莫里斯·威爾克斯(英國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家)
莫里斯·文森特·威爾克斯爵士,F(xiàn)REng,F(xiàn)RS(Sir Maurice Vincent Wilkes,1913年6月26日-2010年11月29日?),英國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家。設(shè)計(jì)和制造了世界上第一臺(tái)存儲(chǔ)程序式電子計(jì)算機(jī)EDSAC,在“工程和軟件等計(jì)算機(jī)領(lǐng)域都有許多開創(chuàng)性成果”。第二屆(1967年)的圖靈獎(jiǎng)授予英國(guó)皇家科學(xué)院院士、計(jì)算技術(shù)的先驅(qū)莫里斯·威爾克斯(Maurice Vincent Wilkes),以表彰他在設(shè)計(jì)與制造出世界上第一臺(tái)存儲(chǔ)程序式電子計(jì)算機(jī)EDSAC以及其他許多方面的杰出貢獻(xiàn)。
人物生平
威爾克斯1913年6月26日生于英國(guó)中西部的達(dá)德利(Dudley),距著名的工業(yè)重鎮(zhèn)伯明翰僅20km。由于威爾克斯從小就有嚴(yán)重的哮喘病,因此他父親果斷地把家遷到氣候比較宜人的斯陶爾布里(Stourbridge),使威爾克斯的健康狀況有了明顯好轉(zhuǎn)。他在當(dāng)?shù)氐膼鄣氯A四世普通中學(xué)完成了學(xué)業(yè),培養(yǎng)了對(duì)于數(shù)學(xué)、物理和無線電的愛好。當(dāng)時(shí)無線電廣播剛剛開始普及,威爾克斯對(duì)組裝收音機(jī)十分入迷,很快成了這方面的一個(gè)“小專家”,取得了業(yè)余無線電操作員證書,還為學(xué)校的廣播站制造過一些設(shè)備。1931年他進(jìn)入劍橋的圣約翰學(xué)院,1934年以優(yōu)秀成績(jī)畢業(yè)。之后他獲得一個(gè)研究課題的合同,進(jìn)入劍橋著名的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室工作。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室由于獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)的人數(shù)最多而有“諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃”的美稱。威爾克斯在這里完成了“關(guān)于甚長(zhǎng)無線電波在電離層中的傳播特性”的研究,并以此為題完成了博士論文,于1938年10月取得劍橋大學(xué)博士學(xué)位,而他的碩士學(xué)位是在當(dāng)年年初才取得的。
威爾克斯取得博士學(xué)位的時(shí)候,歐洲上空已布滿了戰(zhàn)爭(zhēng)的陰云,英國(guó)已開始準(zhǔn)備對(duì)付希特勒的進(jìn)攻。因此,威爾克斯很快被吸收到研制偵察潛水艇、軍艦和飛機(jī)的雷達(dá)設(shè)備的項(xiàng)目中去。大戰(zhàn)期間,威爾克斯輾轉(zhuǎn)于法國(guó)北部的敦刻爾克(1940年法國(guó)陷落時(shí)30萬盟軍大撤退的地方),英國(guó)的劍橋、佩特斯哈姆、馬爾文等地,參與或主持過10cm雷達(dá),GL Mark I、Ⅱ、Ⅲ以及OBOE的研制,其中OBOE是“將轟炸機(jī)引向轟炸目標(biāo)的導(dǎo)航”的英文縮寫。采用這種導(dǎo)航技術(shù)時(shí),飛行員不需要看地圖,只需按地面站發(fā)來的簡(jiǎn)單指令飛行。這種系統(tǒng)在地面有一個(gè)“貓站”,一個(gè)“鼠站”。貓站的作用是用信號(hào)通知飛行員在一個(gè)大的圓弧線上飛行,轟炸的目標(biāo)就在圓弧線上。若飛機(jī)沒有到達(dá)圓弧線,貓站就發(fā)“點(diǎn)”信號(hào),指示飛行員往外飛;若飛機(jī)飛出圓弧線,貓站就發(fā)“劃”信號(hào),指示飛行員往回飛。這樣沿圓弧線飛到目標(biāo)上空時(shí),鼠站就發(fā)出信號(hào),飛行員只管投彈就行。完成任務(wù)后貓站再以同樣方式將飛機(jī)引導(dǎo)回基地。這種導(dǎo)航技術(shù)在二戰(zhàn)中最受盟軍飛行員歡迎。
戰(zhàn)后,威爾克斯回到劍橋大學(xué),擔(dān)任數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室(后改名計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室)主任。1946年5月,他獲得了馮·諾伊曼起草的EDVAC計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方案的一份復(fù)印件。EDVAC是Electronic Discrete Variable Automatic Computer的縮寫,是賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院于1945年開始研制的一臺(tái)計(jì)算機(jī),是按存儲(chǔ)程序式思想設(shè)計(jì)的,并能對(duì)指令進(jìn)行運(yùn)算和修改,因而可自動(dòng)修改其自身的程序。但由于工程上遇到困難,EDVAC遲至1952年才完成,造成“研制開始在前,完工在后”的局面,而讓威爾克斯占去先機(jī)。威爾克斯仔細(xì)研究了EDVAC的設(shè)計(jì)方案,8月又親赴美國(guó)參加了莫爾學(xué)院舉辦的計(jì)算機(jī)培訓(xùn)班,廣泛地與EDVAC的設(shè)計(jì)研制人員進(jìn)行接觸、討論,進(jìn)一步弄清了它的設(shè)計(jì)思想與技術(shù)細(xì)節(jié)?;貒?guó)以后,威爾克斯立即以EDVAC為藍(lán)本設(shè)計(jì)自己的計(jì)算機(jī)并組織實(shí)施,起名為EDSAC(Electronic Delay Storage Auto-matic Calculator,但有的文獻(xiàn)寫成Electronic Discrete Sequential AutomaticComputer)。EDSAC采用水銀延遲線作存儲(chǔ)器,可存儲(chǔ)34恤字長(zhǎng)的字512個(gè),加法時(shí)間1.5 ms,乘法時(shí)間4 ms。威爾克斯還首次成功地為EDSAC設(shè)計(jì)了一個(gè)程序庫(kù),保存在紙帶上,需要時(shí)送入計(jì)算機(jī)。但是EDSAC在工程實(shí)施中同樣遇到了困難:不是技術(shù),而是資金缺乏。在關(guān)鍵時(shí)刻,威爾克斯成功地說服了倫敦一家面包公司J.Lyons&Co。.的老板投資該項(xiàng)目,終于使計(jì)劃絕處逢生。1949年5月6日,EDSAC首次試運(yùn)行成功,它從帶上讀人一個(gè)生成平方表的程序并執(zhí)行,正確地打印出結(jié)果。作為對(duì)投資的回報(bào),Lyons?公司取得了批量生產(chǎn)EDSAC的權(quán)利,這就是于1951年正式投入市場(chǎng)的LEO計(jì)算機(jī)(Lyons Electronic Office),這通常被認(rèn)為是世界上第一個(gè)商品化的計(jì)算機(jī)型號(hào),因此這也成了計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一件趣事:第一家生產(chǎn)出商品化計(jì)算機(jī)的廠商原先竟是面包房。Lyons公司后來成為英國(guó)著名的“國(guó)際計(jì)算機(jī)有限公司”即ICL的一部分。
EDSAC的成功當(dāng)然不在于它能生成平方表。還在試運(yùn)行期間,它就完成了一系列重大任務(wù),向世人展示了計(jì)算機(jī)的巨大潛力。著名的數(shù)學(xué)家和統(tǒng)計(jì)學(xué)家菲歇爾(R.A.Fisher,因在20世紀(jì)20年代創(chuàng)建方差分析法——variance analysis而聞名于世)拿來一個(gè)二階非線性微分方程,當(dāng)程序員編出程序,輸入EDSAC很快就給出了解以后,菲歇爾驚奇得簡(jiǎn)直無法相信。EDSAC還為劍橋大學(xué)著名的生物學(xué)家肯德烈(J.Kendrew)分析了成百上千張有關(guān)分子結(jié)構(gòu)的X射線衍射圖案的照片,肯德烈因?yàn)檫@方面的成就而榮獲1962年諾貝爾獎(jiǎng),他多次提到EDSAC在他的研究工作中所發(fā)揮的無可比擬的作用。射電天文學(xué)的主要?jiǎng)?chuàng)始人、因發(fā)明綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡而榮獲1974年諾貝爾物理獎(jiǎng)的馬丁·里爾(Martin Ryle)也是在EDSAC上對(duì)獲得的天文照片進(jìn)行分析和綜合,幫助他取得成果的。
在設(shè)計(jì)與建造EDSAC的過程中,威爾克斯決不是簡(jiǎn)單地模仿和照搬EDVAC的設(shè)計(jì),而是創(chuàng)造和發(fā)明了許多新的技術(shù)和概念。諸如“變址”(威爾克斯當(dāng)時(shí)稱之為“浮動(dòng)地址"----floating address);“宏指令“(威爾克斯當(dāng)時(shí)稱為“綜合指令"--synthetic order);微程序設(shè)計(jì)(將每一條機(jī)器指令的執(zhí)行分解為一系列更基本的微命令。將可同時(shí)執(zhí)行的微命令組合在一起形成微指令。所謂微程序就是用微指令編寫出來的一段微指令序列);子例程及子例程庫(kù),所謂子例程即subroutine,就是可用于一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序中,也可用在一個(gè)計(jì)算機(jī)程序的一處或多處的子程序,其目的在于將復(fù)雜的任務(wù)分解成若干較小的單位,以便于分別處理;高速緩沖存儲(chǔ)器即Cache(位于中央處理器與主存儲(chǔ)器之間,對(duì)程序員透明的一種高速小容量存儲(chǔ)器,以提高處理速度),等等。所有這些都對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。EDSAC和LEO計(jì)算機(jī)的成功奠定了威爾克斯作為計(jì)算機(jī)大師和先驅(qū)在學(xué)術(shù)界的地位,而EDSAC(LEO)以及其后在英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室NPL由圖靈進(jìn)行設(shè)計(jì)、而由威爾金森(J.H.Wilkinson,1970年圖靈獎(jiǎng)獲得者)主持實(shí)現(xiàn)的Pilot ACE及其商品化產(chǎn)品DEUCE一起,則使英國(guó)的計(jì)算機(jī)技術(shù)在20世紀(jì)50年代處于世界領(lǐng)先地位,可以與美國(guó)平起平坐。
威爾克斯后來還有過不少創(chuàng)造,比如他曾開發(fā)了一種簡(jiǎn)單的表處理語言wisp。在MIT實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)的MAC項(xiàng)目中,威爾克斯其時(shí)正作為訪問學(xué)者在MIT,曾參與其中并作出了貢獻(xiàn)。尤其令人驚嘆的是,威爾克斯的創(chuàng)造力是如此旺盛和經(jīng)久不衰,在他64歲的時(shí)候(1977年),他還提出了一個(gè)語言翻譯系統(tǒng),叫做“語義原語系統(tǒng)”(se-mantic primitive)。這個(gè)系統(tǒng)利用字典處理輸入文本中各個(gè)單詞的各種不同的意義。字典中的定義利用了80個(gè)語義原語,共分5類,即實(shí)體類、動(dòng)作類、情況類、修飾類以及類型指標(biāo)。利用原語構(gòu)成的語義公式可以完全地、完整地表示文本中的各個(gè)語句。語義原語的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是允許信息冗余,有利于表達(dá)關(guān)聯(lián)。對(duì)威爾克斯的語義原語系統(tǒng),斯強(qiáng)克(R.Schank)后來又提出了一種概念從屬理論,使得描述世界上各種活動(dòng)所需要的原語大大減少,從而提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。
到20世紀(jì)90年代,威爾克斯已進(jìn)入古稀之年,但我們?nèi)阅茉凇禔CM通信》等雜志上經(jīng)??吹剿麑懙脑u(píng)論,1995年還出版了一部《計(jì)算技術(shù)展望》的書(Computing Perspectives,Morgan-Kaufmann),。
個(gè)人著作
《怎樣在電子數(shù)字計(jì)算機(jī)上準(zhǔn)備程序》(Preparation of Programs for an Electronic Digital Computer,Addison-Wesley,1951,1958)
《自動(dòng)數(shù)字計(jì)算機(jī)》(Automatic Digital Computer,Methuen,1956)
《數(shù)值分析導(dǎo)論》(A Short Introduction to Numerical Analysis,Cam-bridge Uni.Pr,1966)
《分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》(Time-Sharing Computer Systems,Elsevier,1968,1975)
《劍橋CAP計(jì)算機(jī)及其操作系統(tǒng)》(The Cambridge CAP Computerand lts Operating System,NOrth Holland,1979)
《一個(gè)計(jì)算機(jī)先驅(qū)的回憶》(Memoirs of a Computer Pioneer,MITpr.1985)
最后這本書是威爾克斯自傳式的回憶錄。
個(gè)人榮譽(yù)
由于威爾克斯的突出貢獻(xiàn),他于1956年就成為英國(guó)皇家科學(xué)院院士,1977年和1980年先后當(dāng)選為美國(guó)工程院和美國(guó)科學(xué)院外籍院士。1956年他發(fā)起成立了英國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)并任首任主席。他也是國(guó)際信息處理聯(lián)盟IFIP的主要發(fā)起人之一。除了圖靈獎(jiǎng)之外,他還于1980年獲得ACM的另一個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)Eckert-Mauchly獎(jiǎng);1968年獲AFIPS的Harry Goode獎(jiǎng),1981年獲IEEE的McDowell獎(jiǎng),1982年獲賓夕法尼亞大學(xué)的Pender獎(jiǎng),1988年獲日本的C&C獎(jiǎng),1991年獲意大利的Italgas獎(jiǎng)。世界上有8所大學(xué)授予他名譽(yù)博士學(xué)位。ACM的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)委員會(huì)即SIGARCH還建立了以威爾克斯命名的獎(jiǎng)項(xiàng),即Wilkes Award。
威爾克斯1980年從劍橋大學(xué)退休后出任DEC公司顧問和MIT的兼職教授。1986年他回到英國(guó)擔(dān)任Olivetti公司顧問。
威爾克斯是在1967年8月在華盛頓特區(qū)舉行的ACM 20周年慶典大會(huì)上接受圖靈獎(jiǎng)的。他發(fā)表了題為“計(jì)算機(jī)的過去和現(xiàn)在”(Computers Then and Now)的演說,刊載于Journal of ACM,1968年1月,1-7頁(yè),也可見《前20年的圖靈獎(jiǎng)演說集》(ACM Turing AwardLectures----The First 20 Years:1966——1985,ACM Pr.),197—206頁(yè)。當(dāng)然,威爾克斯所描述的計(jì)算機(jī)的“現(xiàn)在”早已成為歷史,但他在演說中預(yù)見到硬件和軟件的結(jié)合,程序設(shè)計(jì)語言和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要作用,甚至談到了可移植性問題,而當(dāng)時(shí)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的概念還沒有正式提出,其預(yù)見性令人佩服。至于對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的人工智能研究,威爾克斯則表示了一些不同的看法,不像明斯基(M.L.Minsky,1969年圖靈獎(jiǎng)獲得者)認(rèn)為“大腦不過是肉做的機(jī)器而已”(the brain happens tobe a meat machine)那樣,威爾克斯認(rèn)為“動(dòng)物和機(jī)器是用完全不同的材料,按十分不同的原理構(gòu)成的”(Animals and machines are constructed from entirely different materials and On quite different principles)。
1980年獲得ACM的Eckert-Mauchly獎(jiǎng)
1968年獲AFIPS的Harry Goode獎(jiǎng)
1981年獲IEEE的McDowell獎(jiǎng)
1982年獲賓夕法尼亞大學(xué)的Pender獎(jiǎng)
1988年獲日本的C&C獎(jiǎng)
1991年獲意大利的Italgas獎(jiǎng)
突出貢獻(xiàn)
設(shè)計(jì)和制造第一臺(tái)內(nèi)部存儲(chǔ)程序的電子計(jì)算機(jī)EDSAC(延遲存儲(chǔ)電子自動(dòng)計(jì)算器)。
1946年5月,他獲得馮·諾伊曼起草的EDVAC計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方案的一份復(fù)印件。1946年10月,返回劍橋大學(xué)后,以EDVAC為藍(lán)本[3]設(shè)計(jì)建造了EDSAC。它使用了水銀延遲線作存儲(chǔ)器,穿孔紙帶為輸入設(shè)備和電傳打字機(jī)為輸出設(shè)備。EDSAC是第一臺(tái)諾依漫機(jī)器結(jié)構(gòu)的電子計(jì)算機(jī)。
在設(shè)計(jì)與制造EDSAC和EDSAC2的過程中,威爾克斯創(chuàng)造和發(fā)明了許多新的技術(shù)概念。諸如“變址”[4]、“宏指令”[5]、微程序、子例程及子例程庫(kù)、高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)等等,這些都對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
他曾開發(fā)了一種簡(jiǎn)單的表處理語言wisp。在1977年他64歲的時(shí)候,他還提出一個(gè)語言翻譯系統(tǒng)——“語義原語系統(tǒng)”(se-mantic primitive)。
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