誰才是真正的“計算機之父”

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

【關鍵詞】 計算機之父；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，世界上公認的第一臺電子計算機是1946年誕生于美國賓夕法尼亞大學的“ENIAC”。也正式開啟了一個計算機及信息技術大發展的時代。

ENIAC的誕生，標志著一個計算機及信息技術大發展的時代正式開啟，計算機也成為人類二十世紀科學技術發展進程中最杰出的成就之一。進入二十一世紀，新的世紀成為信息科技的時代，以計算機為代表的信息技術飛速發展，計算機成為現代信息社會發展的主要原動力，因此如何強調其重要性都不為過。但如此重要及偉大的“計算機”是如何被發明出來的，以及它真正的發明者是誰呢？

ENIAC的主要研發者是約翰·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）也曾加入研發小組，并在其中也發揮了重要作用，提出存儲程序、二進制、硬件結構等計算機基本原理。因此很多教科書上稱馮·諾依曼為計算機之父。

如果深入了解計算機的發展歷史，就會發現這一“稱號”并不是那么確定。比如有些計算機書籍或網絡上也稱阿蘭·圖靈（Alan Mathison Turing）為計算機（科學）之父。另外，也有人將十九世紀英國數學家巴貝奇（Charles Babbage）以及二十世紀美國科學家阿塔納索夫（John Vincent Atanasoff）稱為計算機之父。

這么多“計算機之父”，到底誰才是真正的計算機之父？本研究先簡要介紹以上幾人對計算機領域做出的貢獻，然后再就這一問題做出總結。

二、諸位“計算機之父”

（一）查爾斯·巴貝奇（1791—1871），英國數學家、發明家、機械工程師

巴貝奇在從事各種數學用表的制作工作中發現人工進行數據運算的繁重和易出錯。因此設想用機械設備來代替人工運算。1822年，巴貝奇發表了一篇名為《論機械在天文及數學用表計算中的應用》的論文，并隨后制作了一臺簡單的機械運算器樣機——差分機。所謂“差分”法可以將多項式函數、對數函數或三角函數等高階計算降階，簡化為加法，大大簡化計算，進而可以使機械利用差分原理和加法來進行很多復雜的數學運算。

第一臺差分機樣機還比較原始，因此巴貝奇向英國政府申請撥款，希望能做出實用產品，徹底解決制表難題。但隨后他遇到了很大的困難，因為差分機從設計繪圖到機械零件加工，都需巴貝奇親自動手完成。由于當時工業技術水平低下，滿足不了制作各種零件的精密要求，因此十余年后差分機仍然沒有完工。此時巴貝奇又進一步提出制造更高級的通用計算分析機的設想，其中分析機的構造包括存貯、運算室和控制部分、送入送出等部件，已經比較接近現代計算機的硬件結構。但遺憾的是，無論差分機和分析機最終都沒制造成功。直到二十世紀九十年代，英國倫敦科學博物館使用巴貝奇的設想和遺留的圖紙，用機械技術建造完成了一臺完整的差分機。它由8000多個部件組成，重5噸，長約335厘米。這臺機器工作良好，證明了巴貝奇設想的可行性。

（二）阿蘭·圖靈（1912—1954），英國數學家、邏輯學家

1936年5月，圖靈在英國權威數學雜志《倫敦數學協會會刊》上發表了一篇重要論文《論可計算數在判定問題中的應用》（On Computable Numbers，with an Application to the Entscheidungsproblem），并提出著名的“圖靈機（Turing Machine）”的構想。這篇論文及圖靈隨后發表的數篇論文對此后計算機科學及人工智能的發展起到了重大的作用。

他后來提出了著名的“圖靈測試”。隨后發表的論文《計算機和智能》（Computing Machinery and Intelligence），對計算機及人工智能理論也產生了深遠的影響。

由于其在計算機數理邏輯及人工智能理論領域的開創貢獻，所以圖靈也被很多人稱為“計算機（科學）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，時任美國愛荷華州立大學教授的阿塔納索夫與其助手克里夫德·貝利（Clifford Berry），在經費極其有限，并且沒有任何官方機構的支持下，開始設計并制造計算機，到1940年，他所設想的計算機原型已經基本制造成功。

這臺被后世稱為ABC的計算機（以阿塔納索夫、貝利及計算機的首字母組成），主要部件由電子元件構成，另外還包括一些機械裝置，電路系統中裝有300個電子真空管執行數字計算與邏輯運算，使用電容器來進行數值存儲，數據輸入采用打孔讀卡方法，還采用了二進位制。因此，ABC的設計中已經包含了現代計算機中幾個最重要的基本概念，從這個角度來說它可以算是現代最早的電子計算機之一。

但遺憾的是ABC只是一臺樣機，如果要繼續完善并得到大規模應用，必須得到更多資金及專利的支持，由于愛荷華大學當時并沒有認識到ABC機蘊含的價值，并不支持阿塔納索夫的工作，再加上其他一些原因，導致ABC機隨后陷入停滯狀態。

隨后，美國參加二戰，阿塔納索夫放下自己的事業，轉而投身軍隊為國效力，開始在海軍兵工實驗室工作。因此ABC機漸漸被他擱置遺忘，而愛荷華大學也將ABC機拆成零件后轉為它用。

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機的設計和構想告訴過對方，據說他甚至把主要設計構造畫在一張餐巾紙上交給了莫克利。此事應該對莫克利啟發幫助極大，1943年，莫克利和埃克特在美國軍方彈道實驗室的撥款支持下，在賓夕法尼亞大學莫爾學院開始研制電子計算機，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算機的發明者，其后創辦了自己的公司，從事電子機械行業。直到1971年一家公司因為專利費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機重新引發關注。

1973年10月19日，美國聯邦法院在經過詳細調查和135次開庭審理之后，認為ENIAC使用了ABC的基本設計思想和電路結構，因此撤銷了莫克利和埃克特對于ENIAC的專利權。但遺憾的是因為已經過去很多年，而且當時震驚美國的水門事件曝光正酣，判決結果并沒有被世人關注，以致到今天阿塔納索夫的成就也沒有得到應有的評價。

（四）馮·諾依曼（1903—1957），美籍匈牙利人，著名的數學及多領域科學家

1930年，馮·諾依曼受邀到美國普林斯頓大學任教，他前期主要從事數學理論研究，從1940年后，開始轉向應用數學，因其深厚的數學功底，再加上驚人天賦，馮·諾依曼在量子力學、經濟學、軍事和計算機等眾多領域做出了卓越貢獻。

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算工作，他開始對能代替人工的運算設備產生興趣。這時他巧遇美國彈道實驗室的軍方負責人戈爾斯坦，其正參與ENIAC的研制工作。于是馮·諾依曼正好被戈爾斯坦介紹加入ENIAC研制組。

此時ENIAC項目的主要負責人是莫克利和埃克特，而且總體設計已經完成并進入硬件實現階段，因此馮·諾依曼主要擔任顧問角色。由于當時正在研制中的ENIAC使用外接電路方式設置程序，既費時又費力，經過思考和討論后，他提出這樣一個設想：程序能不能像數據一樣，通過穿孔介質輸入之后長期駐存在機器內部的存儲器中呢？因此在ENIAC還未建成之際，研制一臺可以存儲程序的新計算機的申請就提交給了美國軍方。這臺新機器名叫電子離散變量自動計算機（Electronic Discrete Variable Automatic Computer），簡稱EDVAC。1945年6月，馮·諾依曼寫了一篇長達101頁，影響計算機發展走向的《EDVAC報告書的第一份草案》（First Draft of a Report on the EDVAC）。這份報告詳述了EDVAC及現代計算機的基本設計思想、結構組成及工作原理。內容主要包括1.計算機使用二進制運算及表示數據；2.存儲程序和程序控制原理；3.計算機硬件由運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出五大系統組成。

這份報告奠定了現代計算機的基本結構和工作原理，產生劃時代的影響。是對當時計算機設計思想的高度總結和提煉。因此這種計算機結構后來被稱為馮·諾依曼結構。

ENIAC誕生后，馮·諾依曼和莫克利等人繼續著手研制EDVAC計算機。但遺憾的是，由于各種原因，導致EDVAC研發遲緩，直到1951年才制造完畢。而這時英國人已經率先利用馮·諾依曼的EDVAC報告于1949年研發成功世界上第一臺具有存儲程序功能的計算機EDSAC。此后基于馮·諾依曼結構的各種計算機被蓬勃研發和制造，世界也進入全新的電子計算機時代。

三、總結

以上四位科學家對計算機都做出了杰出的貢獻。巴貝奇最早提出可計算數的概念并設計出差分機和分析機。但遺憾的是，由于十九世紀工業科技的落后，差分機和分析機當時并沒有被制造成功。如果巴貝奇晚生一個世紀也許會取得更大的成就。這也說明研制計算機不光需要理論，更需要相應機械或電子技術的支持才能最終將設想變為實現。因此巴貝奇更應該被稱為計算機（科學）先驅。

圖靈在可計算數、計算機數理邏輯、機器（人工）智能等領域貢獻巨大，為計算機數理邏輯及智能理論奠定了基礎，如果沒有他的貢獻，也許計算機在此后很長一段時間，還是只能處理數字的簡單計算工具，因此有人形象地稱是圖靈給予了計算機靈魂，而計算機科學領域的最高獎項——圖靈獎，就是對圖靈貢獻的最大肯定。但圖靈只是提出關于計算機的數理邏輯理論，圖靈機也僅是設想模型。要研發出真正的電子計算機實際上還有很多重要工作要做，因此稱圖靈為計算機之父還是不夠妥當，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機也是非常遺憾，如果當時能有機構支持阿塔納索夫的工作以及他能繼續堅持ABC計算機的研發。也許就將改寫計算機的發展歷史。但在他之前有巴貝奇這樣的先驅，圖靈等人也已經建立了計算機數理邏輯理論，阿塔納索夫只需用數學及電子工程技術將計算機從理論和設想變為現實。而且在制造ABC機時，他的助手克里夫德·貝利的貢獻也非常大。雖然后來的ENIAC借鑒了ABC機的設計思路和結構，但它們本身的結構都不太完善。在馮·諾依曼寫出EDVAC報告后，現代電子計算機的基本結構才算真正設計完成。所以阿塔納索夫也不能被稱為計算機之父。

馮·諾依曼的貢獻和才華有目共睹，但也必須指出他是以顧問身份參與ENIAC的項目，這一項目的主要實施者是莫克利和埃克特。馮·諾依曼最重要的貢獻是寫出EDVAC報告，正式提出存儲程序概念及計算機應采用的工作原理及硬件結構。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，像計算機這樣復雜精密、功能強大并對人類社會發展產生重大影響的發明絕非某個人憑一己之力就可以發明創造完成。從理論的構建到結構設計再到具體研發制造，并最終能制造成功，而且運行良好，這背后是無數科學家和工程師歷經百年的智慧和努力的結晶。因此將單獨的某一人稱為計算機之父都有些欠妥，這些對計算機發展做出過貢獻的全體科學家應該共同被稱為真正的“計算機之父”。

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