電子計算機的出現(xiàn)與發(fā)展（上）

俞望年

如今，計算機已經(jīng)成為人類生產(chǎn)與生活中不可或缺的工具，在我們身邊隨處可見。隨著計算機的普及，它的用途也變得越來越廣泛。例如，我們可以利用計算機解決一些數(shù)學難題，可以利用計算機存儲照片，可以通過計算機分析大氣數(shù)據(jù)以獲得準確且及時的天氣情況，還可以通過計算機控制工廠里的機器幫助人們生產(chǎn)。你對計算機了解多少呢？計算機是怎么出現(xiàn)和發(fā)展的呢？下面，讓我們一起走進計算機的世界。

電子計算機出現(xiàn)的背景

在第二次世界大戰(zhàn)期間，飛機、大炮等武器被大量使用到戰(zhàn)場上。人們要想利用這類武器準確擊中軍事目標，必須精確計算并繪制出射擊圖表。但是，射擊圖表中的每一個數(shù)據(jù)都需要大量運算才能得出。兵貴神速，為了更好、更快地計算，人們迫切需要一種新的計算機器。

這時，美國賓夕法尼亞大學的莫克利博士提出試制第一臺電子計算機的設想。20世紀40年代中期，該大學成立了一個專門的研究小組，研制出一臺用于炮彈彈道軌跡計算的電子數(shù)字積分式計算機（簡稱ENIAC）。

第一代電子計算機（電子管計算機）

第一代電子計算機時代是從1946年至1957年，這一時期的計算機采用電子管作為電子器件。ENIAC占地面積約170平方米，總重量約30噸，使用了17468只電子管、1500個繼電器、70000只電阻器、10000個電容等，耗電功率約150千瓦。ENIAC每秒鐘可進行5000次加法運算，相比現(xiàn)在的計算機的運算速度可謂是小巫見大巫，但在當時卻是不可思議的。這個龐然大物當時在世界上引起了很大的轟動。

但ENIAC存在兩大缺點，一是沒有內(nèi)存儲器，二是像搭積木一樣，要由人將大量運算部件搭配成各種解題布局，每算一題就要重搭一次，費時又麻煩。有的題計算只要1秒鐘，準備工作卻要花幾十分鐘。

對計算機的改進歸功于匈牙利裔美國數(shù)學家馮·諾依曼。他擁有非凡的數(shù)學才能，提出一個全新的方案，叫《關(guān)于EDVAC的報告草案》，EDVAC是離散變量自動電子計算機的簡稱。報告明確規(guī)定，計算機有五個組成部分：運算器、控制器、存儲器、輸出和輸入設備。此外，新方案還有兩個重大改進：一是采用二進制，簡化了計算機結(jié)構(gòu)。就像英文字母表中有26個字母一樣，在計算機的世界里，只有0和1這兩個基本數(shù)字，0和1通過不同的組合來表達復雜的意思。如，我們可以規(guī)定00表示吃飯，01表示學習，1010表示鍛煉，1101表示睡覺。二是建立存儲程序，將指令和數(shù)據(jù)放進存儲器。這類似于我們將老師上課講的知識點記到筆記本上，如果我們要復習的話，可以直接翻看筆記本，而不用讓老師再重復講一遍，這加快了運算速度。EDVAC比ENIAC更加先進，是一臺馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)計算機。馮·諾依曼提出的概念被認為是計算機發(fā)展史上的一個里程碑，它標志著電子計算機時代的真正開始，馮·諾依曼本人也因此被稱為“計算機之父”。

電子管計算機由于使用的電子管體積很大，運算速度較低，耗電量大，易發(fā)熱，因而不能工作太長時間。除此之外，第一代電子計算機價格十分昂貴，ENIAC當時造價約48萬美元，這在當時是一筆不小的開支。這一代計算機主要用于科學計算，只在重要部門或科學研究部門使用。