那麼,究竟是誰發明了計算機?

如果要評判計算機先驅們對計算機發明所做的貢獻,我們應該先找出能夠定義計算機本質的特點。從最普遍的意義來說,計算機的定義可以包括從算盤到iPhone(蘋果公司的手機)之間的各種設備。但如果從數字革命的誕生歷史來看,我們應該遵循現代語言對計算機的定義,比如:

「一台可編程,通常是電子化的設備,能夠儲存、檢索和處理數據。」(韋氏詞典)

「一台能夠以特定形式接收信息(數據),並按照一組既定而可變的程序性指令(程序)執行一系列運算,最後生成結果的電子設備。」(牛津英語詞典)

「一台能夠通過編程自動執行一系列算術或邏輯運算的通用型設備。」(維基百科,2014)

也就是說,典型的計算機是一台電子化、通用型和可編程的機器。那麼究竟哪一台機器最有資格被稱為第一台計算機呢?

喬治·斯蒂比茲的K模型在1937年11月誕生於一張廚房桌子上。貝爾實驗室在1940年1月將這個模型製作成一台完整的機器。它是一台二進制的計算機,而且是第一台被遠程使用的同類設備。但是它採用了機電繼電器,因此它不是完全電子化的設備。它還是一台專用型的計算機,而且不能進行編程。

康拉德·楚澤的Z3計算機在1941年5月完成,它是第一台自動控制、可編程、電子化和二進制的機器。它的設計用途是解決工程學的問題,所以它不是一台通用型的機器。但它後來被證明是一台在理論上圖靈完備的機器。它和現代計算機的主要區別在於,它是一台機電設備,需要依靠緩慢的繼電器開關運作,而不是採用電子元件。它的另外一個缺點是一直沒有完全投入使用。它在1943年盟軍對柏林的一次空襲當中被炸毀了。

約翰·文森特·阿塔納索夫設計的計算機在1942年9月已經完成製作,但它還不是一台完全可行的機器。當時阿塔納索夫需要進入海軍服役,所以他只能擱置這個項目。它是世界上第一台電子數字計算機,但它只採用了部分的電子元件。它在加減法裝置中使用了真空管,但是它的儲存和數據檢索功能是通過機械鼓輪實現的。如果以第一台現代計算機的標準來評價的話,它的其他主要缺點是不可編程和用途單一,它是為了求解線性方程這個專門的任務而製造的。另外,阿塔納索夫一直無法完全運作它,而且它後來還被廢棄在艾奧瓦州州立大學的地下室中。

布萊切利園的巨人一號計算機由麥克斯·紐曼和湯米·弗勞爾斯(得到了艾倫·圖靈提供的意見)完成於1943年12月。它是第一台完全電子化、可編程和可運作的數字計算機。然而它不是一台通用型或者圖靈完備的機器,它是專門用於破譯德軍密碼的。

霍華德·艾肯和IBM合作建造的計算機——哈佛馬克一號在1944年5月投入運作。這是一台可編程的計算機,這點我們會在下一章看到,但它只是一台不含電子元件的機電設備。

普雷斯伯·埃克特和約翰·莫奇利在1945年11月製成了ENIAC,這是世界上第一台完全符合現代計算機特徵的機器。它具有完全電子化和超高速運算的特點,而且可以通過接通和拔掉連接不同組件的線纜實現編程功能。它可以根據臨時的計算結果改變程序的執行路徑,作為一台圖靈完備的通用型機器,它在理論上可以執行任何任務。最重要的是,它是可以正常運作的。「這對於一項發明來說是很重要的,」埃克特後來對ENIAC和阿塔納索夫的機器進行比較的時候說道,「你必須做出一個完整可行的系統。」75 莫奇利和埃克特可以用他們的機器進行一些相當複雜的計算,而且它被持續使用了10年的時間。後來的大部分計算機都是以它為基礎進行設計的。

最後一點也是很重要的。當我們要找出某項發明的貢獻者,確定誰最值得被歷史銘記的時候,其中一個衡量標準是考慮誰的貢獻產生了最大的影響力。發明的意義在於為歷史的發展做出貢獻,以及影響一場變革的形成。如果按照歷史影響的標準來評價的話,埃克特和莫奇利是最值得稱道的創新者。幾乎所有在20世紀50年代出現的計算機都起源於ENIAC。要評價弗勞爾斯、紐曼和圖靈的影響是比較困難的,雖然他們的工作一直被列為最高機密,但是他們三人都參與了英國在戰後的計算機建設工作。楚澤長期在與外界隔絕的地方進行研究,而且他的重要研究成果都在柏林的空襲中毀於一旦,因此他對計算機發展的影響就更小了。至於阿塔納索夫,他在這個領域的主要影響(也許是唯一的影響)可能就是為前來訪問的莫奇利提供了一些靈感。

1941年6月,莫奇利前往艾奧瓦州進行了為期四天的訪問,關於他究竟在這段行程中向阿塔納索夫收集到了多少靈感的問題後來演變成了一場曠日持久的法律糾紛。這個事件引出了另外一個評判發明所有者的標準,不過這個標準更為著重的是法律意義,而非歷史意義:誰最終獲得了發明的專利?而對於第一台計算機來說,沒有人持有它的專利。但是造成這個結果的原因是埃克特和莫奇利的專利在經過一場充滿爭議的官司之後被撤銷了。76

這個傳奇故事開始於1947年,當時已經離開賓夕法尼亞大學的埃克特和莫奇利為他們聯手建造的ENIAC申請了一項專利,他們最終在1964年獲得專利(當時的專利申請處理流程相當緩慢)。在此之前,埃克特和莫奇利成立的公司和它的專利權已經被雷明頓·蘭德(Remington Rand)公司收購了,後者在這時已經更名為斯佩裡·蘭德(Sperry Rand)。在獲得專利之後,斯佩裡·蘭德開始敦促其他公司向其繳納專利授權費用。IBM和貝爾實驗室都與它達成了授權協議,但是霍尼韋爾(Honeywell)公司拒絕合作,並開始想方設法質疑這項專利的合法性。它聘請了一位叫作查爾斯·考爾(Charles Call)的新晉律師,他擁有工程學學位,並且曾經在貝爾實驗室工作過。他的任務是證明埃克特和莫奇利的想法並非原創,並以此推翻他們的專利。

霍尼韋爾公司之前已經派遣過一位律師前往艾奧瓦州州立大學,對阿塔納索夫在那裡製造的計算機進行了詳細調查。根據這位律師提供的線索,考爾拜訪了當時住在馬里蘭州的阿塔納索夫。在聽到考爾對自己的計算機的瞭解之後,阿塔納索夫感到很欣慰,同時為自己一直沒有得到應得的名譽而憤憤不平。於是他向考爾交出了數百份信件和文件,這些資料展示了莫奇利是如何從艾奧瓦州的訪問中獲取靈感的。當天晚上,考爾駕車前往華盛頓,參加莫奇利主持的一個講座。他在講座上向莫奇利提出了一個關於阿塔納索夫計算機的問題,莫奇利在回答中堅稱自己幾乎沒有仔細觀察過它。考爾意識到如果可以在庭審中讓莫奇利在證詞中說出這番話,那麼他就可以利用阿塔納索夫的證據來質疑他的可信性。

莫奇利在幾個月之後發現阿塔納索夫可能正在協助霍尼韋爾推翻自己的專利,於是他親自前往馬里蘭州拜訪阿塔納索夫,同行的還有一位斯佩裡·蘭德聘請的律師。這是一次氣氛尷尬的會面。莫奇利聲稱自己在艾奧瓦州的訪問過程中沒有仔細閱讀阿塔納索夫的論文,也沒有詳細觀察過他的計算機,但是阿塔納索夫冷淡地否認了這些說法。莫奇利還留在了阿塔納索夫的家中吃晚飯,試圖繼續討好對方,然而最後還是無功而返。

1971年6月,雙方最終在明尼阿波利斯市的聯邦法院對簿公堂,主持這場審訊的是聯邦法官厄爾·拉爾森(Earl Larson)。事實證明法庭上的莫奇利是一個糟糕的證人。他以自己的記性差為理由,對自己在訪問艾奧瓦州期間的見聞支吾以對,而且還不斷重複自己在之前已經提出過的證言,例如他聲稱自己只在昏暗的燈光下看到被部分遮蓋的阿塔納索夫計算機。相比之下,阿塔納索夫的證言則有力得多。他描述了自己當年所製作的機器,展示了一個模型,並指出了他被莫奇利借鑒的具體想法。這個案件總共傳喚了77位證人出庭做證,另外還有80位證人進行了庭外做證,記錄在案的證物多達32 600件。整場審訊持續了超過9個月的時間,成為到當時為止歷時最長的一場聯邦審訊。

拉爾森法官花了另外19個月的時間完成最終判決,並在1973年10月公佈此案的判決書,他在其中裁定埃克特和莫奇利的ENIAC專利是無效的:「埃克特和莫奇利本身不是首先發明自動電子數字計算機的人,他們只是繼承了約翰·文森特·阿塔納索夫博士的想法。」77 斯佩裡沒有對這個判決提出上訴,而是選擇與霍尼韋爾庭外和解。[4]

這位法官的看法無疑是十分詳盡的(判決書長達248頁),但他忽視了這兩台機器之間的一些重要區別。其實莫奇利向阿塔納索夫借鑒的想法沒有法官想像中的多。例如,阿塔納索夫的電子電路使用的是二進制邏輯,而莫奇利採用的是十進制的計數器。如果埃克特和莫奇利當時申請的專利涵蓋範圍沒有那麼全面的話,他們也許能夠逃過這一劫。

儘管這個案件仍然沒有確定(即使是在法律上)誰對現代計算機的發明做出了最大的貢獻,但是它確實發揮了兩個重要的作用:它不僅將阿塔納索夫從被遺忘的邊緣重新帶回了歷史的舞台;而且雖然這可能不是法官本人或者案件雙方的本意,但它還是明確證明了偉大的創新通常都是由多個創造者的想法融合而成的結果。一項發明,尤其是像計算機這樣複雜的發明,通常都不是一個人的神來之筆,而是多人協作編織而成的創意圖案。莫奇利曾經與許多人進行過交流,這點可能會使他的專利更難站得住腳,但是這樣絲毫也不會降低他的影響力。

在值得被稱為計算機發明者的人員名單當中,莫奇利和埃克特應當排在第一位,不是因為所有關於計算機的想法都是他們原創的,而是因為他們有能力將不同來源的想法聚集在一起,然後加入他們自己的創意,並建立一支合適的團隊來執行他們的想法,而且他們對計算機的後續發展也產生了最為深遠的影響。他們建造的機器是第一台通用型的電子計算機。「阿塔納索夫也許在法庭上贏下了一分,但他後來還是回去繼續當老師了,而我們卻仍然站在前線建造第一台真正可編程的電子計算機。」埃克特後來指出了這點。78

在計算機的發明歷程當中,圖靈也是功不可沒的,因為他提出了通用型計算機的概念,後來更親自加入了布萊切利園的計算機研發團隊當中。至於其他人對計算機歷史產生的貢獻大小,你可以根據自己看重的標準進行判斷。如果你著迷於那些獨立發明家的傳奇故事的話,那麼你可能會將阿塔納索夫和楚澤放到很高的地位。但是我們從計算機的誕生可以得到的主要經驗是:創新通常都是一項團隊工作,它需要遠見者和工程師之間的協作,而且創意是一個集思廣益的成果。這樣的情景只會出現在故事書裡面:在地下室、閣樓或者車庫之中,有一個人突然靈光一閃,或者是在腦袋旁邊亮起了一個小燈泡——一項發明就此誕生。

在哈佛大學,霍華德·艾肯和格雷斯·霍珀(1906——1992)與巴貝奇差分機的部分模型,照片攝於1946年

瓊·詹寧斯和弗朗西斯·比拉斯與ENIAC

瓊·詹寧斯(1924—2011),照片攝於1945年

貝蒂·斯奈德(1917—2001),照片攝於1944年

[1] 費馬大定理:當整數n>2時,方程an +bn = cn 沒有正整數解。

[2] 哥德巴赫猜想:任一大於2的偶數都可以寫成兩個質數之和。

[3] 考拉茲猜想:對於每一個正整數,如果它是奇數,則對它乘3再加1,如果它是偶數,則對它除以2,如此循環,最終都能得到1。

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