計算機時代的研究

1946年2月15日。在美國賓夕法尼亞大學的莫爾學院舉行了隆重儀式，慶祝世界上第一臺電子計算機的誕生。在揭幕儀式之后，人們興致勃勃地觀看了第 一臺電子計算機的現場表演，它在1秒鐘能做5000次加法運算，500次乘法運算，還計算了三角函數、平方和立方等。這臺電子計算機的名字叫“電子數值積 分計算機”，簡稱EN-LAC。它的問世標志著現代科學技術進入了一個新時代———計算機時代。

　　計算機的研究從1822年就開始了，當時英國科學家巴貝齊創造出一臺小型差分機，1834年他設計了分析機，其原理與現代計算機一致。以后又有很多人研究計算機，如圖靈、諾依曼、維納等都是現代計算機的先驅。

　 　20世紀科學技術的迅猛發展，給計算工作帶來了堆積如山的數據處理問題。特別是在第二次世界大戰期間，由于軍事上破譯密碼，研制各種自動武器、大炮、高 能炸彈等，都迫切需要有高速計算工具。事實上，當時已研制成功的幾臺大型機電式計算機都正運轉于軍事目的，直接為戰爭服務，然而這些計算機的運算速度，遠 遠不能滿足戰爭的需要。

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

　 　1943年，賓夕法尼亞大學莫爾學院電工系和設在馬里蘭州的陸軍阿伯丁彈道研究實驗室（試炮場）共同執行一項任務：每天為陸軍提供6張火力表。每張火力 表都要計算幾百條彈道，一個熟練的計算員用臺式計算機計算一條飛行時間為60秒的彈道，要花20小時。即使用大型微分分析機也需要15分鐘，這樣每張火力 表要計算兩、三個月。

　　面對這一緊迫而又繁重的任務，阿伯丁實驗室從戰爭一開始就不斷地對已有的微分機進行技術上的改進，以便提高它的 運算速度。同時又專門雇用了200多名女計算員，日夜不停地進行人工輔助性計算。但仍不能完成任務。戰爭不允許這樣的局面繼續下去，向計算工具提出了強烈 要求。

　　莫爾學院電工系的捷·莫希萊參加了制定火力表的工作。當時他36歲，早在20世紀30年代就對計算機感興趣，并制成了模擬計算 機裝置。20世紀40年代初，他認為必須把電子管應用于計算機裝置上來，1942年夏末，他寫過一篇題名為《高速電子管計算裝置的使用》的備忘錄，提出了 電子計算機制造的可能性。這實際上成了第一臺電子計算機的初始方案，但后來卻遺失了。1943年初，莫希萊和莫爾學院電工系工程師埃克特，根據一個秘書的 速記記錄重新整理了這份備忘錄，并且由埃克特補寫了附錄，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，當時是負責聯系 阿伯丁實驗室和莫爾學院電工系的軍方代表，也是莫希萊的朋友，他也是一位數學家，曾在密歇根大學任數學助理教授。莫希萊多次對格爾斯坦講自己關于電子計算 機的設想。思維敏捷的格爾斯坦，立即意識到這一設想對解決制造火力表困難的巨大價值，馬上向他的上級占倫上校作了匯報，并立即得到吉倫上校的熱情支持。陸 軍軍械部要求莫爾學院起草一份為阿伯丁彈道實驗室研制一臺電子計算機的發展計劃。1943年4月2日，莫爾學院負責與阿伯丁聯系的勃雷德教授草擬了一份這 樣的報告。

　　1943年4月9日，在阿伯丁召開研制電子計箅機的聽證會，這是決定第一臺電子計算機命運的一天。參加這一會議的有阿伯丁 彈道研究所所長西蒙，美國杰出數學家韋布倫。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 臺電子計算機的可能性。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，支持這項工作吧！”于是在陸軍的支持下，第 一臺電子計算機方案獲得通過，研制工作就這樣開始了。

　　1943年6月5日莫爾學院與軍械部正式簽訂合同，并由吉倫上校建議將這臺機器命名為“電子數值積分計算機”，簡稱ENIAC（電子數值積分和計算機五個英文單詞的首母縮寫）。

　　莫爾學院和陸軍彈道研究室立即組成一個由30多名工程師和數學家參加的研制小組（莫爾研制小組）共200多名工作人員。由莫希萊、埃克特和格爾斯坦領導這個研制小組，他們是志同道合的青年科學家。

　 　領銜擔任總工程師的埃克特，當時年僅23歲，不久前剛從莫爾學院畢業，具有較豐富的實踐經驗。他領導著一批掌握第一流技術、具有獻身精神的工程師和技術 人員。他要求嚴格，對每一部件都規定了嚴格的標準。莫希萊不僅是位年輕的物理學家，而且具有較強的邏輯思維能力和組織能力，他負責電子計算機的總體設計。 格爾斯坦不僅是一位數學家，而且具有較強的組織和管理才能，他不僅負責計算機制造的總體管理工作，而且在數學上提供了許多有益的建議，是一名精干的組織管 理人才，他們三人配合默契。此外還有年輕的邏輯學家勃克斯參加。著名科學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。充分發揚學術民主，經常討論方案實施情況，因此研制工作進展順利。經過兩年的努力，到1945年底，ENIAC的總裝和調試全部完成。1946年2月15日，正式舉行了隆重的ENIAC機揭幕儀式，并且作了現場表演。

　　ENIAC機實際花費了48萬美元，它結構龐大，總體積約有90立方米，占地170平方米，重30噸。它共用18000個電子管，70000個電阻，10000個電容，6000個開關，1500個繼電器，運轉時耗電140千瓦。

　　這臺電子計算機由控制、運算、存貯、輸入和輸出五部分組成，首次采用電子元件、電子線路（用作電子開關的符合線路、用于匯集從各個來源的脈沖的集合線路、用以計算和存貯的觸發器線路）來實現邏輯運算、存貯信息。其運算速度比當時最好的機電式計算機快1000倍。

　 　計算一個彈道用人工若需一個星期，而用ENIAC機只需3秒鐘。在19世紀，英國人香克斯，用了畢生的精力將圓周率π的值計算到小數點后707位，而 ENIAC機僅用40秒鐘就打破了這項記錄，并且發現香克斯的計算中第528位是錯的，當然后面的各位也都錯了。ENLAC機具有記憶裝置，有按一定程序 逐步計算的自動控制能力，這就大大提高了計算的可靠性。

　　ENIAC機采用了20只加法器，每個加法器由10組環形計算器組成，可存貯長10位的十進制數，并能同時執行幾個加法或減法運算，是以后并行計算器的前身。

　 　1947年ENIAC機運往阿伯丁彈道實驗室。雖然它沒有趕上第二次世界大戰時使用，但它仍專門用來計算炮彈和炸彈的飛行軌道以及解決軍事上的其他數學 問題，直到后來經過多次改進而成為能進行各種科學計算的通用機。現在世界上第一臺電子計算機存于美國博物館，做為現代計算機的歷史文物供人參觀欣賞。

　 　ENIAC機的研制成功，具有劃時代的意義。雖然它與現代計算機無法相比，但在當時技術水平的條件下，應該說是取得了驚人成就，是計算技術史上的最重大 突破，是計算工具史上一座不朽的里程碑。它用電子的快速運動來代替機械的運動，從此開始，機器已不只是人的體力的延伸，而且為大腦的活動提供了輔助工具 ———電腦。人類走上了廣闊的智力解放的大道，一個科技發展新時代———計算機時代開始了。