親歷清華大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)的創(chuàng)建

我懷著十分高興的心情歡慶我們清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系50周年慶典，心中萌生起充滿自豪的感情和回憶。

首先值得我們自豪的是：我們中華民族自古就有使用羅盤和算盤的光榮歷史，如果說我們系是第一批國內(nèi)建立的計(jì)算機(jī)系，指的自然是現(xiàn)代技術(shù)的電子計(jì)算機(jī)。第一臺電子計(jì)算機(jī)ENIAC于1945年誕生于美國，但計(jì)算機(jī)作為一門學(xué)科則是發(fā)生在較晚的時(shí)候。例如國際知名的專門針對計(jì)算機(jī)科學(xué)的學(xué)術(shù)組織ACM (Association for Computing Machinery)只是創(chuàng)建于1947年。由ACM和IEEE 計(jì)算機(jī)學(xué)會出版專門的計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)刊物只是開始于1955年?？梢哉J(rèn)為我們計(jì)算機(jī)系建立于1958年，或者更準(zhǔn)確地說開始籌備建立于1956年，在國際上來看也是比較早的。

另外，ACM在去年5月份出版了紀(jì)念60周年的?？渲杏幸黄恼耓1]回憶了ACM早期介入模擬計(jì)算技術(shù)的歷史，說明計(jì)算技術(shù)更早是從機(jī)電控制技術(shù)發(fā)源的。那時(shí)的研究興趣主要是計(jì)算過程的自動化，屬于自動控制領(lǐng)域是很自然的。從本質(zhì)上說，物理模擬本身就是重現(xiàn)它的數(shù)學(xué)描述，進(jìn)而利用專門的模擬器件直接實(shí)現(xiàn)任意的數(shù)學(xué)運(yùn)算。我們系的建立也經(jīng)歷了這樣一條道路，即首先從電機(jī)工程系分離出自動控制系，培養(yǎng)初始的計(jì)算機(jī)硬件教師隊(duì)伍，接著吸收計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)的軟件人才，使我們系逐步地轉(zhuǎn)向數(shù)字計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，建立起一支優(yōu)秀的軟件硬件齊全，系統(tǒng)理論應(yīng)用結(jié)合的計(jì)算機(jī)專業(yè)隊(duì)伍。

我1952年被派往當(dāng)時(shí)的蘇聯(lián)學(xué)習(xí)，認(rèn)識和接觸計(jì)算機(jī)技術(shù)也大致是經(jīng)過了這樣的過程。以炮火控制儀為模型的機(jī)電技術(shù)和以運(yùn)算放大器為元件的電子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成了模擬計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)。進(jìn)而以更大的發(fā)展動力轉(zhuǎn)向以二進(jìn)制代碼為計(jì)算對象的數(shù)字計(jì)算技術(shù)。在1955年，我首次看到了前蘇聯(lián)科學(xué)院計(jì)算所開發(fā)的БЭСМ-1計(jì)算機(jī)以及工業(yè)部門開發(fā)的M2數(shù)字計(jì)算機(jī)，它們是典型的計(jì)算機(jī)第一代，反映了當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)計(jì)算技術(shù)的較高水平，也成為后來我們學(xué)習(xí)數(shù)字計(jì)算技術(shù)的起點(diǎn)。

肩負(fù)在全國范圍內(nèi)開展科學(xué)研究和培養(yǎng)高水平人才的雙重任務(wù)，我國的計(jì)算機(jī)事業(yè)于1956年的第一次全國科學(xué)規(guī)劃開始進(jìn)入全面發(fā)展的新階段。我由于在國外學(xué)習(xí)，無緣了解這次科學(xué)規(guī)劃的具體情況，但有幸參加了1956年秋我國派往前蘇聯(lián)的計(jì)算技術(shù)考察團(tuán)的全面學(xué)習(xí)過程。事實(shí)是這樣：當(dāng)時(shí)我正好等待著論文答辯，有時(shí)間和能力為代表團(tuán)擔(dān)任全程翻譯工作。代表團(tuán)訪蘇三個(gè)月期間，受到了蘇方很好的接待和禮遇，并在11月7日參加了在紅場的觀禮。這次畢業(yè)前實(shí)習(xí)不但給我一次極好的學(xué)習(xí)機(jī)會，更重要的是為我以后回國工作中加強(qiáng)清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系與國內(nèi)計(jì)算機(jī)界特別是科學(xué)院計(jì)算所的聯(lián)系和合作打下了良好的基礎(chǔ)?？茖W(xué)規(guī)劃后，我國計(jì)算機(jī)科研生產(chǎn)的發(fā)展力量包括科學(xué)院、工業(yè)部門和國防三大方面，但具體的研制工作都集中在科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所。代表團(tuán)成員中如何包含這三個(gè)方面的科學(xué)家，我現(xiàn)時(shí)回憶不是很清楚。但他們多數(shù)都是1955年前后從國外返回祖國任職計(jì)算所的骨干科學(xué)家，例如吳幾康、蔣士騛，范新弼、夏培肅等，還有任職我校的閔乃大，周壽憲。領(lǐng)導(dǎo)和行政干部則有王正(后來計(jì)算所所長是閆培霖)、張效祥、何紹宗等。

1956年12月底，我從原蘇聯(lián)畢業(yè)回國。1957年剛過了年假，便立即參加了我們計(jì)算機(jī)系的前身 — 自動控制系 — 的籌建工作。當(dāng)時(shí)的第一任系主任是鐘士模教授，他1947年從美國麻省理工學(xué)院回國后，初次為我們講授以模擬方法研究自動控制系統(tǒng)的過渡過程，60年前的情景至今仍歷歷在目，令我深深懷念。第一任總支書記是凌瑞驥，全面統(tǒng)籌建系的大量組織工作，并建立了系內(nèi)的黨支部?；I建的四個(gè)新專業(yè)是計(jì)算機(jī)、火箭技術(shù)、原子能控制以及運(yùn)籌學(xué)，這是1956年蔣南翔校長率團(tuán)訪問前蘇聯(lián)后戰(zhàn)略部署的重大發(fā)展。當(dāng)時(shí)剛從前蘇聯(lián)回國的我和章燕申，以及唐澤圣和從國外回國的周華章分管這四個(gè)方面。開始時(shí)保密程度很高，在封閉環(huán)境中辦學(xué)，師生憑證出入系館內(nèi)的專門區(qū)域。當(dāng)時(shí)恰逢1957年5月7日前蘇聯(lián)首次成功發(fā)射人造衛(wèi)星，它震驚了全世界，也使我們對衛(wèi)星技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣。根據(jù)學(xué)校的安排，校內(nèi)各系與衛(wèi)星工程有關(guān)的專業(yè)集中在保密區(qū)內(nèi)學(xué)習(xí)和討論方案。章燕申和我參加了這項(xiàng)工作。參加人員各自介紹與自己的專業(yè)有關(guān)的衛(wèi)星技術(shù)以及可能的攻關(guān)設(shè)想。但后來由于計(jì)劃未能立案，有關(guān)的任務(wù)也就中止了。

前面說過，我們系的研究工作是從模擬計(jì)算機(jī)發(fā)源的。這是指我們從1958年開始研制55X序列模擬計(jì)算機(jī)。它的第一個(gè)型號551于開始的同一年即告完成，為以后陸續(xù)開發(fā)同一序列的后續(xù)各型號552--556打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這些產(chǎn)品曾經(jīng)參加國內(nèi)外多次展覽，為我系爭得了榮譽(yù)，并經(jīng)批量生產(chǎn)獲得了實(shí)際應(yīng)用。

我們系在數(shù)字計(jì)算機(jī)方面的工作開始于1959年，反映在被命名為911的大型電子計(jì)算機(jī)的研制任務(wù)上。這個(gè)型號代表1959年第11號任務(wù)，對應(yīng)于第一代數(shù)字計(jì)算機(jī)的技術(shù)水平。它是一個(gè)全部使用真空管線路，包含運(yùn)算控制器、磁芯存儲器、機(jī)電式外部設(shè)備以及帶有充電設(shè)備(直流發(fā)電機(jī)組)的蓄電池組和空調(diào)系統(tǒng)的龐然大物，光是幾十個(gè)機(jī)架就占滿了主樓二區(qū)一層的一間大教室，外加周圍安裝電源系統(tǒng)及其他輔助設(shè)備的許多房間。這項(xiàng)任務(wù)的難度更多地表現(xiàn)在它的全部加工過程要由我們自己來完成，包括全部印刷電路板和它們的插頭插座，全部磁芯存儲矩陣從磁芯的測試挑選到穿線工藝等。 為此，我們系建立了自己的計(jì)算機(jī)生產(chǎn)車間。由于當(dāng)時(shí)復(fù)雜的生產(chǎn)工藝條件還不能完全到位，裝配好的全機(jī)總調(diào)穩(wěn)定性成為一大難題，不易過關(guān)，致使這項(xiàng)任務(wù)于1964年方才最終完成，但仍在全校范圍內(nèi)受到表揚(yáng)。我們的隊(duì)伍在從設(shè)計(jì)到制造的全過程中受到了全面的鍛練，為進(jìn)一步開發(fā)新一代計(jì)算機(jī)打好了基礎(chǔ)。

這個(gè)新一代計(jì)算機(jī)就是1964年我們自行研究設(shè)計(jì)的112全晶體管計(jì)算機(jī)，屬于計(jì)算機(jī)的第二代。它是一臺小型計(jì)算機(jī)。當(dāng)時(shí)，美國開始流行的第二代計(jì)算機(jī)是IBM360系列機(jī)，它是最早的中型機(jī)系列。我們在缺乏參考資料的情況下，自行設(shè)計(jì)了獨(dú)特的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。例如說，它在機(jī)器內(nèi)部直接用二進(jìn)制符號絕對值代碼實(shí)現(xiàn)加減運(yùn)算，簡化了浮點(diǎn)數(shù)操作和人機(jī)接口；它引入了“廣義指令”的概念，實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)乘除等復(fù)雜運(yùn)算，用最少的硬件實(shí)現(xiàn)中型機(jī)的功能。這臺機(jī)器研制的主要困難在于它的制造過程。當(dāng)時(shí)晶體管生產(chǎn)在國內(nèi)剛剛處于起步階段，如果說國內(nèi)第二代計(jì)算機(jī)研制的領(lǐng)先水平以科學(xué)院計(jì)算所的109晶體管計(jì)算機(jī)為代表，它需要的晶體管尚且要由附設(shè)的109廠專門研制和供應(yīng)，我們的機(jī)器如果沒有晶體管供貨渠道的保證，它的設(shè)計(jì)再好也是不可能實(shí)現(xiàn)的。我們在北京市電子工業(yè)內(nèi)部建立和打通了這個(gè)渠道，由北京計(jì)算機(jī)三廠和沙河半導(dǎo)體研究所協(xié)作，開發(fā)和生產(chǎn)合格的半導(dǎo)體器件，并由我系王爾乾和有關(guān)教師密切配合，進(jìn)一步完善測試開發(fā)工作，終于使我們的第二代計(jì)算機(jī)在1965年底奇跡般地誕生了。后來，我們系車間曾經(jīng)小批量生產(chǎn)小型計(jì)算機(jī)，開始的型號就是我們自行設(shè)計(jì)的112機(jī)。后來，我們在DJS130和140小型機(jī)研制任務(wù)上又進(jìn)行了大量的開發(fā)定型工作，為我國計(jì)算機(jī)的序列化和推廣應(yīng)用作出了貢獻(xiàn)。但那已經(jīng)是進(jìn)入70年代屬于第三代計(jì)算機(jī)的后續(xù)時(shí)期了。

1969年我被派往江西鯉魚洲農(nóng)場進(jìn)行勞動鍛煉，1971年最后一批隨農(nóng)場撤回北京，又在學(xué)校發(fā)電廠繼續(xù)勞動一段時(shí)間。回到計(jì)算機(jī)系時(shí)，第三代大型計(jì)算機(jī)724機(jī)的研制任務(wù)剛剛開始。我被分配在運(yùn)算控制器組，組長是王克宏。我得知724機(jī)已經(jīng)是一臺設(shè)計(jì)好的計(jì)算機(jī)，服務(wù)于衛(wèi)星跟蹤任務(wù)，指令系統(tǒng)等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)都已固定。我們的任務(wù)只是把提供的全部設(shè)計(jì)資料消化吸收，進(jìn)行必要的修正和改進(jìn)，進(jìn)而產(chǎn)生插件板和機(jī)架布線等工藝資料，并進(jìn)行生產(chǎn)和調(diào)試。由于電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的運(yùn)算控制器從本質(zhì)上說是一個(gè)同步式自動機(jī)，嚴(yán)格地按照時(shí)鐘頻率的節(jié)拍工作，我們用圖表(格)形式把這個(gè)時(shí)序過程描寫出來，稱它為操作表。這樣既易于理解，又便于發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。它的最大好處是用圖解方法比用語言方法更加直觀，易于發(fā)現(xiàn)每條指令所需的最少周期以及哪些指令可以共享同一組控制命令。這樣我們運(yùn)算控制器組完成了最佳化設(shè)計(jì)，高質(zhì)量地完成了任務(wù)。后來我由于與謝錫迎等被派往南京開門辦學(xué)，沒有機(jī)會參加724機(jī)的總調(diào)和交機(jī)，但整個(gè)過程我還是很清楚的。在南京我和從無線電系同樣派去開門辦學(xué)的王漢生合作開發(fā)了圖形顯示終端，算是有了一點(diǎn)成績吧。

我們開展第四代計(jì)算機(jī)的研究是在10年“不聞窗外事，只讀圣賢書”的閉塞時(shí)期之后，當(dāng)時(shí)我們對國際計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)是很生疏了。我仍記得自己親身經(jīng)歷的一些例子。那時(shí)我們開始被允許接待外賓了，和他們討論問題時(shí)甚至?xí)龅揭恍┬迈r專業(yè)名詞而不知其準(zhǔn)確含義。經(jīng)過努力，到1979年，我們系組織一個(gè)5人小組訪問美國11所著名大學(xué)時(shí)， 我們已能夠應(yīng)對自如，主動地完成被賦予的學(xué)習(xí)交流任務(wù)，為回國后重建我們的計(jì)算機(jī)系和確立新的研究方向提供了參考和依據(jù)。這些新的研究方向，從本質(zhì)上說，是圍繞第四代計(jì)算機(jī)的發(fā)展來進(jìn)行的。

第四代計(jì)算機(jī)起源于1978年美國Intel公司利用超大規(guī)模集成電路(VLSI)技術(shù)首先研制出微型處理器芯片。它奠定了第四代計(jì)算機(jī)賴以發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。我們系在此后新的發(fā)展時(shí)期中在下列方面體現(xiàn)了它的影響：

(1) 制造計(jì)算機(jī)不再是計(jì)算機(jī)系的附屬車間能全部勝任的工作。為此學(xué)校建立了新的半導(dǎo)體專業(yè)和配備精密制造工藝設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室或超潔凈車間，但它屬于無線電系。

(2) 初期的微處理器芯片尚不是一臺完整的微計(jì)算機(jī)，至少需要配備內(nèi)存儲器和外設(shè)接口才能構(gòu)成一臺最低功能的單板計(jì)算機(jī)。但如此簡單的新型微計(jì)算機(jī)依靠VLSI技術(shù)卻開辟了計(jì)算機(jī)普及和應(yīng)用的廣闊領(lǐng)域，例如人工智能，過程控制，模式識別，圖像處理，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等。它們分別成為我們系有關(guān)教研組在計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面新的研究發(fā)展方向。

(3) 微處理器及其代表的VLSI技術(shù)成為第四代計(jì)算機(jī)的發(fā)展動力，構(gòu)成各種類型，規(guī)模和應(yīng)用對象的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它為我們系另外幾個(gè)教研組在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面衍生出新的研究發(fā)展方向，包括微型計(jì)算機(jī)組織和設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等。

我工作在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研組，親身經(jīng)歷了1979至1988年我們組的科研工作。最早引起我們興趣的科研方向是互連網(wǎng)絡(luò)和并行處理。我和王鼎興、沈美明合作編寫了《并行處理計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)》一書于1982年由國防工業(yè)出版社出版。當(dāng)時(shí)比較熱門的課題是巨型計(jì)算機(jī)，它屬于多處理機(jī)類型，即多個(gè)處理器通過互連網(wǎng)絡(luò)和多個(gè)并行存儲器模塊連接成一個(gè)大系統(tǒng)，解決單一的巨型題目。研制成功的典型機(jī)器首推美國的CRAY機(jī)。它通過大量寄存器組向多個(gè)流水線函數(shù)部件源源不斷地供給數(shù)據(jù)，以達(dá)到高速處理的目的。因此，它屬于按單指令流多數(shù)據(jù)流(SIMD)模式工作的向量計(jì)算機(jī)一類。它能較好地滿足國防氣象等應(yīng)用領(lǐng)域的需要，但處理速度取決于應(yīng)用程序的向量化程度。由于它耗資巨大，沒有國家級任務(wù)，是不適合我們的研究環(huán)境的。實(shí)際上我們從1980年開始就在另一方向研究用多臺微計(jì)算機(jī)組成分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)速度較慢，但成本低，應(yīng)用靈活，能較好地適應(yīng)多指令流多數(shù)據(jù)流(MIMD)處理模式的需要。因此，我們這項(xiàng)工作被確立為國家教委重點(diǎn)科研任務(wù)，命名為THUDS分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。經(jīng)全組師生的積極努力，于1987年圓滿完成任務(wù)，通過了專家組鑒定，并獲國家教委科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。結(jié)合這項(xiàng)科研任務(wù)，單憑我參與次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，我們組曾經(jīng)發(fā)表了至少23篇文章，包括我們教研組集體在國內(nèi)小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)雜志1984年第1期至1985年第3期上發(fā)表的11篇連載文章，用以介紹這一新的科研領(lǐng)域。另外，我們組在完成國家863計(jì)劃的任務(wù)上作出了更大的成績，在分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方面完成了有實(shí)用價(jià)值的產(chǎn)品。

就這樣，我們系經(jīng)歷了從計(jì)算機(jī)的第一代到第四代的鍛煉，通過自己的不懈努力和近30年的對外開放和國際交流，使我們系的專業(yè)重新成長為在全國和國際有影響的第一流專業(yè)。因此，我們多次被評為重點(diǎn)學(xué)科，第一批被賦予博士學(xué)位授予資格，這是值得我們引以自豪的。值得指出的一點(diǎn)是：在我們?nèi)涤?996年獲得“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科博士學(xué)位授予權(quán)[2]之前，早在1981年我們就已經(jīng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)學(xué)科評審中被賦予博士學(xué)位授予資格，并指定我為唯一的博士導(dǎo)師。我作為國務(wù)院學(xué)位委員會計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)評審組組長，親身經(jīng)歷了這一光榮的歷史時(shí)刻，至今不能忘記。在歡慶我們清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系50周年之際，我衷心祝愿母系更加進(jìn)步，興旺發(fā)達(dá)，以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)本身前所未有的特高發(fā)展速度繼續(xù)向最高峰邁進(jìn)。

作者簡介：金蘭，男，1927年出生，湖南長沙人，教授，1945年入西南聯(lián)大電機(jī)工程系34班就讀，1946年學(xué)校遷回北京清華大學(xué)原址，1949年畢業(yè)留校任教，1952年公派赴蘇留學(xué)，1957年獲副博士學(xué)位，并回到清華任教，參與籌建自動控制系，直至1991年離休。曾任副系主任兼計(jì)算機(jī)教研組主任、高性能計(jì)算機(jī)教研組主任等職。兼任校務(wù)委員會和校學(xué)位委員會委員、國務(wù)院第一屆學(xué)位委員會計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)科評議組組長、還曾先后兼任中國計(jì)算機(jī)學(xué)會的執(zhí)行委員兼計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)付主編、普及委員會主任、學(xué)術(shù)委員會主任，以及1988年亞太地區(qū)計(jì)算機(jī)教育學(xué)術(shù)會議主席、國家教委全國大學(xué)計(jì)算機(jī)教材編輯委員會主任等職。1984-86年先后接受美國麻省理工學(xué)院和賓州州立大學(xué)分別邀請擔(dān)任訪問教授。離休后受聘于美國弗雷斯洛加州州立大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系任教，隨即獲得該校終身教授職位。

參考文獻(xiàn)

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[2] 周立柱.奮起騰飛(1987到 1998).《智圓行方》.