信息技术教材中的科学史探秘之一

信息技术教材中的科学史探秘之一

信息技术教材中的科学史探秘之一

信息技术课程的背后有科学！计算机科学和信息科学曾在科学史上开出了无数绚烂的花朵，留下了无数动人的科学篇章。科学史上同样有谜团，探寻这些谜团的过程将是一次激动人心的科学探索之旅，请跟随我们：聆听科学故事、领悟科学人生、揭示科学奥秘、提升科学品位。

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高中信息技术教材（浙教版）中提到二进制是被誉为“西方文明最伟大的人物之一”的德国数学家莱布尼茨（1646～1716）提出的，而翻阅种种计算机科学史的书籍，都会提到莱布尼茨发明二进制是受到了中国古代《易经》的启发。既然二进制是现代计算机的基础，那么《易经》也就成为了计算机的源头。而事实究竟如何呢？

一般认为莱布尼茨提出二进制的经过

按照一般的叙述，莱布尼茨提出二进制的经过大致如下。出于对中国文化的兴趣，莱布尼茨在17世纪后半期保持了和在华的法国传教士白晋的通信往来。1703年信息技术教材中的科学史探秘之一，莱布尼茨收到白晋寄自中国的信笺，其中有中国宋代画家邵雍绘制的一件易图。莱布尼茨发现，如果将八卦中的阴爻和阳爻分别换成0和1，那么易图中排列的六十四卦与二进制中0到63这六十四个数字的计法完全一致。在这幅图的启发下，莱布尼茨提出了二进制的设想。而在二百多年后，二进制成为了现代计算机的基础。因此，有人认为《易经》成为了计算机的源头，并感叹为什么我们中国人没有好好地发展《易经》八卦的思想。那么，事实的背后究竟如何呢？

莱布尼茨提出二进制的实际过程

按照上面的说法，莱布尼茨在1703年收到白晋寄自中国的易图，并据此提出了二进制，同年发表了《论二进制算术》一文。而实际上莱布尼茨见到易图以及提出二进制的时间都要早很多。首先，莱布尼茨早在1679年就撰写了《二进制算术》的论文草稿，文中对二进制算术作了相当详细的讨论，不但给出了由0和1表示一切数的规则，还规定了加、减、乘、除四则运算，并与十进制进行了比较。这表明此时的莱布尼茨已经建立了二进制，虽然尚未公开发表。其次，在莱布尼茨提出二进制之前，他也确实看到并了解了中国古老的《易经》及八卦，但却并不是白晋给出的邵雍的易图。对欧洲现存17世纪中西交流文献的考证表明，早在1658年，意大利传教士卫匡国就在德国出版了《中国上古史》，里面详细介绍了《易经》及太极八卦的演化过程。此外，当时还有一些其他在欧洲出版的有关中国的书籍中都有《易经》的介绍易经起源的代表人物图片，莱布尼茨在与友人的通信中也涉及了这些内容的讨论。可见易经起源的代表人物图片，莱布尼茨在见到邵雍的易图之前已经了解了《易经》及八卦。

笔者认为，莱布尼茨提出二进制在白晋寄来邵雍的易图之前，但是在莱布尼茨思考并建立二进制的过程中，他了解并且从中国古老的《易经》及八卦中摄取了灵感。但这些都不是问题的本质，问题的本质是莱布尼茨建立的二进制与现代计算机有联系吗？

莱布尼茨提出的二进制与现代计算机有联系吗

要回答这个问题，首先要清楚莱布尼茨提出二进制的目的是什么？我们知道，莱布尼茨终身致力于寻找一种真正的符号系统，来包含人类的全部思想。而二进制能用两个数字推导出整个算术系统，莱布尼茨相信二进制进而也可以产生出整个宇宙。正如他自己在《通向一种普遍文字》中所说的：“我这里不打算论述这种体系（二进制）的巨大用处，只要指出所有的数通过一和无的方式加以表达是何等美妙就足够了。”

归根结底，莱布尼茨提出二进制的主要目的还是在哲学，甚至是神学上的，因为它说明了整个宇宙如何可以看成是由数所构成的。我国学者刘钢则认为二进制对莱布尼茨而言更像是个游戏，没有任何实用价值，更和现代计算机没有任何联系。至于现代计算机问世以后，由于莱布尼茨提出的二进制成为了基础，莱布尼茨本人也被认为是计算机的主要奠基人周易专家网，则属于“事后追认先驱”的典范。

将二进制与现代计算机联系起来的关键人物是谁

在20世纪现代计算机诞生的过程中，有两位科学家为将二进制作为计算机的基础作出了重要贡献易经起源的代表人物图片，他们是美国科学家香农（1916～2001）和被誉为“电子计算机之父”的美籍匈牙利科学家冯・诺依曼（1903～1957）。

1938年，香农在其硕士论文《继电器与开关电路的符号分析》中信息技术教材中的科学史探秘之一，比较了开关电路与二进制数码之间的相似性，提出了把二进制符号中的“1”和“0”与电路系统的“开”和“关”对应起来的设计方向。这奠定了数字电路的理论基础，哈佛大学的 教授说：“这可能是20世纪最重要、最著名的一篇硕士论文。”

1945年，冯・诺依曼在其主持的EDVAC计算机方案中首次将二进制作为计算机的设计思想（第一台计算机ENIAC采用的是十进制），大大简化了机器的逻辑线路，奠定了计算机的重要基础，一直沿用至今。

由上可知，二进制的正式提出者确实是莱布尼茨，并且在此过程中受到了来自中国古老的《易经》的启示，但并非直接由易图演化成二进制，并且莱布尼茨提出二进制也与现代计算机毫无关系。而真正为现代计算机中二进制思想奠基的则是20世纪的香农和冯・诺依曼。