計(jì)算機(jī)時(shí)代的研究

1946年2月15日。在美國賓夕法尼亞大學(xué)的莫爾學(xué)院舉行了隆重儀式，慶祝世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)的誕生。在揭幕儀式之后，人們興致勃勃地觀看了第 一臺電子計(jì)算機(jī)的現(xiàn)場表演，它在1秒鐘能做5000次加法運(yùn)算，500次乘法運(yùn)算，還計(jì)算了三角函數(shù)、平方和立方等。這臺電子計(jì)算機(jī)的名字叫“電子數(shù)值積 分計(jì)算機(jī)”，簡稱EN-LAC。它的問世標(biāo)志著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代———計(jì)算機(jī)時(shí)代。

　　計(jì)算機(jī)的研究從1822年就開始了，當(dāng)時(shí)英國科學(xué)家巴貝齊創(chuàng)造出一臺小型差分機(jī)，1834年他設(shè)計(jì)了分析機(jī)，其原理與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)一致。以后又有很多人研究計(jì)算機(jī)，如圖靈、諾依曼、維納等都是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的先驅(qū)。

　 　20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，給計(jì)算工作帶來了堆積如山的數(shù)據(jù)處理問題。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事上破譯密碼，研制各種自動(dòng)武器、大炮、高 能炸彈等，都迫切需要有高速計(jì)算工具。事實(shí)上，當(dāng)時(shí)已研制成功的幾臺大型機(jī)電式計(jì)算機(jī)都正運(yùn)轉(zhuǎn)于軍事目的，直接為戰(zhàn)爭服務(wù)，然而這些計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，遠(yuǎn) 遠(yuǎn)不能滿足戰(zhàn)爭的需要。

　　1942年，第二次世界大戰(zhàn)正處于白熱化階段，美國陸軍軍需部彈道研究所急切需要在短時(shí)間內(nèi)計(jì)算出各種炮擊和火箭兵器的彈道表。

　 　1943年，賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院電工系和設(shè)在馬里蘭州的陸軍阿伯丁彈道研究實(shí)驗(yàn)室（試炮場）共同執(zhí)行一項(xiàng)任務(wù)：每天為陸軍提供6張火力表。每張火力 表都要計(jì)算幾百條彈道，一個(gè)熟練的計(jì)算員用臺式計(jì)算機(jī)計(jì)算一條飛行時(shí)間為60秒的彈道，要花20小時(shí)。即使用大型微分分析機(jī)也需要15分鐘，這樣每張火力 表要計(jì)算兩、三個(gè)月。

　　面對這一緊迫而又繁重的任務(wù)，阿伯丁實(shí)驗(yàn)室從戰(zhàn)爭一開始就不斷地對已有的微分機(jī)進(jìn)行技術(shù)上的改進(jìn)，以便提高它的 運(yùn)算速度。同時(shí)又專門雇用了200多名女計(jì)算員，日夜不停地進(jìn)行人工輔助性計(jì)算。但仍不能完成任務(wù)。戰(zhàn)爭不允許這樣的局面繼續(xù)下去，向計(jì)算工具提出了強(qiáng)烈 要求。

　　莫爾學(xué)院電工系的捷·莫希萊參加了制定火力表的工作。當(dāng)時(shí)他36歲，早在20世紀(jì)30年代就對計(jì)算機(jī)感興趣，并制成了模擬計(jì)算 機(jī)裝置。20世紀(jì)40年代初，他認(rèn)為必須把電子管應(yīng)用于計(jì)算機(jī)裝置上來，1942年夏末，他寫過一篇題名為《高速電子管計(jì)算裝置的使用》的備忘錄，提出了 電子計(jì)算機(jī)制造的可能性。這實(shí)際上成了第一臺電子計(jì)算機(jī)的初始方案，但后來卻遺失了。1943年初，莫希萊和莫爾學(xué)院電工系工程師埃克特，根據(jù)一個(gè)秘書的 速記記錄重新整理了這份備忘錄，并且由�？颂匮a(bǔ)寫了附錄，提出了如何使用硬件的具體建議。

　　29歲的陸軍中尉格爾斯坦，當(dāng)時(shí)是負(fù)責(zé)聯(lián)系 阿伯丁實(shí)驗(yàn)室和莫爾學(xué)院電工系的軍方代表，也是莫希萊的朋友，他也是一位數(shù)學(xué)家，曾在密歇根大學(xué)任數(shù)學(xué)助理教授。莫希萊多次對格爾斯坦講自己關(guān)于電子計(jì)算 機(jī)的設(shè)想。思維敏捷的格爾斯坦，立即意識到這一設(shè)想對解決制造火力表困難的巨大價(jià)值，馬上向他的上級占倫上校作了匯報(bào)，并立即得到吉倫上校的熱情支持。陸 軍軍械部要求莫爾學(xué)院起草一份為阿伯丁彈道實(shí)驗(yàn)室研制一臺電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)劃。1943年4月2日，莫爾學(xué)院負(fù)責(zé)與阿伯丁聯(lián)系的勃雷德教授草擬了一份這 樣的報(bào)告。

　　1943年4月9日，在阿伯丁召開研制電子計(jì)箅機(jī)的聽證會，這是決定第一臺電子計(jì)算機(jī)命運(yùn)的一天。參加這一會議的有阿伯丁 彈道研究所所長西蒙，美國杰出數(shù)學(xué)家韋布倫。韋布倫是陸軍上校，普林斯頓高等研究院教授，他的意見舉足輕重。會上聽取了格爾斯坦的介紹和說明，討論了第一 臺電子計(jì)算機(jī)的可能性。最后，韋布倫教授支起坐椅后腿沉思片刻，接著“砰”的一聲放下椅子站起來說道：“西蒙，支持這項(xiàng)工作吧！”于是在陸軍的支持下，第 一臺電子計(jì)算機(jī)方案獲得通過，研制工作就這樣開始了。

　　1943年6月5日莫爾學(xué)院與軍械部正式簽訂合同，并由吉倫上校建議將這臺機(jī)器命名為“電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī)”，簡稱ENIAC（電子數(shù)值積分和計(jì)算機(jī)五個(gè)英文單詞的首母縮寫）。

　　莫爾學(xué)院和陸軍彈道研究室立即組成一個(gè)由30多名工程師和數(shù)學(xué)家參加的研制小組（莫爾研制小組）共200多名工作人員。由莫希萊、�？颂睾透駹査固诡I(lǐng)導(dǎo)這個(gè)研制小組，他們是志同道合的青年科學(xué)家。

　 　領(lǐng)銜擔(dān)任總工程師的�？颂�，當(dāng)時(shí)年僅23歲，不久前剛從莫爾學(xué)院畢業(yè)，具有較豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。他領(lǐng)導(dǎo)著一批掌握第一流技術(shù)、具有獻(xiàn)身精神的工程師和技術(shù) 人員。他要求嚴(yán)格，對每一部件都規(guī)定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。莫希萊不僅是位年輕的物理學(xué)家，而且具有較強(qiáng)的邏輯思維能力和組織能力，他負(fù)責(zé)電子計(jì)算機(jī)的總體設(shè)計(jì)。 格爾斯坦不僅是一位數(shù)學(xué)家，而且具有較強(qiáng)的組織和管理才能，他不僅負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)制造的總體管理工作，而且在數(shù)學(xué)上提供了許多有益的建議，是一名精干的組織管 理人才，他們?nèi)�人配合默契。此外還有年輕的邏輯學(xué)家勃克斯參加。著名科學(xué)家諾依曼也參加了后期研制工作。

　　研制小組全體成員思想活躍。充分發(fā)揚(yáng)學(xué)術(shù)民主，經(jīng)常討論方案實(shí)施情況，因此研制工作進(jìn)展順利。經(jīng)過兩年的努力，到1945年底，ENIAC的總裝和調(diào)試全部完成。1946年2月15日，正式舉行了隆重的ENIAC機(jī)揭幕儀式，并且作了現(xiàn)場表演。

　　ENIAC機(jī)實(shí)際花費(fèi)了48萬美元，它結(jié)構(gòu)龐大，總體積約有90立方米，占地170平方米，重30噸。它共用18000個(gè)電子管，70000個(gè)電阻，10000個(gè)電容，6000個(gè)開關(guān)，1500個(gè)繼電器，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)耗電140千瓦。

　　這臺電子計(jì)算機(jī)由控制、運(yùn)算、存貯、輸入和輸出五部分組成，首次采用電子元件、電子線路（用作電子開關(guān)的符合線路、用于匯集從各個(gè)來源的脈沖的集合線路、用以計(jì)算和存貯的觸發(fā)器線路）來實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、存貯信息。其運(yùn)算速度比當(dāng)時(shí)最好的機(jī)電式計(jì)算機(jī)快1000倍。

　 　計(jì)算一個(gè)彈道用人工若需一個(gè)星期，而用ENIAC機(jī)只需3秒鐘。在19世紀(jì)，英國人香克斯，用了畢生的精力將圓周率π的值計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后707位，而 ENIAC機(jī)僅用40秒鐘就打破了這項(xiàng)記錄，并且發(fā)現(xiàn)香克斯的計(jì)算中第528位是錯(cuò)的，當(dāng)然后面的各位也都錯(cuò)了。ENLAC機(jī)具有記憶裝置，有按一定程序 逐步計(jì)算的自動(dòng)控制能力，這就大大提高了計(jì)算的可靠性。

　　ENIAC機(jī)采用了20只加法器，每個(gè)加法器由10組環(huán)形計(jì)算器組成，可存貯長10位的十進(jìn)制數(shù)，并能同時(shí)執(zhí)行幾個(gè)加法或減法運(yùn)算，是以后并行計(jì)算器的前身。

　 　1947年ENIAC機(jī)運(yùn)往阿伯丁彈道實(shí)驗(yàn)室。雖然它沒有趕上第二次世界大戰(zhàn)時(shí)使用，但它仍專門用來計(jì)算炮彈和炸彈的飛行軌道以及解決軍事上的其他數(shù)學(xué) 問題，直到后來經(jīng)過多次改進(jìn)而成為能進(jìn)行各種科學(xué)計(jì)算的通用機(jī)�，F(xiàn)在世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)存于美國博物館，做為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的歷史文物供人參觀欣賞。

　 　ENIAC機(jī)的研制成功，具有劃時(shí)代的意義。雖然它與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)無法相比，但在當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的條件下，應(yīng)該說是取得了驚人成就，是計(jì)算技術(shù)史上的最重大 突破，是計(jì)算工具史上一座不朽的里程碑。它用電子的快速運(yùn)動(dòng)來代替機(jī)械的運(yùn)動(dòng)，從此開始，機(jī)器已不只是人的體力的延伸，而且為大腦的活動(dòng)提供了輔助工具 ———電腦。人類走上了廣闊的智力解放的大道，一個(gè)科技發(fā)展新時(shí)代———計(jì)算機(jī)時(shí)代開始了。