俞望年

如今，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的普及，它的用途也變得越來(lái)越廣泛。例如，我們可以利用計(jì)算機(jī)解決一些數(shù)學(xué)難題，可以利用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)照片，可以通過計(jì)算機(jī)分析大氣數(shù)據(jù)以獲得準(zhǔn)確且及時(shí)的天氣情況，還可以通過計(jì)算機(jī)控制工廠里的機(jī)器幫助人們生產(chǎn)。你對(duì)計(jì)算機(jī)了解多少呢？計(jì)算機(jī)是怎么出現(xiàn)和發(fā)展的呢？下面，讓我們一起走進(jìn)計(jì)算機(jī)的世界。

電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的背景

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

這時(shí)，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的莫克利博士提出試制第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的設(shè)想。20世紀(jì)40年代中期，該大學(xué)成立了一個(gè)專門的研究小組，研制出一臺(tái)用于炮彈彈道軌跡計(jì)算的電子數(shù)字積分式計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱ENIAC）。

第一代電子計(jì)算機(jī)（電子管計(jì)算機(jī)）

第一代電子計(jì)算機(jī)時(shí)代是從1946年至1957年，這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)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(gè)繼電器、70000只電阻器、10000個(gè)電容等，耗電功率約150千瓦。ENIAC每秒鐘可進(jìn)行5000次加法運(yùn)算，相比現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度可謂是小巫見大巫，但在當(dāng)時(shí)卻是不可思議的。這個(gè)龐然大物當(dāng)時(shí)在世界上引起了很大的轟動(dòng)。

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

對(duì)計(jì)算機(jī)的改進(jìn)歸功于匈牙利裔美國(guó)數(shù)學(xué)家馮·諾依曼。他擁有非凡的數(shù)學(xué)才能，提出一個(gè)全新的方案，叫《關(guān)于EDVAC的報(bào)告草案》，EDVAC是離散變量自動(dòng)電子計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱。報(bào)告明確規(guī)定，計(jì)算機(jī)有五個(gè)組成部分：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸出和輸入設(shè)備。此外，新方案還有兩個(gè)重大改進(jìn)：一是采用二進(jìn)制，簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。就像英文字母表中有26個(gè)字母一樣，在計(jì)算機(jī)的世界里，只有0和1這兩個(gè)基本數(shù)字，0和1通過不同的組合來(lái)表達(dá)復(fù)雜的意思。如，我們可以規(guī)定00表示吃飯，01表示學(xué)習(xí)，1010表示鍛煉，1101表示睡覺。二是建立存儲(chǔ)程序，將指令和數(shù)據(jù)放進(jìn)存儲(chǔ)器。這類似于我們將老師上課講的知識(shí)點(diǎn)記到筆記本上，如果我們要復(fù)習(xí)的話，可以直接翻看筆記本，而不用讓老師再重復(fù)講一遍，這加快了運(yùn)算速度。EDVAC比ENIAC更加先進(jìn)，是一臺(tái)馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)。馮·諾依曼提出的概念被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，它標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的真正開始，馮·諾依曼本人也因此被稱為“計(jì)算機(jī)之父”。

電子管計(jì)算機(jī)由于使用的電子管體積很大，運(yùn)算速度較低，耗電量大，易發(fā)熱，因而不能工作太長(zhǎng)時(shí)間。除此之外，第一代電子計(jì)算機(jī)價(jià)格十分昂貴，ENIAC當(dāng)時(shí)造價(jià)約48萬(wàn)美元，這在當(dāng)時(shí)是一筆不小的開支。這一代計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，只在重要部門或科學(xué)研究部門使用。