戴吾三
ENIAC是世界上第一臺(tái)成功運(yùn)行的電子計(jì)算機(jī),這一重大發(fā)明并非橫空出世。通過梳理ENIAC的族譜,那些早期有直接或間接聯(lián)系的計(jì)算機(jī)器層見疊出,它們的誕生和發(fā)展伴隨著一代代探索計(jì)算機(jī)器的科學(xué)家的身影。
ENIAC的全稱是電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)(electronic numerical integrator and computer),它是世界上第一臺(tái)成功運(yùn)行的電子計(jì)算機(jī)。按ENIAC的讀音,中文譯作“愛尼亞克”。2016年適逢ENIAC問世70周年,當(dāng)年那個(gè)龐然大物早已被壓縮到豆粒大小,且運(yùn)算速度被“后代”遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越。滄桑之變,令人感慨萬千。
ENIAC并非橫空出世,通過梳理它的族譜,可以了解到它的那些“遠(yuǎn)親近親”——那些早期有直接或間接聯(lián)系的計(jì)算機(jī)器。
ENIAC的遠(yuǎn)親
17世紀(jì),隨著數(shù)學(xué)和天文學(xué)的發(fā)展及其在航海和商業(yè)中的應(yīng)用,人們對(duì)算術(shù)運(yùn)算機(jī)器的需求開始顯現(xiàn)。
1642年,年輕的法國數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家帕斯卡(B.Pascal)發(fā)明了一臺(tái)加法機(jī),能夠?qū)Χ噙_(dá)9位的數(shù)字進(jìn)行加法運(yùn)算。帕斯卡的加法機(jī)裝在一個(gè)長方形盒子里.上表面是一行齒輪,每個(gè)齒輪上都圍有一個(gè)固定環(huán),環(huán)上刻有從0到9的數(shù)字。這些齒輪分別對(duì)應(yīng)于個(gè)位、十位、百位等。當(dāng)個(gè)位齒輪上的數(shù)字由9進(jìn)位到0(即10)時(shí),十位齒輪上的數(shù)字就會(huì)相應(yīng)增加。
1671年,德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨(G.W.Leibniz)制造出一臺(tái)備受關(guān)注的計(jì)算機(jī)器原型。他認(rèn)識(shí)到帕斯卡機(jī)器的弱點(diǎn),尤其是它在進(jìn)行乘法運(yùn)算時(shí),缺點(diǎn)更為明顯。如果通過連續(xù)的加法運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算,被乘數(shù)就必須先存放在寄存器里,在計(jì)算時(shí)再把寄存器里的被乘數(shù)陸續(xù)傳人機(jī)器的加法計(jì)算部分。萊布尼茨發(fā)明了一種方法,即依靠主軸的單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)來旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)輪,轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)顯示在被乘數(shù)的寄存器上。他先是采用伸縮齒輪及其他機(jī)械,后又采用具有步進(jìn)齒的圓柱體(今稱其為萊布尼茨輪)。
從本質(zhì)上說,帕斯卡和萊布尼茨的機(jī)器都還是手動(dòng)機(jī)械計(jì)算裝置,它們更像是一架結(jié)構(gòu)復(fù)雜的算盤。直到19世紀(jì)上半葉,英國數(shù)學(xué)家巴比奇(C.Babbage)取得突破,令計(jì)算機(jī)器從手動(dòng)機(jī)械時(shí)代躍入自動(dòng)機(jī)械時(shí)代。
1791年12月16日,巴比奇出生于倫敦郊區(qū),父親是一位銀行家。少年時(shí)的巴比奇對(duì)自動(dòng)機(jī)械充滿興趣,同時(shí)也熱愛數(shù)學(xué),兩者的學(xué)科相距很遠(yuǎn),這在一般人看來很難理解。1810年,巴比奇進(jìn)入劍橋三一學(xué)院,這里是英國數(shù)學(xué)研究的重鎮(zhèn)。不過,巴比奇很快就感到失望,因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)自己現(xiàn)有的數(shù)學(xué)知識(shí)比導(dǎo)師懂得還多,更深入的知識(shí)他在劍橋卻尋覓不到。于是,他設(shè)法搜羅外國的數(shù)學(xué)著作,他通過書商得到了法國數(shù)學(xué)家拉格朗日(J.-L.Lagrange)的《解析函數(shù)論》和拉克魯瓦(S.F.Lacroix)的《微積分專論》。
巴比奇的人生不乏趣聞,而真正讓他青史留名的是他的計(jì)算機(jī)器設(shè)計(jì)。巴比奇意識(shí)到機(jī)械原理和數(shù)學(xué)相結(jié)合的可能性,他有心制造一臺(tái)“差分機(jī)”。當(dāng)時(shí),數(shù)學(xué)家(尤其是法國數(shù)學(xué)家)對(duì)“有限差分方法”已經(jīng)有了近百年的研究,該方法能將高階計(jì)算簡化為單純的加法,而且易于程序化,可快速編制不同函數(shù)的數(shù)學(xué)用表。1820年,巴比奇確定了設(shè)計(jì)方案,用兩年時(shí)間制造出一臺(tái)模型。1822年,他在皇家天文學(xué)會(huì)描述了這臺(tái)機(jī)器:“我曾用差分法作為我的機(jī)器制造的原理,在剛完成的機(jī)器中我把自己限于使用兩階差分。借助這臺(tái)機(jī)器,我已重復(fù)地構(gòu)造出平方表和三角數(shù)表,以及其中包含許多質(zhì)數(shù)的奇異公式X2+X+41的表。”
巴比奇的工作受到英國政府的關(guān)注。英國政府非常重視天文、航海數(shù)表,希望降低制定新表所花費(fèi)的人力,故支持巴比奇的計(jì)劃——制造能計(jì)算20位數(shù)的六階差分的大規(guī)模差分機(jī)。該機(jī)器若研制成功,不僅能計(jì)算出指定函數(shù)的值,而且能排版,避免排字中的人為錯(cuò)誤。1823年,研制工作正式啟動(dòng),歷經(jīng)十年,政府投入的經(jīng)費(fèi)達(dá)17000英鎊,因遲遲不見成果,最后英國政府失去耐心。而巴比奇有了更大的抱負(fù),他要制造一臺(tái)“分析機(jī)”,一臺(tái)真正通用的自動(dòng)計(jì)算機(jī)器。
1834年,瑞典斯德哥爾摩一本技術(shù)雜志的總編輯朔伊茨(G.Scheutz)注意到巴比奇的差分機(jī)設(shè)想。三年后,他和兒子(斯德哥爾摩皇家理工學(xué)院的學(xué)生)設(shè)計(jì)出連同打印裝置的一臺(tái)差分機(jī),能計(jì)算5位數(shù)的二階或三階差分。其后,朔伊茨還設(shè)計(jì)了一臺(tái)較大的可計(jì)算15位數(shù)的四階差分的機(jī)器。朔伊茨的機(jī)器以每小時(shí)120行的速度工作,并能完成勻稱的8位數(shù)的鉛版打印。相比朔伊茨的機(jī)器,巴比奇的差分機(jī)仍是一堆零件。
巴比奇已在1832年完全轉(zhuǎn)向“分析機(jī)”制造。他的分析機(jī)主要由兩大部分構(gòu)成:執(zhí)行四則運(yùn)算過程的設(shè)備以及保存待加工處理的數(shù)據(jù)和中間結(jié)果的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器由1000個(gè)寄存器組成,每個(gè)寄存器可存放一個(gè)50位數(shù)。待處理數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中選取,進(jìn)行運(yùn)算(例如相加)后將結(jié)果返回到存儲(chǔ)器中的另一個(gè)存儲(chǔ)單元。整個(gè)過程的控制通過一套穿孔卡片來實(shí)現(xiàn),這是受法國人雅卡爾(J.M.Jacquard)1801年發(fā)明的提花機(jī)穿孔卡片的啟發(fā)。
巴比奇有生之年的大部分時(shí)間都耗費(fèi)在研制分析機(jī)上,但直到1871年去世,仍未制造出正式的產(chǎn)品。1906年,在巴比奇的兒子陸軍少將巴比奇(H.P.Bab-bage)的監(jiān)造下,分析機(jī)才終于問世,該機(jī)如今存放在倫敦科學(xué)博物館里。
巴比奇的設(shè)想因超前時(shí)代而終未成功。誠如美國科學(xué)史家格雷克(J.Gleick)評(píng)價(jià):“它既是一件失敗之作,但又是人類最偉大的智力成就之一。……其重要意義得到追認(rèn),猶如燈塔在歷史長河中熠熠生輝?!?/p>
ENIAC的近親
19世紀(jì)末,人類進(jìn)入電氣時(shí)代,計(jì)算機(jī)器從自動(dòng)機(jī)械計(jì)算開始向電動(dòng)計(jì)算發(fā)展。
1887年,美國人口普查局的統(tǒng)計(jì)學(xué)家霍利里思(H.Hollerith)為了提高統(tǒng)計(jì)效率,有心效仿巴比奇制造計(jì)算機(jī)器,并采用穿孔卡片方式。霍利里思借助由電報(bào)機(jī)發(fā)展而來的機(jī)電技術(shù),使用機(jī)電計(jì)數(shù)器來計(jì)算具有特定穿孔的卡片數(shù)量,并使用一個(gè)電磁控制裝置來分離選擇的卡片。該設(shè)備試驗(yàn)了一萬多個(gè)來回,結(jié)果顯示,其計(jì)數(shù)時(shí)間是最好的手控系統(tǒng)的3/4,制表時(shí)間則是1/6。
霍利里思意識(shí)到他的機(jī)器也能用于其他方面,為了開拓應(yīng)用領(lǐng)域,他于1896年創(chuàng)建了制表機(jī)器公司。1911年,霍利里思的公司與制造自動(dòng)計(jì)時(shí)器的Inter-national Time Recording公司以及Dayton Scale公司合并,共同組建成計(jì)算制表記錄(Computing Tabulating Recording)公司。1914年,沃森(T.J.Watson)被聘為新公司的總裁。1924年,公司改名為國際商用機(jī)器(lntemational Business Machines,IBM)公司,自此掀開了新篇章。
1937年,有關(guān)計(jì)算機(jī)的理論與實(shí)踐發(fā)生新飛躍。英國數(shù)學(xué)家圖靈(A.M.Turing)發(fā)表了《論可計(jì)算數(shù)及其在判定問題中的應(yīng)用》(On computable numbers,with an application to the Entscheidungs problem)一文。論文中,圖靈給“可計(jì)算性”下了一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義,并提出著名的“圖靈機(jī)”(Turing machine)設(shè)想:制造一種十分簡單但運(yùn)算能力極強(qiáng)的計(jì)算裝置,計(jì)算所有能想象得到的可計(jì)算函數(shù)。
1937年,美國哈佛大學(xué)的艾肯(H.Aiken)得到美國海軍部的經(jīng)費(fèi)支持,開始設(shè)計(jì)機(jī)電式的計(jì)算機(jī),IBM負(fù)責(zé)承建。幾年前艾肯研讀巴比奇的著作時(shí)受到啟發(fā),開始基于卡片穿孔機(jī)的工作原理以及類似自動(dòng)電話中的繼電器部件來制造巴比奇構(gòu)思的自動(dòng)計(jì)算機(jī)。1944年,艾肯和他的團(tuán)隊(duì)研制成功自動(dòng)程控計(jì)算機(jī)(auto-matic sequence controlled calculator,ASCC),當(dāng)年8月移交給哈佛大學(xué)
ASCC后又稱為Mark I,其體積龐大,重5噸,長51英尺,高8英尺,有近800000個(gè)部件和長達(dá)500英里的電線。Mark I采用全繼電器,參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)通過電信號(hào)從一個(gè)機(jī)械計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)向另一個(gè)計(jì)數(shù)器,兩個(gè)數(shù)的加減運(yùn)算是0.3秒,乘法運(yùn)算是3秒鐘,而除法運(yùn)算大約是10秒鐘。以上運(yùn)算的速度不能算快,但精確度極高,能準(zhǔn)確完成小數(shù)點(diǎn)后23位數(shù)字的運(yùn)算。Mark I在哈佛大學(xué)為科學(xué)和I程計(jì)算服務(wù)了15年之久。后來,艾肯和團(tuán)隊(duì)又制造了MarkⅡ、MarkⅢ和MarkⅣ三種計(jì)算機(jī)。1947年,MarkⅡ交付給位于弗吉尼亞州達(dá)爾格倫的美國海軍試驗(yàn)基地使用。
同在1937年,貝爾實(shí)驗(yàn)室的施蒂比茨(G.R.Stibitz)在擺弄繼電器時(shí)發(fā)現(xiàn),二進(jìn)位數(shù)值和電路圖之間有近似之處。他做了一個(gè)簡易的電路模型,展示給同事們看,結(jié)果引起大家的興趣和公司主管的注意。公司支持施蒂比茨成立研發(fā)小組,采用繼電器建造一臺(tái)用于電話網(wǎng)絡(luò)復(fù)數(shù)計(jì)算的機(jī)器。1939年4月項(xiàng)目啟動(dòng),10個(gè)月后機(jī)器成型。這臺(tái)復(fù)數(shù)計(jì)算機(jī)器(complex number calculator)像一臺(tái)高級(jí)的桌面計(jì)算器,操作員通過鍵盤把需運(yùn)算的指令敲人,一會(huì)兒就打印出答案。更令人稱奇的是,這臺(tái)機(jī)器可以通過電線進(jìn)行遠(yuǎn)程計(jì)算。1940年11月9日,施蒂比茨在新罕布什爾州達(dá)特茅斯學(xué)院舉行的美國數(shù)學(xué)會(huì)上當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行演示,用電傳打字機(jī)輸入數(shù)字,通過一條專用電話線,幾分鐘后遠(yuǎn)在新澤西州的貝爾實(shí)驗(yàn)室的機(jī)器自動(dòng)解算并打印出答案。會(huì)場(chǎng)為之轟動(dòng),有兩位與會(huì)者更表現(xiàn)出濃厚興趣,其中一位是數(shù)學(xué)家、控制論的創(chuàng)始人維納(N.Weiner),另一位就是后來成為ENIAC設(shè)計(jì)者的莫奇利(J.Mauchly)。
約在1936年,從事飛機(jī)設(shè)計(jì)的德國工程師楚澤(K.Zuse)因深感人工計(jì)算的繁重,決心造一臺(tái)計(jì)算機(jī)器。兩年后,他制成一臺(tái)采用二進(jìn)位制、可編程的機(jī)械式計(jì)算機(jī)模型,取名Z-1。它采用“穿孔帶”的輸入程序,不過這不是紙帶,而是35毫米電影膠片:數(shù)據(jù)由一個(gè)數(shù)字鍵盤敲入,計(jì)算結(jié)果用小電燈泡顯示。Z-1性能不理想,第二年,楚澤用朋友給他的電話公司替換下的一些繼電器,組裝成電磁式計(jì)算機(jī)Z-2,這臺(tái)機(jī)器工作良好。楚澤的研究引起德國飛機(jī)實(shí)驗(yàn)研究所的關(guān)注,給予他一筆資助。1941年,新的電磁式計(jì)算機(jī)Z-3完成,這是一臺(tái)基于二進(jìn)制的可編程計(jì)算機(jī),使用了2600個(gè)繼電器,每秒鐘可進(jìn)行3-4次加法運(yùn)算,可在5秒鐘之內(nèi)完成一次乘法運(yùn)算。
楚澤在德國戰(zhàn)敗后流落到瑞士,幾乎被人遺忘。直到1958年,他的故事才浮出水面,漸為美英計(jì)算界所知。
ENIAC的至親
按美國學(xué)者揚(yáng)(J.Young)的說法,真正意義上的電子計(jì)算機(jī)始于1937年12月的一個(gè)冬夜,時(shí)任艾奧瓦州立大學(xué)(lowa State University)物理系的副教授阿塔納索夫(J.V.Atanasoff)在一家小酒館里,在一疊餐巾紙上繪出電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)圖。其后由他和助手貝里(C.Berry)研制的計(jì)算機(jī)(Atanasoff-Berry com-puter,ABC),堪稱ENIAC的至親。
1903年10月4日,阿塔納索夫出生于紐約州的哈密爾頓。父親是來自保加利亞的移民,母親是小學(xué)數(shù)學(xué)教師。家中有9個(gè)孩子,阿塔納索夫排行老大。1925年,阿塔納索夫從佛羅里達(dá)大學(xué)畢業(yè),獲電子工程學(xué)士學(xué)位;1926年在艾奧瓦州立大學(xué)獲數(shù)學(xué)碩士學(xué)位:1930年在威斯康星大學(xué)獲理論物理博士學(xué)位。
1936年,阿塔納索夫受聘為艾奧瓦州立大學(xué)物理系的副教授,負(fù)責(zé)教授研究生量子物理學(xué),他因缺乏有效的計(jì)算工具而感到惱火,便萌生制造一臺(tái)計(jì)算機(jī)的想法。當(dāng)時(shí),麻省理工學(xué)院工程學(xué)院院長布什(V.Bush)主持建造了一臺(tái)微分分析機(jī)(differential analyzer),這是一個(gè)重達(dá)百噸,由馬達(dá)、軸承和齒輪構(gòu)成的鐵制平臺(tái),被媒體譽(yù)為“機(jī)械大腦”。事實(shí)上,布什的微分分析機(jī)與巴比奇分析機(jī)沒有什么關(guān)聯(lián),但不可否認(rèn)兩者很相似,因?yàn)閺谋举|(zhì)上說,微分分析機(jī)仍然是機(jī)械式的。
阿塔納索夫受布什微分分析機(jī)的啟發(fā),帶著一位研究生造出一臺(tái)簡單的齒輪傳動(dòng)的機(jī)器,可用來計(jì)算兩個(gè)變量的方程。然而,要處理有幾十個(gè)變量的方程,這種機(jī)械裝置遠(yuǎn)達(dá)不到要求。不斷思索之后,阿塔納索夫想到使用放大器、電阻和電容等電路元件來制造一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。他想到采用二進(jìn)制(這受到教數(shù)學(xué)的母親的影響),把所有數(shù)字轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字串,只包含1和0,并用電子脈沖來實(shí)現(xiàn),有電流相當(dāng)于l(開),無電流相當(dāng)于0(關(guān))。確定了計(jì)數(shù)系統(tǒng),還得想出存放這些l和0的方法,阿塔納索夫想到電子管,這是構(gòu)成電路的關(guān)鍵元件。但問題是,當(dāng)時(shí)電子管價(jià)格昂貴,如果采用幾百支電子管,經(jīng)費(fèi)會(huì)大大超出預(yù)算。最終,阿塔納索夫想到采用每個(gè)價(jià)格僅為幾美分的紙質(zhì)電容,它們大約每秒鐘可以充電或放電一次,這使得在計(jì)算過程中將舊數(shù)改寫成新數(shù)成為可能。采用電容可以以很低的成本建造大的存儲(chǔ)系統(tǒng)——既用于存放原始數(shù)字,也用于存儲(chǔ)過渡數(shù)據(jù)的“庫房”(今稱為內(nèi)存),其技術(shù)關(guān)鍵在于必須保持?jǐn)?shù)據(jù)的同步刷新。在那個(gè)寒冷的12月的夜晚,阿塔納索夫驅(qū)車幾百英里跑到鄰近的伊利諾伊州的小酒館喝酒(那里對(duì)飲酒持寬容態(tài)度),他在餐巾紙上描繪出用鏈條帶動(dòng)電容滾筒的系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖,同時(shí)也畫了其他相關(guān)的電路。
那晚從伊利諾伊州返回后,阿塔納索夫花費(fèi)一年的時(shí)間細(xì)化并重新設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)器,之后給校方寫了一份建議。1939年初,學(xué)校批給他650美元經(jīng)費(fèi),用于雇一名助手、買材料和訂制零件。很幸運(yùn),阿塔納索夫找到了得力的助手貝里。阿塔納索夫教過貝里幾堂物理課,在讀研究生貝里當(dāng)時(shí)正在尋找兼職工作,兩人一拍即合。擅長動(dòng)手的貝里給阿塔納索夫的機(jī)器注入了生命。到1940年底,機(jī)器樣機(jī)開始運(yùn)行,能夠計(jì)算一系列復(fù)雜的方程。受到成功的激勵(lì),阿塔納索夫和貝里準(zhǔn)備申請(qǐng)專利,同時(shí)再向校方申請(qǐng)經(jīng)費(fèi),以建造正式的機(jī)器。遺憾的是,學(xué)校并不理解計(jì)算機(jī)器的發(fā)展前景,沒有給予支持。
1940年12月,阿塔納索夫去費(fèi)城參加美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)的年會(huì),在分組會(huì)議上聽到莫奇利的演講,主題是使用計(jì)算機(jī)器計(jì)算預(yù)報(bào)天氣。莫奇利所用的是布什微分分析機(jī),這種機(jī)電式計(jì)算機(jī)對(duì)處理氣象的大數(shù)據(jù)明顯不給力。莫奇利推測(cè)說電子計(jì)算似乎可以勝任。會(huì)后,阿塔納索夫找到莫奇利,告訴他自己已經(jīng)建造了一臺(tái)機(jī)器,正是用電子來解復(fù)雜的方程組。聽到這個(gè)信息,莫奇利非常感興趣。大會(huì)結(jié)束后幾天,他就寫信給阿塔納索夫,表達(dá)造訪的愿望。
1941年6月,莫奇利來到艾奧瓦州立大學(xué)與阿塔納索夫見面。阿塔納索夫詳細(xì)地給他解釋了計(jì)算機(jī)的邏輯電路,演示運(yùn)用穿孔卡片讀入機(jī)器運(yùn)算方程,指明電子化刷新存儲(chǔ)鼓的技術(shù)關(guān)鍵。晚上,莫奇利則鉆研阿塔納索夫和貝里給學(xué)校專利律師起草的申請(qǐng)文件。5天的時(shí)間,莫奇利收獲滿滿。
1941年夏,莫奇利應(yīng)國防部的邀請(qǐng)為在摩爾學(xué)院舉辦的夏季電氣工程計(jì)劃講課,期間他遇到了??颂兀↗.P.Eckert),??颂匦∷?2歲,當(dāng)時(shí)是實(shí)驗(yàn)室的管理員。莫奇利很快將??颂匾暈橹?,兩人都關(guān)注電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)器,經(jīng)常就新的電路和想法談至深夜。莫奇利已熟悉阿塔納索夫一貝里計(jì)算機(jī),現(xiàn)在又找到了能干的??颂?,希望他能夠幫助自己也造一臺(tái)。
ENIAC的問世
1941年12月7日,日軍空襲珍珠港,迫使美國對(duì)日宣戰(zhàn)。很快,美國陸軍的彈道實(shí)驗(yàn)室找到賓夕法尼亞大學(xué)摩爾學(xué)院,征用該院的布什微分分析機(jī)來建立火炮射擊表,以計(jì)算各種條件下武器的射程。從迫擊炮到海軍大口徑火炮,每種武器的數(shù)字各不相同,而且要考慮到季節(jié)風(fēng)向、地面起伏、炮筒仰角以及炮彈大小等因素。為完成射擊表中必需的數(shù)據(jù),軍隊(duì)還征募了數(shù)百名受過教育的女性,進(jìn)行人工計(jì)算。然而到了1942年夏天,戰(zhàn)爭波及的地形越來越廣闊而多變,射擊表的數(shù)據(jù)已然跟不上,必須要全部重新計(jì)算。人工計(jì)算一條彈道要花5天時(shí)間,雖然微分分析機(jī)可在一小時(shí)內(nèi)完成同樣量的工作,但是它有個(gè)令人始料未及的問題:計(jì)算結(jié)果會(huì)有1%的誤差,誤差是齒輪和轉(zhuǎn)盤的物理限制造成的。換言之,如果炮彈射程為5英里,微分分析機(jī)的計(jì)算結(jié)果會(huì)有250英尺的誤差。更糟的是,一張包括3000到4000種彈道的射擊表,要耗時(shí)1個(gè)月才能做出來。
負(fù)責(zé)摩爾行動(dòng)的是美國陸軍中尉戈德斯坦(H.Goldstine),他畢業(yè)于密歇根大學(xué),獲數(shù)學(xué)博士學(xué)位。1942年秋天,他一上任便發(fā)現(xiàn)情況一團(tuán)糟,馬上行動(dòng),征用本地區(qū)能夠找到的所有機(jī)械式計(jì)算機(jī)和加法機(jī),同時(shí)再征募200多人力做手工計(jì)算,盡管如此,到1943年初,他仍然覺得射擊表的制作越來越拖后腿。
1943年3月的一天,戈德斯坦正對(duì)積壓下的工作叫苦,正好被一個(gè)學(xué)生無意聽到,他告訴戈德斯坦他的老師莫奇利有創(chuàng)新的想法,使用電子技術(shù)的計(jì)算機(jī)器的運(yùn)算速度至少快1000倍。戈德斯坦喜出望外,很快在摩爾學(xué)院找到莫奇利,認(rèn)真聽他講述電子數(shù)字式計(jì)算機(jī)器。談話結(jié)束后,戈德斯坦立即讓莫奇利抓緊寫一份書面報(bào)告。莫奇利和埃克特花了幾天時(shí)間,寫出一份有關(guān)計(jì)算機(jī)器的詳細(xì)備忘錄。然而,有許多具體問題難以解決,為此,莫奇利專程去位于馬里蘭的海軍兵工實(shí)驗(yàn)室,此時(shí)阿塔納索夫已被調(diào)往那里從事引信和炸彈研究。莫奇利向阿塔納索夫詢問計(jì)算機(jī)器的難點(diǎn),他以國家安全為借口,沒有透露他正在研究的東西。
1943年4月9日,彈道實(shí)驗(yàn)室的主管批準(zhǔn)莫奇利一??颂赜?jì)劃,摩爾學(xué)院承擔(dān)研制ENIAC,由莫奇利擔(dān)任總體設(shè)計(jì),并組織團(tuán)隊(duì)。到1944年初.ENIAC設(shè)計(jì)完成并開始建造,它被定為絕密級(jí)。1945年11月.ENIAC試運(yùn)行,它主要有控制、運(yùn)算、存儲(chǔ)、輸入和輸出五部分組成,每秒鐘能執(zhí)行約5000次加法運(yùn)算或50次乘法,運(yùn)算速度是繼電器式計(jì)算機(jī)的100倍,這是人類計(jì)算速度實(shí)質(zhì)性的大飛躍。
1946年2月15日,ENIAC在正式慶典上揭開面紗,相關(guān)報(bào)道登上《紐約時(shí)報(bào)》頭版。同年底,ENIAC被運(yùn)往阿伯丁彈道研究實(shí)驗(yàn)室,開始了它的計(jì)算生涯。雖說ENIAC為彈道計(jì)算而研制,卻沒有趕上在二戰(zhàn)中發(fā)揮作用,不過它在氫彈的研制中立了大功。除了可完成常規(guī)的彈道計(jì)算外,ENIAC后來還在天氣預(yù)報(bào)、原子核能、風(fēng)洞試驗(yàn)等諸多領(lǐng)域顯露身手。
ENIAC自1945年底正式建成使用,到1955年10月2日光榮“退休”,它實(shí)際運(yùn)行了80223個(gè)小時(shí)。
ENIAC引起的糾紛
1946年3月,ENIAC正式問世一個(gè)月,莫奇利和埃克特離開賓夕法尼亞大學(xué),創(chuàng)辦了電子控制器公司(Electronic Controls Corporation)。公司后正式注冊(cè)為??颂匾荒胬?jì)算機(jī)公司,這是世界上第一家計(jì)算機(jī)公司。促使他們“下?!钡脑蚴?,兩人宣布將申請(qǐng)專利引起了賓夕法尼亞大學(xué)的不滿,校方堅(jiān)持研究成果的專利技術(shù)都?xì)w學(xué)校所有,個(gè)人無權(quán)申請(qǐng)。兩人開始拒絕,后來表示妥協(xié)。在承諾放棄權(quán)利后,莫奇利和埃克特想出新招,就電路和刷新存儲(chǔ)技術(shù)申請(qǐng)一系列專利,豈料這對(duì)ENIAC團(tuán)隊(duì)的其他成員造成了傷害。
1947年6月26日,莫奇利和埃克特為ENIAC申請(qǐng)專利,所寫的材料多達(dá)207頁,其中繪制的設(shè)計(jì)圖就有91頁。這一專利直到1964年2月4日才獲準(zhǔn)并公布,此時(shí),電子管技術(shù)早已過時(shí)。莫奇利和??颂夭簧平?jīng)營,公司1950年2月被雷明頓·蘭德公司收購。
故事并未結(jié)束。1964年ENIAC專利的公布引起阿塔納索夫的強(qiáng)烈不滿,他認(rèn)為莫奇利剽竊了他的想法,因?yàn)槔秒娮庸軋?zhí)行數(shù)字計(jì)算與邏輯運(yùn)算,使用電容器進(jìn)行數(shù)值存儲(chǔ),數(shù)據(jù)輸入采用打孔讀卡方法,采用二進(jìn)位制等基本思想都是他首先提出的。阿塔納索夫和貝里也實(shí)際制造出了樣機(jī),遺憾的是,他們兩人為此所寫的專利文件不幸被艾奧瓦州立大學(xué)的律師搞丟了。此外,戰(zhàn)時(shí)因物品短缺他們的兩臺(tái)樣機(jī)被拆掉,馬達(dá)等部件被用于其他物理和電氣工程項(xiàng)目,唯一無法拆散的元件內(nèi)存鼓放在物理大樓一個(gè)靠近鍋爐的房間,里面積滿了灰塵。
阿塔納索夫狀告莫奇利。法庭上,莫奇利諱莫如深,不承認(rèn)他曾經(jīng)向阿塔納索夫請(qǐng)教過計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)原理,甚至矢口否認(rèn)在1941年曾去過艾奧瓦州立大學(xué)造訪并住了5天這些事情,竟然說“不記得了”。然而,阿塔納索夫當(dāng)年的同事知道實(shí)情,有些人還健在,他們出于正義而作證。經(jīng)過數(shù)年調(diào)查,1973年,美國明尼蘇達(dá)地區(qū)法院認(rèn)定ENIAC的設(shè)計(jì)制造深受ABC計(jì)算機(jī)的影響,ENIAC不能作為一項(xiàng)獨(dú)立的發(fā)明,法院判決莫奇利和??颂氐膶@麩o效,認(rèn)定阿塔納索夫是真正的電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明人。
二戰(zhàn)后,貝里一直留在南加州,為多家航空承包商工作。阿塔納索夫后與貝里失去了聯(lián)系,所以貝里從不知道自己動(dòng)手制作的機(jī)器會(huì)成為電子計(jì)算機(jī)的鼻祖。1963年,他自殺了,十年后的法院判決確立了他在計(jì)算技術(shù)歷史上的地位。
追溯歷史可知,計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了機(jī)械式、機(jī)電式和電子式幾個(gè)階段,世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)當(dāng)推阿塔納索夫和貝里發(fā)明的ABC計(jì)算機(jī),然而談及第一臺(tái)成功運(yùn)行的電子計(jì)算機(jī),就當(dāng)屬莫奇利和??颂刂圃斓腅NIAC。
由ENIAC繁衍(變異)出更多的計(jì)算機(jī)后代,展開還有更長的故事。