———计算机领域重大发明引起的思考

　　2005年是电子计算机诞生六十周年。1945年秋，ENIAC开始运行，试算美国军方提供的题目取得成功，然后于1946年2月正式向公众展示。ENIAC是第一台全数字电子计算机（注意“全数字”和“电子”这两个限制词），主要构思者是宾夕法尼亚大学的J.W. Mauchly，ENIAC的实现则是由研究生J. P. Eckert主持的。他们两人申请并获得了专利，但1973年美国明尼苏达州一家地方法院判决“Mauchly和Eckert没有发明第一台电子计算机，只是利用衣阿华大学J. V. Atanasoft的构思; Mauchly和 Eckert的专利无效”。原因是1941年Atanasoft曾把体现在他主持设计的ABC计算机的一些构想告诉了Mauchly。后来，英国公开了二战期间的秘密档案，英国于1944年6月就研制成专门用于破译德军密码的电子计算机Colossus（巨人）。

　　但是ABC只是模拟电子计算机到数字电子计算机的过渡品，算不上“全数字”电子计算机，而且性能很差，只用了300个电子管; Colossus则是一台专用电子计算机，含2500个电子管; ENIAC用了近20000个电子管，通用性和运算速度要高得多，而且实际解决了许多复杂的计算问题，所以ENIAC标志计算机时代的开始，它的历史地位是不容置疑的。

　　六十年来计算机领域产生了一系列重大发明，最终把人类带入了信息社会，这些重大发明起码有：存储程序概念计算机和通用电子数字计算机的基本框架（1945年），晶体管（1947年），集成电路（1959年），微处理器（1971年），第一台存储程序概念的计算机EDSAC I（1949年），磁芯存储器（1950年），第一台商用计算机UNIVAC I（1951年），微程序（1953年），虚拟存储器（1961年），系列化架构和相应的系统软件（1946年IBM360），磁盘存储系统IBM RAMAC（1966年），软磁盘技术（1967年），高级编程语言Fortran（1959年），面向对象语言Simula(1967年)，Pascal语言（1969年），C语言（1972年），C++语言（1985年），Java语言（1995年），第一个分时系统CTSS（1961年），UNIX操作系统（1969年），数据库（1969年），关系数据库模型（1970年），精简指令集计算机RISC（1974年），Winchester硬盘（1973年），第一台个人电脑Alto（1973年），鼠标（1964年），图形用户界面（1973年），所见即所得的文字处理（1974年），页面描述语言PostScript（1983年），Internet的前身ARPANET（1969年），以太网（1973年），万维网WWW（1990年），互联网通信协议TCP/IP（1975年），路由器（1986年），互联网浏览器（1990年），互联网搜索引擎（1993年），开放源代码的LINUX操作系统（1991年），电子商务（1995年）等。

　　上面列出的所有这些重大发明均来源于一个、二个或三个杰出科学家的奇妙构想，当然这些发明实现过程中需要一个往往规模不大的团队，但在商品化、尤其是产业化过程中需要大的资金投入和庞大的团队，大多数情况下是由企业承担的。这些重大发明的提出者大多为30多岁的年轻人，有的仅20多岁，只有冯·诺依曼年龄最大，他1945年提出存储程序概念时已经42岁了，但是冯·诺依曼作为数学家，17岁开始发表论文，20多岁时已在多个领域成果显著，30岁成为普林斯顿高级研究院最年轻的教授。

　　分析和研究上述重大发明的产生过程对我国科技发展将带来有益的启迪。

　　接触两个“最前沿”，创新的机会大大增加

　　两个最前沿指的是技术发展的最前沿和需求（包括当前和未来市场的需求）的最前沿。

　　1941年夏，Mauchly 34岁时去宾夕法尼亚大学莫尔电机工程学院任讲师，遇到了22岁的研究生Eckert。此前Mauchly已有多年用手摇计算机作天气预报计算的经验，深知快速计算的重要性，他数学功底很好，又从Atanasoft那里听到了电子计算机的初步构思。Eckert才华横溢，精通电子学，有能力领导实现近20000个电子管组成的庞大系统，这在当时属电子系统的最前沿。这两人合起来已站在技术和需求的最前沿，1942年Mauchly提出了ENIAC的构思，并和Eckert逐步完善这一设计，最终取得成功。

　　冯·诺依曼参加过研制原子弹的曼哈顿工程，介入了计算物理学。第一颗原子弹研制中的大量计算是靠手摇计算机的人海战术和一台以继电器为主要元件的Mark I计算机，苦不堪言。1944年夏的某一天冯· 诺依曼在美国东部一个火车站站台上遇到了并不认识的的H. H. Goldstine上尉，Goldstine向冯·诺依曼谈到了他作为军方代表正在参与研制的ENIAC，冯·诺依曼很快就去了莫尔学院，看到了ENIAC这一庞然大物，他问Eckert的第一个问题就是关于ENIAC的逻辑结构，真是一针见血，令Eckert大为钦佩。很快在莫尔学院组织了电子计算机和存储程序概念的讨论班，探讨了超声延迟线作为内存储器的可能性。冯·诺依曼早就感到快速计算机的极端重要性，但在看到ENIAC实体和参加讨论班之前，他还不了解当时电子技术的最前沿。冯·诺依曼在数理逻辑方面的巨大成就，加上接触到了两个最前沿，使他于1945年6月写出了长达101页的《关于离散变量自动电子计算机的草案》，提出了程序和数据一样存放在计算机内存储器中，并给出了通用电子计算机的基本架构，后来这些思想被称为“冯·诺依曼结构”。按照冯·诺依曼的构思，只用ENIAC十分之一的元件就可以得到更高的性能，这是很吸引人的。六十年来计算机经历了巨大发展，但仍然没有脱离冯·诺依曼结构。

　　上述例子给我们的启发是：中国的年轻优秀人才在打好深厚的基础后，要努力进入两个最前沿。[next]

　　明智和有远见的管理者（领导）促进重大发明的产生和实现

　　第一个大量推广的高级编程语言是Fortran，问世40多年后的今天仍有人在使用。Fortran语言及其编译系统的发明人是J. W. Backus，曾获1977年度计算机界最高奖图灵奖。1953年29岁的Backus已在IBM积累了4年编程经验，主持过浮点运算解释程序的研制，深感用机器指令编写程序效率之低，因而写了一份设计一种接近自然语言的编程语言的建议，提交给他的上司C. Hurd，这就是后来的Fortran。今天编程语言中的一些要素，例如标识符、数组、表达式、赋值语句、条件语句、循环语句等当时已经提出来了。但是这一建议遭到了时任IBM顾问、50岁的冯·诺依曼的强烈反对，认为没有必要和不切实际。冯·诺依曼大概太沉迷于存储程序概念的革命性变革带来的好处了，因为与ENIAC相比，编程已大大简化了，ENIAC上的所谓“编程”，需要在40多块几英尺长的插接板上，插上几千个带导线的插头，才能解一个小题目。幸运的是开明和有远见的Hurd并没有听从大权威的反对意见，支持Backus。1957年Fortran取得初步成功，1959年最终完成。Fortran对后继语言产生了重大影响，1958年开始一直沿用至今的严格描述编程语言语法的BNF（Backus Normal Form）就是Backus提出，并以他冠名的。 1957年冯·诺依曼英年早逝，他没有看到Fortran的成功，但他在去世前已承认他反对Backus的建议是错误的。很多例子说明大权威也会犯错误，冯·诺依曼在编程第一线的实践显然不如Backus，而大权威能承认错误也是可贵的。其实冯·诺依曼是很谦虚的，他经常说，电子计算机的基本原理是英国数学家图灵（Alan Turing）奠定的，他不过是继承和发展了图灵的思想。

　　我曾阅读过Backus写的叙述Fortran编译系统的文章，他花费极大精力使编译系统产生的目标代码在运行速度上接近手编程序，因为假如使用Fortran后，解题速度明显降慢，就会使本来就有争议的项目受到严厉批评，可见当时Backus承受了很大的压力。

　　Java是当今计算机最流行的语言，其发明人是Sun公司的James Gosling。在他研制最困难的时候，找到了Sun董事长兼CEO Scott McNealy, McNealy是企业家，并非技术专家，当他听完J. Gosling的详细叙述后，敏锐地感到这是一个很有价值的方向，于是满足了Gosling的全部要求，1995年Java问世后受到了狂热的拥护，Sun公司也因此而再度兴旺。

　　 上世纪七十年代Xerox（施乐）公司PARC研究中心产生了一系列重大发明：第一台个人电脑Alto、第一个商用鼠标、图形用户界面、以太网、客户机/服务器架构、所见即所得的文字处理、页面描述语言等。PARC为PC革命准备了所有关键的技术条件，七十年代是计算机研究者的天堂，这与PARC的领导人鲍勃·泰勒（Bob Taylor）有很大关系。泰勒1970年组建PARC的计算机科学实验室，他在大学时主修心理学，副修数学。泰勒并不是计算机专家，而且也不参加研究工作。他为PARC招聘了大量杰出人才，当时在PARC工作、后来获2003年度图灵奖的Alan Kay在七十年代初曾说过，“全世界100名顶尖计算机研究人才中有58名在PARC工作”。

　　 泰勒知道自己不能在计算机领域作出大的创造，从而把全部精力放在使手下的杰出人才充分施展才华上面。他提供了宽松、自由、和谐的研究环境，每周由他主持一批科学家进行讨论，一旦发现创新的火花，泰勒立即决定总的研究方向，并帮助处理所有的杂事，例如确定预算、申请经费以及协调各方面的配合等。

　　 我于1985年和1991年两次参观PARC，曾坐在PARC七十年代时就铺在地上的一个大的很厚的软垫上，有趣的是一坐下去，软垫就完全按照人体形状而变化，陪同者说这象征PARC的自由研究氛围。

　　 上述事例给我们带来不少启迪。

　　 1、要让优秀人才做自己喜欢的事情，要解脱他们的杂事和各种干扰（例如频繁的评估），使他们心无旁鹜地埋头创新，只有长期积累和专注才能出大成果。

　　 2、优秀的科研领导人和管理者在创新过程中至关重要。他们应有战略眼光，并且爱才如命，把创造条件、充分发挥手下成员的才华作为自己的重要职责。美国一位名牌大学校长访问北大时曾说过，他手下一位副校长是管理奇才，对创造良好的教学和科研环境以及吸引人才起了很好作用。他说，若干位教授辞职离校他不会着急，但这副校长绝对要留住。一个人才辈出、成果累累的单位的领导人理应受到社会的高度尊重，其中成绩突出者可以当选为工程院管理学部院士。

　　 3、有些科研领导人对项目并无实质性贡献，既未提出创新思想，也未参加具体研究，只是在申请经费和组织、张罗方面做了工作，但项目报奖时总要排名第一。曾经有一位在读的博士研究生在毕业前私下对人说，他只把已取得成果的少部分写成文章发表，因为导师一定要署第一名，尽管并无贡献;他不敢不从，否则影响取得学位，毕业离开导师后再把其余大部分成果写成文章，署自己的名发表。这种学术作风不好的领导人或研究生导师当然只是极少数，但影响很坏，在这种领导人手下优秀人才是绝对留不住的。[next]

　　努力实现创新成果的商品化和产业化

　　 PARC的很多创新在七十年代已经商品化了。鼠标是1997年度图灵奖得主Douglas Engelbart于1964年发明的，1988年图灵奖得主Ivan E. Sutherland则于六十年代初奠定了图形用户界面的理论基础。PARC在他们两人思想的基础上，把鼠标和图形用户界面往前推进了一大步，并首创下拉式菜单和多窗口技术以及所见即所得的文字处理，并把这些技术集成在个人电脑上。Alto已经是商品，后来又推出了第二代商品Star，但都因价格昂贵无法大量推广。

　　 严重的问题在于施乐总部对PARC革命性成果漠不关心，加上泰勒的辞职，八十年代开始PARC急速衰落，发明者感到自己的成果无法实现产业化而十分伤心。以太网的发明人Robert M. Metcalfe 1979年从PARC出来，创建了3 COM公司，使以太网成为大量推广的商品;John Warnock和Charles Geschke 1982年底从PARC出来，组建Adobe公司，把PARC研发的页面描述语言发展成PostScript，九十年代后成为事实上的国际标准。

　　 1979年12月苹果电脑的创始人Steve Jobs访问PARC，对视窗系统Smalltalk的视觉效果十分激动，认为PARC的宝藏没有被充分利用。他回去后立即挖走了为他演示Smalltalk系统的PARC研究人员和其他主力，亲自坐镇，让研发人员开足马力，于1984年初推出了风靡世界的Macintosh，标价2500美元，从而使图形用户界面成为大众化产品。微软也聘请了PARC的研究人员，于1985年推出MSWindows 1.0，1990年推出MS Windows 3.0，1995年推出MS Windows 95。微软又把PARC发明的所见即所得的文字处理技术体现在WORD中，并作了重大发展，从而成为垄断产品。

　　 1996年我在美国参加一个展览会，苹果公司挂出大幅标语“MS Windows 95＝Macintosh 86”，意思是MS Windows 95在技术上只相当于Macintosh 1986年的水平，这在当时基本上是符合事实的。但是MS Windows是建立在PC上的，其销量比Macintosh大得多。在市场对技术的正反馈作用下，MS Windows不断作出重大改进，今天其功能已遥遥领先。

　　 有报道说，苹果公司曾想控告微软对视窗技术的侵权，后来施乐公司出来说话了，你们两家不必争，视窗的老祖宗是PARC。本文开始时列出的一系列重大发明中没有包含Macintosh和家喻户晓的MS Windows，因为它们不是原创性发明。

　　 美国的权威人士评论说，假如七十年代，施乐的领导人十分重视PARC成果的商品化和产业化，计算机历史将改写：IBM PC模式的个人电脑不会占市场90％以上；苹果公司和微软不会存在；施乐在上世纪九十年代会成为计算机界的超级巨头，其霸主地位不会亚于上世纪六、七十年代的兰色巨人IBM。

　　 PARC的兴衰和微软的长期繁荣值得我们深思。

　　 1、优秀人才渴望自己创新成果的商品化和产业化，假如不提供优越的条件，这些人才就会离去。

　　 2、一方面要重视原始性创新，因为会带来一本万利的效果；另一方面决不能轻视在别人原创成果基础上不断作出重大改进，微软就是靠这一策略取得了市场的垄断地位，财力雄厚以后又大力推动原始性创新。微软有一句名言“把创新聚焦到客户最愿意掏腰包的那些功能上”，有时一些表面看来是非根本性的、代价较小的改进，但由于很适合用户的胃口，结果使产品的竞争力和销量明显上升。

　　 我国并不缺乏优秀人才，关键是要把有限的资源集中投向那些最有创造力和活力、团结拼搏的优秀团队。制定国家中长期科技规划，确定主攻方向是绝对必要的，但有些成果是无法事先规划的，相对论和量子力学都不是规划出来的。有时选择人比选择项目更为重要，因为有了人会创造出事先想不到的重大方向。我国中长期规划中把人才建设和建立良好的科研环境放在重要位置，这是很正确的。

[时间：2009-09-15  作者：王选  来源：《北大方正》报]