艾肯1900年3月8日出生在美国新泽西州的霍伯。肯(Hoboken，N．J．)，但在印第安那州首府印第安纳波里斯(Indianapolis， Indiana)长大。由于艾肯的家是一个单亲家庭，家境清贫，他高中就读于一所名为“阿森纳”的职高(Arsenal Technical High School)，白天上学，晚上在当地一家供电和供热的公司上12个小时的夜班，负责操作开关板。后来，职高校长知道了他的情况，就专门安排了一些考试，让艾肯通过后提前毕业。毕业以后，艾肯来到威斯康辛州首府麦迪逊，在麦迪逊煤气和电力公司(Madison Gas & Electric Co．)找到一份工作，这份工作允许他同时在威斯康辛大学上学。1923年，艾肯大学毕业，取得电气工程学士学位，并立即被提升为公司的总工程师。 1928年，他离开原公司到西屋电气和制造公司，3年以后又转到密尔沃基的线材公司(Milwaukee Line Material Co．)。1933年，艾肯感到干电气这一行是选错了专业，于是下决心辞掉了工作，重返校园学习物理，这时他已33岁。艾肯先进了芝加哥大学，但很快转至哈佛大学，1937年和1939年先后取得硕土和博土学位。艾肯的博士论文课题是“空间电荷传导的理论”(Theory of Space Charge Conduction)。这一课题的研究需要对非线性微分方程进行复杂的计算，而艾肯手头只有手摇台式计算机可用，常常为解一个方程而耗费大量时间，这导致他产生了研制自动计算机的想法。在深入研究了计算技术的先驱、英国数学家巴贝奇(Charles Babbage，1791—1871)工作的基础上，1937年艾肯提出了自动计算机的第一份建议书，即著名的文献“Proposed Automatic Calculating Machine”。在这份长达22页、而且是双面打印的文件中，艾肯提出了他的设计目标，也就是后来被称为Mark I的计算机的四个特征：Mark 31．既能处理正数，也能处理负数。2．能解各类超越函数，如三角函数、对数函数、贝塞尔函数、概率函数等。3．全自动。即处理过程一旦开始，运算就完全自动进行，不需人的参与。4．在计算过程中，后续的计算取决于前一步计算所获得的结果。艾肯原指望从学校取得经费支持来研制他的计算机，但没有如愿，幸而得到商学院布朗教授(Ted Brown)和天文系夏伯利教授 (Harlow Shapley)的引荐，和IBM公司的老板沃森取得联系。有远见的沃森正致力于将IBM公司从单纯制造办公设备的公司转变为制造计算机的公司，因此对艾肯的计划给予了全力支持，于1939年3月签订了合作制造Mark I的协议。沃森把公司的主要技术骨干如莱克(Clair D．Lake，1888—1958)、哈密尔顿(Frank Hamilton，1898—1972)、杜菲(Benjamin Durfee，1897—1980)等都投入了这一项目，由莱克负责工作。莱克是IBM公司的资深工程师，1915年就从汽车行业转至IBM公司，是一个出名的发明家。但由于第二次世界大战的爆发，艾肯被应征入伍，到位于 Yorktown的海军水雷战学校（Naval Mine Warfare School）任教官，只能断断续续地进行Mark I的开发工作。幸好有一天，一位有影响的、了解艾肯情况的海军高级军官遇见艾肯，惊诧地问他为什么在这里而不去研制Mark I？艾肯回答说，不是您下命令让我在这里工作的吗？这成了一个转机：几个小时以后，新的命令下达了，委任艾肯的海军计算项目的负责人，并立刻离开海军学校回哈佛大学工作。后来艾肯开玩笑地说，他是世界上唯一一位计算机的指挥官。机器工作中经过艾肯和IBM公司长达5—6年的合作和努力(当然也包括难以避免的摩擦和碰撞)，Mark I终于在1944年5月完工并投入使用。它用了3 000多个电机驱动的继电器，是一个重达5吨的庞然大物造价高达50万美元(有的资料甚至说超过100万美)，其中IBM公司的投资占2／3，其余1／3 由海军资助。其核心是71个循环寄存器(rotating register，把运算中暂时保存操作数的设备叫做register就始于Mark工)，每个可存放一个正或负的23 bit的数字。数据和指令通过穿孔卡片机输入，输出则由电传打字机实现。其加法速度是300ms乘法速度是6 s，除法速度是11.4 s。这与现代计算机当然无法相比，即使与晚它两年诞生的世界上第一台电子计算机ENIAC相比也显得十分落后，但它却实实在在是世界上第一台实现顺序控制的自动数字计算机，IBM公司方面把它命名为ASCC，即Automatic Sequence Controlled Calculator，是计算技术历史上的一个重大突破。4个专家过去用3周时间才能完成的任务，在Mark I上只要19个小时就完成了。而且它非常可靠，每周工作7天，每天工作24小时，这是初期的电子计算机无法比拟的。Mark I主要供海军舰船局(Bureau of Ships)用于计算弹道和编制射击表，也曾在曼哈顿计划中计算有关原子弹的问题。此外，它也为哈佛大学内外的科学家服务。例如，哈佛大学经济系的著名教授列昂杰夫(Wassily Leontief)在研究输入—输出分析中就曾用Mark I解各种线性方程问题。1949年，哈佛大学的计算实验室(这是1946年艾肯正式从海军退役重回哈佛大学后创建的，艾肯任主任直至他退休)年报，即著名的Annals of the Computation Laboratory of Harvard University，公布了19个数学表，都是Mark I的成果。尤其是在贝塞尔函数(Bessel Function)的计算上，Mark I发挥了巨大的作用，因此哈佛大学的数学家给Mark I起了一个亲切的称呼，叫做“贝茜”(Bessie)。1944年10月14日American Weekly周刊在报导Mark I时，把Mark I称做“超级大脑”(super brain)，说它能解物理、数学、原子结构等方面的各种问题，并且夸张地说，也许它还能解决人类起源这一难题。Mark I工作到1958年才退役，现在还在美国被仔细地保存着。Mark I继Mark I之后，艾肯又先后研制成MarkⅡ(1946年)、MarkⅢ(1950年)和MarkⅣ(1952年)，但IBM公司没有继续支持这些项目的开发。事情缘于在庆祝Mark I落成的典礼上，沃森受到冷遇，而且艾肯在致词中几乎把Mark I工成功的一切功劳归于自己，这使沃森万分恼怒，从而中止了对艾肯和哈佛大学的一切支持。MarkⅡ是为海军在弗吉尼亚州的Dahlgren试验场生产的，其可靠性在试验场经历了严格考验。据记载，1947年6月26日，舰艇主炮组的几门19型火炮齐发了19发，在震天动地的炮火声中，附近的MarkⅡ 没有一个继电器误动作，报告结论是炮轰对计算机的正常运行没有造成任何干扰，因此不需要任何特殊的保护措施。从MarkⅢ开始，艾肯开始采用电子元器件，其寄存器是由电子管电路组成的，数据和指令则放在磁鼓上，磁鼓容量为4350个16 bit的字以及约4000条指令。用户仍然是Dahlgren试验场。艾肯的最后一台计算机Mark Ⅳ则是为空军研制的。它加入了磁心移位寄存器和半导体二极管电路。有关Mark I到Mark Ⅳ的基本数据如表所示。（表格加不上）Howard Hathaway Aiken在开发Mark计算机的同时，艾肯还致力于开展计算机的教育和培训。1947—1948学年，艾肯率先在哈佛大学开设了“大型数字计算机的组织”这一课程，其后不久又开设面向计算机的“数值分析”。在艾肯的努力下，哈佛大学成为在世界上最早引入计算机研究生课程教学与授予计算机硕士和博士学位的大学之一，艾肯本人共带出了15名博士生和更多的硕土生，这些人大多成为计算机领域早期的骨干力量，其中包括图灵奖和计算机先驱奖获得者“IBM／360之父”布鲁克斯(Frederick Phillips Brooks，Jr．)和“APL之父”艾弗逊(Kenneth Eugene Iverson)，以及在1994年同样获得计算机先驱奖的荷兰学者勃浴天(Gerrit A．Blaauw)。艾肯还主办了无数有关计算机的培训班、讨论班、学术研讨会，美国和世界各国的计算机学者都从中受益匪浅，对推动与促进计算技术的发展起了重要作用。有评论认为，艾肯在这些方面所作出贡献的意义甚至比他开发Mark计算机的意义还要大。艾肯的著作不多，1951年他和他的同事编写出版了《电子计算和控制电路的综合》(Synthesis of Electronic Computing and Control Circuits)一书，是这方面的第一本专著。但由艾肯主编、由哈佛大学出版社出版的30卷《计算实验室年报》(Annals of Computation Laboratory)则是艾肯留下的极为珍贵的财富，其中包括详细介绍和描述Mark I—MarkⅣ的3卷年报，有关大型数字计算机和开关理论的4卷会议录，以及23卷的各种数学表。此外，艾肯还向海军舰船局、原子能委员会、空军、贝尔电话实验室、美国自然科学基金会NSF、美国煤气协会和爱迪生电气学会等递交过大量有关的技术报告，总数达到140卷，其数量之多、内容之丰富和深刻令人叹为观止。艾肯获得的荣誉与奖励很多。IEEE除了授予他计算机先驱奖外，还曾授予他John Prize奖和爱迪生奖。富兰克林学会授予他John Prize奖。海军授予他“杰出公众服务奖”(Distinguished Public Service Award)，空军则授予他“特等公民服务勋章”(Decoration for Exceptional Civilian Service)。他的母校威斯康辛大学授予他“杰出专业服务奖”(Testimonial of Eminent Professional Services)。法国和比利时政府也都授予艾肯以该国公民的最高荣誉称号或奖励(法国是Chevalier de Legion d’Honneur，比利时是Officer’s Cross of the Order of the Crown)。艾肯是美国艺术和科学院院士，也是美国研究院NSC在1946年建立的高速计算机委员会的首批成员之一。此外，他还是西班牙和瑞典的***学术机构的名誉顾问或外籍院士。艾肯于1961年从哈佛大学退休，移居佛罗里达州的Fort Lauderdale，受聘担任迈阿密大学信息技术教授，帮助该校制定了计算机科学的教学大纲并设计了它的计算中心，同时还创建了他自己的公司，叫做 "Aiken Industries”，主要从事技术咨询。1973年3月14日，也就是刚度过他的73岁诞辰一个星期，艾肯于密苏里州的圣路易斯因突发心脏病去世。 大器晚成的霍华德·艾肯教授 编辑本段回目录我们回到1939年至1944年，也就是第二次世界大战期间(1939年9月希特勒侵占了波兰，英、法对德宣战)。这时在哈佛大学出现了机电式计算机，即Howard Aiken 的Harvard Mark系列计算机。这些计算机，与后来的ENIAC相比，从体系结构的观点看，还不算现代意义的大型计算机，但它们揭开了计算机时代的序幕。 1900年3月9日霍华德·艾肯(Howard Hathaway Aiken)诞生在美国新泽西州Newark市的Hoboken镇。中学毕业后，他进入威斯康星大学读书。大学毕业后，艾肯1923年至1928年在麦迪森煤气公司(Madison Gas)工作。1928年至1931年在西屋电气制造公司(Westinghouse Electrical and Manufacturing Company)担任总工程师。1931年至1932年在线材公司(Line Material Company)任职。然后，它在哈佛大学物理系于1937年获得硕士学位，1939年获得博士学位，可以说是大器晚成。 Howard Hathaway Aiken工作中留校工作后，1939年至1941年担任讲师，1941年至1946年为副教授，1946年晋升为教授。1947年至1961年他一直担任哈佛计算实验室的主任。1961年艾肯离开哈佛大学，去迈阿密大学担任信息技术教授，在那里工作到1973年。1973年3月14日在密苏里州的圣路易斯逝世。 深受巴贝奇影响 当他在哈佛物理系作研究生时，就开始计划建一个大型计算机器。1936年艾肯就向物理系提过他的建议，系里并没有理会对计算机器的需要。系主任桑德斯(Frederick Saunders)教授告诉艾肯，实验室一位技术员Carmelo Lanza说过有一个类似的计算装置，就存放在科学中心的阁楼上。这引起艾肯的极大兴趣。Lanza带他去看了机器，原来这是100多年前英国数学家和哲学家巴贝奇(Charles Babbage，1791-1871)未完成的分析机(analytical engine)的一些黄铜齿轮部件。艾肯立刻意识到他与巴贝奇脑海里有相同的构想。巴贝奇由于没有钱、没有材料而使梦想未能实现，而艾肯相信他会幸运得多，他将有更多的成功机会。 后来，巴贝奇的孙子把这些黄铜部件和一堆祖父的书籍送给了艾肯，这些宝贝在艾肯的办公室里占据了相当一块地方。对来访者，艾肯总是指着巴贝奇的书说：“这就是我的全部计算机教育，我正是从这些书里获益良多。” 关于计算机的建议 Harvard Mark I 艾肯当时研究的是真空管中空间电荷的传导理论(theory of space-charge conduction in vacuum tubes)，他的研究工作需要对微分方程求解，这些方程没有精确解，只能用数值方法求近似解。他需要的计算工作量是当时台式计算器根本无法满足的，大量数据用手工输入几乎是不可能的。在他的选择失败后，他决定使用穿孔卡装置来输入数据。1937年他又写了一个关于庞大的计算机器的建议。他写到：“为了节省在算术计算上的时间和精力，避免人们发生错误的倾向，这种期望就同算法科学本身那样是完全可能的”，当时计算机还被认为是“懒汉的思想”而遭到嘲笑。 他在建议报告中描述了对这个机器的看法，特别是用于科学研究的专门设计，使之与普通穿孔卡机器有明显的不同。他列举了四条要点： 第一，一般机器只能处理正数，而科学机器必须能同样处理负数；第二、科学机器必须能处理诸如对数、正弦、余弦、以及大量别的函数；第三、计算机应该对科学家非常有用，它一旦投入运行，就能频繁地处理大量的数值数据，直到计算完成而无须人为的干涉；第四、这种机器能计算行而不是列，这能更好地保持数学事件的顺序。 IBM慷慨赞助 物理系的领导终于同意给艾肯所需要的房间，但他必须首先建造这个机器。艾肯把他的第一份建议报告送给门罗计算机器公司(the Monroe Calculating Machine Co.)，结果很快被退了回来，不过门罗公司也告诉他可以试试IBM公司。 Mark 3 上时代封面这又促使霍华德·艾肯与IBM公司接触。结果IBM的总裁沃森(Thomas J. Watson，Sr.，1874-1956)颇有远见卓识，对此一拍即合，立即斥资20万美元赞助，支持建造艾肯梦想的机器，在当时这真是一个令人吃惊的数字。 由于老沃森的深谋远虑，使IBM 公司在同类电气电子公司中率先进入计算机领域，这个战略性的决策为IBM公司的发展奠定了牢固的基础。 于是签约允许艾肯与IBM三位工程师合作，在位于Endicott的IBM实验室建造计算机。该机器从1937年开始建造，直到1943年底结束。工程师坎贝尔(Robert V. D. Campbell)监督了最后的机器组装工作。完成的机器有8 英尺高、51英尺长、2英尺宽。该机器重35吨，由76万个零件组成，包括2200个计数齿轮、3300个继电器和530英里长的导线。当时它称为IBM ASCC 计算机(Automatic Sequence Controlled Calculator)，能完成五种运算：加、减、乘、除、以及引用先前的结果。 Mark计算机在哈佛落户 如上所述，艾肯的思想深受巴贝奇著作的影响，他把建造ASCC的项目看作是完成巴贝奇曾经设计但并未成功的事业。的确，ASCC与巴贝奇的分析机有许多共同之处。虽然它曾经被尊称为第一台数字计算机，但它的体系结构却与现代计算机有明显的区别。ASCC是用电力驱动的，但它的主要部件仍然是机电式的，即开关元件是通过电磁力而动作的继电器。它是由许多计算器组成的，每个计算器都在自己的控制单元引导下处理着同样的问题。即它有72个存储寄存器和处理单元来完成乘法与除法运算。机器内部既不能存储指令，又不能存储数据。ASCC由穿孔纸带上的指令序列来控制。穿孔卡则用来输入数据，而机器的输出则用穿孔卡、或者用电传打字机。该机器的字长是23位，它加、减这样的两个数用3/10秒，相乘用4秒，相除用10秒。 ASCC计算机于1943年制造完成后，由IBM公司赠送给哈佛大学，并改名为Harvard Mark I计算机，随后就把它搬到哈佛大学。1944年8月14日哈佛大学正式启用这台计算机，它一直运行了14年之久。该机器最早计算的是物理学和天文学问题，例如电磁场分布，长焦距镜头的积分计算。后来的计算则与雷达以及新墨西哥州Los Alamos实验室关于原子弹爆炸的方程式有关。总之，这台机器为军方的计算项目做了许多工作，特别是为美国海军的射击与弹道进行了大量的计算。 当年机器编程与应用 格瑞斯·霍普(Grace Hopper,1906-1992)从1944年开始与艾肯在Mark计算机上一道工作，她侧重在软件开发方面。 要使机器工作，工作人员必须编写程序把问题转换成计算机能读的代码。然后这些代码再转换成穿孔纸带上的孔，用来表示简单的指令。纸带插入读孔机后，一系列的检测器能觉察到孔的存在，于是就能关闭相应的继电器。这些继电器开关把信息传给机器的其他部件，其中的寄存器就存储着数据。基于这些数据进行有关的演算，最后的结果则由自动打字机打印出来。 最常使用的指令集合可以存储起来以备今后使用，反复调用它们就可以节省时间。格瑞斯"霍普后来发明了编程语言COBOL，率先使用了这些子程序，现在的程序员把它们称为库函数。她还在这个实验室里发现了在继电器里压碎的飞蛾，并把它称为计算机的“bug”，后来人们就把软件中的错误也称为“bug”，把排除软件中的错误称为“debug”。 艾肯教授的研究生、1954年毕业的Anthony Oettinger博士曾描述过机器的工作情况。他说：“当机器运行时，整个物理大楼的地下室会发出轰鸣的噪声。有人说它像咔嚓作响、韵律单调的乐队，有人说它像满屋子的女人在编织机上织毛衣”。这个庞然大物每天工作24小时，无论何时它一停机，就会响起铃声，警告值班人员按下按钮或者转动旋钮使计算机进行下一步的操作。通常艾肯会从附近的办公室跑出来，看看该如何处理出现的问题。 继续建造计算机 艾肯机器的速度比今天最慢的计算器还要慢，但在1944年它却是难以置信的快。当时纽约时报的文章说：“根据数学家的口述，过去用普通办公室的大量计算器、众多人员和漫长时间所无法解决的方程式，现在用几个钟头就能解决。” 1945年艾肯开始为海军的军火署建造Mark II，用于达尔格林试验场(the Dahlgreen Proving Ground)的计算工作。1947年完成了Harvard Mark II，它是完全电子式的计算机。 1950年他完成了Mark III计算机，并称为艾肯达尔格林电子计算机(the Aiken Dahlgreen Electronic Computer，简称ADEC)。1952年艾肯又为美国空军完成了Mark IV计算机。 Mark I他不仅为建造计算机而工作，还把磁芯、磁鼓运用到计算机上。在哈佛计算实验室他还发表了关于数学语言学、语言自动翻译、电子学和开关理论的著作，还作过该实验室编年史的编撰工作。此外，艾肯在哈佛大学还缔造了世界上第一个完整的学位项目，即今天我们称谓的计算机科学学位。他还帮助迈阿密大学创建了类似的项目。在纽约他甚至还建立过一个Howard Aiken Industries Inc.的咨询公司。 遗憾与荣誉 艾肯非常热衷于计算机，但是他像当时的许多人那样没有预期到计算机将会引发的惊人变化。例如他在1947年曾经预言，只要有六台电子数字计算机就可以满足全美国对计算的需要。今天你可能认为这太幼稚可笑了，但是这却准确地反映了在那个时代人们对计算机的一般理解。在那时，计算机典型地用于政府、大公司、研究机构、教育单位的科学计算与数据处理，人们普遍相信计算机只能由专家来编程和使用。 1964年艾肯接受了Harry M.Goode Memorial Award，这是由美国计算机学会提供的一枚奖章和2,000美元的奖金。以表彰他为开发领先的第一台大型通用自动数字计算机做出的独创性的贡献。这只是艾肯的许多荣誉之一，他的先驱性的工作得到许多国家的赞赏，除美国外，还有法国、荷兰、比利时和德国授予他的各种荣誉。格瑞斯"霍普也获得过许多荣誉称号，国防部还授予她海军少将军衔。 60年过去了。现在Mark I的部分设备摆放在哈佛大学科学中心的大厅里，另一部分存放在美国历史的史密森尼博物馆(Smithsonian Museum of American History)，最后还有一部分则放在IBM公司的历史展览中。人们永远怀念这位为迎接计算机时代的到来做出重大贡献的计算机先驱艾肯教授。 参考文献编辑本段回目录