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1946年2月14日誕生了世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC（埃尼阿克）。(The Electronic Numerical Integrator And Calculator) “埃尼阿克”計(jì)算機(jī)的最初設(shè)計(jì)方案，是由36歲的美國(guó)工程師 莫奇利于1943年提出的計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)是分析炮彈軌道。美國(guó)軍械部撥款支持研制工作，并建立了一個(gè)專門研究小組，由莫奇利負(fù)責(zé)?？偣こ處熡赡陜H24歲的埃克特?fù)?dān)任，組員格爾斯是位數(shù)學(xué)家，另外還有邏輯學(xué)家勃克斯?！鞍Ｄ岚⒖恕惫彩褂昧?8000個(gè)電子管，另加1500個(gè)繼電器以及其它器件，其總體積約90立 方米，重達(dá)30噸，占地170平方米，需要用一間30多米長(zhǎng)的大房間才能存放，是個(gè)地地道道的龐然大物。這臺(tái)耗電量為140千瓦的計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度為每秒5000次加法，或者400次乘法，比機(jī)械式的繼電器計(jì)算機(jī)快1000倍。當(dāng)“埃尼阿克”公開(kāi)展出時(shí)，一條炮彈的軌道用20秒種就能算出來(lái)，比炮彈曬身的飛行速度還快。埃尼阿克的存儲(chǔ)器是電子裝置，而不是靠轉(zhuǎn)動(dòng)的“鼓”。它能夠在一天內(nèi)完成幾千萬(wàn)次乘法，大約相當(dāng)天一個(gè)人用臺(tái)式計(jì)算機(jī)操作40年的工作量。它是按照十進(jìn)制，而不是按照二進(jìn)制來(lái)操作。但其中也用少量以二進(jìn)制方式工作的電子管，因此機(jī)器在工作中不得不把十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，而在數(shù)據(jù)輸入，輸出時(shí)再變回十進(jìn)制。“埃尼阿克”最初是為了進(jìn)行彈道計(jì)算而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)。但后來(lái)通過(guò)改變插入控制板里的接線方式來(lái)解決各種不同的問(wèn)題，而成為一臺(tái)通用機(jī)。它的一種改型機(jī)曾用于氫彈的研制?！鞍Ｄ岚⒖恕背绦虿捎猛獠坎迦胧?，每當(dāng)進(jìn)行一項(xiàng)新的計(jì)算時(shí)，都要重新連接線路。有時(shí)幾分種或幾十分種的計(jì)算，要花幾小時(shí)或1~2天的時(shí)間進(jìn)行線路連接準(zhǔn)備，這是一個(gè)致命的弱點(diǎn)。它的另一個(gè)弱點(diǎn)是存儲(chǔ)量太小，至多只能存20個(gè)10位的十進(jìn)制數(shù)。英國(guó)無(wú)線電工程師協(xié)會(huì)的蒙巴頓將軍把“埃尼阿克”的出現(xiàn)譽(yù)為“誕生了一個(gè)電子的大腦”，“電腦”的名稱由此流傳開(kāi)來(lái)。 1996年2月15日，在“埃尼阿克”問(wèn)世50周年之際，美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栐谫e夕法尼亞大學(xué)舉行的隆重紀(jì)念儀式上，再次按動(dòng)了這臺(tái)已沉睡了40年的龐大電子計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)電鈕。戈?duì)栐谙虍?dāng)年參加“埃尼阿克”的研制，如今仍健在的科學(xué)家發(fā)表講話：“我謹(jǐn)向當(dāng)年研制這臺(tái)計(jì)算機(jī)的先驅(qū)者們表示祝賀?！卑Ｄ岚⒖松系膬膳艧粢詼?zhǔn)確的節(jié)奏閃爍到46，標(biāo)志著它于1946年問(wèn)世，然后又閃爍到96，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代開(kāi)始以來(lái)的50年。 第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)在1946年2 月14日問(wèn)世了。全稱是“電子數(shù)值積分和計(jì)算機(jī)”，英文名字是“Elextronic Numerical Integrator And Computer”簡(jiǎn)稱ENIAC（埃尼阿克）。它是由美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的莫爾學(xué)院的莫爾小組承擔(dān)研制的。它由17468個(gè)電子管、6萬(wàn)個(gè)電阻器、1萬(wàn)個(gè)電容器和6千個(gè)開(kāi)關(guān)組成，重達(dá)30噸，占地160平方米，耗電174千 瓦，耗資45萬(wàn)美元。這臺(tái)計(jì)算機(jī)每秒只能運(yùn)行5千次加法運(yùn)算，或400次乘法。 埃尼阿克的存儲(chǔ)器是電子裝置，而不是靠轉(zhuǎn)動(dòng)的"鼓"。它能夠在一天內(nèi)完成幾千萬(wàn)次乘法，大約相當(dāng)于一個(gè)人用臺(tái)式計(jì)算機(jī)操作40年的工作量。它是按照十進(jìn)制，而不是按照二進(jìn)制來(lái)操作。但其中也用少量以二進(jìn)制方式工作的電子管，因此機(jī)器在工作中不得不把十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，而在數(shù)據(jù)輸入、輸出時(shí)再變回十進(jìn)制。 eniac 　　 第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)叫 ENIAC（中文名：埃尼阿克） 　?。娮訑?shù)字積分計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱，英文全稱為 Electronic Numerical Integrator And Computer），它于1946年2月15日在美國(guó)宣告誕生。 　　承擔(dān)開(kāi)發(fā)任務(wù)的“莫爾小組”由四位科學(xué)家和工程師埃克特、莫克利、戈?duì)査固?、博克斯組成，總工程師?？颂卦诋?dāng)時(shí)年僅24歲。 　　在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的莫爾電機(jī)學(xué)院揭幕典禮。它，就是世界上第一臺(tái)現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)“埃尼阿克”（ENIAC）。這個(gè)龐然大物占地面積達(dá)170平方米，重達(dá)30噸。在揭幕儀式上，“埃尼阿克”為來(lái)賓表演了它的“絕招”----—分別在1秒鐘內(nèi)進(jìn)行了5000次加法運(yùn)算和500次乘法運(yùn)算，這比當(dāng)時(shí)最快的繼電器計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度要快1000多倍。這次完美的亮相，使得來(lái)賓們喝彩不已。 　　ENIAC：長(zhǎng)30.48米，寬1米，占地面積約63平方米，30個(gè)操作臺(tái)，約相當(dāng)于10間普通房間的大小，重達(dá)30噸，耗電量150千瓦，造價(jià)48萬(wàn)美元。它包含了17,468 真空管7,200水晶 二極管, 1,500 中轉(zhuǎn), 70,000 電阻器, 10,000 電容器，1500繼電器，6000多個(gè)開(kāi)關(guān)，每秒執(zhí)行5000次加法或400次乘法，是繼電器計(jì)算機(jī)的1000倍、手工計(jì)算的20萬(wàn)倍。 　　研制電子計(jì)算機(jī)的想法產(chǎn)生于第二次世界大戰(zhàn)進(jìn)行期間。當(dāng)時(shí)激戰(zhàn)正酣，各國(guó)的武器裝備跟現(xiàn)在比差遠(yuǎn)了，占主要地位的戰(zhàn)略武器就是飛機(jī)和大炮，哪有什么“飛毛腿”導(dǎo)彈、“愛(ài)國(guó)者”防空導(dǎo)彈、“戰(zhàn)斧式”巡航導(dǎo)彈，因此研制和開(kāi)發(fā)新型大炮和導(dǎo)彈就顯得十分必要和迫切。為此美國(guó)陸軍軍械部在馬里蘭州的阿伯丁設(shè)立了“彈道研究實(shí)驗(yàn)室”。 　　美國(guó)軍方要求該實(shí)驗(yàn)室每天為陸軍炮彈部隊(duì)提供6張火力表以便對(duì)導(dǎo)彈的研制進(jìn)行技術(shù)鑒定。千萬(wàn)別小瞧了這區(qū)區(qū)6張火力表，它們所需的工作量大得驚人！事實(shí)上每張火力表都要計(jì)算幾百條彈道，而每條彈道的數(shù)學(xué)模型你知道是什么嗎？一組非常復(fù)雜的非線性方程組。這些方程組是沒(méi)有辦法求出準(zhǔn)確解的，因此只能用數(shù)值方法近似地進(jìn)行計(jì)算。 　　不過(guò)即使用數(shù)值方法近似求解也不是一件容易的事！按當(dāng)時(shí)的計(jì)算工具，實(shí)驗(yàn)室即使雇用200多名計(jì)算員加班加點(diǎn)工作也大約需要二個(gè)多月的時(shí)間才能算完一張火力表。在“時(shí)間就是勝利”的戰(zhàn)爭(zhēng)年代，這么慢的速度怎么能行呢？恐怕還沒(méi)等先進(jìn)的武器研制出來(lái)，敗局已定。 　　為了改變這種不利的狀況，當(dāng)時(shí)任職賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電機(jī)工程學(xué)院的莫希利（John Mauchly）于 1942年提出了試制第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的初始設(shè)想——“高速電子管計(jì)算裝置的使用”，期望用電子管代替繼電器以提高機(jī)器的計(jì)算速度。 　　美國(guó)軍方得知這一設(shè)想，馬上撥款大力支持，成立了一個(gè)以莫希利、埃克特（Eckert）為首的研制小組開(kāi)始研制工作、預(yù)算經(jīng)費(fèi)為15萬(wàn)美元，這在當(dāng)時(shí)是一筆巨款。要不是為了戰(zhàn)爭(zhēng)，誰(shuí)能舍得出這么大的錢！雖說(shuō)戰(zhàn)爭(zhēng)萬(wàn)惡，但未始不偶爾促進(jìn)科技的發(fā)展。 　　讓研制工作十分幸運(yùn)的是，當(dāng)時(shí)任彈道研究所顧問(wèn)、正在參加美國(guó)第一顆原子彈研制工作的數(shù)學(xué)家馮·諾依曼（v·n weumann，美籍匈牙利人）帶著原子彈研制過(guò)程中遇到的大量計(jì)算問(wèn)題，在研制過(guò)程中期加入了研制小組。他對(duì)計(jì)算機(jī)的許多關(guān)鍵性問(wèn)題的解決作出了重要貢獻(xiàn)，從而保證了計(jì)算機(jī)的順利問(wèn)世。 　　雖然ENIAC體積龐大，耗電驚人，運(yùn)算速度不過(guò)幾千次（現(xiàn)在的超級(jí)計(jì)算機(jī)的速度最快每秒運(yùn)算達(dá)萬(wàn)億次?。?，但它比當(dāng)時(shí)已有的計(jì)算裝置要快1000倍，而且還有按事先編好的程序自動(dòng)執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能。ENIAC宣告了一個(gè)新時(shí)代的開(kāi)始。從此科學(xué)計(jì)算的大門也被打開(kāi)了。 　　人們當(dāng)然不會(huì)滿足于此的！ 　　自第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問(wèn)世以后，越來(lái)越多的高性能計(jì)算機(jī)被研制出來(lái)。計(jì)算機(jī)已從第一代發(fā)展到了第四代，目前正在向第五代、第六代智能化計(jì)算機(jī)發(fā)展。像最初制造出來(lái)的ENIAC一樣，許多高性能的計(jì)算機(jī)總是在為尖端和常規(guī)武器、特別是核武器的研制服務(wù)。 　　和人類發(fā)明的所有工具一樣，計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生也是由于實(shí)際需要方得以問(wèn)世的。從18世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)水平有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。制造電子計(jì)算機(jī)所必需的邏輯電路知識(shí)和電子管技術(shù)已經(jīng)在19世紀(jì)末和20世紀(jì)初出現(xiàn)并得以完善。因此可以說(shuō)制造計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)已經(jīng)完備。 　　但為什么世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)要退至40年代中期才得以問(wèn)世呢？這里面主要是實(shí)際需要是否迫切和資金是否到位的問(wèn)題。實(shí)際需要當(dāng)然一直都存在，誰(shuí)不想擁有一種最先進(jìn)的計(jì)算工具呢？但光是需求并不能決定一切。凡研制一種新工具，總是需要先期投入大量資金（研制ENIAC時(shí)，一開(kāi)始就投資15萬(wàn)美元，但最后的總投資高達(dá)48萬(wàn)美元，這在40年代可是一筆巨款！）。能為一種未問(wèn)世的工具大膽出錢的總是少數(shù)。 　　最后還是戰(zhàn)爭(zhēng)使計(jì)算機(jī)的誕生成為現(xiàn)實(shí)。事實(shí)上各種各樣的社會(huì)需求中，戰(zhàn)爭(zhēng)期間的需求始終是最迫切的，因?yàn)槭玛P(guān)生死存亡。政府和軍方總是出手大方，將最新的科技成果應(yīng)用到諸如戰(zhàn)略和常規(guī)武器的研制工作上，以確保己方在軍事上處于領(lǐng)先地位。 　　電子計(jì)算機(jī)正是在二次世界大戰(zhàn)彌漫的硝煙中開(kāi)始研制的。如前面所述，當(dāng)時(shí)為了給美國(guó)軍械試驗(yàn)提供準(zhǔn)確而及時(shí)的彈道火力表，迫切需要有一種高速的計(jì)算工具。因此在美國(guó)軍方的大力支持下，世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC于1943年開(kāi)始研制。參加研制工作的是以賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電機(jī)工程學(xué)院的莫西利和?？颂貫槭椎难兄菩〗M。在研制中期，著名數(shù)學(xué)家馮·諾依曼加入行列。 　　歷時(shí)兩年多，ENIAC研制成功。1945年春天，ENIAC首次試運(yùn)行成功。1946年2月10日，美國(guó)陸軍軍械部和賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院聯(lián)合向世界宣布ENIAC的誕生，從此揭開(kāi)了電子計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的序幕。 　　現(xiàn)在人們常打交道的絕大多數(shù)都是個(gè)人計(jì)算機(jī)，它體積小，重量輕，性能高。雖然現(xiàn)在也有不少的巨型和大型計(jì)算機(jī)，但它們都“藏在深閨人未識(shí)”，安置在專門為它建造的建筑物里，一般人是不太容易一睹其“芳容”的。所以在許多人的心目中，可能會(huì)想當(dāng)然地認(rèn)為最初的計(jì)算機(jī)也有這么“苗條”。那可大錯(cuò)特錯(cuò)了！以前的計(jì)算機(jī)可是不折不扣的龐然大物！ 　　就拿ENIAC來(lái)說(shuō)吧，它采用電子管作為基本電子元件。用了多少個(gè)呢？足足有18800個(gè)電子管，而每個(gè)電子管大約有一個(gè)普通家用25瓦燈泡那么大！這樣ENIAC就有了8英尺高（約2．44米）、3英尺寬（約0．9米）、100英尺長(zhǎng)（約30．48米）的身軀，占去了1800平方英尺(167 m ²)，重達(dá)30噸，耗電150千瓦。 　　ENIAC這個(gè)龐然大物能做什么呢？它每秒能進(jìn)行5000次加法運(yùn)算（據(jù)測(cè)算，人最快的運(yùn)算速度每秒僅 5次加法運(yùn)算），每秒即次乘法運(yùn)算。它還能進(jìn)行平方和立方運(yùn)算，計(jì)算正弦和余弦等三角函數(shù)的值及其它一些更復(fù)雜的運(yùn)算。 　　以現(xiàn)在的眼光來(lái)看，這當(dāng)然很微不足道。但這在當(dāng)時(shí)可是很了不起的成就！原來(lái)需要20多分鐘時(shí)間才能計(jì)算出來(lái)的一條彈道，現(xiàn)在只要短短的30秒！這可一下子緩解了當(dāng)時(shí)極為嚴(yán)重的計(jì)算速度大大落后于實(shí)際要求的局面。 　　由于當(dāng)時(shí)馮·諾依曼正參與原子彈的研制工作，他是帶著原子彈研制過(guò)程中遇到的大量計(jì)算問(wèn)題加入到計(jì)算機(jī)的研制工作中來(lái)的。因此可以說(shuō)，ENIAC為世界上第一顆原子彈的誕生也出了不少力。 　　但即使在當(dāng)時(shí)看來(lái)，ENIAC也是有不少缺點(diǎn)的：除了體積大，耗電多以外，由于機(jī)器運(yùn)行產(chǎn)生的高熱量使電子管很容易損壞。只要有一個(gè)電子管損壞，整臺(tái)機(jī)器就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，于是就得先從這1．8萬(wàn)多個(gè)電子管中找出那個(gè)損壞的，再換上新的，別提有多么麻煩了。 　　關(guān)于世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的疑問(wèn) 　　在國(guó)內(nèi)的絕大部分媒體上都會(huì)出現(xiàn)世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)是上世紀(jì)1946年由美國(guó)人毛克利（John Mauchly）發(fā)明的ENIAC文字記載，但另一種說(shuō)法卻是：世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)是由美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué)的約翰· 文森特·阿塔納索夫（John Vincent Atanasoff）教授和他的研究生克利福特·貝瑞（Clifford Berry）先生在1937年至1941年間開(kāi)發(fā)的“阿塔納索夫-貝瑞計(jì)算機(jī)（Atanasoff-Berry Computer，簡(jiǎn)稱ABC）”。 　　在維基百科（wikipedia.org）上你只要輸入“John Vincent Atanasoff”或“Atanasoff–Berry Computer”就可以找到“約翰·文森特·阿塔納索夫”教授的生平和“阿塔納索夫-貝瑞計(jì)算機(jī)（Atanasoff-Berry Computer）”的發(fā)明過(guò)程，在Google中搜索“Atanasoff–Berry Computer”也會(huì)有四萬(wàn)多條檢索結(jié)果，在美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué)的網(wǎng)站上有更詳細(xì)的介紹（http: //www.cs.iastate.edu/jva/jva-archive.shtml）。 　　而在國(guó)內(nèi)的朋友們竟很少有人知道此事真相， 不少國(guó)內(nèi)的作者在他們的專著、教材中，甚至科普活動(dòng)中，仍然宣傳ENIAC是世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)。因此，做為一名IT工作者有必要本著科學(xué)的精神，替前人 澄清事實(shí)，希望通過(guò)此文有助于糾正這個(gè)在國(guó)內(nèi)知識(shí)界長(zhǎng)期存在的重大學(xué)術(shù)誤會(huì)，以正視聽(tīng)。 　　經(jīng)證實(shí)，世界上的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)應(yīng)為“ABC”。1941年，“ENIAC”的發(fā)明者之一莫科里在阿坦納索夫家借住5天，借此機(jī)會(huì)盜取了研究成果及想法，之后與?？颂匾黄鹬圃炝恕癊NIAC”并申請(qǐng)了專利，被世人稱為“現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父”而阿坦納索夫并未重視自己的重大發(fā)明“ABC”，學(xué)校也沒(méi)有重視此項(xiàng)發(fā)明，并拆掉了“ABC”。后經(jīng)過(guò)美國(guó)法院判決，推翻并吊銷了莫科里的專利，“現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本想法是來(lái)自約翰-文森特-阿坦納索夫”。 1946年2月15日是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上值得紀(jì)念的一個(gè)日子。這一天美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的莫爾學(xué)院喜氣洋洋，許多人心情激動(dòng)地來(lái)到莫爾學(xué)院，參加一個(gè)可載入史冊(cè)的典禮，即人類歷史上第一臺(tái)現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的揭幕典禮。這臺(tái)機(jī)器名為“電子數(shù)值積分和計(jì)算機(jī)”(簡(jiǎn)稱埃尼阿克，見(jiàn)圖 1.1)，它看上去完全是一個(gè)龐然大物，占地面積達(dá)170m2，質(zhì)量達(dá)30t，耗電量也很驚人，功率為150kW，共使用了近兩萬(wàn)個(gè)電子管，在工作時(shí)這些管子看上去活像兩萬(wàn)只點(diǎn)著的燈泡。埃尼阿克主要用來(lái)進(jìn)行彈道計(jì)算的數(shù)值分析，用十進(jìn)制進(jìn)行計(jì)算。它在 1s圖1.1埃尼阿克計(jì)算機(jī)內(nèi)能進(jìn)行數(shù)百次的加法運(yùn)算，這在當(dāng)時(shí)已是劃時(shí)代的高速計(jì)算機(jī)了。用它計(jì)算炮彈著彈位置所需要的時(shí)間，比炮彈離開(kāi)炮口到達(dá)目標(biāo)所需要的時(shí)間還要短。它一度被譽(yù)為“比炮彈還要快的計(jì)算機(jī)”。經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，后來(lái)的埃尼阿克成為一臺(tái)能進(jìn)行各種科學(xué)計(jì)算的通用計(jì)算機(jī)。它的最大特點(diǎn)是采用了電子線路來(lái)執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和儲(chǔ)存信息。同以往的計(jì)算機(jī)相比，它的速度極快，比兩年前艾肯研制的機(jī)電式自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)要快1000倍。這使得它能勝任相當(dāng)廣泛的現(xiàn)代科學(xué)計(jì)算。埃尼阿克是人類計(jì)算工具發(fā)展史上一座不朽的豐碑。它是世界上第一臺(tái)真正能運(yùn)轉(zhuǎn)的大型電子計(jì)算機(jī)。正是它同幾年后制成的馮·諾伊曼機(jī)一起，奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)原型。 ??? 在從蒙昧?xí)r代到文明社會(huì)的艱難進(jìn)行過(guò)程中，人類發(fā)明了輪子、杠桿、熱機(jī)、機(jī)床、電話、電視等。這些人類智慧的果實(shí)已經(jīng)延長(zhǎng)了人類的感官的功能，從而促進(jìn)人類社會(huì)不斷發(fā)展。而電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明更是史無(wú)前例，對(duì)人類生活的影響將是不可估量的，因?yàn)樗娱L(zhǎng)了人類最神秘也最寶貴的部分——腦的功能。埃尼阿克的問(wèn)世也充分表明，一項(xiàng)重大發(fā)明只有為社會(huì)發(fā)展所迫切需要，才能脫穎而出。反之，如果社會(huì)沒(méi)有這方面的需求，多么美妙的設(shè)想也逃脫不掉為歷史所淘汰的命運(yùn)。電子計(jì)算機(jī)制造技術(shù)在20世紀(jì)30年代已經(jīng)成熟，而在20世紀(jì)40年代才開(kāi)花結(jié)果， 也許正是這個(gè)原因。在冷酷無(wú)情的歷史面前，個(gè)人的力量太渺小了。是莫克利而非阿塔納索夫發(fā)明了電子計(jì)算機(jī)，這不是個(gè)人的力量所能決定的，這是歷史的選擇。 ??? 雖然埃尼阿克的運(yùn)算速度已經(jīng)相當(dāng)快了，但是，它仍然沒(méi)有最大限度地發(fā)揮采用電子技術(shù)所提供的巨大潛力。初生的電子計(jì)算機(jī)存在著明顯的缺陷：① 它的存儲(chǔ)容量太??；② 它的程序是用線路連接的方式實(shí)現(xiàn)的，不能存儲(chǔ)。為了進(jìn)行幾分鐘或幾小時(shí)的數(shù)字計(jì)算，要花費(fèi)幾小時(shí)甚至1～2天的時(shí)間做準(zhǔn)備。而且，由于它耗電量大，工作起來(lái)常常會(huì)因燒壞電子管而被迫停機(jī)檢修。 ??? 圖1.2馮·諾伊曼還在1944年，即 ENIAC尚未竣工時(shí)，人們已經(jīng)意識(shí)到了這些問(wèn)題。美國(guó)軍方要求莫爾學(xué)院在建造 ENIAC的同時(shí)，立即設(shè)計(jì)效率更高的計(jì)算機(jī)。就在這一關(guān)鍵時(shí)刻，計(jì)算機(jī)發(fā)展史上又一重要人物——馮·諾伊曼教授(見(jiàn)圖1.2)承擔(dān)了這一重要任務(wù)。1903年，馮·諾伊曼出生于匈牙利的布達(dá)佩斯，他從小就顯示出多方面的天才，不到18歲，就和輔導(dǎo)老師合寫了一篇數(shù)學(xué)論文。他精通7門語(yǔ)言，為其從事科學(xué)研究奠定了深厚的基礎(chǔ)。幾乎在獲得布達(dá)佩斯大學(xué)數(shù)學(xué)博士學(xué)位的同時(shí)，興趣廣泛的馮·諾伊曼又通過(guò)了蘇黎世高等技術(shù)學(xué)院化學(xué)方面的學(xué)士學(xué)位考試。博學(xué)多才的馮·諾伊曼在理論科學(xué)和技術(shù)科學(xué)方面都有較高的造詣。他的早期工作主要涉及純數(shù)學(xué)領(lǐng)域，但他并不僅僅關(guān)心純數(shù)學(xué)的進(jìn)展。他堅(jiān)信在現(xiàn)代文明社會(huì)中對(duì)基礎(chǔ)學(xué)科的評(píng)價(jià)會(huì)降低，技術(shù)永不停息的發(fā)展對(duì)人類社會(huì)的推動(dòng)作用會(huì)大大加強(qiáng)。因此，他特別關(guān)注物理科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的狀況，努力發(fā)掘使用現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法的潛在威力。1944年的夏天，一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，馮·諾伊曼得知莫爾小組正在研制電子計(jì)算機(jī)。當(dāng)時(shí)，他正參加第一顆原子彈的研制工作，面臨著原子核裂變反應(yīng)過(guò)程中的大量計(jì)算問(wèn)題。這些問(wèn)題涉及數(shù)十億初等算術(shù)運(yùn)算和初等邏輯指令。它們雖然不需要非常精確的最終數(shù)據(jù)，但所有中間的和細(xì)節(jié)的運(yùn)算都必須相當(dāng)精確。為此，曾有成百名女計(jì)算員一天到晚用臺(tái)式計(jì)算機(jī)演算，結(jié)果還是不能令人滿意。作為彈道研究所和洛斯·阿拉莫斯科學(xué)研究所的顧問(wèn)，馮·諾伊曼一直在尋找解決計(jì)算問(wèn)題的新方法。因此，當(dāng)聽(tīng)到制造電子計(jì)算機(jī)的消息后，他大為驚喜，隨即專程到莫爾學(xué)院參觀了還未竣工的ENIAC ?？茖W(xué)家的洞察力以及深厚的科學(xué)素養(yǎng)，使他立刻覺(jué)察到了電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用的廣闊前景。這位著名數(shù)學(xué)家毫不猶豫地投入到成敗未卜的新型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)工作中，并迅速成為這一領(lǐng)域的帶頭人。 查看演示 ??? 正是在馮·諾伊曼的帶領(lǐng)下，從1944年8月到1945年6月短短10個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)工作獲得了巨大的進(jìn)展。人們定期在莫爾學(xué)院舉行學(xué)術(shù)會(huì)議，提出各種報(bào)告，許多富有創(chuàng)見(jiàn)的思想接二連三地涌現(xiàn)出來(lái)。經(jīng)過(guò)嚴(yán)肅的爭(zhēng)論和激烈的交鋒，形成全新的科學(xué)思想，前所未有的存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)方案——EDVAC 方案就這樣問(wèn)世了。這份浸透了科學(xué)家們的智慧和心血的報(bào)告草案共101頁(yè)，它明確規(guī)定新型計(jì)算機(jī)有5個(gè)組成部分：① 計(jì)算器CA；② 邏輯控制裝置CC；③ 存儲(chǔ)器M；④ 輸入I；⑤ 輸出O。并詳細(xì)描述了這5個(gè)部分的職能和相互關(guān)系。同ENIAC相比，EDVAC方案有兩個(gè)重大改 進(jìn)：① 為充分發(fā)揮電子元件的高速度而采用了二進(jìn)制；② 提出了“存儲(chǔ)程序”，可以自動(dòng)地從一個(gè)程序指令進(jìn)到下一個(gè)程序指令，其作業(yè)順序可以通過(guò)一種稱為“條件轉(zhuǎn)移”的指令而自動(dòng)完成。長(zhǎng)達(dá)101頁(yè)的EDVAC方案是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)劃時(shí)代的文獻(xiàn)。在這個(gè)方案中，首次提出了存儲(chǔ)程序的概念，解決了第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī) ENIAC的重大缺陷。也正是在這一方案中，提出了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展的基本體系結(jié)構(gòu)，從而奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展基礎(chǔ)。由于馮·諾伊曼的巨大的聲望和榮譽(yù)，他的參與使得計(jì)算機(jī)的研制工作受到社會(huì)上的廣泛重視，從而為計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展開(kāi)辟了道路。 ??? 存儲(chǔ)程序的概念是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的又一座豐碑。長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為這一重要概念是馮·諾伊曼和 ENIAC小組最先提出來(lái)的。然而，馮·諾伊曼從來(lái)沒(méi)有說(shuō)過(guò)存儲(chǔ)程序型計(jì)算機(jī)的概念是他最先提出的。相反，他不止一次地指出，圖靈是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想的提出者。那么，圖靈是怎樣一個(gè)人呢? 圖靈是英國(guó)著名的數(shù)學(xué)家和科學(xué)家，他的深刻的思維能力和非凡的創(chuàng)造力使人們不能不承認(rèn)他是一個(gè)天才。在他短暫的42年的人生旅途中，他獲得了來(lái)自各個(gè)方面的崇高榮譽(yù)和極大聲望。人們確信如果不是正當(dāng)壯年卻意外死亡，他一定會(huì)為科學(xué)史的長(zhǎng)卷寫出更美的篇章。圖靈生于1912年，1931年進(jìn)入劍橋大學(xué)學(xué)數(shù)學(xué)，畢業(yè)后留校任教。1936年，年僅24歲的圖靈便提出了理想計(jì)算機(jī)——圖靈機(jī)的理論。圖靈機(jī)由三部分組成，包括一條帶子、一個(gè)讀寫頭和一個(gè)控制裝置。他證明存在一種圖靈機(jī)，它能模擬任何給定的圖靈機(jī)，這就是通用圖靈機(jī)。通用圖靈機(jī)把程序和數(shù)據(jù)都以數(shù)碼的形式存儲(chǔ)在紙帶上，是“存儲(chǔ)程序”型的，這種程序能把高級(jí)語(yǔ)言寫的程序譯成機(jī)器語(yǔ)言寫的程序。通用圖靈機(jī)實(shí)際上是現(xiàn)代通用數(shù)字計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型。這個(gè)理論是在第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世的10年前提出的，這就不能不讓人感嘆圖靈思想的深刻與超前。特別值得指出的是，圖靈提出理想計(jì)算機(jī)的理論，其目的并不是為了研制某種具體的計(jì)算機(jī)，而是為了解決線性數(shù)學(xué)的一個(gè)基礎(chǔ)理論問(wèn)題。也就是說(shuō)，圖靈關(guān)于計(jì)算機(jī)的種種設(shè)想都是在抽象的純粹的理論思維領(lǐng)域進(jìn)行的。他涉及的是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)工作的基本理論問(wèn)題，而不僅是實(shí)際制造和操作。正是因?yàn)閳D靈研究的是計(jì)算機(jī)技術(shù)的深層理論問(wèn)題，他才比其同代人更早地發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)理論研究的新情況、新問(wèn)題。圖靈在1950年發(fā)表的《計(jì)算機(jī)能思考嗎？》一文又在西方世界引起了巨大反響，并掀起了關(guān)于機(jī)器能否思維這樣一場(chǎng)激烈爭(zhēng)論。就在這篇論文中，圖靈設(shè)計(jì)了一個(gè)聞名于世的“圖靈測(cè)驗(yàn)”，即一個(gè)人在不接觸對(duì)象的情況下，同對(duì)象進(jìn)行一系列的問(wèn)答。如果他根據(jù)這些回答無(wú)法判斷對(duì)象是人還是機(jī)器，那么就可以認(rèn)為這個(gè)計(jì)算機(jī)具有與人相當(dāng)?shù)闹橇?。目前，還沒(méi)有一臺(tái)計(jì)算機(jī)能通過(guò)圖靈測(cè)驗(yàn)。但是，圖靈認(rèn)為在理論上有可能存在這樣的機(jī)器，它們能做某些非常接近于思維的事情。圖靈預(yù)言20世紀(jì)末將會(huì)制造出與人腦的活動(dòng)方式極為相似的機(jī)器。作為計(jì)算機(jī)理論的先驅(qū)，圖靈的思想已遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在時(shí)代的前面。然而，圖靈本人也并沒(méi)有遠(yuǎn)離計(jì)算機(jī)的研制工作。在第二次世界大戰(zhàn)中，圖靈曾在英國(guó)外交部所屬的一個(gè)絕密機(jī)構(gòu)服役。這個(gè)機(jī)構(gòu)的主要任務(wù)是破譯德軍的密碼?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的資料表明，在1943年，這個(gè)機(jī)構(gòu)曾制造出一臺(tái)有1500個(gè)電子管的破譯密碼的專用電子計(jì)算機(jī)。這臺(tái)機(jī)器采用了圖靈機(jī)的某些概念，破譯了德國(guó)的很多密碼，在戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮了重大作用。從英國(guó)政府20世紀(jì)70年代透露出來(lái)的一些文件來(lái)看，很可能世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)不是 ENIAC，而是與圖靈有關(guān)的。只是這種計(jì)算機(jī)的許多資料至今仍然是保密的，因此，就給人們留下了一個(gè)未解的謎。圖靈退役以后，來(lái)到英國(guó)國(guó)家物理研究所工作。在那里，他積極參與了自動(dòng)計(jì)算機(jī)ACE的研制工作。1945年，圖靈提供了一份長(zhǎng)達(dá)50頁(yè)打字紙的ACE設(shè)計(jì)說(shuō)明書。在這份報(bào)告中，他提出了仿真系統(tǒng)的思想，而帶有仿真系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)直至20世紀(jì)70年代才被制造出來(lái)。兩年以后，在一份關(guān)于人工智能的內(nèi)部報(bào)告中，圖靈又提出了不少令人感興趣的概念。其中，關(guān)于自動(dòng)程序設(shè)計(jì)的思想是20年后發(fā)展起來(lái)的人工智能研究的重要課題。一般認(rèn)為，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本概念源于圖靈。也正是為了紀(jì)念圖靈對(duì)計(jì)算機(jī)理論與研究的卓越貢獻(xiàn)，美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)設(shè)立的一年一度的計(jì)算機(jī)大獎(jiǎng)，是以圖靈的名字來(lái)命名的(圖靈與圖靈機(jī)見(jiàn)圖1.3)。 第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的制作者 John Mauchly J. Presper Eckert 合作者 （?？颂?，右邊）