老師沒教的科學家

用髮夾debug的女人—Grace Hopper傳記

單維彰

Grace Hopper（1906~1992）本姓Murray，Hopper是夫家的姓。Grace於西元1906年12月9日在紐約出生。

從她的父親說起

Grace的爸爸是位保險業務員，應該不算是高級知識分子，但他是個相當特別的父親，在那個年代裡，很少有人會供女生去受高等教育。

Grace的父親曾經得了病，因此鋸掉雙腿，以木腿當作義肢。用義肢練習走路一段時間後，他又開始從事保險業務工作，可見他生性樂觀。他常對3個子女（1個兒子、2個女兒）說：「我用這雙木頭腿都可以出去工作，所以你們應該沒有辦不到的事情。」據說這番話對於孩子們的影響很深，Murray家的3個孩子都讀到了大學，不過只有Grace拿了博士學位。

Grace回憶她小時候最喜歡上的課是數學課，特別是幾何課。她說，那是因為她可以把鉛筆盒裡所有顏色的筆全部拿出來用。她從小還有一個特色，就是喜歡玩量角尺、計算尺這類的工程器具。她還做過一些通常是小男孩做的事，在6、7歲的時候，她曾經把家裡所有的鐘都拆開來，但是沒有一個裝得回去，因此受了很嚴厲的處罰。

Grace在1928年畢業於瓦薩大學（Vassar College），取得了數學與物理的學士學位。隨後到耶魯大學攻讀碩士，並在1930年得到數學碩士。畢業後沒有立即繼續就學，而是回到她的母校Vassar大學擔任教職。

1930年6月15日，Grace與Vincent Foster Hopper結婚。Vincent是紐約大學英文系教授，但是他在1945年時過世了，他與Grace沒有生育子女，而Grace也沒有再婚。

如願以償的從軍夢

結婚之後沒多久，Grace就決定要攻讀博士。Grace一邊教書，一邊在耶魯大學進修博士學位，並在1934年取得學位，前後只花了四年的時間，這算是相當快的。她的博士論文題目是「代數方程式可化約性的新判斷法」（A new Criterion for Reducibility of Algebraic Equations），論文中她運用一種幾何方法去解決代數問題。到這個階段為止，還看不出來這個人會跟計算機產生任何的關係。

直到1941年，Grace的人生產生了極大的改變。當時歐戰爆發，Grace有了從軍的念頭，她想加入海軍。當時女人從軍都是做後勤工作，大部分都是護士，再不然就是擔任文書後勤，這是我們在電影中常看到的。受過高等教育的女性，就可能被分配去擔任「人力計算機」，例如計算彈道。

每一座炮在能夠服役之前，都必須經過充分的試射，並且從試射資料中計算精密的彈道表。每一支炮管都有它獨特的彈道表，讓炮兵據以調整角度來控制炮彈的落點。彈道表的計算程序中需要做一組微分方程的數值解，當時雖然有求解的方法，但是卻沒有自動化的計算工具來執行這麼大量的計算。因此美國軍方將有計算能力的人（通常是女兵），聚集在一間大房子裡，讓她們擔任計算機的工作。

Grace本來要被分派到這種單位服務，但海軍告訴Grace，說她年紀太大（34歲），沒有適當的軍階和工作給她，因此婉拒了她的從軍夢。後來，不知是誰轉變了這個命運，有人發現Grace是一位數學博士，而當時的確有比單純計算機更高等的任務需要她這樣的人才。

讓Grace受基本訓練半年之後，海軍將她分派到哈佛大學的後勤計算局（Bureau of Ordinance Computation at Harvard University），當時的主持人是Howard Aiken (1900~1973)。Aiken是1939年的哈佛物理博士，也是Mark I、II、III、IV這一系列電機計算機的設計及製造者。

Mark I原來的名字是ASCC（Automatic Sequence Controlled Calculator)。它是由哈佛與IBM合資建造的，完成於1943年，有35噸重，內部的線路全長總共有500英哩。

但是在1944年Mark I啟用典禮之後，IBM和哈佛鬧翻了。因為哈佛人認為IBM只是個出錢的金主，主要的智能貢獻是哈佛人的功勞；而IBM認為自己也在工程上做了許多研究和創新，只是哈佛認為那些工程上的創新都不值一提。所以，IBM就從哈佛的Mark計畫中抽腿，後來的十年間，IBM在學術界的主要合作伙伴，變成了哥倫比亞大學。

Mark系列是電機型計算機。Mark I的數值都是23位的十進制整數或定點數，做一次加法要6秒，一次除法要12秒。Aiken持續在電機計算機方面發展，直到1952年的Mark IV。到那時候，已經明顯可見，電機計算機的設計，必將輸給電子計算機。由此可見，精明如哈佛，也並非一開始就押對了寶。

同一時期，麻省理工學院也沒押對寶，他們全力進行類比型計算機的研究。後來，幾乎是一夜之間，麻省理工學院放棄了所有關於類比型計算機的計畫，甚至解僱了整批助理和技師，改弦易轍從事電子計算機的研究。

根據Grace自己的說法，當她走進哈佛的計算工廠，第一眼看到那「巨大、醜陋」的Mark I時，就立刻愛上它了！其實IBM是很有格調的公司，他們設計的Mark I外形，還不算醜陋啦。

用髮夾debug的記錄

因為Grace從小就喜歡各種計算尺，所以當她見到這個電機計算機時，她說這是她看過最有趣的計算尺。在她之前，有兩個男生在Mark計算機上寫過程式，這兩個男生後來幫Hopper在三天內寫出了她的第一個程式。所以算起來，Hopper是第三個在電機計算機上寫程式的人。

Mark I還處於前組合語言時期，它的程式設計師直接用機器碼寫程式，而機器碼靠著一條打了洞的紙卷送進計算機。

利用紙卷、卡片或鋁板上的打孔位置來操縱機械的設計其來有自，最早出現在法國人Jacquard於1805年創造的自動織布機上，這台織布機的設計啟發了Babbage (1791~1871) 開始設計所謂的「分析機」，那是第一部可以程式化的機械型自動計算機。而且，資助Mark I的IBM公司本身，也是從發明與製造打卡機和讀卡機起家的。

1945年9月9日，發生了一樁大家或多或少聽說過的軼事。那天天氣很熱，他們把窗戶都打開來散熱，可能因此飛進來一隻蛾，而那隻蛾恰巧被夾死在一支繼電器裡面，造成電路不通而當機。經過將近一天的檢查，Hopper找到了那隻蛾，她用髮夾把那隻蛾夾了出來，並且鄭重地把那隻蛾的屍體貼在她的《管理日誌》裡面，在文字記錄中，她稱那隻蛾為bug。

今天在電腦界，遇到程式中有錯，都稱之為bug；而找到那個錯誤並修正它的程序就叫做debug。我們並不能說Hopper發明了bug的比喻和debug的說法，因為據考證，這種說法已經流行於那個年代、那個地區的電機工程師之間。只是Hopper找到的不是一個隱喻的bug，而是一隻真正的bug，使得這整個故事更饒富趣味，變成圈內人津津樂道的一個典故。

第一套程式語言創造者

1945年二次大戰結束後，Grace Hopper卻決定辭去瓦薩那邊的教職，要專心地在Aiken的實驗室裡做個程式設計師。

但是，時代的趨勢已經逐漸轉到電子計算機了。1949年，Hopper離開哈佛，到了費城，進入Eckert和Mauchley合開的電腦公司（Eckert-Mauchley Computer Corporation），擔任資深數學家，主要工作是幫忙設計軟體。

Mauchley跟Aiken一樣是位物理學背景的學者，他是美國第一部電子計算機ENIAC的主要設計者，也是實際建造它的計畫主持人。Eckert後來變成實現這個計畫的最主要電機工程師。如今主流的說法都稱ENIAC為世界上第一部電子計算機，雖然它在許多設計理念上堪稱第一，但是就電子形式的可程式化自動計算機器而言，德國和英國其實都有更早的發明與成品，只是因為戰爭而中斷發展或列為機密了。

Eckert-Mauchley公司設計出來的第一套電子計算機叫做UNIVAC I，它通常被列為世界上第三部電子計算機。也是從這部電腦上，發展出來組合語言。Eckert-Mauchley成立了很短的時間就被Remington Rand併購，又過沒多久，Remington Rand跟幾家小公司合併，成立Sperry。

儘管公司的名字和東家換來換去，但Grace一直在那裡擔任資深數學家與程式設計師，直到1971年她65歲屆齡退休為止。

Grace對電腦界的貢獻相當多，像bug和debug這個字彙的引入，只是一段小小的插曲。她的最大貢獻是創造了第一套程式語言以及它的編譯器（compiler）：A-0。當時的程式設計人員，都在紙上寫出想要電腦執行的工作流程，然後將這筆流程翻譯成機器碼，然後在紙卷或紙卡上打孔，再送到機器裡面去執行。Grace在進Eckert-Mauchley這家公司之後，便有了一種想法，希望能設計一套語言和翻譯程式，讓人能夠用類似英文的語法把想做的事寫下來，然後用程式把英文翻譯成機器的語法，交給機器去執行。

當她提出程式語言與編譯器的構想時，眾人皆曰不可。所有人都告訴她，電腦只能做計算，只能加減乘除，只能處理數字，電腦是不懂英文的。由此可見，在1950年代，大部分人尚未意識到電腦是用來處理資訊的工具，它只不過是一部很快很快的計算機而已。Grace Hopper可能是第一個蹦出這個想法、而且有機會去執行的人。

爾後，Grace Hopper就到處去演講，到處去宣揚這個想法，並且設法說服有錢的單位資助她執行這項計畫。後來有朋友問她說：「妳怎麼這麼勇敢呢？萬一搞砸了，妳該怎麼辦？」，Grace的回答是：「It's always easier to ask forgiveness than it is to get permission.」（日後道歉，比現在的籌錢過程簡單多了），這句話成為她一生中的至理名言之一。

COBOL的催生者

Grace在1952年發展出第一套實驗性的編譯器，在Sperry的機器上執行，叫做 A-0，後來又發展了A-1和A-2。當初在寫A-0時，為了向出錢的老闆炫耀，她還設計了三個版本：英文、德文與法文。她給人看的電腦程式不僅可以看得懂英文，也看得懂德文跟法文。後來德文跟法文的版本都沒再做下去。到了1956年，她已經做出來一套蠻完整的程式語言，叫做FLOW-MATIC。海軍採用了這套系統（Grace Hopper一直沒有從海軍退休）。後來海軍跟一些民間的公司想要把FLOW-MATIC變得更標準一點，這也是Grace Hopper對電腦界的另一個重大貢獻。

海軍幅員廣大，各單位因為自行將FLOW-MATIC稍加修改以滿足當地的需求，使得A地撰寫的程式在B地可能無法編譯。為了這個標準化的任務，Grace Hopper寫了一套程式，用來檢查一篇程式是否符合語法標準；這種程序現在稱為Validation。後來影響到民間，漸漸發展出一套新的語言，後來被正式的標準化，叫做COBOL（Common Business Oriented Language）。直到現在，COBOL仍是金融界最常使用的程式語言。

比Grace研發A-0稍晚，IBM公司裡一位相對來說頗為資淺的數學家John Backus提出他自己的程式語言計畫，1957年正式上市，就是FORTRAN。1950年代的三種如今稱為「恐龍級」的程式語言，有COBOL、FORTRAN和ART，其中兩個一直活到今天。

美國女性海軍少將第一人

1966年Grace Hopper年滿60歲，她當時的官階是海軍中校，而中校官階應當在60歲退休，因此海軍就請她退休了。Grace Hopper說，那是她一生中最悲傷的一天，因為海軍已經是第二次嫌她太老了（她在34歲想要從軍的時候是第一次）。

可是海軍在她退休後沒多久，發現沒有她是不行的，因為海軍裡還有很多電腦化、自動化和正規化的工作尚未完成。所以在她退休後的五個月，海軍升了她的官階，並要求她復職。所以，她在1967年8月1日又回到海軍，擔任了好幾個海軍的計算中心主持人或顧問，指揮那些海軍的技術人員，並且到處去演講，宣傳她的計算與管理觀念。

她有一個特別的演講道具。當她發現總是沒辦法讓聽眾感覺什麼是nanosecond（十億分之一秒），而microsecond（百萬分之一秒）跟nanosecond差多少的時間？它們都是很短很短的時間，卻又相差了1000倍。有一天，Grace去工程部切了一段長度為11.78英吋的電纜線，她手上拿著這將近一呎的電線跟聽眾說：「這個長度就是電流在一個nanosecond可以跑的距離。」然後指著地上放著的一大捆電纜線說：「那個長度就是電流在一個microsecond跑過的距離。」這是個讓人印象鮮明的具體概念。然後她說：「你們要小心，絕對不要隨便浪費一個microsecond的電腦時間。」

後來有一位從來不曾見過Grace Hopper的參議員，因為聽說了她的事蹟，並且自己私下做了些調查，就在國會裡面提出Hopper的升官申請案。他認為這樣重要的女性，不應該只擔任一個校官而已，她應該做將官。國會很快地通過這個提案，通知了海軍，Grace Hopper在1985年11月變成了海軍少將，她是美國第一個到達這個官階的女性。1986年，她79歲，是所有活著的、還沒除役的以及參加過二次世界大戰的美國軍官中，年紀最大的一位。那時候她常說：「年齡不到我一半的人就叫做年輕人。」

與時俱進的金頭腦

老雖然是老，她卻還是能夠接受新觀念。

想想她從1945年占據整棟倉庫的電機型計算機開始，一路陪著計算機科學與產業走來，到了1980年代，看到如Digital中型電腦與Apple和IBM個人電腦的現身。以她的年紀和經歷，我們實在可以原諒她成為一個懷舊而固執的老人，而不至於責怪她無法接受像PC這樣的新電腦與新觀念（當時有非常多這樣的電腦界前輩）。但是，Grace並不需要我們原諒。她接受了PC，並且還成為海軍裡最極力推展使用PC的人之一。

為此，她也留下一句名言。她說在古老的時候，人都是用牛跟馬來拖東西。後來人類發展越來越蓬勃，東西變得越大越重，但是人們沒有發明、飼養更大更壯的牛和馬來搬運東西；事實上，人們是設法讓更多的牛跟馬來一起搬運東西。她用這個比喻來說，人們不該製造更大的電腦來處理更大型的問題，而是應該設法用更多的小型電腦來協同處理大型的問題。這不就是現在的分散式格網計算觀念嗎？

Grace Hopper逝世於1992元旦凌晨，前一晚她還參加了新年派對。她生前有個心願是活到1999年12月31日晚上，因為她想參加那一場新年派對。

Grace Hopper留下許多名言，我個人最喜歡的是這一句「A ship in port is safe, but that is not what ships are built for.」（把船停靠在港灣固然安全，但那不是我們造船的目的），這是一句適合海軍少將說的話。（本文圖片皆由作者提供）

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