第六百八十章 彙編語言之母Kathleen Booth

KathleenHyldaValerieBooth教授是英國早期的計算機先驅之一。

想像一下，必須通過重新布線來對計算機進行編程。是不是很不可思議？

在1940年代中期，第一台通用電子計算機就是以這種方式工作的。

像ENIAC這樣的計算機，最初並沒有用於代碼的內部存儲。如果我們想要用它編程，就要操縱數千個開關和電纜，而這些開關和電纜所在的位置，就是程序。

所有帶旋轉開關的單元都是需要大量編程的地方。

此時的編程，必須手動更改數千根電纜和開關，或者在卡片上打孔，然後將卡片送入計算機，這可能需要數天時間，而且極易出錯。

在KathleenBooth開始研究計算機的那個年代，有那麼一小群人，開始產生了將程序存儲在計算機內部的想法。而她也是最早研究「軟件」這一新概念的人之一，她從中看到了需求，發明了彙編語言，使計算機編程更加人性化。

AndrewBooth在與X射線晶體學家JDBernal教授（伯納爾球的發明者）合作期間，使用X射線衍射數據來研究晶體結構。他發現手動計算非常繁瑣，於是造了一台模擬計算機，來自動化部分步驟。

1946年，他在伯貝克擔任納菲爾德研究員。但由於學院沒有空間，而且由於BRPRA為其提供資金，所以他的工作是在BRPRA的設施上完成的。

就在那時，他遇到了Kathleen。同年，Kathleen和Andrew在伯貝克學院合作發明了一台早期的數字計算機——自動中繼計算機（ARC）。ARC使用紙帶進行輸入，實際上是一台用作傅立葉合成器的專用計算機。

在此期間，他們一同創建了如今的伯貝克計算機科學與信息系統系。

1945年，約翰·馮·諾依曼（JohnvonNeumann）撰寫了一份名為「EDVAC報告初稿」的文件，在這份文件中，他描述了後來被稱為計算機的馮·諾依曼架構。

在這個架構中，他定義了計算機的各個部分，特別是存儲在計算機內存中的程序。出於這個原因，它也被稱為存儲程序計算機。

在經典的馮·諾依曼計算機架構中，地址空間大部分用於指向內存，其餘部分用於指向外部設備：內存並不關心裏面存儲的是什麼。

1947年，Andrew和Kathleen在普林斯頓大學與馮諾依曼和IAS機器合作時，編寫了一個程序，用於在電子計算機上實現翻譯詞典，前提是提供必要的存儲容量。這是史上最早的機器翻譯奠基工作。

在這一年，Bernal幫助Kathleen和Andrew從洛克菲勒基金會申請到了訪問普林斯頓高等研究院的資金。在此期間，Andrew和Kathleen與馮諾依曼一起共事了6個月。

根據Andrew的說法，在訪問期間，只有Bernal的朋友約翰·馮·諾伊曼在任何時間都會接待他們。

一個簡化的內存管理系統——CPU中的程序計數器不再直接指向內存，而是產生一個進入MMU的虛擬地址，重定位常量添加到虛擬地址，以在內存中創建物理地址。

就是這次訪問，讓他們第一次聽說了馮諾依曼架構。受到啟發，他們重新設計了ARC，僅用了2個月就設計了機器的繼電器部分，並且提出了關於ARC2的構想。

還是在1947年，Kathleen和他還寫了兩份關於它的報告《通用電子數字計算機設計中的一般考慮因素》和《ARC編碼》。其中第一份報告廣為流傳。在其中，他們詳細介紹了馮諾依曼架構機器，並介紹了內存的不同選項。

此外，這份報告還描述了她發明「彙編語言」的前身，她在報告中將其命名為ContractedNotation。這是對計算機編程進行抽象思考的第一步，無需編寫顯式的1和0或機器代碼指令。

在這份報告中，Kathleen的編程能力大放異彩。並且，她設想了同步與非同步操作的可能性，這可是在1947年！在此之後，我們唯一能夠找到的非同步描述來自1980年代中期。

同步與非同步操作將允許程序中的多條指令并行執行。因此，在執行下一條指令之前，程序不會被阻止等待當前指令的結果。這將有效地改善程序執行時間，即處理所有指令所需的時間。

摘自《通用電子數字計算機設計中的一般考慮因素》

第二份報告「CodingForARC」，於1947年9月出版。在這份報告裏，Kathleen首次詳細介紹了ARC2「彙編語言」。

在該報告中，Kathleen還解釋了orders（現在稱為指令instructions）是如何由載入到某種存儲中的0和1表示的。

通過彙編語言，我們不必再記住機器代碼10010110作為指令，只需記住並輸入彙編語言助記符MOV作為指令。

不過，目前已無法找到這份報告的數字副本。

在1948年，Andrew和Kathleen將研究方向轉向簡單電子計算機（SEC），然後是通用電子X射線計算機或APE(X)C。現在，我們可以在MESS模擬器中試用APE(X)C。

Hollerith電子計算機（HEC）是世界上現存最早的電子計算機之一。

他們最著名的機器APEC（通用電子計算機）是在1949年設計出來的。

1951年，BTM使用其硬件電路作為HEC1計算機設計的基礎，這種計算機在1950年代末直接成為最暢銷的英國計算機，安裝了近100台。

Andrew發明了一種并行乘法器演演算法，該演演算法仍然構成現代計算機晶片（布斯乘法器）中乘法電路的基礎。

他們還一起發明了旋轉存儲設備。在1940年代後期，他們試圖製造可工作的光碟，但失敗了，不過，他們成功地建造了世界上第一個磁鼓存儲器，該存儲在1950年代被廣泛用於主存儲器和後備存儲。

在磁鼓存儲器中，信息存儲在滾筒上的可磁化條上，數字信息存儲為二進位磁性圖案

1950年，Kathleen和Andrew結婚，就在同年，Kathleen從倫敦大學獲得了應用數學博士學位。

為了爭取更多資金，兩夫婦再次前往洛克菲勒基金會。基金會提出的條件：必須讓APE(C)X既可以用人類語言，也可以用數學語言。這也就是我們所熟知的自然語言處理。

他們做到了，在1955年11月，他們展示了機器翻譯的過程。

他們的目標是實現準確的技術翻譯，而不是追求文學質量。

他們在伯貝克學院時，與學生一起做了很多NLP的工作，同時在1965年至1972年間，他們為加拿大國家研究委員會從事英法翻譯工作。

Kathleen在1958年出版的《自動數字計算器編程》，可能是第一本由女性撰寫的關於編程的書。

在這本書中，她介紹了和同事在1965年之前一直在研究的一些演演算法，比如單詞替換、詞幹和詞尾處理。

她的另一個開創性工作是通過編程模擬神經網絡，來識別動物。這距離史上第一次在計算機上運行神經網絡，僅僅過了四年。

Booth一家於1962年離開伯貝克學院，移居加拿大，先後在薩斯喀徹溫大學、湖首大學工作。

她於1978年從湖首大學退休，但可以看到，在1993年、她已經71歲高齡時，還發表了和兒子IanJMBooth博士共同撰寫的論文《使用神經網絡識別海洋哺乳動物》。

KathleenBooth於2022年9月29日去世。伯貝克學院發文悼念。

不過，相比於這位來自英國的女性，更加廣為人知的是另一位男性——DavidWheeler。

為此，美國IEEE計算機協會還在1985年為他頒發了計算機先鋒獎。

當時，作為與MauriceWilkes一起研究劍橋大學Edsac（電子延遲存儲自動計算機）的團隊成員，DavidWheeler負責為計算機提供指令的系統。

Wheeler開發的「初始指令」（initialorders）讓Edsac的指令可以用一種簡單的語言編寫，而不再是「人肉輸入」二進位數字。

此外，他還開發了「WheelerJump」，允許程序將控制權傳遞給子程序，也就是用Basic寫過程序的人都知道的「goto」語句的前身。

DavidJohnWheeler於1927年出生在伯明翰。1945年，他獲得了劍橋大學三一學院的獎學金，在那裏他學習數學，並於1948年畢業。

在此期間，MauriceWilkes在重新開放的數學實驗室工作，從事一個名為Edsac的存儲程序電子計算機的建造項目。

Edsac的第一個程序於1949年3月在Edsac上運行，其中就包括了Wheeler開發的「初始命令」，一個可以將簡單的命令翻譯成計算機所需的二進位指令的程序。這使得Edsac可以由非專業人員進行編程，並標誌着編程語言的發展邁出了第一步。

為Edsac編寫程序的經驗使Wheeler和他的同事MauriceWilkes和StanleyGill在1951年出版了第一本針對程序員的書「ThePreparationofProgramsforanElectronicDigitalComputer」，同年，Wheeler獲得了實驗室授予的第一個博士學位。

1955年，應用數學的研究學生JoyceBlackler開始在工作中使用Edsac，並認識了DavidWheeler。他們於1957年8月結婚。

1965年他成為達爾文學院的研究員，1966年在加利福尼亞大學伯克利分校工作，研究如何將在線終端與大型計算機連接起來。1968年，他在貝爾實驗室工作了一段時間。1977年，他成為計算機科學教授。

他在1970年被選為英國計算機學會的會員，1981年成為最早被選為皇家學會會員的計算機科學家之一。

1984：美國女性離開代碼的那一年

但凡是對編程歷史有所了解的人，必然聽說過AdaLovelace和GraceHopper。她們和其他從業的女性一起，對現代編程產生了巨大影響。

但現在，你能叫出名字的「大人物」，無疑是像史蒂夫·喬布斯、比爾·蓋茨和馬克·扎克伯格這樣的男性。

那麼，曾經的女性都去了哪裏？

時間回到第二次世界大戰期間，當時第一批「程序員」有很多都是女性，如計算公司（CompInc.）的創始人ElsieShutt和創造了第一個編譯器的GraceHopper。

戰爭勝利之後，雖然有越來越多的男性加入，但女性不僅仍然從事著科學和技術領域工作，而且攻讀計算機科學學位的人數也在不斷增長。

直到，1984年……

在20世紀80年代中期，計算機開始成為美國人的家庭用品。

當時，計算機在市場上的定位主要是面向商業和遊戲的，而這兩類產品的受眾基本上都是男性。

此外，電影院裏的電影和電視上的廣告為程序員確立了一個獨特的身份：書獃子，年輕男性。

看看這個玩具反斗城的Commodore64的廣告就知道了。

不難想像，初高中的男孩們顯然會比同齡的女孩，更容易接觸到電腦。

而這一差距，在他們升入大學時便會顯現出來。

上世紀70年代，計算機科學的教授普遍認為新生是不具備任何計算機相關的經驗。但隨着個人電腦在80年代變得越來越普及，教授們也越來越覺得他們的學生是玩著電腦長大的。

對於家裏沒有電腦的PatriciaOrdóez來說，這無疑是一道難以逾越的鴻溝。

還在上中學的時候，Ordóez數學成績極佳。因此，當他進入約翰霍普金斯大學時，最初的志願是攻讀計算機科學或電氣工程專業。

然而，當Ordóez來到第一堂入門課時才發現，周圍男同學對計算機的了解都比她要早得多，而自己卻不得不問一些「常識性問題」。

「有一次，教授在回答完之後，停下來看着我說：『現在你應該知道了吧。』」

雖然Ordóez在後來也通過了課程，但也獲得了人生中第一個C。最終，她選擇放棄，主修了外語。

不過，十多年後，她又回到了計算機領域，並最終獲得了計算機科學的博士學位。現在她是波多黎各大學的計算機科學助理教授。