别惊讶,华罗庚不仅是数学家,还是中国计算机事业的奠基人!

计算机,无疑是二十世纪以来持续发展时间最长、进步最快的行业。

60 年前,中国第一台计算机“103 机”制造成功。它的性能指标,以现在的标准来看更“原始”得难以想象——每秒30 次。不过,正是从“103机”开始的中国第一代计算机,承担了“两弹一星”研制过程中的大量关键运算,是“两弹一星”的幕后英雄、不为人所知的国之重器。

103计算机,共生产了48台。60年后的今天,完整的103计算机仅存一台,位于山东曲阜。

中国最早的计算机是如何诞生的?必须提到一个大名鼎鼎的名字——华罗庚。鲜为人知的是,这位举世皆知的数学家,还是中国计算机事业的奠基人。

1950年3月,来自美国的“克利夫兰总统号”邮轮航抵香港。一个留美归国的学者下了船,随后写了两封信发出。一封是写给普林斯顿高等研究院院长奥本海默,信中说:“请您和数学系的同仁放心,我已安全抵达香港。我预备在这里停留十天然后直接去北京……”另一封《致中国全体留美学生的公开信》则通过新华社向全世界播发,这位学者在信中呼吁:“朋友们,梁园虽好,非久居之地。归去来兮!为了抉择真理……为了国家民族,我们应当回去……为我们伟大祖国的建设和发展而奋斗!”

这是这位学者在新中国的媒体上第一次发表文章,从此,数学家华罗庚的名字在新中国的土地上家喻户晓。

几天后,华罗庚偕妇将子,经罗湖桥返回大陆。当时那段路很难走,华罗庚年轻时染病,腿有残疾,一瘸一拐地提着个大箱子走得很辛苦。儿子华陵便问箱子里是什么,华罗庚答曰:计算机资料。

华罗庚

华罗庚是1946年9月赴美国普林斯顿高等研究院进行访问的。他原本是和化学家曾昭抡、物理学家吴大猷一起,受国民政府委派到那里研习原子弹的制造技术。可是国民政府和这些中国科学家的想法实在太“简单”了。原子弹是美国刚刚掌握并用以赢得二战的终极武器,怎么可能为外人道哉?

国民政府的“原子弹研习计划”碰了一鼻子灰。不过,这几位中国科学家当时在国际上也有一定声望,华罗庚在普林斯顿高等研究院做数学研究,并先后在美国多所大学任教。正是在普林斯顿高等研究院,华罗庚接触到了刚刚起步的电子计算机技术。

普林斯顿高等研究院教授冯·诺依曼非常欣赏华罗庚在数学上的造诣和成就,两个人有着密切交往。冯·诺依曼被称为二十世纪最伟大的全才之一,在数学、经济学、物理等领域均有很高建树。而他最著名的称号是“计算机之父”。

美国宾夕法尼亚大学1946年研制ENIAC计算机,多被认为是世界上第一台电子计算机。原北京市信息产业协会秘书长、计算机史学者徐祖哲介绍,真正意义上的第一台电子计算机,实际上是美国爱荷华州立大学研制的ABC计算机,时间大约是1939年,不过并没有实际应用。直到1973年,ABC机才被认定为世界上第一台电子计算机。

冯·诺依曼不是第一台电子计算机的发明人,在ENIAC计算机的研制过程中,冯·诺依曼也是“半路出家”。

ENIAC计算机是受美国军方委托,在1942年开始研制的。1944年时,正在参与研制原子弹的冯·诺依曼,带着原子弹研制过程中遇到的大量计算问题,加入了研制小组。1945年,他们在共同讨论的基础上,发表了一个全新的存储程序通用电子计算机(英文缩写EDVAC)方案。冯·诺依曼则起草了《关于EDVAC的报告草案》总结报告。

冯·诺依曼对EDVAC方案中的两大设计思想,为计算机的设计树立了一座里程碑。设计思想之一是二进制,他根据电子元件双稳工作的特点,建议在电子计算机中采用二进制,并预言二进制的采用将大大简化机器的逻辑线路。设计思想之二,计算机基本工作原理是存储程序和程序控制。

这份报告是计算机发展史上一个划时代的文献,它向世界宣告:电子计算机的时代开始了。时至今日,计算机行业的发展天翻地覆,但冯·诺依曼提出的两大设计思想,仍是最基本的计算机工作原理。

ENIAC计算机并非EDVAC方案的产物,它仍采用十进制,没有存储器,控制方式不是程序而是人工布线接板。这个占地面积约170平方米、重约30吨的庞然大物,每秒能执行5000次加法或400次乘法的运算。

以现在的眼光来看,这当然微不足道,但在当时可是了不起的成就。它的运算速度已经是机电式计算机的1000倍,人工运算的20万倍!

华罗庚在美国接触到计算机的时候,正是这个刚刚诞生的学科酝酿巨大变革的时候。ENIAC计算机刚刚研制成功,冯·诺依曼提出划时代的EDVAC设计思想仅仅一年,真正的EDVAC计算机要到1951年才开始运行。

幸而,华罗庚以数学家的远见卓识,敏锐地意识到计算机的远大发展前景。冯·诺依曼带着他参观实验室,探讨学术问题,华罗庚心里盘算的,是怎么把计算机研究带回中国去。

华罗庚囫囵吞枣地收集了大量计算机资料,带着它们踏上了归国之路。只是,美国也已经意识到计算机技术的意义,核心技术绝不外传,能搜集到的公开出版物,或仅仅是浅显皮毛,或并非现代计算机发展方向,实际应用价值并不大。

这不要紧,华罗庚带回国的是眼界和决心。他没有参与中国计算机研制的实际工作,却为中国计算机开拓了前路。

1951年1月,华罗庚被任命为筹建中的中科院数学所所长,他在工作报告中写道:“我们希望在三五年内能有计算数学所需要配备的各种机器,能有善于操纵并了解其结构的人才。”

这里所说的“人才”,指的就是计算机人才。在现在,这个问题简直太容易解决了,但是在1952年,这几乎就是一个不可能完成的任务。中国不但连一台计算机也没有,而且也没有一个人具备专业的计算机知识。

新中国建立伊始,百废待兴,当今国人引以为傲的科技成就,无不是在一穷二白的基础上“白手起家”。其中,中国计算机的源点也许是最低的——完完全全地从零开始。

比如“两弹一星”,同样是在新中国成立之后“白手起家”,毕竟有钱学森、钱三强等一大批世界一流的物理学家投身其中。而计算机还是个新兴学科,计算机专家在全世界也是凤毛麟角。在中国,不要说专门的计算机人才,就是见过计算机实物的,一个巴掌就能数得过来。

华罗庚寻找中国的计算机人才,只能从其它相近的领域里物色。他最先相中的是清华大学电机系电讯网络研究室主任闵乃大。

闵乃大1932年毕业于清华大学电机系,后赴德留学,获博士学位,是电讯网络专家。当时的电讯网络设备,所用的元器件和工作方式,与最初的电子计算机多有相通或相似之处。

适逢全国高等学校院系调整,闵乃大所在的清华大学电机系电讯网络研究室被撤销。华罗庚觉得这是调动闵乃大到数学所研究计算机的好机会,于是登门求贤。

不料闵乃大却没有答应。计算机毕竟非闵乃大所学,他也只是在国外时有所耳闻而已。而且,他当时正忙着写电讯网络专著,一时腾不出时间。不过,他给华罗庚推荐了两位清华大学电机系电讯网络研究室的同事,一位是留学英国的爱丁堡大学博士夏培肃,一位是清华电机系的高材生王传英。

夏培肃

夏培肃不但答应调到数学所研究计算机,而且又转回头去,帮华罗庚说服了闵乃大。不久,华罗庚安排闵乃大、夏培肃和王传英从清华大学调入中国科学院数学所,由这三人成立计算机研究小组——中国计算机研制的序幕拉开了。

“那时候一切都从零开始,什么都没有!” 夏培肃曾这样回忆中国计算机的初创时期。

最大的困难,是当时中国找不到一本系统、完整地介绍计算机原理的书。夏培肃等人只能到图书馆查找英文期刊,从上面零零星星地搜罗相关的内容。当时没有复印设备,所有的内容只能他们自己一个字一个字地抄录下来。

他们掌握了计算机的原理后,开始对计算所需的基本逻辑电路进行实验,而绝大部分的实验设备、元器件,都不是数学所的必备物品。夏培肃曾经回忆“隔行如隔山”造成的一个笑话:“我们实验需要用一种毫安单位的电流表,委托数学所的采购员去买。结果他买回了一个家用的电表。后来我们需要什么东西都是自己去买,有时候甚至到旧货市场去找。”

尽管如此,计算机研究小组还是展现了极高的热忱和效率。1953年3月,闵乃大执笔完成了《电子计算机研究的设想和规划》,提出制造一台电子管串行计算机的设想,其规模与当时美国、英国刚完成不久的EDVAC和EDSAC相当。

1954年,计算机组从数学所调整到中科院物理研究所。计算机组调入物理所,很大程度上与中国另一项刚刚起步的国家工程相关——核武器。实际上,早期计算机的发展本就与核武器研制密不可分,美、苏计算机研制成功后,都直接应用到核武器研制中。当时的中国既没有计算机,也没有掌握核武器,但已经意识到二者的关系。事后证明,中国的计算机对核武器研制做出了无可替代的贡献。

计算机研究组也在不断壮大,从最初的三人发展到数十人的规模。只是,有人来也有人走。1958年,闵乃大随德国妻子去德国定居,王传英被派往苏联留学,改学原子能专业。最初的计算机研究三人小组,只有夏培肃一直耕耘在中国计算机领域。她编写了第一本计算机讲义,众多的英文专业术语经她翻译为中文,沿用至今;她培养了中国第一代专业计算机人才,许多人后来成为我国计算机界的领军人物;她完成了中国第一个电子计算器和控制器的设计,主持研制了中国首台自行设计的通用电子计算机……直到20世纪90年代中期,她还担任着国家“高性能计算机中的若干关键问题的基础性研究”的首席科学家。此后,已经年逾古稀的夏培肃没有再牵头搞项目,但是她仍继续自己的研究,关注点仍是计算机领域的最前沿——量子计算机。

2014年,夏培肃逝世,享年91岁。夏培肃一生淡泊名利,处事低调,只有在她的学生、后辈的大量深情怀念文章中,非计算机领域的人们才知道了这位堪称传奇的女科学家,知道了“中国计算机之母”。

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