首个数字计算机诞生：改写科技历史

世界首台数字计算机

1937年，英国A.M.Turine 提出图灵计算机的设想，J.Von Neuman 发明首台数字计算机，如图2.24 所示，创立Game theory。图灵机，又称图灵计算、图灵计算机，是由数学家阿兰·麦席森·图灵（1912—1954）提出的一种抽象计算模型，即将人们使用纸笔进行数学运算的过程进行抽象，由一个虚拟的机器替代人们进行数学运算。

图2.24　世界首台通用数字计算机

所谓图灵机，就是指一个抽象的机器，它有一条无限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方格，每个方格有不同的颜色。有一个机器头在纸带上移来移去。机器头有一组内部状态，还有一些固定的程序。在每个时刻，机器头都要从当前纸带上读入一个方格信息，然后结合自己的内部状态查找程序表，根据程序输出信息到纸带方格上，并转换自己的内部状态，然后进行移动。它是速度超过人工计算千万倍的电子计算机，它不仅极大地推动数值分析的进展，而且还在数学分析的基本方面，刺激着崭新方法的出现。自动化这一基于数学和计算机控制的学科也正是其中一，这一伟大的发明也为自动化的蓬勃发展奠定了重要基础。(www.xing528.com)

世界上第一台现代电子计算机，如图2.25 所示，埃尼阿克（ENIAC，Electronic Numerical Integrator And Computer） 于1946年2 月14 日诞生在美国宾夕法尼亚大学，并于次日正式对外公布。承担开发任务的“莫尔小组”由五位科学家、工程师组成，即埃克特、莫克利（Mauchly）、朱传榘（Jeffrey Chuan Chu）、戈尔斯坦和博克斯。ENIAC 长30.48 米、宽6 米、高2.4 米，占地面积约170 平方米，重达30 英吨^[1]，有30 个操作台，耗电量150千瓦，造价48 万美元。它包含了17 468 根真空管（电子管），7 200 只晶体二极管，1 500 个中转，70 000 个电阻器，10 000 个电容器，1 500 个继电器，6 000 多个开关，计算速度是每秒5 000 次加法或400 次乘法，该速度是使用继电器运转的机电式计算机的1 000 倍、手工计算的20 万倍。

图2.25　世界第一台通用计算机（ENIAC）

研制电子计算机源于第二次世界大战的计算需求。当时激战正酣，各国的武器装备占主要战略地位的武器是飞机和大炮，为了战胜对手因此研制和开发新型大炮和导弹就显得十分必要和迫切。为此，美国陆军军械部在马里兰州的阿伯丁设立了“弹道研究实验室”。美国军方要求该实验室每天为陆军炮弹部队提供6 张射表以便对导弹的研制进行技术鉴定。事实上每张射表都要计算几百条弹道，而每条弹道的数学模型是一组非常复杂的非线性方程组。这些方程组是没有办法求出准确解的，因此只能用数值方法近似地进行计算。按当时的计算工具，实验室即使雇用200 多名计算员加班加点工作也大约需要两个多月的时间才能算完一张射表。

为了改变这种不利的状况，当时任职宾夕法尼亚大学莫尔电机工程学院的莫克利于1942年提出了试制第一台电子计算机的初始设想——“高速电子管计算装置的使用”，期望用电子管代替继电器以提高机器的计算速度。美国军方得知这一设想，马上拨款大力支持，成立了一个以莫克利、埃克特（John Eckert）为首的研制小组，预算经费为15 万美元。

原本的ENIAC 遇到难题：没有存储器，且它用布线接板进行控制，甚至要搭接几天，计算的速度也就被这一工作抵消了。十分幸运的是，当时任弹道研究所顾问、正在参加美国第一颗原子弹研制工作的数学家冯·诺依曼（von Neumann，1903—1957，美籍匈牙利人）带着原子弹研制（1944年）过程中遇到的大量计算问题，在研制过程中期加入了研制小组。1945年，冯·诺依曼和研制小组在共同讨论的基础上，发表了一个全新的“存储程序通用电子计算机方案”——EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）。在此过程中他对解决计算机的许多关键性问题作出重要贡献，从而保证了计算机的顺利问世。冯·诺伊曼提出的程序存储和程序控制的思想，对后来计算机的设计有决定性的影响，至今仍为电子计算机设计者所遵循或基于此进行拓展。