世界上第一台电子计算机诞生

世界上第一台电子计算机诞生

机械计算机的发明可以由懂机械的数学家完成，但是电子计算机的制造不仅需要巨大投资，还需要科学家、工程技术人员及科学组织管理人员的密切合作。

ENIAC机

第一台获得成功的通用电子计算机是美国的莫希利和艾克特设计的。他们于1943年开工。当时正值第二次世界大战时期，第二次世界大战揭去了科学不带有政治性的假面。科学方面的经济决定因素也在改变。20世纪20年代和30年代，在美国自然科学和数学的基本研究较远离政府而且不依赖政府。科学研究所需的经费直接由各大学资助，或通过私人巨额基金资助。二战很快使一切改变。科学家很快被政府征召去参加那些代价昂贵、与战争有关且具有现实目的的研究项目。要解决与原子弹建造以及爆炸和一般流体力学相关的某些问题，就需要进行大量的计算工作。因此，为了进行高速数字计算的目的仍然是建造电子计算机的直接动因。

两年之后，有名的ENIAC(电子数值积分机的缩写)制成。1946年2月15日举行揭幕典礼。这台庞大的机器共采用了约1.8万只电子管、7万只电阻、1万只电容。它在计算工具发展史上是划时代的。它的特点是采用了电子线路来执行算术运算、逻辑运算和信息存储，它有20个加法器，每个加法器可存一字长10位的十进制数。还有乘法器及除法装置。由于广泛采用了电子线路，与以前的计算机相比速度要快得多，并同时执行几个加、减法计算任务。但这台机器除了显示出电子原体在进行初等运算速度方面的优越性外，基本结构与机电式机无本质差别。还有一些致命弱点，如存储量太小，仅能存20个10位十进制数。它的程序是外插型的，即用线路连接的方式来实现的，不便使用。仅仅几分钟或一小时的计算，则需准备几小时，甚至数天，并常因电子管烧坏而被迫停机检修。在这一时期，电子计算机的制造成功比它给人带来的应用性更重要。实际上，我们也可以看出，当时为制造这样一台计算机，人类的智力、物力和财力的投资远远大于它能给人所带来的。可贵的是科学家并没有停止对它的研究，他们看到了这一机器的美好前景:可以将人的思维在机器上完成。

数学家冯·诺依曼将人脑与计算机联系起来

美国数学家冯·诺依曼的名字是与电子计算机史分不开的。这位出生于匈牙利的数学家在纯数学的许多领域都有很深的造诣，这为他在计算机逻辑设计方面做出贡献奠定了基础。在第二次世界大战期间，在美国，科学家也成了政府的工作人员。战争结束后，许多科学家离开军事研究项目，但在战时形成的科学与政府的密切关系保持了下来。从而，科研基金的根本来源是美国政府机构，尤其包括军事部门。业已改变的科学与政府之间的经济关系，恰好同科学界丧失清白无瑕同时发生。科学家成了发明那些造成巨大破坏又大大改变生活条件的核武器和其他武器的工具。冯·诺依曼是这一时期的数学家，他在1941年12月美国参战前就开始从事军事研究项目。虽然他参与的高级技术是发展武器，但却受到启发而认识到机器和生物之间原则上的相似性，尤其是高级技术与人的神经系统之间的相似。

1944年夏天，他邂逅数学家兼军官赫尔曼·哥德斯坦，哥德斯坦请他当费城宾夕法尼亚大学莫尔工程学院高速数字计算机设计顾问。按照与陆军军械署的合同，这所学院计划首批建造这样的机器。

冯·诺依曼在莫尔学院当顾问的一年里，已为计算机设计的巨大进展奠定了基础。他的最大贡献是他具有独特的抽象思维能力。哥德斯坦写道，就他所知，冯·诺依曼在该校是第一个“明晰懂得计算机的基本作用是逻辑功能，而电子方面则是辅助性的……在冯·诺依之前，人们……把精力集中于电子工程方面。”^[1]这样他把精力集中于研究计算机的逻辑结构，把计算机原理的研究与技术区分开来。与此同时，冯·诺依曼开始探索如计算机之类的工程装置与神经系统或更一般的生物体之间类比的可能性。

为了了解人的脑组织，冯·诺依曼特地向心理学家和神经生物学家学习请教，他在努力地想研究出一套适用于生物学中大脑研究的数学或是逻辑系统。他发现了人脑与计算机的某些共同点:计算机拥有输入输出装置，可以按照总的指令进行数学和逻辑推理、储存信息，这些信息或多或少地可以被理解，还能用光感受器来识别模型。同样，人脑也在做着类似的事情。这样粗略的定量的比较，可以进一步对大脑的本质获得初步的想法，至少能产生一些具体的想法。例如冯·诺依曼得到的结论是，计算机所占空间必需的电子元件数量比人脑所具有的神经元数量要少得多。按照冯·诺依曼的定量估计，计算机的规模既使比人脑大100倍，人脑依然具有百万倍于计算机的元件量。

但是，尽管人脑以极大的复杂性占上风，计算机在速度上却有优势。因此得到推定，产生人脑与计算机的对比结果是因为神经系统的元件比计算机的元体多，但工作速度慢;计算机采用的方式是连续不断地实施操作，中枢神经的特点则有利于同时操作。这些推理十分简洁、清晰，阐明了其天然的真相。

1944年接近年底时，冯·诺依曼被聘为研制第一台电子数字积分计算机原型的顾问。1945年，第一台ENIAC正在制造之中时，冯·诺依曼及其小组已经着手设计更为先进的计算机:EDVAC(电子数字计算机)。1945年6月由冯·诺依曼的设计EDVAC诞生了。新设计中的重大改进有:第一，采用二进制以发挥电子元件的高速度特性;第二，设置存储程序，可以从一程序指令进到下一程序指令，是通过“条件转换”指令自动进行的。“指令”包括数据和程序，用码的形式将它们输入到机器记忆装置中。用记忆数据的记忆装置存储执行运算的命令，就是存储程序的新概念。这一概念成为计算机史上的一个里程碑。因为存储程序协调了速度，并使得机器内部可以用同样的速度进行程序的逻辑选择，从而全部运算成为真正的自动过程。长达101页的EDVAC设计方案是计算机史上的一个划时代的文献。它宣告电子计算机时代的开始。一年后，冯·诺依曼又提出了更完善的设计报告《电子计算机装置逻辑结构初探》。这两份既有理论只有具体设计的文献，激起了第一次“计算机热”。同时，莫尔学院在军队的赞助下，开办了“电子数字计算机设计的理论和技术”的专题讲座。有美、英的数十名专家听讲。随后计算机事业呈现出繁荣局面。美、英都在设计和制造有存储程序式计算机。1950年已有数十台这种类型机投入运转。

数学家冯·诺依曼对现代通用计算机的理论做了奠基工作。此后的电子计算机到第四代大规模集成电路计算机的基本原理和理论都是在此基础上发展起来的。所以，冯·诺依曼被称为“电子计算机之父”。