新火種
2023-09-08 
百歲匯編語言之母逝世！71歲時(shí)她還在和兒子合寫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)論文
編輯：Aeneas 好困
【新智元導(dǎo)讀】她，不僅編寫了第一個(gè)匯編語言，而且還完成了史上最早的機(jī)器翻譯奠基工作。
2022年9月，匯編語言之母Kathleen Booth，在加拿大去世，享年100歲。
匯編語言之母
Kathleen Hylda Valerie Booth教授是英國(guó)早期的計(jì)算機(jī)先驅(qū)之一。
想象一下，必須通過重新布線來對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程。是不是很不可思議？
1951年對(duì)ENIAC進(jìn)行編程
在1940年代中期，第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)就是以這種方式工作的。
像ENIAC這樣的計(jì)算機(jī)，最初并沒有用于代碼的內(nèi)部存儲(chǔ)。如果我們想要用它編程，就要操縱數(shù)千個(gè)開關(guān)和電纜，而這些開關(guān)和電纜所在的位置，就是程序。
所有帶旋轉(zhuǎn)開關(guān)的單元都是需要大量編程的地方
此時(shí)的編程，必須手動(dòng)更改數(shù)千根電纜和開關(guān)，或者在卡片上打孔，然后將卡片送入計(jì)算機(jī)，這可能需要數(shù)天時(shí)間，而且極易出錯(cuò)。
在Kathleen Booth開始研究計(jì)算機(jī)的那個(gè)年代，有那么一小群人，開始產(chǎn)生了將程序存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)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(fā)明了匯編語言，使計(jì)算機(jī)編程更加人性化。
1922年7月9日，Kathleen Hylda Valerie Britten出生于英國(guó)伍斯特郡。
二戰(zhàn)期間，她就讀于倫敦大學(xué)皇家霍洛威學(xué)院，并于1944年獲得數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位。
畢業(yè)后，她成為一名皇家飛機(jī)研究所的研究員。兩年后，她入職倫敦大學(xué)伯貝克學(xué)院（Birkbeck College），先后擔(dān)任研究助理、講師、研究員。
她還曾在英國(guó)橡膠生產(chǎn)商研究協(xié)會(huì)（BRPRA）工作，就是在那里，她遇到了未來的丈夫——數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家Andrew Donald Booth。
Andrew Booth在與X射線晶體學(xué)家JD Bernal 教授（伯納爾球的發(fā)明者）合作期間，使用X射線衍射數(shù)據(jù)來研究晶體結(jié)構(gòu)。他發(fā)現(xiàn)手動(dòng)計(jì)算非常繁瑣，于是造了一臺(tái)模擬計(jì)算機(jī)，來自動(dòng)化部分步驟。
1946年，他在伯貝克擔(dān)任納菲爾德研究員。但由于學(xué)院沒有空間，而且由于BRPRA為其提供資金，所以他的工作是在BRPRA的設(shè)施上完成的。
就在那時(shí)，他遇到了Kathleen。同年，Kathleen和Andrew在伯貝克學(xué)院合作發(fā)明了一臺(tái)早期的數(shù)字計(jì)算機(jī)——自動(dòng)中繼計(jì)算機(jī)（ARC）。ARC使用紙帶進(jìn)行輸入，實(shí)際上是一臺(tái)用作傅立葉合成器的專用計(jì)算機(jī)。
Kathleen、Xenia Sweeting和Andrew于1946年在ARC上工作
Andrew Booth設(shè)計(jì)了ARC，而Kathleen Britten和助理Xenia Sweeting構(gòu)建了硬件。
在此期間，他們一同創(chuàng)建了如今的伯貝克計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息系統(tǒng)系。
1945年，約翰·馮·諾依曼（John von Neumann）撰寫了一份名為「EDVAC報(bào)告初稿」的文件，在這份文件中，他描述了后來被稱為計(jì)算機(jī)的馮·諾依曼架構(gòu)。
在這個(gè)架構(gòu)中，他定義了計(jì)算機(jī)的各個(gè)部分，特別是存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的程序。出于這個(gè)原因，它也被稱為存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)。
在經(jīng)典的馮·諾依曼計(jì)算機(jī)架構(gòu)中，地址空間大部分用于指向內(nèi)存，其余部分用于指向外部設(shè)備：內(nèi)存并不關(guān)心里面存儲(chǔ)的是什么
1947年，Andrew和Kathleen在普林斯頓大學(xué)與馮諾依曼和IAS機(jī)器合作時(shí)，編寫了一個(gè)程序，用于在電子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)翻譯詞典，前提是提供必要的存儲(chǔ)容量。這是史上最早的機(jī)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(huì)申請(qǐng)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(gè)月。
根據(jù)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(shí)間都會(huì)接待他們。
一個(gè)簡(jiǎn)化的內(nèi)存管理系統(tǒng)——CPU中的程序計(jì)數(shù)器不再直接指向內(nèi)存，而是產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)入MMU的虛擬地址，重定位常量添加到虛擬地址，以在內(nèi)存中創(chuàng)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(gòu)。受到啟發(fā)，他們重新設(shè)計(jì)了ARC，僅用了2個(gè)月就設(shè)計(jì)了機(jī)器的繼電器部分，并且提出了關(guān)于ARC2的構(gòu)想。
還是在1947年，Kathleen和他還寫了兩份關(guān)于它的報(bào)告《通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的一般考慮因素》和《ARC編碼》。其中第一份報(bào)告廣為流傳。在其中，他們?cè)敿?xì)介紹了馮諾依曼架構(gòu)機(jī)器，并介紹了內(nèi)存的不同選項(xiàng)。
此外，這份報(bào)告還描述了她發(fā)明「匯編語言」的前身，她在報(bào)告中將其命名為Contracted Notation。這是對(duì)計(jì)算機(jī)編程進(jìn)行抽象思考的第一步，無需編寫顯式的1和0或機(jī)器代碼指令。
在這份報(bào)告中，Kathleen的編程能力大放異彩。并且，她設(shè)想了同步與異步操作的可能性，這可是在1947年！在此之后，我們唯一能夠找到的異步描述來自1980年代中期。
同步與異步操作將允許程序中的多條指令并行執(zhí)行。因此，在執(zhí)行下一條指令之前，程序不會(huì)被阻止等待當(dāng)前指令的結(jié)果。這將有效地改善程序執(zhí)行時(shí)間，即處理所有指令所需的時(shí)間。
摘自《通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的一般考慮因素》
第二份報(bào)告「Coding For ARC」，于1947年9月出版。在這份報(bào)告里，Kathleen首次詳細(xì)介紹了ARC2「匯編語言」。
在該報(bào)告中，Kathleen還解釋了orders（現(xiàn)在稱為指令instructions）是如何由加載到某種存儲(chǔ)中的0和1表示的。
通過匯編語言，我們不必再記住機(jī)器代碼10010110作為指令，只需記住并輸入?yún)R編語言助記符MOV作為指令。
不過，目前已無法找到這份報(bào)告的數(shù)字副本。
在1948年，Andrew和Kathleen將研究方向轉(zhuǎn)向簡(jiǎn)單電子計(jì)算機(jī)（SEC），然后是通用電子X射線計(jì)算機(jī)或APE(X)C。現(xiàn)在，我們可以在MESS模擬器中試用APE(X)C 。
Hollerith電子計(jì)算機(jī)（HEC）是世界上現(xiàn)存最早的電子計(jì)算機(jī)之一
他們最著名的機(jī)器APEC（通用電子計(jì)算機(jī)）是在1949年設(shè)計(jì)出來的。
1951年，BTM使用其硬件電路作為HEC1計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，這種計(jì)算機(jī)在1950年代末直接成為最暢銷的英國(guó)計(jì)算機(jī)，安裝了近100臺(tái)。
在下面這個(gè)視頻中，可以看到關(guān)于HEC1的介紹。
Andrew發(fā)明了一種并行乘法器算法，該算法仍然構(gòu)成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)芯片（布斯乘法器）中乘法電路的基礎(chǔ)。
他們還一起發(fā)明了旋轉(zhuǎn)存儲(chǔ)設(shè)備。在1940年代后期，他們?cè)噲D制造可工作的光盤，但失敗了，不過，他們成功地建造了世界上第一個(gè)磁鼓存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)在1950年代被廣泛用于主存儲(chǔ)器和后備存儲(chǔ)。
在磁鼓存儲(chǔ)器中，信息存儲(chǔ)在滾筒上的可磁化條上，數(shù)字信息存儲(chǔ)為二進(jìn)制磁性圖案
1950年，Kathleen和Andrew結(jié)婚，就在同年，Kathleen從倫敦大學(xué)獲得了應(yīng)用數(shù)學(xué)博士學(xué)位。
為了爭(zhēng)取更多資金，兩夫婦再次前往洛克菲勒基金會(huì)?；饡?huì)提出的條件：必須讓APE(C)X既可以用人類語言，也可以用數(shù)學(xué)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(jī)器翻譯的過程。
他們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的技術(shù)翻譯，而不是追求文學(xué)質(zhì)量。
他們?cè)诓惪藢W(xué)院時(shí)，與學(xué)生一起做了很多NLP的工作，同時(shí)在1965年至1972年間，他們?yōu)榧幽么髧?guó)家研究委員會(huì)從事英法翻譯工作。
Kathleen在1958年出版的《自動(dòng)數(shù)字計(jì)算器編程》，可能是第一本由女性撰寫的關(guān)于編程的書。
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算法，比如單詞替換、詞干和詞尾處理。
她的另一個(gè)開創(chuàng)性工作是通過編程模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，來識(shí)別動(dòng)物。這距離史上第一次在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，僅僅過了四年。
Booth一家于1962年離開伯貝克學(xué)院，移居加拿大，先后在薩斯喀徹溫大學(xué)、湖首大學(xué)工作。
她于 1978 年從湖首大學(xué)退休，但可以看到，在1993年、她已經(jīng)71歲高齡時(shí)，還發(fā)表了和兒子Ian JM Booth博士共同撰寫的論文《使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別海洋哺乳動(dòng)物》。
Kathleen Booth于2022年9月29日去世。伯貝克學(xué)院發(fā)文悼念。
David Wheeler：1985年計(jì)算機(jī)先鋒獎(jiǎng)得主
不過，相比于這位來自英國(guó)的女性，更加廣為人知的是另一位男性——David Wheeler。
為此，美國(guó)IEEE計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)還在1985年為他頒發(fā)了計(jì)算機(jī)先鋒獎(jiǎng)。
當(dāng)時(shí)，作為與Maurice Wilkes一起研究劍橋大學(xué)Edsac（電子延遲存儲(chǔ)自動(dòng)計(jì)算機(jī)）的團(tuán)隊(duì)成員，David Wheeler負(fù)責(zé)為計(jì)算機(jī)提供指令的系統(tǒng)。
Wheeler開發(fā)的「初始指令」（initial orders）讓Edsac的指令可以用一種簡(jiǎn)單的語言編寫，而不再是「人肉輸入」二進(jìn)制數(shù)字。
此外，他還開發(fā)了「Wheeler Jump」，允許程序?qū)⒖刂茩?quán)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。
David John Wheeler于1927年出生在伯明翰。1945年，他獲得了劍橋大學(xué)三一學(xué)院的獎(jiǎng)學(xué)金，在那里他學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，并于1948年畢業(yè)。
在此期間，Maurice Wilkes在重新開放的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室工作，從事一個(gè)名為Edsac的存儲(chǔ)程序電子計(jì)算機(jī)的建造項(xiàng)目。
Edsac的第一個(gè)程序于1949年3月在Edsac上運(yùn)行，其中就包括了Wheeler開發(fā)的「初始命令」，一個(gè)可以將簡(jiǎn)單的命令翻譯成計(jì)算機(jī)所需的二進(jìn)制指令的程序。這使得Edsac可以由非專業(yè)人員進(jìn)行編程，并標(biāo)志著編程語言的發(fā)展邁出了第一步。
為Edsac編寫程序的經(jīng)驗(yàn)使Wheeler和他的同事Maurice Wilkes和Stanley Gill在1951年出版了第一本針對(duì)程序員的書「The Preparation of Programs for an Electronic Digital Computer」，同年，Wheeler獲得了實(shí)驗(yàn)室授予的第一個(gè)博士學(xué)位。
1955年，應(yīng)用數(shù)學(xué)的研究學(xué)生Joyce Blackler開始在工作中使用Edsac，并認(rèn)識(shí)了David Wheeler。他們于1957年8月結(jié)婚。
1965年他成為達(dá)爾文學(xué)院的研究員，1966年在加利福尼亞大學(xué)伯克利分校工作，研究如何將在線終端與大型計(jì)算機(jī)連接起來。1968年，他在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作了一段時(shí)間。1977年，他成為計(jì)算機(jī)科學(xué)教授。
他在1970年被選為英國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)的會(huì)員，1981年成為最早被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員的計(jì)算機(jī)科學(xué)家之一。
1984：美國(guó)女性離開代碼的那一年
但凡是對(duì)編程歷史有所了解的人，必然聽說過Ada Lovelace和Grace Hopper。她們和其他從業(yè)的女性一起，對(duì)現(xiàn)代編程產(chǎn)生了巨大影響。
但現(xiàn)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。
那么，曾經(jīng)的女性都去了哪里？
時(shí)間回到第二次世界大戰(zhàn)期間，當(dāng)時(shí)第一批「程序員」有很多都是女性，如計(jì)算公司（CompInc.）的創(chuàng)始人Elsie Shutt和創(chuàng)造了第一個(gè)編譯器的Grace Hopper。
戰(zhàn)爭(zhēng)勝利之后，雖然有越來越多的男性加入，但女性不僅仍然從事著科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域工作，而且攻讀計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)位的人數(shù)也在不斷增長(zhǎng)。
直到，1984年……
在20世紀(jì)80年代中期，計(jì)算機(jī)開始成為美國(guó)人的家庭用品。
當(dāng)時(shí)，計(jì)算機(jī)在市場(chǎng)上的定位主要是面向商業(yè)和游戲的，而這兩類產(chǎn)品的受眾基本上都是男性。
此外，電影院里的電影和電視上的廣告為程序員確立了一個(gè)獨(dú)特的身份：書呆子，年輕男性。
看看這個(gè)玩具反斗城的Commodore 64的廣告就知道了。
不難想象，初高中的男孩們顯然會(huì)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(xué)時(shí)便會(huì)顯現(xiàn)出來。
上世紀(jì)70年代，計(jì)算機(jī)科學(xué)的教授普遍認(rèn)為新生是不具備任何計(jì)算機(jī)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)。但隨著個(gè)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(xué)生是玩著電腦長(zhǎng)大的。
對(duì)于家里沒有電腦的Patricia Ordóez來說，這無疑是一道難以逾越的鴻溝。
還在上中學(xué)的時(shí)候，Ordóez數(shù)學(xué)成績(jī)極佳。因此，當(dāng)他進(jìn)入約翰霍普金斯大學(xué)時(shí)，最初的志愿是攻讀計(jì)算機(jī)科學(xué)或電氣工程專業(yè)。
然而，當(dāng)Ordóez來到第一堂入門課時(shí)才發(fā)現(xiàn)，周圍男同學(xué)對(duì)計(jì)算機(jī)的了解都比她要早得多，而自己卻不得不問一些「常識(shí)性問題」。
「有一次，教授在回答完之后，停下來看著我說：『現(xiàn)在你應(yīng)該知道了吧?！弧?/p>
雖然Ordóez在后來也通過了課程，但也獲得了人生中第一個(gè)C。最終，她選擇放棄，主修了外語。
不過，十多年后，她又回到了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，并最終獲得了計(jì)算機(jī)科學(xué)的博士學(xué)位?，F(xiàn)在她是波多黎各大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)助理教授。
參考資料：
https://www.theregister.com/2022/10/29/kathleen_booth_obit/
https://hackaday.com/2018/08/21/kathleen-booth-assembling-early-computers-while-inventing-assembly/
https://www.dcs.bbk.ac.uk/about/history/
https://www.computer.org/profiles/david-wheeler
https://www.codefellows.org/blog/1984-year-women-left-coding/
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