼和汤米·弗劳尔斯(得到了艾伦·图灵提供的意见)完成于1943年12月。它是第一台完全电子化、可编程和可运作的数字计算机。然而它不是一台通用型或者图灵完备的机器,它是专门用于破译德军密码的。
霍华德·艾肯和IBM合作建造的计算机——哈佛马克一号在1944年5月投入运作。这是一台可编程的计算机,这点我们会在下一章看到,但它只是一台不含电子元件的机电设备。
普雷斯伯·埃克特和约翰·莫奇利在1945年11月制成了ENIAC,这是世界上第一台完全符合现代计算机特征的机器。它具有完全电子化和超高速运算的特点,而且可以通过接通和拔掉连接不同组件的线缆实现编程功能。它可以根据临时的计算结果改变程序的执行路径,作为一台图灵完备的通用型机器,它在理论上可以执行任何任务。最重要的是,它是可以正常运作的。“这对于一项发明来说是很重要的,”埃克特后来对ENIAC和阿塔纳索夫的机器进行比较的时候说道,“你必须做出一个完整可行的系统。”75 莫奇利和埃克特可以用他们的机器进行一些相当复杂的计算,而且它被持续使用了10年的时间。后来的大部分计算机都是以它为基础进行设计的。
最后一点也是很重要的。当我们要找出某项发明的贡献者,确定谁最值得被历史铭记的时候,其中一个衡量标准是考虑谁的贡献产生了最大的影响力。发明的意义在于为历史的发展做出贡献,以及影响一场变革的形成。如果按照历史影响的标准来评价的话,埃克特和莫奇利是最值得称道的创新者。几乎所有在20世纪50年代出现的计算机都起源于ENIAC。要评价弗劳尔斯、纽曼和图灵的影响是比较困难的,虽然他们的工作一直被列为最高机密,但是他们三人都参与了英国在战后的计算机建设工作。楚泽长期在与外界隔绝的地方进行研究,而且他的重要研究成果都在柏林的空袭中毁于一旦,因此他对计算机发展的影响就更小了。至于阿塔纳索夫,他在这个领域的主要影响(也许是唯一的影响)可能就是为前来访问的莫奇利提供了一些灵感。
1941年6月,莫奇利前往艾奥瓦州进行了为期四天的访问,关于他究竟在这段行程中向阿塔纳索夫收集到了多少灵感的问题后来演变成了一场旷日持久的法律纠纷。这个事件引出了另外一个评判发明所有者的标准,不过这个标准更为着重的是法律意义,而非历史意义:谁最终获得了发明的专利?而对于第一台计算机来说,没有人持有它的专利。但是造成这个结果的原因是埃克特和莫奇利的专利在经过一场充满争议的官司之后被撤销了。76
这个传奇故事开始于1947年,当时已经离开宾夕法尼亚大学的埃克特和莫奇利为他们联手建造的ENIAC申请了一项专利,他们最终在1964年获得专利(当时的专利申请处理流程相当缓慢)。在此之前,埃克特和莫奇利成立的公司和它的专利权已经被雷明顿·兰德(Remington Rand)公司收购了,后者在这时已经更名为斯佩里·兰德(Sperry Rand)。在获得专利之后,斯佩里·兰德开始敦促其他公司向其缴纳专利授权费用。IBM和贝尔实验室都与它达成了授权协议,但是霍尼韦尔(Honeywell)公司拒绝合作,并开始想方设法质疑这项专利的合法性。它聘请了一位叫作查尔斯·考尔(Charles Call)的新晋律师,他拥有工程学学位,并且曾经在贝尔实验室工作过。他的任务是证明埃克特和莫奇利的想法并非原创,并以此推翻他们的专利。
霍尼韦尔公司之前已经派遣过一位律师前往艾奥瓦州州立大学,对阿塔纳索夫在那里制造的计算机进行了详细调查。根据这位律师提供的线索,考尔拜访了当时住在马里兰州的阿塔纳索夫。在听到考尔对自己的计算机的了解之后,阿塔纳索夫感到很欣慰,同时为自己一直没有得到应得的名誉而愤愤不平。于是他向考尔交出了数百份信件和文件,这些资料展示了莫奇利是如何从艾奥瓦州的访问中获取灵感的。当天晚上,考尔驾车前往华盛顿,参加莫奇利主持的一个讲座。他在讲座上向莫奇利提出了一个关于阿塔纳索夫计算机的问题,莫奇利在回答中坚称自己几乎没有仔细观察过它。考尔意识到如果可以在庭审中让莫奇利在证词中说出这番话,那么他就可以利用阿塔纳索夫的证据来质疑他的可信性。
莫奇利在几个月之后发现阿塔纳索夫可能正在协助霍尼韦尔推翻自己的专利,于是他亲自前往马里兰州拜访阿塔纳索夫,同行的还有一位斯佩里·兰德聘请的律师。这是一次气氛尴尬的会面。莫奇利声称自己在艾奥瓦州的访问过程中没有仔细阅读阿塔纳索夫的论文,也没有详细观察过他的计算机,但是阿塔纳索夫冷淡地否认了这些说法。莫奇利还留在了阿塔纳索夫的家中吃晚饭,试图继续讨好对方,然而最后还是无功而返。
1971年6月,双方最终在明尼阿波利斯市的联邦法院对簿公堂,主持这场审讯的是联邦法官厄尔·拉尔森(Earl Larson)。事实证明法庭上的莫奇利是一个糟糕的证人。他以自己的记性差为理由,对自己在访问艾奥瓦州期间的见闻支吾以对,而且还不断重复自己在之前已经提出过的证言,例如他声称自己只在昏暗的灯光下看到被部分遮盖的阿塔纳索夫计算机。相比之下,阿塔纳索夫的证言则有力得多。他描述了自己当年所制作的机器,展示了一个模型,并指出了他被莫奇利借鉴的具体想法。这个案件总共传唤了77位证人出庭做证,另外还有80位证人进行了庭外做证,记录在案的证物多达32 600件。整场审讯持续了超过9个月的时间,成为到当时为止历时最长的一场联邦审讯。
拉尔森法官花了另外19个月的时间完成最终判决,并在1973年10月公布此案的判决书,他在其中裁定埃克特和莫奇利的ENIAC专利是无效的:“埃克特和莫奇利本身不是首先发明自动电子数字计算机的人,他们只是继承了约翰·文森特·阿塔纳索夫博士的想法。”77 斯佩里没有对这个判决提出上诉,而是选择与霍尼韦尔庭外和解。[4]
这位法官的看法无疑是十分详尽的(判决书长达248页),但他忽视了这两台机器之间的一些重要区别。其实莫奇利向阿塔纳索夫借鉴的想法没有法官想象中的多。例如,阿塔纳索夫的电子电路使用的是二进制逻辑,而莫奇利采用的是十进制的计数器。如果埃克特和莫奇利当时申请的专利涵盖范围没有那么全面的话,他们也许能够逃过这一劫。
尽管这个案件仍然没有确定(即使是在法律上)谁对现代计算机的发明做出了最大的贡献,但是它确实发挥了两个重要的作用:它不仅将阿塔纳索夫从被遗忘的边缘重新带回了历史的舞台;而且虽然这可能不是法官本人或者案件双方的本意,但它还是明确证明了伟大的创新通常都是由多个创造者的想法融合而成的结果。一项发明,尤其是像计算机这样复杂的发明,通常都不是一个人的神来之笔,而是多人协作编织而成的创意图案。莫奇利曾经与许多人进行过交流,这点可能会使他的专利更难站得住脚,但是这样丝毫也不会降低他的影响力。
在值得被称为计算机发明者的人员名单当中,莫奇利和埃克特应当排在第一位,不是因为所有关于计算机的想法都是他们原创的,而是因为他们有能力将不同来源的想法聚集在一起,然后加入他们自己的创意,并建立一支合适的团队来执行他们的想法,而且他们对计算机的后续发展也产生了最为深远的影响。他们建造的机器是第一台通用型的电子计算机。“阿塔纳索夫也许在法庭上赢下了一分,但他后来还是回去继续当老师了,而我们却仍然站在前线建造第一台真正可编程的电子计算机。”埃克特后来指出了这点。78
在计算机的发明历程当中,图灵也是功不可没的,因为他提出了通用型计算机的概念,后来更亲自加入了布莱切利园的计算机研发团队当中。至于其他人对计算机历史产生的贡献大小,你可以根据自己看重的标准进行判断。如果你着迷于那些独立发明家的传奇故事的话,那么你可能会将阿塔纳索夫和楚泽放到很高的地位。但是我们从计算机的诞生可以得到的主要经验是:创新通常都是一项团队工作,它需要远见者和工程师之间的协作,而且创意是一个集思广益的成果。这样的情景只会出现在故事书里面:在地下室、阁楼或者车库之中,有一个人突然灵光一闪,或者是在脑袋旁边亮起了一个小灯泡——一项发明就此诞生。
在哈佛大学,霍华德·艾肯和格雷斯·霍珀(1906——1992)与巴贝奇差分机的部分模型,照片摄于1946年
琼·詹宁斯和弗朗西斯·比拉斯与ENIAC
琼·詹宁斯(1924—2011),照片摄于1945年
贝蒂·斯奈德(1917—2001),照片摄于1944年
[1] 费马大定理:当整数n>2时,方程an +bn = cn 没有正整数解。
[2] 哥德巴赫猜想:任一大于2的偶数都可以写成两个质数之和。
[3] 考拉兹猜想:对于每一个正整数,如果它是奇数,则对它乘3再加1,如果它是偶数,则对它除以2,如此循环,最终都能得到1。