電子數字積分計算機

電子數字積分計算機

世界上第一台電子計算機其實是ABC(Atanasoff-Berry Computer,阿塔納索夫-貝瑞計算機) ENIAC是第二台。 以前的資料聲稱第一台電子計算機叫 ENIAC(中文名:埃尼阿克) (電子數字積分計算機的簡稱,英文全稱為 Electronic Numerical Integrator And Computer),它於1946年2月15日在美國宣告誕生。 承擔開發任務的“莫爾小組”由四位科學家和工程師埃克特、莫克利、戈爾斯坦、博克斯組成,總工程師埃克特在當時年僅24歲。

概述

第一台電子計算機叫 ENIAC(電子數字積分計算機的簡稱,英文全稱為 Electronic Numerical Integrator And Computer),它於1946年2月15日美國宣告誕生。承擔開發任務的“莫爾小組”由四位科學家和工程師埃克特、莫克利、戈爾斯坦博克斯組成,總工程師埃克特當時年僅24歲。
ENIAC:長30.48米,寬1米,占地面積170平方米,30個操作台,約相當於10件普通房間的大小,重達30噸,耗電量150千瓦,造價48萬美元。它使用18000個電子管,70000個電阻,10000個電容,1500個繼電器,6000多個開關,每秒執行5000次加法或400次乘法,是繼電器計算機的1000倍、手工計算的20萬倍。
研製電子計算機的想法產生於第二次世界大戰進行期間。當時激戰正酣,各國的武器裝備跟現在閉差遠了,占主要地位的戰略武器就是飛機和大炮,哪有什麼“飛毛腿”飛彈、“愛國者”防空飛彈、“戰斧式”巡航飛彈,因此研製和開發新型大炮和飛彈就顯得十分必要和迫切。為此美國陸軍軍械部在馬里蘭州的阿伯丁設立了“彈道研究實驗室”。
美國軍方要求該實驗室每天為陸軍炮彈部隊提供6張火力表以便對飛彈的研製進行技術鑑定。千萬別小瞧了這區區6張火力表,它們所需的工作量大得驚人!事實上每張火力表都要計算幾百條彈道,而每條彈道的數學模型你知道是什麼嗎?一組非常複雜的非線性方程組。這些方程組是沒有辦法求出準確解的,因此只能用數值方法近似地進行計算。
但即使用數值方法近似求解也不是一件容易的事!按當時的計算工具,實驗室即使雇用200多名計算員加班加點工作也大約需要二個多月的時間才能算完一張火力表。在“時間就是勝利”的戰爭年代,這么慢的速度怎么能行呢?恐怕還沒等先進的武器研製出來,敗局已定。
為了改變這種不利的狀況,當時任職賓夕法尼亞大學莫爾電機工程學院的莫希利(John Mauchly)於 1942年提出了試製第一台電子計算機的初始構想——“高速電子管計算裝置的使用”,期望用電子管代替繼電器以提高機器的計算速度。
美國軍方得知這一構想,馬上撥款大力支持,成立了一個以莫希利、埃克特(Eckert)為首的研製小組開始研製工作、預算經費為15萬美元,這在當時是一筆巨款。要不是為了戰爭,誰能捨得出這么大的錢!雖說戰爭萬惡,但未始不偶爾促進科技的發展。
讓研製工作十分幸運的是,當時任彈道研究所顧問、正在參加美國第一顆核子彈研製工作的數學家馮·諾依曼(v·n weumann,美籍匈牙利人)帶著核子彈研製過程中遇到的大量計算問題,在研製過程中期加入了研製小組。他對計算機的許多關鍵性問題的解決作出了重要貢獻,從而保證了計算機的順利問世。
雖然ENIAC體積龐大,耗電驚人,運算速度不過幾千次(現在的超級計算機的速度最快每秒運算達萬億次!),但它比當時已有的計算裝置要快1000倍,而且還有按事先編好的程式自動執行算術運算、邏輯運算和存儲數據的功能。ENIAC宣告了一個新時代的開始。從此科學計算的大門也被打開了。
人們當然不會滿足於此的!
自第一台計算機問世以後,越來越多的高性能計算機被研製出來。計算機已從第一代發展到了第四代,目前正在向第五代、第六代智慧型化計算機發展。像最初製造出來的ENIAC一樣,許多高性能的計算機總是在為尖端和常規武器、特別是核武器的研製服務。
和人類發明的所有工具一樣,計算機的產生也是由於實際需要方得以問世的。從18世紀以來,科學技術水平有了長足的進步。製造電子計算機所必需的邏輯電路知識和電子管技術已經在19世紀末和20世紀初出現並得以完善。因此可以說製造計算機的基礎科學知識已經完備。
但為什麼世界上第一台電子計算機要退至40年代中期才得以問世呢?這裡面主要是實際需要是否迫切和資金是否到位的問題。實際需要當然一直都存在,誰不想擁有一種最先進的計算工具呢?但光是需求並不能決定一切。凡研製一種新工具,總是需要先期投入大量資金(研製ENIAC時,一開始就投資15萬美元,但最後的總投資高達48萬美元,這在40年代可是一筆巨款!)。能為一種未問世的工具大膽出錢的總是少數。
最後還是戰爭使計算機的誕生成為現實。事實上各種各樣的社會需求中,戰爭期間的需求始終是最迫切的,因為事關生死存亡。政府和軍方總是出手大方,將最新的科技成果套用到諸如戰略和常規武器的研製工作上,以確保己方在軍事上處於領先地位。
電子計算機正是在二次世界大戰瀰漫的硝煙中開始研製的。如前面所述,當時為了給美國軍械試驗提供準確而及時的彈道火力表,迫切需要有一種高速的計算工具。因此在美國軍方的大力支持下,世界上第一台電子計算機ENIAC於1943年開始研製。參加研製工作的是以賓夕法尼亞大學莫爾電機工程學院的莫西利和埃克特為首的研製小組。在研製中期,著名數學家馮·諾依曼加入行列。
歷時兩年多,ENIAC研製成功。1945年春天,ENIAC首次試運行成功。1946年2月10日,美國陸軍軍械部和賓夕法尼亞大學莫爾學院聯合向世界宣布ENIAC的誕生,從此揭開了電子計算機發展和套用的序幕。
現在人們常打交道的絕大多數都是個人計算機,它體積小,重量輕,性能高。雖然現在也有不少的巨型和大型計算機,但它們都“藏在深閨人未識”,安置在專門為它建造的建築物里,一般人是不太容易一睹其“芳容”的。所以在許多人的心目中,可能會想當然地認為最初的計算機也有這么“苗條”。那可大錯特錯了!以前的計算機可是不折不扣的龐然大物!
就拿ENIAC來說吧,它採用電子管作為基本電子元件。用了多少個呢?足足有18800個電子管,而每個電子管大約有一個普通家用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.肌米)、100英尺長(約用.48米)的身軀,體積有研立方米,重達30噸,耗電140千瓦。
ENIAC這個龐然大物能做什麼呢?它每秒能進行5000次加法運算(據測算,人最快的運算速度每秒僅 5次加法運算),每秒即次乘法運算。它還能進行平方和立方運算,計算正弦和餘弦等三角函式的值及其它一些更複雜的運算。
以現在的眼光來看,這當然很微不足道。但這在當時可是很了不起的成就!原來需要20多分鐘時間才能計算出來的一條彈道,現在只要短短的30秒!這可一下子緩解了當時極為嚴重的計算速度大大落後於實際要求的局面。
由於當時馮·諾依曼正參與核子彈的研製工作,他是帶著核子彈研製過程中遇到的大量計算問題加入到計算機的研製工作中來的。因此可以說,ENIAC為世界上第一顆核子彈的誕生也出了不少力。
但即使在當時看來,ENIAC也是有不少缺點的:除了體積大,耗電多以外,由於機器運行產生的高熱量使電子管很容易損壞。一已有~個電子管損壞,整台機器就不能正常運轉,於是就得先從這1.8萬多個電子管中找出那個損壞的,再換上新的,別提有多么麻煩了。

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