↖  电脑传奇(上篇)：计算机出世-2..

2. 冯•诺伊曼的101页草稿

几乎与皮茨遇见维纳同时，冯•诺伊曼在1943年9月20日正式来到新墨西哥州的阿拉莫斯参加“曼哈顿计划”，他的原子弹内爆模型需要大量计算。

1944年春，哈佛大学的自动程序控制计算器（the Automatic Sequence Controlled Calculator，ASCC，代号Harvard Mark I）启动，运行的最早程序之一就是冯•诺伊曼的内爆模型可行性验证程序。

1944年夏，冯•诺伊曼在火车站候车时遇到美国陆军弹道实验室的戈尔斯坦，后者告诉他正参与ENIAC计算机的研制，随后冯•诺伊曼成了宾夕法尼亚大学ENIAC研制组顾问。

1945年6月，冯•诺伊曼公开了101页的EDVAC计算机设计报告草稿，堪称为经典计算机的“葵花宝典”。

冯•诺伊曼是标准的数学家，图灵也是标准的数学家，为什么图灵的ACE计算机方案只有50页，而冯•诺伊曼的报告写了101页还没写完？打开这个秘密的钥匙，就是麦卡洛克和皮茨的《神经活动中内在思想的逻辑演算》——这是整个报告的唯一参考文献。

EDVAC报告分15章（第15章还没写完）。第1章是“自动计算系统”的定义，1页左右。第2章是系统构成，首先简要介绍了三个部分：中央运算器、中央控制器和内存，之后，冯•诺伊曼说“这三个部分对应人类神经系统中相互联结的神经元”，顺理成章，“还需要感知神经元(sensory or afferent neuron)和运动神经元(motor or efferent neurons)”，

因此，自动计算系统也需要另外两个组成部分：输入和输出。

这就是计算机教科书中标准的“冯•诺伊曼体系结构”，至于“牵强附会”的神经元比拟，严肃的教科书就删去了。

第3章很短，是关于报告撰写的安排。

第4章标题是“基元、同步性、神经元类比(Elements, Synchronism, Neuron Analogy)”。4.1节定义“基元”：能够保持两个或两个以上稳定状态的器件，在接受“刺激(stimuli)”（最原始的刺激来自“输入”部分）时可以发生状态翻转，也能发射“刺激”给其他基元。

基元可以是当时已经在使用的十进制数轮(wheel)和电报系统用的继电器，不过最好是电子管（晶体管三年后才发明出来）。

4.2节第一段开门见山：“高等动物的神经元毫无疑问就是上面定义的一种基元”，“神经元的‘全或无(all-or-none)’特性即（基元的）两种状态：休眠或兴奋”，对于基元接收“刺激”以及“传播”刺激的描述更是直接源于当时对神经系统的理解。

第二段，冯•诺伊曼干脆直接引用了麦卡洛克和皮茨的文章。

第6章是“电子基元(E-elements)”，是那个时代人们对神经元的认识，具体来说，是麦卡洛克和皮茨文章中所描述的神经元，其中6.4节再次引用麦卡洛克和皮茨的文章，其中充满了神经元、轴突、树图、突触等神经网络词汇。

很清楚，大脑和神经系统就是冯•诺伊曼设计计算机时的基本隐喻！

3. 计算机非电脑

冯•诺伊曼用“脑”类比计算机，并不是他个人的灵感，而是当时“圈内的共识”，维纳在1948年出版的《控制论：或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》[7]的导言部分有详细记录。

“从那时起，我们已经清楚地认识到，以替续的开关装置为基础的快速计算必定会是神经系统中发生的各种问题的几乎合乎理想的模型。

神经元兴奋的全或无的性质，完全类似于二进制中决定数字时的单一选择，

……突触无非是这样一种机构，它决定来自别的一些选定元件的输出的特定组合是否将成为足以使下一个元件产生兴奋的刺激，而且这种决定的精确性要类似计算机”。

“在这方面有兴趣的人们经常来往。我们得到了和同事们交流思想的机会，特别是同哈佛大学的艾肯博士、高级研究所的冯•诺伊曼博士、宾西法尼亚大学研究ENIAC和EDVAC计算机的戈德斯汀博士。

只要我们碰在一起，我们就互相细心倾听，不久工程师们的词汇中就渗进了神经生理学家和生理学家的专门名词”。

“到了进程的这个阶段，冯•诺伊曼和我都感到需要召开一次所有对于我们现在叫做控制论的这门科学感兴趣的人全都参加的会议，这个会在1943~1944年之间的冬末在普林斯顿召开。

工程师们、生理学家们和数学家们全都有代表参加。

……生理学家们从他们的观点对控制论问题提出了集体意见，同样地，计算机设计者们也提出了他们的方法和目标。会议后期，大家都明白了，在不同领域的工作中之间确实存在着一个实在的共同思想基础”。

尽管维纳是从控制论角度记录这段历史，但毫无疑问这个“共同思想基础”也是当时设计计算机的“思想基础”，维纳在《控制论》就明确地说“计算机，乃至大脑，是一种逻辑机器”，

并对计算机和神经系统进行了不少类比。冯•诺伊曼的101页报告，不过是这种“共同思想”的详细展开而已。

但是，冯•诺伊曼很快就认识到这种思想的问题所在，这集中体现在1946年11月他写给维纳的一封信中。

冯•诺伊曼先回顾说“为了理解自动机的功能及背后的一般原理，我们选择了太阳底下最复杂的一个对象”，但是神经系统的既有模型对发展自动机帮不上忙，“在整合了图灵、皮茨和麦卡洛克的伟大贡献后，情况不仅没有好转，反而日益恶化”，“这些人都向世人展示了一种绝对的且无望的通用性：所有、任何事物……都能按照某种机制完成，特别地通过一种神经机制，一种确定机制竟然是‘万能的’”。

因此，冯•诺伊曼决定和神经系统模拟分道扬镳，因为“仅靠我们对生物功能的了解，如果不借助‘显微镜’，就不可能在细胞层次上更深入地认识神经机制”，

基于此，他决定转向研究更简单的生物系统，例如能够自我繁殖的病毒和细菌。也许正是因为这个原因，冯•诺伊曼甚至不愿意再花时间修改那份充满了神经系统隐喻的101页设计草案，转向怎样用不可靠元件设计可靠的自动机，以及建造自己能再生产的自动机。

图灵当然更清楚计算机只是执行形式逻辑的机器，它的能力极限已经由哥德尔定理和“不可计算数”框定了，不能和“脑”相提并论。

1950年10月，图灵在《心智》(Mind)发表《计算机与智能(Computing Machinery and Intelligence)》，提出“机器能思考吗?(Can Machines Think?)”这个经典问题。

图灵认为真正的智能机器必须具有学习能力，他以人的成长为参照模型描述了制造这种机器的方法：先制造一个模拟童年大脑的机器，再进行教育训练。

1952年，图灵发表《形态发生的化学基础》，注意力转向数学生物学(Mathematical Biology)：用“（化学）反应-扩散方程”解释生物体何以发展出各种形态，例如人体骨骼形态、树叶形状、老虎花纹等，这一假说在60年后得到实验证实，图灵因此成为形态发生理论(Morphogenesis)的奠基人。

不幸的是，就在这一年，图灵因同性恋获罪。

大洋彼岸，维纳突然中断与皮茨和麦卡洛克的联系，雪上加霜的是，皮茨也意识到用纯粹逻辑建模大脑存在根本性问题，因此拒绝在自己的博士论文上签字，把包括三维神经网络研究在内的所有作品付之一炬，陷入酒精的麻痹和抑郁中。

1954年，图灵逝世。那一年，贝尔实验室组装出第一台晶体管计算机。

1957年，冯•诺伊曼与世长辞。那一年，贝尔实验室发明晶体管的“八天才叛逆”，创办仙童半导体。一年后，根据冯•诺伊曼为耶鲁大学西列曼演讲准备的未完成讲稿整理而成的《计算机与人脑》一书出版。同年，仙童与德州仪器分别发明集成电路，大幅度提高了晶体管集成度和性能，成为制造“大型开关电路”通用硬件方案。

1964年，维纳去世，围绕控制论的争论告一段落，计算机基本原理尘埃落定。那一年，摩尔提出集成电路指数提升的摩尔定律，计算机大步踏入半个世纪的辉煌历程。这一年，计算机正好18岁。

1969年5月，一蹶不振的皮茨郁郁而终，四个月后，麦卡洛克步其后尘，这对惺惺相惜的忘年之交所引发的关于大脑、逻辑、智能、计算机和控制论的争论，与应用上取得巨大成功的计算机相比，越发显得黯淡无光。

但是，智能的种子一旦种下，就不可抑制，神经网络和人工智能这两股力量早已暗暗角力，如今开山高手悉数西去，再不需要遮遮掩掩，一位出身神经网络派的人工智能派顶级高手，运起理论内功，在麦卡洛克弥留之际向神经网络派新首领（虽然曾是自己的高中校友）发出致命一击……

这正是：

计算本有道，至简又至真；

零壹数不尽，真假理已分；

开关归一统，软硬定乾坤；

电脑七十载，智能尚浮云。

本页Url