約翰·阿坦那索夫 ——電子計(jì)算機(jī)之父

盡管電腦史書上有各種不同的說法，但是，首先采用電子管研制數(shù)字計(jì)算機(jī)的榮譽(yù)，卻無可爭(zhēng)議地歸功于約翰·文森特·阿坦那索夫（John V. Atanasoff ，1903-1995）。

阿坦那索夫的發(fā)明過程頗具傳奇色彩。在回憶那次難忘的“頓悟”經(jīng)歷時(shí)，他寫到：

“我還記得，1937年冬天我有點(diǎn)垂頭喪氣。當(dāng)時(shí)自己的設(shè)想雖然有些眉目，但疑難問題一直沒有解決，研究工作停滯不前。隨著嚴(yán)冬來臨，我的失望情緒與日俱增。在這種精神狀態(tài)下能想出什么解決辦法來呢？

那天我決定什么事情也不干，獨(dú)自開著汽車到高速公路上去兜風(fēng)。我在公路上驅(qū)車好幾個(gè)小時(shí)，一直跑到鄰近的伊利諾斯州邊境。由于這段時(shí)間全神貫注于開車，我的神經(jīng)逐漸松弛了。

我把汽車從高速公路開到一條小路上，進(jìn)了路旁一個(gè)年久失修的小店。在店員為我上飲料時(shí)，我覺得已不像以前那樣心灰意懶。我的精神振作起來，注意力不知不覺地又被吸引到計(jì)算機(jī)上去。

現(xiàn)在連我自己也不知道，為什么那時(shí)思想一下子開了竅，而以前卻是那么遲鈍。或許是喝了兩杯飲料后，思維變得活躍的原因，長(zhǎng)期困惑不解的問題迎刃而解……”

阿坦那索夫沒有寫出他驅(qū)車200多里出來散心的真正原因。那一年，他34歲，在美國衣阿華州立大學(xué)物理系擔(dān)任副教授。在給研究生講量子力學(xué)課時(shí)，因?yàn)槿狈τ行У挠?jì)算工具，剛好學(xué)校里有一臺(tái)IBM的小型制表機(jī)，但使用起來很不順手。他決定作些改進(jìn)，就把機(jī)器拆開仔細(xì)研究。不久，他收到IBM推銷員的一封措辭強(qiáng)硬的信，說此機(jī)不屬于衣阿華大學(xué)，而是IBM的財(cái)產(chǎn)，不得隨意亂動(dòng)。阿坦納索夫十分生氣，決心自己做一臺(tái)計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)自己的構(gòu)想，但一系列難題的困擾又使他舉步維艱。那一天，他再次受到IBM的警告，這事甚至引來同事的譏笑，一氣之下，他驅(qū)車跑上公路，卻陰錯(cuò)陽差地迎來了好運(yùn)氣。

“夢(mèng)里尋他千百度，驀然回首”，靈感從天而至，阿坦那索夫一把抓過一疊餐巾紙，頭也不抬地奮筆疾書。他首先想到的就是采用電子管取代機(jī)械裝置或者繼電器等元件。其次，他頭腦中閃現(xiàn)出“邏輯電路”的思想火花，決定用二進(jìn)制而不是十進(jìn)制作為機(jī)器的運(yùn)算基礎(chǔ)，因?yàn)樗呀?jīng)隱約感到，邏輯運(yùn)算規(guī)則完全由電子器件直接實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵的問題是如何解決二進(jìn)制數(shù)的存儲(chǔ)，他以前曾經(jīng)考慮過用電容器，但電容器里保存的電荷很快就會(huì)因泄漏而消失殆盡……阿坦那索夫皺著眉，把杯中剩下的飲料一飲而盡。

店員走過來，往他的杯中添上一些水。阿坦那索夫看著杯中再次充滿了水，心中豁然開朗：水喝完了可以補(bǔ)充，電容器里的電荷只要不斷地刷新，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就不會(huì)消失——“再生存儲(chǔ)”的概念終于被阿坦那索夫給悟了出來。他弓著身開始描畫設(shè)計(jì)草圖：由自行車鏈條帶動(dòng)的滾筒旋轉(zhuǎn)，滾筒上安裝著許多電容器，這些電容器在旋轉(zhuǎn)中掃過已經(jīng)充電的刷子。只要這個(gè)過程不中斷，電容器便周而復(fù)始存儲(chǔ)某一種狀態(tài)——充電（1）或未充電（0）。

電子管、二進(jìn)制、邏輯電路、再生存儲(chǔ)……，阿坦那索夫繼續(xù)奮筆疾書，餐巾紙一張張堆滿了破舊的餐桌。就是在這個(gè)小店，就是用這些餐巾紙，阿坦那索夫創(chuàng)造了計(jì)算機(jī)史上的奇跡，他為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)提出的一系列基本概念，對(duì)現(xiàn)代電腦產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。

阿坦那索夫的靈感出自于驅(qū)車200公里后的“瞬間”，背后卻有一個(gè)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年之久的積累過程。

1903年10月4日，阿坦那索夫生于美國馬里蘭州的哈密爾敦，在南部佛羅里達(dá)州渡過了童年。父親是保加利亞僑民，在保加利亞得過最高級(jí)別的科學(xué)獎(jiǎng)，到美國后擔(dān)任礦山電氣工程師。由于他母親是數(shù)學(xué)教師，所以阿坦那索夫從小與電氣和數(shù)學(xué)結(jié)下不解之緣。

阿坦那索夫兒時(shí)興趣愛好特別廣泛，但是打棒球卻用去了他大部分的精力，直到有一天父親買回一把計(jì)算尺，他對(duì)棒球的狂熱便消失得無影無蹤。他懇求父親教他使用方法，當(dāng)看到父親把尺子拉來拉去，很快算出一道有乘有除的數(shù)學(xué)題，阿坦那索夫驚異得瞪大了雙眼。從此，他對(duì)計(jì)算尺的酷愛簡(jiǎn)直到了癡迷的程度，結(jié)果促使自己更努力去鉆研數(shù)學(xué)。在母親幫助下，阿坦那索夫中學(xué)時(shí)期就自學(xué)了大學(xué)數(shù)學(xué)課程，如數(shù)學(xué)原理和微積分等。

1921年，阿坦那索夫進(jìn)入佛羅里達(dá)大學(xué)，選擇的專業(yè)與父親相同，也是電氣工程。在同學(xué)中間，他的數(shù)學(xué)成績(jī)最好，而且是唯一學(xué)習(xí)過二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算的人。1925年大學(xué)本科畢業(yè)，他進(jìn)入衣阿華大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，拿到碩士學(xué)位再考進(jìn)威斯康星大學(xué)，攻讀物理學(xué)博士學(xué)位。1930年，當(dāng)阿坦那索夫如愿以償?shù)卮魃喜┦棵睍r(shí)，他所學(xué)的專業(yè)已經(jīng)橫跨了電氣、數(shù)學(xué)和物理，廣闊的知識(shí)面，不僅為他今后的發(fā)明創(chuàng)造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而且也為他點(diǎn)燃思想火花提供源源不斷的“燃油”。

返回衣阿華大學(xué)，阿坦那索夫又用了一年多時(shí)間，把那些餐巾紙上記錄的構(gòu)想，變成詳細(xì)的設(shè)計(jì)和說明，然后給學(xué)校研究理事會(huì)書寫了一份申請(qǐng)報(bào)告，希望得到一筆研究資金。衣阿華大學(xué)也真“慷慨”，經(jīng)過反復(fù)研討之后，終于批給他“一大筆”經(jīng)費(fèi)——650美元。阿坦那索夫算了算，這些錢只夠制造出一個(gè)部件。

所幸的是，他找到了一個(gè)合作者，一個(gè)可以幫助他建造機(jī)器的工程師。阿坦那索夫?qū)W的大都是理科，偏重于理論設(shè)計(jì)，對(duì)制造機(jī)器的工藝并不在行。于是，他四處尋找合適的人選，終于在自己的學(xué)生里，發(fā)現(xiàn)了一位訓(xùn)練有素的小伙子克利夫·貝瑞（Clifford E. Berry ，1818-1963）。

貝瑞是一位文靜靦腆的青年，個(gè)頭不高，與阿坦那索夫一樣，戴一副寬邊眼鏡。貝瑞出生在紐約，讀小學(xué)就被同學(xué)稱為“天才”，以各科全優(yōu)的成績(jī)高中畢業(yè)。他愛好無線電，是當(dāng)?shù)匦∮忻麣獾臉I(yè)余發(fā)報(bào)員。他最大的特點(diǎn)是極強(qiáng)的動(dòng)手能力，任何東西都做得細(xì)致而精巧。在衣阿華大學(xué)，他學(xué)的專業(yè)也是電氣工程，聽過阿坦那索夫副教授講的幾堂物理課。他一邊讀書，一邊到當(dāng)?shù)匾患译姎夤炯嫒渭夹g(shù)員。1939年，他以全班第一的成績(jī)畢業(yè)，準(zhǔn)備繼續(xù)攻讀碩士學(xué)位。當(dāng)阿坦那索夫找來時(shí)，貝瑞高興地同意擔(dān)當(dāng)副教授的研究助手。兩個(gè)人在物理樓地下室里建立了一個(gè)簡(jiǎn)陋的制造車間。

事實(shí)證明，貝瑞確實(shí)給阿坦那索夫餐巾紙上構(gòu)思的藍(lán)圖注入了生命。他用最簡(jiǎn)陋的設(shè)備和元件，如自行車齒輪和鏈條制造了傳動(dòng)裝置，由一臺(tái)小電機(jī)驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)鼓旋轉(zhuǎn)，儲(chǔ)存鼓上則精細(xì)地裝配了許許多多的電容器。為了解決數(shù)據(jù)輸入，貝利找到了一臺(tái)舊的IBM穿孔機(jī)，但他發(fā)現(xiàn)這種機(jī)器不好使，靈機(jī)一動(dòng)想出了一個(gè)“電弧燒孔”的辦法：用高壓電產(chǎn)生電弧，給穿孔紙帶燒出一個(gè)個(gè)小孔。

1939年10月，第一臺(tái)小型試驗(yàn)樣機(jī)終于開始運(yùn)轉(zhuǎn)，幫助衣阿華的教授和研究生們解算了若干復(fù)雜的方程，盡管它只能對(duì)8位數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，速度甚至比人工手算更慢。阿坦那索夫把這臺(tái)機(jī)器命名為ABC（Atanasoff- Berry-Computer），其中，A、B分別取倆人名字的第一字母，C即“計(jì)算機(jī)”的首字母。這臺(tái)機(jī)器一旦工作起來，整個(gè)物理大樓的人都可以聽到自行車鏈條叮當(dāng)作響和電弧絲絲聲，也會(huì)聞到空中飄來燒紙的焦糊味。

阿坦那索夫和貝瑞并不認(rèn)為這臺(tái)樣機(jī)已研制成功。1940年秋，他們寫了一份更詳細(xì)的建議書，用300多個(gè)電子管組裝一臺(tái)正式的ABC電子計(jì)算機(jī)，將可以解出有30個(gè)未知數(shù)的聯(lián)立方程。當(dāng)時(shí)電子管是十分昂貴的物品，僅購買一只就需50美元。他們初步預(yù)算的結(jié)果，研制這臺(tái)機(jī)器需要5000美元。保守的衣阿華大學(xué)認(rèn)為這是浪費(fèi)金錢，斷然拒絕了他們的請(qǐng)求。阿坦那索夫和貝瑞只得自己想辦法，因陋就簡(jiǎn)，繼續(xù)改進(jìn)他們的ABC計(jì)算機(jī)。

阿坦那索夫的工作得不到學(xué)校的重視，卻引起賓夕法尼亞大學(xué)一位叫莫契利的講師極大的興趣，他甚至親自驅(qū)車來到衣阿華，實(shí)地參觀并向阿坦那索夫詳細(xì)請(qǐng)教ABC計(jì)算機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)。耳聞目睹，莫契利迷戀上了這臺(tái)破破爛爛的機(jī)器。阿坦那索夫天才的思想，最終導(dǎo)致這位“世界第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)發(fā)明人”于1946年成功研制出ENIAC電腦。

可是，阿坦那索夫和貝瑞卻沒有獲得成功的花環(huán)。1942年，日本襲擊珍珠港，每一個(gè)愛國的科學(xué)家都準(zhǔn)備上前線報(bào)效祖國。阿坦那索夫和貝瑞主動(dòng)放下手中的研制計(jì)劃，轉(zhuǎn)向更緊迫的國防科研項(xiàng)目。1942年底，貝瑞前往洛杉磯參加一項(xiàng)國防承包工程，而阿坦那索夫則去華盛頓一個(gè)海軍軍械實(shí)驗(yàn)室工作，研究炸彈引信。從此，兩人失去了聯(lián)系。

在阿坦那索夫和貝瑞離開之前，已有兩臺(tái)改進(jìn)后的ABC計(jì)算機(jī)能夠運(yùn)行，它的主要部件基本定型，但畢竟未能最終完成。這兩臺(tái)ABC計(jì)算機(jī)被存放在衣阿華大學(xué)物理樓的儲(chǔ)存室里，逐漸被人遺忘。1946年，由于物質(zhì)短缺，兩臺(tái)機(jī)器都被人拆散，零件移作它用，唯一只留下的只有一個(gè)電容存儲(chǔ)器部件。衣阿華大學(xué)沒有為ABC計(jì)算機(jī)申請(qǐng)專利，也給電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明權(quán)問題帶來了曠日持久的法律糾紛。

戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，阿坦那索夫沒有返回大學(xué)講壇，陸續(xù)創(chuàng)辦過幾個(gè)軍事和民用企業(yè)，并擔(dān)任總裁和技術(shù)主管。他一生獲得32項(xiàng)發(fā)明專利，于1965年6月15日逝世，終年91歲。