当今世界，信息技术飞速发展，互联网经济迅速扩张，信息产业已成为全球战略性支柱产业，影响和改变着经济和社会生活的各个方面。随着我国加入世界贸易组织步伐的加快，我们的经济发展将进一步纳入国际大市场，面临重大机遇和挑战。科学研究特别是与计算机相关的科研领域，更要顺应这一时代潮流。近年来经常有人问我这样的问题：“1975年你怎么想到要从事照排系统的研制?”“怎么想到跳过当时国外流行的做法，而采用新的技术途径?”“你在从事计算机系统的研制中最重要的体会是什么?”。四十多年的科研实践的确给了我颇多心得，总结如下，以飨读者。

　　一、 科学研究与科学方法

　　计算机研究离不开数学基础

　　数学基础对从事计算机软硬件及应用系统的研究是十分重要的。计算机本身就是数学和电子学结合的产物，存储程序计算机概念的提出者冯·诺依曼（Von Neumann）就是一位杰出的数学家。美国微软公司董事长比尔．盖茨也是一位数学天才，中学数学成绩十分突出，常得满分，高中时对抽象数学和经济学深感兴趣，这两方面的兴趣和才能与他成为世界上头号软件企业家不无关系。国际上计算机领域内最高奖图灵（Turing）奖的获奖人，或者是数学出身，或者有很好的数学修养，几乎无一例外。数学基础为什么对计算机研究如此重要呢?我看至少有三方面原因：

　　1、“抽象”是数学的本质，而计算机硬件、操作系统、高级语言和应用系统的设计中经常使用“抽象”的手法。有一个很能说明问题的故事，大概在1946年，冯·诺依曼在一次讨论班上说，他可以用六个电子管设计一个加法器，并在黑板上画出加法器的电路图。主持世界上第一台电子计算机ENIAC工程设计和实现的Eckert立刻说，“不对，有一处脉冲的极性反了，应加一个管子实现反向，另两处驱动能力不够，应加管子，因此需要九个电子管。”冯·诺依曼回答说“你说的是电路上的加法器，我说的是逻辑上的加法器。”正是依靠了抽象，出现了电子计算机逻辑设计这一重要分支。

　　2、严密的逻辑思维和推理对硬件和软件研制都是很有帮助的。数学基础好、逻辑思维严密的人，一旦掌握了软件设计和编程的基本方法和技巧后，就能研制出结构清晰、高效率和可靠的软件系统；而一个思维不严密和推理能力差的程序员，即使有多年的编程实践，往往仍不能很好地完成任务。我领导设计过三次专用超大规模集成芯片ASIC，其中最复杂的是方正93的专用协处理器芯片。我们在设计中从未做过实际的电路实验，主要依靠严格的论证来保证设计的正确性，由于研制小组成员逻辑思维严密，所以在芯片模拟中仅发现一个小错，三次样片都是一次完成，没有任何错误，由该协处理器为核心的方正93系统完全达到了预期的目的。我很赞成操作系统层次结构和结构程序设计的创始人Dijkstra的看法：“一个高水平的程序员应该一开始就避免故障的引入，而不应该把大量时间放在程序调试上。”Dijkstra一贯主张把科学的思维引入系统设计和程序设计中，这也是他鼓吹的结构程序设计的目的之一。

　　3、好的算法往往会大大改进系统的性能，而数学基础对构思算法是很有帮助的。1974年图灵奖获得者Knuth是学数学出身，在算法分析方面作出了重要贡献。在出版他的多卷名著“程序设计技巧”过程中，发现当时的排版软件在版面质量和功能方面满足不了他的要求，因此设计TEX排版语言，并发明了数学公式在拆行时的算法，既能自动把一段公式拆成几行，又能保证得到的版面很美观，人们把TEX称为数学家设计的排数学公式的软件，流行很广。

　　跨领域研究是取得创新成果的重要因素

　　 控制论创始人维诺（Wiener）曾说过“在已经建立起来的科学领域之间空白区上，最容易取得丰硕成果”。计算机就是数学和电子学两个领域结合的产物。第一台电子计算机ENIAC是J.W.Mauchly和J.P.Eckert发明的。Mauchly是物理学博士，曾致力于天气预报的研究，深知该领域题目计算量之大，因而试用过各种技术以达到所需的高速度。1941年夏，当他34岁的时候去宾夕法尼亚大学莫尔电机工程学院任讲师，遇到了才华横溢的年轻研究生Eckert。这两人都是既有数学功底，又有电子学方面的知识。1942年Mauchly提出了电子计算机的基本想法，后又与Eckert共同把这一构思具体化，成为ENIAC的设计方案。ENIAC的实现是由Eckert主持的，他每周工作80小时以上，终于在1945年秋使ENIAC开始运行和试算题目，并于1946年2月向公众展示。

　　 1958年我大学毕业，留校在无线电系当助教。主持过电子管计算机逻辑设计和整机调试工作，也参与过部分电路设计工作，一直在硬件第一线上跌打滚爬。五十年代国外有名的计算机体系结构使我赞叹不已，同时不断问自己，为什么只能欣赏别人的成果，而不能有自己的创新思想呢？我试图寻找创造的源泉，即这些创新构思的背景，逐步领悟到程序和应用对硬件设计是非常重要的，只有了解软件，才算真正懂得计算机。高级语言、汇编语言（和机器语言）以及微程序语言是三个不同级别的语言，贯通这三者，必然会在体系结构上有创新的构思，当时真有一种“茅塞顿开”的感觉。1961年，我作出了一生中最重要的一个决定：从硬件转向软件，但不放弃硬件，而是从事软硬件相结合的研究，以探讨软件对未来计算机体系结构的影响。当时我感到似乎找到了创造的源泉，并相信一旦有了这种源泉，中国人有可能和外国人同时甚至更早提出某些新的思想。这种信心，以及软硬件两方面的知识和实践是我后来能够承担激光照排系统研制的决定性因素。

　　跨越式发展开辟高效益的捷径

　　 科学研究有时可以采取迂回策略，用创新的设计，绕过按常规方式发展会遇到的巨大困难，实现技术发展的跨越，往往能够走一条高效益的、事半功倍的捷径。

　　 1975年我们听说国家有一个 “748工程”，即汉字信息处理系统工程，分三个子项目：汉字通信、汉字情报检索和汉字精密照排。对于这三个子项目，我独钟精密照排系统，因为它的价值和难度吸引了我。我查阅了照排系统方面的有关文献，得知当时日本流行的是光学机械式第二代照排机，欧美流行的是阴极射线管式第三代照排机，1986年后才开始在美国推广的第四代激光照排系统那时尚无商品。经过一番研究调查，我得出下述结论：光学机械式二代照排机，尤其是汉字二代机难度很大，且没有前途；字模管式三代机和飞点扫描式三代机正在走下坡路，很快将被数字存储的CRT三代机所淘汰。因此，数字式存储将占统治地位。

　　 一旦选择了数字存储的方案，汉字字形信息量太大，马上成为十分突出的问题。西文只有26个字母，汉字多达数万，常用字也有三千。假如当时国产计算机硬盘容量很大，我大概不会努力探索新的途径了，正是由于落后才迫使我们另觅新路，这是一种社会需求的压力。我的数学背景使我很容易想到信息压缩，即用轮廓描述和参数描述结合的方法描述字形，并于1976年设计出一套把轮廓快速复原成点阵的算法。但当时用常规计算机上的软件来复原点阵，速度是很慢的，因此一个只懂数学和软件的人可能就会就此却步。由于我有多年的硬件实践，并懂得微程序，所以又想出可以用一个专用硬件将复原速度提高100到200倍。“需要”和“矛盾”是促使新方法产生的推动力，此后我的逐段形成点阵、逐段缓冲、四路平行输出等方案都是这样被逼出来的。当困难找到了解决办法后，我于1976年夏做出大胆决定：选择技术上的跨越，跳过第二、三代照排机，直接研制当时尚无商品的第四代激光照排系统。这一成果使得中国没有经过二代机、三代机，没有经历照排机输出毛条、人工剪贴成页的阶段，直接从铅排跳到了最先进的第四代激光照排。最先进、最有前途的技术方向，一旦有所突破，就会产生应用和市场方面的飞跃，接踵而来的是巨大的经济效益。

　　科研选题和制定目标

　　 科研上取得重大成就的个人和集体几乎无例外地选择了好的方向和课题，科研选题首先要考虑项目的前景，即未来的价值；其次要注意中国国情，国外时髦的某些项目在我国不易成功；第三要认清和发扬自身的长处，要标新立异，起码应有“一着鲜”。 著名声学专家汪德昭在科研方面的座右铭是“标新立异、一丝不苟、奋力拼搏、亲自动手”，这一座右铭是值得我们学习的。

　　 我认为在国内，达到以下四个目标之一的项目均属第一流成果。

　　1、文章发表在权威杂志上，有国内外学者的引用。

　　2、在原理性样机或系统中，提出了新思想、新技术或新方法，被后来的研究者采纳，并最终影响了工业界。

　　3、把新技术首次应用于某一领域，并在应用中效果显著，从而得到了一定的推广，随之而来的是该领域的商品热潮。

　　4、风靡市场的商品。

　　 对于上述第三、四类项目，立项开始研制时一定要考虑选择的方案在3～5年后的市场竞争能力。因为一个稍大一点的项目的研制周期总要三年或更长，必须考虑3～5年后的硬、软件变化情况，否则花大的代价完成后常常痛苦地发现已不能抵抗外国最新产品了。

　　 上述第一类成果属国家自然科学奖的奖励范围，第三、四类成果属国家科技进步奖的奖励范围。第二类成果则按情况分属这二种奖的范围。对第一类成果，我觉得不应苛求立竿见影，更不应苛求经济效益。假如我国只有大量第四类成果而缺乏第一类成果，对教学、人才培养和科研后劲都是极端不利的。对第四类成果，不宜在学术上或技术上过分贬低，因为一个风靡市场的产品除经营有方外，一般总是在技术上有其长处，或有“一着鲜”或“几着鲜”，否则是难以与同类商品竞争的。