別驚訝,華羅庚不僅是數學家,還是中國計算機事業的奠基人!

計算機,無疑是二十世紀以來持續發展時間最長、進步最快的行業。

60 年前,中國第一臺計算機“103 機”製造成功。它的性能指標,以現在的標準來看更“原始”得難以想象——每秒30 次。不過,正是從“103機”開始的中國第一代計算機,承擔了“兩彈一星”研製過程中的大量關鍵運算,是“兩彈一星”的幕後英雄、不為人所知的國之重器。

別驚訝,華羅庚不僅是數學家,還是中國計算機事業的奠基人!

103計算機,共生產了48臺。60年後的今天,完整的103計算機僅存一臺,位於山東曲阜。

中國最早的計算機是如何誕生的?必須提到一個大名鼎鼎的名字——華羅庚。鮮為人知的是,這位舉世皆知的數學家,還是中國計算機事業的奠基人。

1950年3月,來自美國的“克利夫蘭總統號”郵輪航抵香港。一個留美歸國的學者下了船,隨後寫了兩封信發出。一封是寫給普林斯頓高等研究院院長奧本海默,信中說:“請您和數學系的同仁放心,我已安全抵達香港。我預備在這裡停留十天然後直接去北京……”另一封《致中國全體留美學生的公開信》則通過新華社向全世界播發,這位學者在信中呼籲:“朋友們,梁園雖好,非久居之地。歸去來兮!為了抉擇真理……為了國家民族,我們應當回去……為我們偉大祖國的建設和發展而奮鬥!”

這是這位學者在新中國的媒體上第一次發表文章,從此,數學家華羅庚的名字在新中國的土地上家喻戶曉。

幾天後,華羅庚偕婦將子,經羅湖橋返回大陸。當時那段路很難走,華羅庚年輕時染病,腿有殘疾,一瘸一拐地提著個大箱子走得很辛苦。兒子華陵便問箱子裡是什麼,華羅庚答曰:計算機資料。

別驚訝,華羅庚不僅是數學家,還是中國計算機事業的奠基人!

華羅庚

華羅庚是1946年9月赴美國普林斯頓高等研究院進行訪問的。他原本是和化學家曾昭掄、物理學家吳大猷一起,受國民政府委派到那裡研習原子彈的製造技術。可是國民政府和這些中國科學家的想法實在太“簡單”了。原子彈是美國剛剛掌握並用以贏得二戰的終極武器,怎麼可能為外人道哉?

國民政府的“原子彈研習計劃”碰了一鼻子灰。不過,這幾位中國科學家當時在國際上也有一定聲望,華羅庚在普林斯頓高等研究院做數學研究,並先後在美國多所大學任教。正是在普林斯頓高等研究院,華羅庚接觸到了剛剛起步的電子計算機技術。

普林斯頓高等研究院教授馮·諾依曼非常欣賞華羅庚在數學上的造詣和成就,兩個人有著密切交往。馮·諾依曼被稱為二十世紀最偉大的全才之一,在數學、經濟學、物理等領域均有很高建樹。而他最著名的稱號是“計算機之父”。

美國賓夕法尼亞大學1946年研製ENIAC計算機,多被認為是世界上第一臺電子計算機。原北京市信息產業協會秘書長、計算機史學者徐祖哲介紹,真正意義上的第一臺電子計算機,實際上是美國愛荷華州立大學研製的ABC計算機,時間大約是1939年,不過並沒有實際應用。直到1973年,ABC機才被認定為世界上第一臺電子計算機。

馮·諾依曼不是第一臺電子計算機的發明人,在ENIAC計算機的研製過程中,馮·諾依曼也是“半路出家”。

ENIAC計算機是受美國軍方委託,在1942年開始研製的。1944年時,正在參與研製原子彈的馮·諾依曼,帶著原子彈研製過程中遇到的大量計算問題,加入了研製小組。1945年,他們在共同討論的基礎上,發表了一個全新的存儲程序通用電子計算機(英文縮寫EDVAC)方案。馮·諾依曼則起草了《關於EDVAC的報告草案》總結報告。

馮·諾依曼對EDVAC方案中的兩大設計思想,為計算機的設計樹立了一座里程碑。設計思想之一是二進制,他根據電子元件雙穩工作的特點,建議在電子計算機中採用二進制,並預言二進制的採用將大大簡化機器的邏輯線路。設計思想之二,計算機基本工作原理是存儲程序和程序控制。

這份報告是計算機發展史上一個劃時代的文獻,它向世界宣告:電子計算機的時代開始了。時至今日,計算機行業的發展天翻地覆,但馮·諾依曼提出的兩大設計思想,仍是最基本的計算機工作原理。

ENIAC計算機並非EDVAC方案的產物,它仍採用十進制,沒有存儲器,控制方式不是程序而是人工佈線接板。這個佔地面積約170平方米、重約30噸的龐然大物,每秒能執行5000次加法或400次乘法的運算。

以現在的眼光來看,這當然微不足道,但在當時可是了不起的成就。它的運算速度已經是機電式計算機的1000倍,人工運算的20萬倍!

華羅庚在美國接觸到計算機的時候,正是這個剛剛誕生的學科醞釀巨大變革的時候。ENIAC計算機剛剛研製成功,馮·諾依曼提出劃時代的EDVAC設計思想僅僅一年,真正的EDVAC計算機要到1951年才開始運行。

幸而,華羅庚以數學家的遠見卓識,敏銳地意識到計算機的遠大發展前景。馮·諾依曼帶著他參觀實驗室,探討學術問題,華羅庚心裡盤算的,是怎麼把計算機研究帶回中國去。

華羅庚囫圇吞棗地收集了大量計算機資料,帶著它們踏上了歸國之路。只是,美國也已經意識到計算機技術的意義,核心技術絕不外傳,能蒐集到的公開出版物,或僅僅是淺顯皮毛,或並非現代計算機發展方向,實際應用價值並不大。

這不要緊,華羅庚帶回國的是眼界和決心。他沒有參與中國計算機研製的實際工作,卻為中國計算機開拓了前路。

1951年1月,華羅庚被任命為籌建中的中科院數學所所長,他在工作報告中寫道:“我們希望在三五年內能有計算數學所需要配備的各種機器,能有善於操縱並瞭解其結構的人才。”

這裡所說的“人才”,指的就是計算機人才。在現在,這個問題簡直太容易解決了,但是在1952年,這幾乎就是一個不可能完成的任務。中國不但連一臺計算機也沒有,而且也沒有一個人具備專業的計算機知識。

新中國建立伊始,百廢待興,當今國人引以為傲的科技成就,無不是在一窮二白的基礎上“白手起家”。其中,中國計算機的源點也許是最低的——完完全全地從零開始。

比如“兩彈一星”,同樣是在新中國成立之後“白手起家”,畢竟有錢學森、錢三強等一大批世界一流的物理學家投身其中。而計算機還是個新興學科,計算機專家在全世界也是鳳毛麟角。在中國,不要說專門的計算機人才,就是見過計算機實物的,一個巴掌就能數得過來。

華羅庚尋找中國的計算機人才,只能從其它相近的領域裡物色。他最先相中的是清華大學電機系電訊網絡研究室主任閔乃大。

閔乃大1932年畢業於清華大學電機系,後赴德留學,獲博士學位,是電訊網絡專家。當時的電訊網絡設備,所用的元器件和工作方式,與最初的電子計算機多有相通或相似之處。

適逢全國高等學校院系調整,閔乃大所在的清華大學電機系電訊網絡研究室被撤銷。華羅庚覺得這是調動閔乃大到數學所研究計算機的好機會,於是登門求賢。

不料閔乃大卻沒有答應。計算機畢竟非閔乃大所學,他也只是在國外時有所耳聞而已。而且,他當時正忙著寫電訊網絡專著,一時騰不出時間。不過,他給華羅庚推薦了兩位清華大學電機系電訊網絡研究室的同事,一位是留學英國的愛丁堡大學博士夏培肅,一位是清華電機系的高材生王傳英。

別驚訝,華羅庚不僅是數學家,還是中國計算機事業的奠基人!

夏培肅

夏培肅不但答應調到數學所研究計算機,而且又轉回頭去,幫華羅庚說服了閔乃大。不久,華羅庚安排閔乃大、夏培肅和王傳英從清華大學調入中國科學院數學所,由這三人成立計算機研究小組——中國計算機研製的序幕拉開了。

“那時候一切都從零開始,什麼都沒有!” 夏培肅曾這樣回憶中國計算機的初創時期。

最大的困難,是當時中國找不到一本系統、完整地介紹計算機原理的書。夏培肅等人只能到圖書館查找英文期刊,從上面零零星星地蒐羅相關的內容。當時沒有複印設備,所有的內容只能他們自己一個字一個字地抄錄下來。

他們掌握了計算機的原理後,開始對計算所需的基本邏輯電路進行實驗,而絕大部分的實驗設備、元器件,都不是數學所的必備物品。夏培肅曾經回憶“隔行如隔山”造成的一個笑話:“我們實驗需要用一種毫安單位的電流表,委託數學所的採購員去買。結果他買回了一個家用的電錶。後來我們需要什麼東西都是自己去買,有時候甚至到舊貨市場去找。”

儘管如此,計算機研究小組還是展現了極高的熱忱和效率。1953年3月,閔乃大執筆完成了《電子計算機研究的設想和規劃》,提出製造一臺電子管串行計算機的設想,其規模與當時美國、英國剛完成不久的EDVAC和EDSAC相當。

1954年,計算機組從數學所調整到中科院物理研究所。計算機組調入物理所,很大程度上與中國另一項剛剛起步的國家工程相關——核武器。實際上,早期計算機的發展本就與核武器研製密不可分,美、蘇計算機研製成功後,都直接應用到核武器研製中。當時的中國既沒有計算機,也沒有掌握核武器,但已經意識到二者的關係。事後證明,中國的計算機對核武器研製做出了無可替代的貢獻。

計算機研究組也在不斷壯大,從最初的三人發展到數十人的規模。只是,有人來也有人走。1958年,閔乃大隨德國妻子去德國定居,王傳英被派往蘇聯留學,改學原子能專業。最初的計算機研究三人小組,只有夏培肅一直耕耘在中國計算機領域。她編寫了第一本計算機講義,眾多的英文專業術語經她翻譯為中文,沿用至今;她培養了中國第一代專業計算機人才,許多人後來成為我國計算機界的領軍人物;她完成了中國第一個電子計算器和控制器的設計,主持研製了中國首臺自行設計的通用電子計算機……直到20世紀90年代中期,她還擔任著國家“高性能計算機中的若干關鍵問題的基礎性研究”的首席科學家。此後,已經年逾古稀的夏培肅沒有再牽頭搞項目,但是她仍繼續自己的研究,關注點仍是計算機領域的最前沿——量子計算機。

2014年,夏培肅逝世,享年91歲。夏培肅一生淡泊名利,處事低調,只有在她的學生、後輩的大量深情懷念文章中,非計算機領域的人們才知道了這位堪稱傳奇的女科學家,知道了“中國計算機之母”。

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