华莱士·埃克特

Original Essay: http://www.columbia.edu/cu/computinghistory/eckert.html

我记得Eckert博士曾经对我说过：“有一天，每个人的桌上都会有一台电脑。”这句话让我眼前一亮。当时还是50年代初期，他却预见到了。

—Eleanor Krawitz Kolchin,2013年2月，自《赫芬顿邮报》

Wallace John Eckert (1902-1971)，于哥伦比亚的芝加哥大学毕业，后在耶鲁大学Ernest William Brown (1866-1938)教授的带领下取得博士学位，后者致力于开发月球运动理论。Eckert从1926年至1970年，于哥伦比亚大学担任天文学（Columbia University Astronomy）教授，其最出名的贡献为其对月球轨道的计算，使阿波罗号成功登月，他还担任Thomas J. Watson天文计算局（Thomas J. Watson Astronomical Computing Bureau）的创始人和主管(1937-40年间)，美国海军天文台航海局主管（US Naval Observatory Nautical Almanac Office）（1940-1966年间）以及哥伦比亚大学沃森科学计算实验室（Watson Scientific Computing Laboratory）的创始人兼主管（1945-66年间）。首先，作为天文学家的Eckert驱领并负责日渐强大的计算机建设，以解决天体力学中的问题，尤其是验证、扩展和改进布朗理论（Brown's theory）。他是最早使用穿孔卡片机解决复杂科学问题的人之一。也许更为重要的是，当他在1933-34年间，将各种IBM计算机和制表器和他自己设计的控制电路和设备相互连接，用以解决微积分方程时，他成为了第一个将该过程自动化的人，而这些方法之后也被改编并扩展到IBM的"Aberdeen" 可插拔序列继电器计算器（Pluggable Sequence Relay Calculator）、电子计算打孔器（Electronic Calculating Punch）、卡编程计算器（Card Programmed Calculator）和SSEC中。作为Watson Lab和IBM纯科学部门主管，他负责SSEC（可以说是第一台真正的计算机）和NORC（据说是第一台超级计算机），二者为当时最强大的计算机。他还负责了 IBM 610， 即为世界上第一台“个人计算机”。 1946年，他在哥伦比亚安装了第一代的计算机，并用以研究和教学使用，与此同时，他还首先开展了第一个计算机科学教程，其中包含他自己的课程 - 《天文学111-112》： 科学计算方法，以及同年由Watson Lab科学家Grosch 和Thomas教授的其他课程。

Eckert对天文学的兴趣不止于月球。他还制作了五个外行星的星历，并致力于研究轨道理论和测量技术。在当时没有任何国家机构可以及时响应的时候[59]， 他利用Watson Lab Aberdeens技术的出现，计算年度小行星Kleine Planeten的星历表，弥补了战后的差距。

Eckert投入大量精力使其计算自动化，但并没有盲目地将全部所见都自动化。在1941年1月11日，他给给IBM的D.W. Rubidge写了一封有关WPA数字表计算项目（WPA Project for the Computation of Mathematical Tables）的信，信中写道：“在讨论大型图表制作项目时，人们必须考虑到此工作是为了减少工作还是创造工作。您的机器不太适合后者，因此不建议将其作为解决大萧条期间失业问题的方法。”

1948年，Eckert因其出色的天文研究，获得了国家科学院詹姆斯·克雷格·沃森奖章（National Academy of Sciences James Craig Watson Medal）。 经他改良的月球星历成功完成了阿波罗任务[92]; 他还在去世前参与了阿波罗14号的发射。Eckert的作品《科学计算中的打卡方法》（Punched Card Methods in Scientific Computation ）一书，作为第一本计算机有关书籍，影响了许多其他计算先驱，例如Presper Eckert（二者并非亲属关系！），Howard Aiken，和Vannever Bush [90]。而从某种意义上来说，第一版由“计算机”排版的书籍（first "computer"-driven typesetting）（1945）也受益于他。Eckert将计算技术带入哥伦比亚大学，并在将该技术推向全世界方面了关键作用。

月球共和国（The Lunar Republic）中解释了Eckert火山口一名的起源（北纬17.3度；东经58.3度）：

Eckert, Wallace John (1902-1971), 为美国天文学家；也是使用计算机将天文数据制成表格的先驱。在第二次世界大战期间，其担任国家航海历局主管。在职期间，他开始使用机器进行计算和打印表格，并在1940年开始出版《空中年鉴》（Air Almanac）。他指导创建了许多用于天文计算的新型计算机，其中包括选择性序列电子计算机（Selective Sequence Electronic Calculator）（SSEC, 1949）和海军军械研究计算机（ Naval Ordnance Research Calculator ）(NORC, 1954)，这两种计算机多年以来一直是世界上功能领先的计算机。Eckert对月球轨道计算的准确性极高，以至于在1965年，能够准确像世人展示月球表面附近存在的大量物质。在1967年，他得出的数据结论也改进了布朗月球理论（Brown's theory of the Moon）。

在1966年的《Eckert-Smith航海年鉴》（Eckert-Smith Nautical Almanac）中提到了一个具有演说性的言论（未注明）：“在上世纪30年代，W.J. Eckert和E.W. Brown合作研究后者的理论。在50年代，随着计算机的发展，计算工作变得更加容易管理（他本人也对此起到了很大的有益影响），他将注意力重新放回了研究月球理论。但不幸的是，在完成手稿的最后一部分不久他就去世了。”之后他的作品由Martin Gutzwiller（物理学家兼Eckert在Watson-Lab的同事）和Dieter S. Schmidt（现任职于辛辛那提大学EE&EC部）完成，并在以下Martin Gutzwiller的文中发表。

Martin Gutzwiller说道：“尽管他曾取得惊人的成就，但他丝毫不会掩饰。他的想法总是很明确，判断总是以事实为根据，并且表达直接。”[90] 认识他的人都表示他很安静，与人相处很愉快，并在犯错时十分谦逊。

Herb Grosch 对他的评价是：“如果他放弃天文学投身计算机，我想他的知名度一定更高。他对计算机行业的贡献巨大，但只是为了能够更好地研究天文学”（于1982年10月22日，计算机博物馆演讲）。另外还说道，“如果在天文学界有诺贝尔奖，他和耶鲁大学的同事Dirk Brouwer以及海军天文台的Gerald Clemence都应该为其通过SSEC和之后的IBM设备使用而对了解月球和其他行星运动作出的杰出贡献而获奖。”[57,p.118].

开放性问题：

• • Eckert在现代计算机发展中的作用被很大程度的忽略，我认为这是对他的低估。他最主要的贡献是实现了自动排序，首次是在1933-34年其卢瑟福天文仪器（Rutherford Observatory apparatus）中实现，之后是在1942-46年间，在海军天文台（Naval Observatory ）中得以部分实现（在他设计的卡台式打印机中（card-operated table printer）），再之后在哥伦比亚的战后Watson Lab里，先是用于实验中继电器计算器Nancy和Virginia， 接着是 SSEC和 NORC。 IMB的Aberdeen继电器计算机（ Aberdeen Relay Calculators）（1944年）里运用了一种自动排序的形式，John McPherson 谈及和Eckert在战时前去导弹研究实验室（the Ballistics Research Lab [74]），因在海军天文台“指定”这些机器，Eckert被至少提名（没有署名）一次（以下为Campbell-Kelly的参考资料），Herb Grosch说道：

  有关Aberdeen系列，我和你的想法一样：我忍不住相信[Eckert]为此做出了贡献。但似乎一点证据都没有。比如，他是如何“订购”WSCL的计算机的呢？这是他在1945年初录用过程的一部分吗？IBM在“老头”的控制下发展地如此快速 – 将生产运行由三级（两次升级和一次Dahlgren）升级至五级，这原本轻而易举，无需费心。但这说明Wallace还在海军天文台的时候就知道升级的事情了！我敢打赌，Cunningham和他在1944年尾声跟他在电话上聊过了，也可能反复说过这件事，但我们永远不得而知了。

  算了！ 2010年7月Allan Olley报道了1967年IBM的口述历史专访，谜团得以揭开：

  S: 您是否有参与过继电器计算之类的工作，例如Aberdeen系列，并进行评估以用于工作？

  E: 没有。这些在二战晚期就出现了，那时候我正准备离开海军天文台…

  Nancy和Virginia由IBM的Pete Luhn建造，并在1946年交付给Watson Lab；Eckert在设计和生产中充当了什么样的角色？那IBM的卡片编程计算机（Card Programmed Calculator）（1949）呢？后者通常可追溯到1948年诺斯罗普飞机公司生产的原型（prototype at Northrop Aircraft ），该原型在1948年使用一台IBM 603乘法器和一台405会计计算机制成，但我特别怀疑Northrop公司是从Eckert 1946年和/或 1947 IBM的论坛演讲或论文集中获得的灵感，其中Eckert介绍了Nancy和Virginia，尽管没有提及二者的名字，而是将其称为由卡编程的“婴儿序列计算器” [89,105]。 Brennan [9]写道：

  …几种类型的机电乘法器（拥有类似Nancy和Virginia一样的代码名）。有趣的是，Eckert在一台快速算数处理器的实验模型上加了一台会计计算机。机器由卡片上的编码打孔机进行控制，而非由控制面板上的接线进行编程。该举的结果是产生了早期的序列计算机，也影响了IBM注明的卡片编程计算机（Card Programmed Calculator）。

• Eckert位于Pupin Hall 的天文计算机实验室（Astronomical Computing Lab）在早期的曼哈顿项目中起到了什么样作用？要知道在1930年晚期，Fermi、Szilard、 Rabi、 Urey和很多其他杰出科学家都在同一栋楼里工作。考虑到新一代的核科学家对收集和分析大量数据的痴迷，很难相信他们不想使用这些机器。但根据Herb Grosch的说法，事情并非如此：

  在看到von Neumann 和Feynman用了那些机器后（例如在1944年），那些研究核能的科学家也迫不及待想用上。不早前Urey和Rabi就知道任职于MFCCU（哥伦比亚男子教师部，Columbia Men's Faculty Club），也是一名天文学家，但正如我在第30页（p.30 ）所说，毫无疑问，没有人真正使用计算机。在解决PDE所做的工作很少是通过松弛技巧来完成，大多数时候而是由例如Southwell的工程师操作，而非Courants类技术。之前有个叫Ritz的人有过一个技术… 之前的技术并没有在“打孔机”上很好的利好，早期的大型计算机也是如此。天文学家耗其一生刻苦钻研，但在30年代并不能将其知识在“物理界”加以利用。而他们改为建造了回旋加速期！

  无论如何，事实就是曼哈顿项目的洛斯阿拉莫斯科学实验室（Los Alamos Scientific Laboratory）以及美国陆军的阿伯丁试验场（US Army's Aberdeen Proving Ground）的计算设施都是基于Eckert的哥伦比亚实验室（Columbia Lab）。

• Wallace Eckert和Presper Eckert与John Mauchly之间存在什么联系？哥伦比亚实验室（Columbia Lab）对ENIAC存在了何种影响？但由于ENIAC项目在一般意义上都是机密，因此就算存在了某种影响，我们也无从得知。Eckert的论文中没有提及对应的关系，但这其中不包括他现已丢失的海军天文台论文。Allan Olley在2006年7月25日的报道中写道：

  我最近发现Henry Tropp（曾在Eckert上著写DSB条目）曾撰写一篇IEES Spectrum的文章，其中饮用了他在1940年的著作。文章题为“潮气蓬勃的那些年：回顾”（ IEEE Spectrum，第11卷，第2卷，第70-79页，1974年）。其中主要讨论了George Stibitz, Howard Aiken 和John Mauchly。 在第74页中提到Wallace Eckert谈论了John Mauchly：

  在Ursinus（始于1933年）期间，他（指Mauchly）偶然阅读了一篇哥伦比亚大学计算机实验室Wallace J. Eckert撰写的有关使用打孔机进行计算的出版物… 那时候，Mauchly才知道自己对统计知识的了解甚少，并开始研究这类主题。在1936年，他在卡内基学会（Carnegie Institution）其父负责的部门得到了一份暑期工，于是他开始将自己所学的统计知识应用到天气数据统计中…”

  不幸的是，这篇文章中的引用不够谨慎（除了Eckert的书刊以外，他在本节中并未引用任何其他内容）。如果我的理解正确，他的消息来源可能是当时Tropp正在负责的史密森计算机历史项目（Smithsonian Computer History Project），因此可能是一封信、一篇未公开的描述文章或访谈）。

  我想Mauchly自己的回忆录是这篇文章的依据。假设时间正确，是1933年-1936年间，Eckert在此期间发表的唯一有关打孔卡计算的论文便是他在天文学协会（1934年）的演讲摘要，在AJ中有关小星星数值积分的文章以及在Baehne book中的文章。考虑到阅读激发了对统计学的兴趣，Baehne book似乎更可能是摘要的依据来源（因为我也认为这里面提及的内容更多）。

• Eckert的海军天文台打印机（Table Printer）也是卡片编程的第一次实际使用吗？细节不太可靠，但我找不到更早的应用。如果真是这样，这件事的历史意义重大。从部分卡片中而非全部来执行程序是谁的想法？但Eckert在海军天文台工作的论文也不见了。（Herb Grosch说“卡片操作”和“卡片编程”并不相同；数据卡和主卡似乎是分开的，二者之间的切换需要人工完成，但Eckert在卢瑟福实验室（Rutherford Lab）的开关箱却正相反，其正如Herb所说，“‘切换时’不需停止机器，这样的操作方法完全不同，且更新颖。”）

• Eckert有直接联系美国国家航空航天局（NASA）吗？因为他在阿波罗号准备期间，重新开展了月球轨道工作，您可能会认为二者之间有着某种联系，但我并没有找到任何证据。（所有的报道都指出，尽管他1949年的改进月球星历表（Improved Lunar Ephemeris）“很好”，但宇航局并不想引进新的表格或方法使事情复杂化。）但无论如何，Eckert的工作成果的确引导了阿波罗号的成功升天。并且，很有可能“成功背后的人”Katherine Johnson（Hidden Figure Katherine Johnson ）（和其他人）的工作基于Eckert的作品展开。我想知道他们是否曾经交流或见面过。