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数学家传记

霍华德·艾肯Howard H. Aiken

出生
1900年3月9日 美国新泽西州霍博肯
逝世
1973年3月14日 美国密苏里州圣路易斯

霍华德·艾肯是早期计算机的先驱设计者。

完整传记

霍华德·艾肯的父母是Daniel H 艾肯(约生于1870年)和Margaret Emily Mierisch(1874-1961)。Daniel Aiken来自印第安纳州一个富裕家庭,但不幸的是,他酗酒成瘾,这导致了我们下面描述的家庭问题。Margaret Mierisch是定居美国的德国移民的女儿。Daniel和Margaret Aiken于1899年5月16日在曼哈顿结婚。他们唯一的孩子是艾肯,即本传记的主人公。这家人住在霍博肯,直到大约1911年,艾肯、他的父母和外祖父母都搬到了印第安纳州印第安纳波利斯。在那里,他就读于1912年成立的阿森纳技术高中。这所学校之所以如此命名,是因为其建筑最初是美国政府的兵工厂,但当这些建筑不再适合该用途时,它们被改造成了印第安纳波利斯的第三所公立高中。

艾肯在阿森纳技术高中的时光很快被打断了。如上所述,他的父亲有酗酒问题,喝醉时会虐待Margaret,即艾肯的母亲。大约在1912年发生这样一次事件时,艾肯从壁炉里拿起拨火棍,把父亲赶出了家门。Daniel Aiken再也没有回来,他的父母,即艾肯的祖父母,也不再与艾肯和他的母亲有任何来往。在艾肯读完该校八年级后,大约14岁时,他不得不离开学校,挣钱养活母亲和外祖父母。他在印第安纳波利斯找了一份安装电话的工作,但通过函授课程继续接受教育。阿森纳技术高中的老师们很清楚艾肯的潜力,尤其是在数学方面,其中一位老师去见Margaret Aiken,试图说服她让儿子回到高中。艾肯的母亲无法允许,因为她的儿子是家里唯一的收入来源。然而,这位老师坚持不懈,为艾肯找到了一份在印第安纳波利斯照明与供热公司的工作,这份工作涉及夜间工作。这样他就能在正常的白天时间上高中了。

在印第安纳波利斯照明与供热公司的工作是担任接线员,这份工作让艾肯感到非常无聊,以至于他开始织袜子来打发时间。问艾肯如何能日夜工作并非不合理,但年轻且只需几小时睡眠就能应付,使他得以成功。他于1918年完成学业,是首批从高中毕业的学生之一。这仅是在阿森纳技术高中校长Milo H Stewart的帮助下实现的。由于学业中断,艾肯没有获得毕业所需的足够学分,但Stewart为他安排了一次特别考试,以给予他额外的学分。Stewart还协助艾肯申请工作,这导致麦迪逊燃气与电力公司向他发出录用通知。艾肯和他的母亲搬到了麦迪逊,以便他能接受这份夜间电话接线员的工作,从下午4点工作到午夜。这使他得以在威斯康星大学麦迪逊分校注册为电气工程专业的学生。在本科学习期间,他还担任物理学教授的助理。然而,艾肯在整个本科岁月里极其贫困。他为母亲找到了一间公寓居住,并与两三个其他学生合住。他并不喜欢本科课程的某些方面。多年后他说(见[2]):-

我只希望作为本科生,我[没有]把时间浪费在机械制图、机工车间以及传统工程学院新生所需的其他无聊事情上。

在获得威斯康星大学第一个学位后,艾肯继续为麦迪逊燃气与电力公司工作,担任:-

……负责公司发电站设计与重建的电气工程师。

获得学位后,他被提升为总工程师。他在这个职位上工作了四年,在此期间他:-

……彻底重新设计并重建了公司发电厂的电气设备,监督建造了一个三百万立方英尺的储气罐,并对公司的煤气厂进行了许多其他改进。

1927年,他离开麦迪逊,搬到芝加哥,被任命为西屋电气与制造公司中央电站部门的通用工程师。他的工作主要涉及设计发电站。此时他告诉朋友,他想学习更多数学,并正在考虑进一步研究这个课题。然而,为了寻求更高的薪水,他于1931年接受了密歇根州底特律的Line Material公司地区经理的职位。更高的薪水并不能弥补他不再从事科学工作这一事实。他在那个职位上只待了一年,然后于1932年进入芝加哥大学,成为物理学研究生。然而,他不喜欢芝加哥大学建议的学习计划,而且在开始课程后不久,他就与一位教授交谈并寻求建议。有人向他建议,他会更喜欢哈佛教授感兴趣的研究课题。在芝加哥只待了不到一年后,艾肯于1933年转学到哈佛大学文理研究生院。他的母亲搬到了马萨诸塞州剑桥,很快他们就在普林普顿街8号有了一套公寓。

艾肯开始哈佛研究生学习时33岁。他努力适应物理学课程,但当Emory Leon Chaffee(1885-1975)成为他的论文导师后,情况明显改善。艾肯于1937年6月获得物理学A.M.学位,并于1939年2月因论文Theory of space charge conduction获得哈佛博士学位。他于1939年9月被任命为哈佛大学物理学与通信工程系的Faculty Instructor(相当于助理教授)。在这个角色的第一年,他教授应用数学课程。艾肯于1939年与Louise T Mancill结婚;他们有一个女儿Rachel,但于1942年离婚。Louise约1907年出生于费城,父母是Horace L Mancill和他的妻子Rachel Townsend。

当艾肯还是哈佛大学物理系的研究生和讲师时,他开始计划建造一台大型计算机。这些计划是为了一个非常具体的目的,因为艾肯的研究导致了一个微分方程组,该方程组没有精确解,只能用数值技术求解。然而,所涉及的手工计算量几乎令人望而却步,所以艾肯的想法是使用由霍尔瑞斯开发的打孔卡机的改编版。

艾肯写了一份报告,描述了他如何设想这样一台机器,特别是他描述了用于科学研究的机器与穿孔卡片机器的不同之处。他列出了四个要点[6]:-

……而会计机器只处理正数,科学机器必须能够处理负数;科学机器必须能够处理诸如对数、正弦、余弦以及许多其他函数;如果计算机一旦启动,就能在无需干预的情况下,对众多数值反复处理问题,直到计算完成,那么它对科学家最为有用;并且机器应该按行而不是按列计算,这更符合数学事件的顺序。

这份报告足以促使哈佛大学的高级职员联系IBM,并达成协议,艾肯将在IBM工程师的帮助下,在恩迪科特的IBM实验室建造他的计算机。艾肯与三位工程师合作,开发了ASCC计算机(自动序列控制计算器),它可以执行五种操作:加法、减法、乘法、除法和引用先前结果。艾肯的想法深受查尔斯·巴贝奇著作的影响,他将建造ASCC计算机的项目视为完成查尔斯·巴贝奇已经开始但未能完成的任务。

ASCC与查尔斯·巴贝奇的分析机之间的共同点比人们想象的要多。尽管它由电力驱动,但主要部件是电磁操作的开关形式的机电元件。它重35吨,有500英里长的导线,能计算到23位有效数字。有72个存储寄存器和执行乘法与除法的中央单元。要了解这台机器的性能,一次加法大约需要6秒,而一次除法大约需要12秒。ASCC由穿孔纸带上的指令序列控制。穿孔卡片用于输入数据,机器的输出要么在穿孔卡片上,要么由电动打字机产生。

艾肯在计算机方面的工作因第二次世界大战而中断。第二次世界大战期间,艾肯是海军少校,并在海军水雷战学校任教。他后来晋升为中校。Robert Campbell在5中谈到了战争造成的困难:-

所以1941年圣诞节假期我们在纽约。我接到一个我不认识的哈佛教员打来的电话,他叫艾肯。他想见我。于是我们在中央车站见面。他正在前往弗吉尼亚州约克镇的途中,在那里教授磁性水雷技术。他是海军少校,后来是中校,并在海军水雷战学校任教。我们在中央车站见面。他告诉我关于计算机的事。他称之为“计算器”。这是一台他构思的大型计算器,正在IBM建造。然后他被海军征召。他在海军预备役,无法在设计最后阶段继续与IBM合作。机器建造进展顺利。设计的某些方面仍不完整,特别是与LOG、EXP和SIN函数有关的方面。他告诉我哈佛需要有人继续与IBM联络。这听起来有点有趣,所以我说我会做,大概谈了一个小时后。我以前从未见过他。他从物理实验室的档案中挑出了我的名字。

1943年ASCC建成后,决定将计算机搬到哈佛大学,从1944年5月开始使用。格蕾丝·霍珀从1944年起与艾肯在ASCC计算机上工作,该计算机已更名为哈佛Mark I,并由IBM赠送给哈佛大学。这台计算机在哈佛大学的军械局计算项目中占有重要地位,格蕾丝·霍珀被分配到这个项目,美国海军用它进行射击和弹道计算。格蕾丝·霍珀描述了她与艾肯的第一次会面:见THIS LINK

艾肯的马克一号机器的图片在THIS LINK

Richard Bloch也在哈佛与艾肯在ASCC上工作。谈到艾肯时他说[3]:-

我认为艾肯在工具稀少的时候取得了很大成就。他显然造出了一台机器,而且可能是今天真正能被称为计算机的第一台机器,一台基本上是自动排序的机器。他还应该因专注于机器做了什么、为谁做以及做的准确性而获得很大赞誉。……就我而言,他确实是一位伟大的先驱,一位严厉的监工。我记得他会在早上或晚上的任何时间进来,有时他会在凌晨四点出现。我可能在那里试图从机器中找出一些错误。而他会出现在那里,我不知道,睡了三四个小时,他的评论是“我们在制造数字吗?”那是一个最喜欢的表达,“我们在制造数字吗?”一旦机器设计好,他最大的满足就是看到输出出现。……他有一种方式,要么让人喜欢他,要么让他绝对凶猛。

艾肯于1943年1月第二次结婚。他的妻子Agnes Montgomery,被称为Monty,是一位高中教师,教拉丁语和法语。艾肯和Agnes Aiken有一个女儿,Elizabeth。Monty曾在哈佛大学拉德克利夫学院学习。艾肯和Agnes于1961年离婚。

1946年,艾肯和格蕾丝·霍珀发表了题为The automatic sequence controlled calculator的三篇联合论文。这些论文被翻译成俄语,并于两年后出版。同样在1946年,艾肯发表了A Manual of Operation for the Automatic Sequence Controlled Calculator。弗瑞兹·约翰 Lee写道[17]:-

艾肯在1937年提出的计算机方案,开头几段专门介绍了机器计算的先驱:布莱兹·帕斯卡、Moreland、哥特弗里德·威廉·莱布尼茨,尤其是查尔斯·巴贝奇。这种对历史的致敬也体现在1946年[与格蕾丝·霍珀合作]发表在《电气工程》上的系列文章中。Mark I《操作手册》的第一章整章都是历史纪事,着重介绍了查尔斯·巴贝奇的工作;其中一幅插图甚至展示了查尔斯·巴贝奇那台从未完成的差分机的一组计算轮。

你可以在THIS LINK读到这本《操作手册》重印版导言的节选。

艾肯 于 1947 年完成了哈佛 Mark II,一台完全电子化的计算机。他继续在哈佛从事这一系列机器的工作,接下来研究 Mark III,最后到 1952 年研究 Mark IV。艾肯 在他用法语写的论文 Le calculateur Mark IV(1953)中描述了 Mark IV。他不仅从事计算机构造工作,还发表了关于电子学和开关理论的著作。

1961年,艾肯从哈佛退休,被任命为劳德代尔堡迈阿密大学的信息学杰出教授。艾肯没有在迈阿密大学任教,而是成为商人,创办了Howard Aiken Industries Incorporated,一家纽约咨询公司。他于1963年与Mary McFarland结婚。Mary曾是波士顿的一名小学教师。Richard Bloch谈到了艾肯晚年的生活[3]:-

在他去世前,我相当频繁地见到他。他对一些新发展感兴趣,有趣的是,他对家用计算机的小型化等等感兴趣。他预见到不仅拥有微型电路,还拥有微型输入和微型输出设备的好处。当时他甚至和我谈到要创办一些公司来探索这一点并进入这个领域。所以,他在这领域里那种进取的思考一直持续到去世。他是一个始终紧跟这个领域的人,直到最后的日子还在构想新想法。

1964年,艾肯获得了Harry M Goode纪念奖,这是计算机学会颁发的一枚奖章和2000美元奖金:-

因其对自动计算机发展的原创性贡献,促成了首台投入运行的大规模通用自动数字计算机;因其作为工程师在数字计算机领域的持续工作;以及作为教师传授给许多人的知识与启发。

这是艾肯因其在计算机发展方面的开创性工作而获得的众多荣誉之一。这些奖项来自许多国家,包括美国、法国、荷兰、比利时和德国。例如,他获得了美国的海军杰出公共服务奖,法国的荣誉军团骑士勋章和法兰西科学院棕榈叶勋章,比利时的王冠勋章军官十字勋章,以及德国达姆施塔特工业大学的荣誉学位。

他于1964年获得了富兰克林研究所的约翰 Price Wetherill奖章,并于1970年获得了IEEE爱迪生奖章:-

……因其在大规模数字计算机的开发与应用方面开创性贡献的卓越职业生涯,以及对数字计算机领域教育的重要贡献。

参考文献

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