【原】电脑往事

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‍本文为本号《改变世界》系列轻科普第九篇，

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（嗓子沙哑，见谅！）‍

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    本系列列举了近现代以来改变世界的一些科技产品的故事，包括电灯、电话、汽车、飞机、原子弹、青霉素、电脑等等。既阐述一些科普事实，又夹杂一些人文思考，希望能带给您一丝收获，同时希望朋友们多提建议，共同进步！

一、莱布尼兹与二进制

当谈到历史上“伟大的通才”时，除了经常被网友转发的达芬奇，你还知道谁？

这次给大家介绍一位重量级的通才——莱布尼兹（1646-1716）。

德国律师、数学家、哲学家，还研究过地质学、地理学、政治学、伦理学、神学、历史学、语言学等领域，关键是，这些领域他都留有著作，且都是造诣很高的那种。比我们现在在知网甚至SCI水的那些论文强得多得多得多！

关于莱布尼兹最有名的故事大概是以下这两个：

第一，和牛顿争夺微积分的发现者称号。

我一直觉得，凭牛顿和莱布尼兹这二位旷世奇才的水平，不至于为了争夺什么冠名权而打口水仗。这场科学史的著名公案，大概率是他们各自的粉丝挑起的。就像现在的明星，比如吴京和甄子丹私人关系挺好，可粉丝们抓住一些细枝末节，吵来吵去就把两个人对立起来了。再就是国家荣誉之争，微积分到底是英国人还是德国人最先发现的，事关荣誉。当然，以上都是我的猜测，并没有证据。

有人对两者的微积分系统做了分析：牛顿从物理学出发，运用集合方法研究微积分，其应用上更多地结合了运动学，造诣高于莱布尼茨。莱布尼茨则从几何问题出发，运用分析学方法引进微积分概念、得出运算法则，其数学的严密性与系统性是牛顿所不及的。总体来看，二人殊途同归。

第二，二进制受了中国《周易》的影响？

一直流传这个说法，莱布尼兹是看了《周易》的阴阳八卦受到启发，才发明了二进制。中国科学院自然科学史研究员郭书春在其著作中专门做过辟谣：“中国有所谓《周易》创造了二进制的说法，至于莱布尼兹受《周易》八卦的影响创造二进制并用于计算机的神话，更是广为流传。事实是，莱布尼兹先发明了二进制，后来才看到传教士带回的宋代学者重新编排的《周易》八卦，并发现八卦可以用他的二进制来解释。”可见，莱布尼茨并不是看到阴阳八卦才发明的二进制。

我还是要不厌其烦地再说一遍这句话：政治正确、文化自信，都很好，但不能盲目，必须建立在科学可靠、实事求是的基础上。

我们生活中大多用的是十进制，据说是因为人有十个手指，所以自古以为的计算都按照“满十进一”的法则，世界各地大多如此。其实还有其他一些进制也在生活中应用：比如角度和时间的时分秒是60进制。

二进制就是“满二进一”，与十进制对应，0还是0；1还是1；但2已经满2了，要写成10（读作“一零”）；3写成11（读作“一一”）···依次类推。

为什么二进制对于后来电脑（计算机）的发明至关重要呢？

我们初中物理就学过电路了，一个电路或电器只有两个基本状态，要么通电、要么断电，对应了“开与关”、“亮与灭”、“正与负”等。如果按照十进制，需要找到对应十种不同状态的器件，很难。而二进制就与电路的两个基本状态对应起来了，实在是妙！

莱布尼兹绝不仅是理论高手，动手能力也是超强。他亲自动手做了一台机械式计算机，计算能力可以达到小学生的水平，常见的加减乘除都可以迅速解决，这在当时是个惊人壮举！

二、计算机科学之父、人工智能之父

——图灵

以莱布尼兹为代表的早期计算机，主要是机械式的，就是很多个齿轮相互咬合，通过一番安排，用来计算数据，效率不会太高。

现代计算机的程序思想，最早便是由图灵（1912-1954）提出。

图灵，英国数学家、逻辑学家、密码专家。

图灵短暂的一生，做过两件改变世界的事情。

第一，帮助英国破译德军密码，加速二战进程。

密码破译是个相当复杂的过程，我们可以简化到小学生水平来理解一下。

比如你的手机开机密码是六位数，一共有0-999999共100万种结果。怎么破译？一种是根据你本人的一些特征进行一定的理论推导，你的生日，你的学号，你喜欢的数字等等，将范围缩小；另一种是暴力破解，从0到999999挨着尝试，早晚能成功。暴力破解可以说是简单而粗暴，只是需要的时间特别长，黄花菜都凉了。所以，人工肯定不行，就要用到高速运行的计算机程序。实际的密码破译比这个要难n倍。

在以图灵为代表的一批科学家努力下，利用计算机器，德军密码被破译，盟军可以随时掌握德军的作战计划，希特勒怎能不败？

第二，现代计算机的发明。

二战后，图灵在曼彻斯特大学继续进行计算机的研究，他对“软件、程序”、“机器思考”、“图灵测试”等的研究，引发了科学界的广泛关注，对后世产生深远影响。后人称之为“计算机科学之父”和“人工智能之父”。如今，计算机领域的最高奖，便是“图灵奖”，被誉为计算机界的诺贝尔奖。

图灵还是个运动健将，作为跑步爱好者的我，佩服地五体投地。

3英里（4.8公里）成绩15分37秒，位列当时英国第20名；

马拉松（42.195公里）成绩2小时46分03秒，即使不做科学研究，也能做个国家队运动员。

在强大的压力下，他选择了自杀，年仅41岁。自杀方式是：吃了一口用氰化物浸泡过的苹果。

后来有人认为乔布斯的苹果图标是为了纪念图灵，后来乔布斯自己说并不是。无论如何，图灵的故事早已成为人类科学史上不可抹灭的辉煌一页。

三、现代计算机之父——冯·诺依曼

电脑计算机这种彻底改变是人类生产生活方式的伟大发明，断然不是一个人可以搞定的。除了图灵，还有很多最智慧的大脑。其中最为出名的，便是我们计算机基础类教材上最常出现的冯·诺依曼。

冯·诺依曼（1905-1957），犹太人，美籍匈牙利人。20世纪最伟大的全才之一，数学家、物理学家、计算机科学家，被誉为“现代计算机之父”、“博弈论之父”。

我个人有这么一种感觉，图灵可以类比为古龙，天纵之才，狂放不羁；冯·诺依曼可以类比为金庸，深不可测，大气磅礴。

冯·诺依曼的经历异常丰富：

他是一名正统的物理学家，参与过曼哈顿计划，为第一颗原子弹的爆炸做出过突出贡献；

他是重要的数学家，纯粹数学和应用数学都有所斩获；

他是经济学爱好者，与人合作写了《博弈论与经济行为》，成为了博弈论创始人；

晚年后，他的关注点才到计算机，著有《计算机与人脑》，为电子计算机提供了基础性方案。

如果说图灵提供了软件思想，冯·诺依曼则是提供了硬件思想。软硬结合，天下无敌！

至今，我们的相关课本上仍然写着，“计算机有五大基本部件：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备，被称为冯·诺依曼计算机”。

冯·诺依曼的心算能力和记忆力堪称“电脑”。经常有类似事情发生：一个年轻学者，拿着一个难题来找他，“诺依曼教授，这个问题用无穷级数计算太复杂了，我要计算整整四个小时才能搞定，请问有没有简单的方法呢？”诺依曼看了看那个问题，抬头看着天花板，不时地眨眨眼，几分钟后问年轻人，答案是不是XXX。年轻人惊叹，“对！请问您是用的什么方法？”“哦，我就是用的无穷级数的方法”。

其他诺奖级别的科学家经常这样评价冯·诺依曼，这个人“一半是人，一半是神”。诺依曼病危之际，美国国防部长、陆海空三军司令等军界领袖都前往医院送别，并期待“聆听他最后的建议和非凡的洞见”。

有了前人科学家们理论的积累，工程师们发愤图强。1946年，世界上第一台电子计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生，占地170平方米，重达30吨，耗电功率约150千瓦每时，每秒钟可进行5000次运算。设计初衷是为美国国防部用来进行弹道计算。

从此，电脑计算机从军用进入民用，从巨型为微型，如今已经成为居家必备工具。再与互联网配合，构成了国民生活的基础设施。

最后的话：俗话说，穷学IT，富搞金融。如果你是个高中理科生，对未来没啥特殊的兴趣和打算，不知道报啥高考志愿，家里也不是很有钱，可以考虑计算机！