♥♡♥趣味數學/數學家小傳♥♡♥－藍色情懷

20世紀最後一年也就是1999年的圖靈獎，授予了年已69歲的資深計算機科學家布魯克斯F
rederick Phillips Brooks, Jr.)。布魯克斯這個名字在中國知之者不多，但在美國卻是
大名鼎鼎。因為他在60年代初只有29歲時就主持與領導了被稱為人類從原子能時代進入信
息時代標誌的IBM/360系列計算機的開發工作，取得輝煌成功，從而名噪一時。以後他作
為硬件和軟件的雙重專家和出色的教育家始終活躍在計算機舞台上，在計算機技術的諸多
領域中都做出了巨大的貢獻。從某種意義上說，對於布魯克斯而言，圖靈獎是一個「遲到
的榮譽」。

布魯克斯1931年4月19日生於北卡羅來納州的杜哈姆。1953年從杜克大學畢業，取得學士
學位以後，進入哈佛大學深造，1955年取得碩士學位，1956年取得博士學位。值得指出的
是，布魯克斯取得的是計算機科學的博士學位，是一位「正宗」的計算機博士，是世界上
第一批獲得計算機科學博士學位的少數學者之一。他的博士論文課題工作是在哈佛著名的
計算實驗室(Computation Laboratory)進行的。大家知道，40年代被稱為MARKI的世界上
第一台程序控制的機電式計算機ASCC(Automatic Sequence Controlled Calculator)就是
由艾肯(Howard Hathaway Aiken,1900∼1973)在這裡設計，並獲得IBM的支持而開發成功
的。請大家注意，叫MARK的計算機有兩種。除哈佛艾肯設計的ASCC被叫成MARK外，英國曼
徹斯特大學由威廉斯管的發明人F.C.Williams和T.M.Kilburn等人研製的MADM計算機(184
8年)也被叫成MARKI，這是一台用威廉斯管作存儲器並可存儲程序的計算機，有時也叫做
「嬰兒」機(Baby)。通常提到的MARKI指哈佛的那一台。布魯克斯最終完成的博士論文題
目為「自動數據處理系統的分析設計」(「TheAnalytic Designof Automatic Data Proc
essing System」)。從博士論文開始，布魯克斯的一生就與計算機結下了不解之緣。

在哈佛取得博士學位以後，布魯克斯進入IBM公司設立在紐約波凱普茜的實驗室當工程師
。這個實驗室從50年代到80年代一直是IBM開發計算機的中心。布魯克斯在這裡參加了Ha
rvest和Stretch計算機的開發，任體系結構設計師。這兩個型號的計算機都引入了一些新
技術，在50年代後期至60年代初期有很大影響，尤其是Stretch計算機，首創先行控制方
式，最多可重疊執行6條連續的指令，後來被發展成流水線方式，因而被認為是世界上第
一台流水線計算機。布魯克斯在其中的創造性貢獻是解決了程序中斷系統的設計，在數據
格式中出現不均勻的字符分佈時如何設計其二進制代碼等問題，並從而在1957年取得了他
的第一個美國專利「程序中斷系統」(Program Interrupt System,專利號3048332，與D.
W.Sweenly共有)，發表了他最初的兩篇學術論文。

1959年，布魯克斯曾被調至IBM在約克郡高地的研究中心工作，但第二年又重新被調回波
凱普茜的實驗室，因為當時IBM內部在計算機的研發方向上產生了重大的分歧。1960年時
，IBM的計算機生產線上的產品是8000系列，但遭到一些人的反對，其領頭人是伊萬斯。
伊萬斯雖然只是衣阿華州立大學電氣工程系的一個本科畢業生，但1951年就加盟IBM，曾
參與或主持過IBM701、7070、1410、7070等多種型號計算機的開發，已經積累相當豐富的
知識和經驗。他經過認真分析，認為主要繼承IBM原有技術的8000計算機，即使研製成功
並上市，過不了幾年，即到1964年就會喪失生命力，缺乏市場競爭能力。因此他主張800
0機下馬，採用新的技術開發新的計算機，尤其是要開發新的操作系統。伊萬斯的意見使
IBM分裂成為兩派，一派支持，一派反對，而反對派的領頭人正是布魯克斯！兩派的爭論
和對立非常尖銳，又勢均力敵，因為伊萬斯的學歷沒有布魯克斯高，但資歷卻比他老，雙
方的支持者人數也差不多。以小沃森(Thomas John Watson, Jr.)為首的IBM決策層於196
1年5月擔著極大的危險最後採納了伊萬斯的意見，是年秋宣佈成立一個名為SPREAD(系統
程序設計、研究、工程和開發，Systems Programming, Research, Engineeringand Dev
elopment)的委員會作為「taskforce」(類似於我國過去經常採用的所謂「攻關領導小組
」)，由13人組成，主席為漢斯特拉(John w. haanstra)，副主席為伊萬斯，布魯克斯是
成員之一。作為爭論中勝方的伊萬斯冷靜地分析了形勢以後，做出了一個令人大感意外的
決定，他親自找到布魯克斯，請布魯克斯主持日後被稱為IBM/360的這個新項目。伊萬斯
這一舉動主要基於以下兩點考慮，一是如果由他自己來主持360，那麼原來反對他意見的
另一派人很難團結在他的周圍；二是涉及這樣重大改革與創新的項目，應該讓年輕人來挑
頭。他自己雖然當時也只有34歲，但布魯克斯比他小5歲，更加年輕。難能可貴的是，布
魯克斯作為爭論的負方，慨然接受了伊萬斯的邀請，同意負責這個他曾經反對過的項目！
這個故事很像我國京劇舞台上的「將相和」(雖然伊萬斯並未「負荊請罪」)。伊萬斯和布
魯克斯雙方在這件事上所表現出來的明智、大度和勇氣都十分令人欽佩和讚嘆。其結果和
效果就是整個IBM公司的職工果然團結起來，實現了痛苦而艱難，然而卻是歷史性的轉變
和飛躍。IBM/360的開發總投資5億美元，達到美國研究原子彈的曼哈頓計劃投資20億美元
的1/4。在研製期間，布魯克斯率領著2000名程序員夜以繼日地工作，單單360操作系統的
開發就用了5000個人年。因此，當1964年4月7日，在IBM公司紀念其成立50週年的慶祝大
會上宣佈360系列計算機的時候，小沃森完全有理由聲稱「這是公司歷史上宣佈的最重要
的產品」。確實，IBM/360以其通用化、系列化和標準化的特點，對全世界計算機產業的
發展產生了如此深遠的影響，以致被認為是劃時代的傑作。而360的推出，也使IBM在短短
兩年時間內，即到1966年，其資本就增加到45億美元，職工總數淨增6萬，達到19萬，成
為名副其實的「藍色巨人」。到60年代末，360系列機的市場佔有率達到15%，到70年代中
期，超過了50%。各計算機生產廠商紛紛以360為榜樣，推出各自的系列機，有的則直接采
用360的操作系統，比如著名的Amdahl公司的所謂「插接兼容式」計算機(Plug Compatib
le Computer)就是這樣。為此，伊萬斯和布魯克斯兩人常常被併稱為「IBM/360之父」。

當然，IBM/360到今天早已是「昨日黃花」了。IBM公司在70年代就推出了370系列替代36
0，以繼續保持其技術上的優勢。我們之所以用了一定篇幅介紹360的故事，是因為其中不
乏讓我們的企業家、科學家和工程技術人員深思的一些問題。IBM/360的特點我們只簡要
介紹如下：它是集成電路的計算機，體系結構既適於事務處理，又便於科學計算；系列中
各機型(規模由小到大，功能從弱到強，包括20、30、40、50、65、75等6個型號，後來擴
充了25、85、91、195等型號)具有兼容性；有標準的輸入輸出接口和通用的輸入輸出設備
，它們與中央處理器相對獨立；軟件既有兼容性又有可擴充性，從而可最大限度地保護用
戶的軟件投資。這些特徵大多都成為以後計算機設計與開發所遵循的基本原則。

360成功以後，布魯克斯離開IBM回到其故鄉，為北卡大學(UNC)創建了計算機科學系，擔
任該系系主任長達20年(1964∼1984年)。卸任以後仍在該系任教至今，因此他培養的學生
很多，可謂「桃李滿天下」。除了教學以外，他還致力於發展美國的計算機技術和計算機
在國防等方面的應用，有許多社會兼職。1966∼1970年，他是ACM全國委員會的委員；19
73∼1975年出任ACM體系結構委員會(所謂SIGCA)的主席；1977∼1980年布魯克斯在美國國
家研究院計算機科學技術部任職；1983∼1984年他是美國國防科學委員會人工智能攻關領
導小組的成員，1986∼1987年是上述委員會另一個攻關領導小組「計算機模擬和訓練」的
成員；1985∼1987年他擔任軍用軟件攻關小組組長。他的研究領域除了計算機體系結構、
機器語言設計、軟件工程、大型項目管理以外，還包括動態體系結構的可視化(如「走查
」Walkthrough)、人機接口、交互計算機圖形學等等，十分廣泛。例如關於虛擬現實，涉
及布魯克斯曾參與領導攻關的計算機模擬和訓練，他十分重視，1992年3月由美國國家自
然科學基金會NSF主持的虛擬現實研討會，就是由布魯克斯等人倡議並在北卡大學召開的
，這次會議對VR進行了定義並就其研究方向提出了詳細建議，奠定了VR作為獨立研究方向
的地位。布魯克斯在籌備及組織此次會議上做出了重要貢獻。1987年布魯克斯當選為美國
工程院院士，他同時也是英國皇家學會和荷蘭皇家科學與藝術院的外籍院士。

布魯克斯的著作不多，但影響都很大。1963年他和依費遜(Kenneth Iverson, APL發明人
，1979年圖靈獎獲得者)合著了《自動數據處理》(Automatic Data Processing，Wiley)
一書，這是該領域中最早的專著之一。1969年此書再版時有2個版本，其中一個是專門論
述在IBM/360上的數據處理(書名為Automatic Data Processing,System/360Edition)。1
975年，他把他歷年來所寫的有關軟件工程和項目管理方面的文章彙集成書，書名為《人
月神話》(The Mythical Man-Month: Essay on Software Engineering，Addison Wesle
y)。由於本書是他領導IBM/360軟件開發經驗的結晶，內容豐富而生動，成為軟件工程方
面的經典之作，出版20年之後,1995年又再版了一次。最近的一本專著是他與荷蘭特文德
理工大學(Twente Technical University,位於荷蘭與德國接壤處的恩斯赫法)的勃芬夫教
授(G. A. Blaauw)合著的《計算機體系結構：概念與發展》(Computer Architecture: C
oncept and Evolution，Addison Wesley, 1997)。勃芬夫是布魯克斯在哈佛時的同學，
後來又在IBM共事多年，曾一起開發過3個型號的計算機，這本書實際上是對計算機體系結
構半個多世紀來發展變化的一個全面的回顧和總結。作者在書中風趣地把整個計算機家族
叫做「計算機動物園」(Computer Zoo)，對其中的主要成員逐一作了剖析。除了上述學術
性著作外，1995年，他與蘇澤蘭特(I.E. Sutherland，「計算機圖形學之父」，1988年圖
靈獎獲得者)等還合編了一本書，書名是《Evolving the High Performance Computing
and Communications Initiative to Support the National Information Infrastruct
ure》，由National Academy Pr.出版，論述了有關高性能計算機計劃及信息基礎設施(也
就是所謂「信息高速公路」)建設的一系列問題。

在授予圖靈獎之前，ACM在1987年曾授予布魯克斯「傑出服務獎」(Distinguished Servi
ce Award)，1995年曾授予他以紐維爾(A. Newell, 1975年圖靈獎獲得者，1992年去世)命
名的Newell獎。加上這次的圖靈獎，布魯克斯成為繼克努特(D.E. Knuth, 1974年圖靈獎
獲得者)之後的第二位同時擁有ACM三個獎項的計算機科學家。IEEE也先後向布魯克斯頒發
三個獎項，即McDowell獎(1970年)，計算機先驅獎(1982年)、馮·諾伊曼獎(1993年)。A
FIPS在1989年授予布魯克斯Harry Goode獎。數據處理管理協會DPMA1970年授予他「計算
機科學」獎，並命名他為該年度的風雲人物。1985年布魯克斯因在開發IBM/360上的傑出
貢獻而榮獲全國技術獎章(National Medal of Technology)，同時獲此殊榮的還有伊萬斯
和IBM的另一位功臣布洛克(Erich Bloch)。物理學界的富蘭克林學會(Franklin Institu
te)也曾授予布魯克斯Bower獎。