​电子计算机发明——从此改变人类的生活

电子计算机发明——从此改变人类的生活

电子计算机的产生与发展，是人类历史 上一次深刻而伟大的科学技术革命。它把人类历史上的工业革命推向以自动化为主要标志的第三次工业革命。它对人类历史发展的影响是第一次工业革命、第二次工业革命所不能相比的。目前，它与人类社会已融为一体，并日益广泛而深入地影响着社会生活的方方面面。

以前的计算机

最早提出直接进行机械乘法设计思想的 是莱布尼兹，并且他还以梯形轴为主要部件，设计了一个长1米，宽30厘米，高25厘米的计算机。他的另一个主要贡献是提出了系统的二进制运算法则。

到了17世纪，在科学家中形成一股研究计算机的热潮，由于技术条件的限制，直到 19世纪初，才出现第一台有实用价值的手摇台式计算机。

20世纪30~40年代，电子技术的发展日 趋成熟，许多科学家、工程师都感到可以利用电器元件来制造计算机。在这方面的第一个探索者是德国的楚泽。他于1938年制造了一台纯机械构造的计算机——Z1，但其运算速度慢，可靠性差。以后他用电磁继电器来改进，并于1941年制造出Z3，这是全部采用继电器通用程序来控制的计算机。它采用了浮点计数，二进制计数，带数字存储地址的指令形式。但在当时德国的条件下，他的工作很少有人了解，也得不到必要的支持。

在美国最早从事继电器计算机研究的是 哈佛大学的艾肯，他于1937年在哈佛大学撰写博士论文时，由于一些方程的求解困难，发明了一种可求简单多项式的计算机。后来，在IBM公司的支持下，他于1944年制造了哈佛Mark1，1946年又领导制造了一台全部使用继电器的计算机Mark2。

与此同时，美国贝尔实验室的研究小组 也在研制继电器计算机。他们的第一台计算机完成于1940年。1946年，又制成了通用机Model5，这是现代多处理机的雏形。

继电器计算机在历史上只是短暂的一 幕，它们刚问世不久就过时了。一方面由于它的运算速度慢，另一方面是由于20世纪30年代电子技术进入成熟阶段。制造电子计算机的努力几乎是和机电计算机同时开始的。1906年发明了三极热电子真空管后，人们知道三极管的栅极控制电流开闭速度比继电器快1万倍。早在30年代后期，一些目光敏锐的科学家、工程师就看出使用电子管可以大大提高计算速度的可靠性，因而纷纷试图制造出计算机。例如有保加利亚血统的美国物理学家阿塔纳夫从1937年起就开始考虑到将电子技术引人到计算机上，准备试制一台能够求解包括30个未知数的线性代数方程的电子计算机。还有德国的施赖尔同楚泽合作，于1939年也计划制造一台有1500个电子管, 每秒运算1万次的通用机。但这些努力都因为经费不足和得不到支持而天折。

直到“埃尼阿克”的出现才正式宣告了 计算机时代的来临。

人类第一台电子计算机的诞生

1946年2月14日，世界上第一台通用电 子数字计算机“埃尼阿克”宣告研制成功。 “埃尼阿克”的成功，是计算机发展史上的一座纪念碑，是人类在发展计算技术的过程中达到的一个新起点。“埃尼阿克”计算机的最初设计方案，是由美国工程师莫克利于1942年提出的，当时他36岁。该计算机的主要任务是分析炮弹轨道。美国军械部拨款支持研制工作，并建立了一个专门研究小组，由莫奇利负责。总工程师由年仅24岁的埃克特担任，组员格尔斯是位数学家，另外还有逻辑学家勃克斯。 “埃尼阿克”共使用了1.8万个电子管， 另加1500个继电器以及其它器件，其总体积 约90立方米，重达30吨，占地170平方米，需要用一间30多米长的大房间才能存放，是个地地道道的庞然大物。这台耗电量为150千瓦的计算机，运算速度为每秒5000次加法，或者500次乘法，比机械式的继电器计算机快1000倍。当“埃尼阿克”公开展出时，一条炮弹的轨道用20秒种就能算出来，比炮弹自身的飞行速度还快。“埃尼阿克”的存储器是电子装置，而不是靠转动的 “鼓”。它能够在一天内完成几千万次乘法，大约相当于一个人用台式计算机操作40年的工作量。它是按照十进制，而不是按照二进制来操作。但其中也有少量以二进制方式工作的电子管，因此机器在工作中不得不把十进制转换为二进制，而在数据输入、输出时再变回十进制。

“埃尼阿克”最初虽然是为了进行弹道 计算而设计的专用计算机。但后来通过改变 插人控制板里的接线方式来解决各种不同的问题，而成为一台通用机。它的一种改型机曾用于氢弹的研制。英国无线电工程师协会的蒙巴顿将军把“埃尼阿克”的出现誉为 “电脑”的名称 “诞生了一个电子的大脑”，由此流传开来。

自“埃尼阿克”诞生之初，在对社会服务方面就显示了十分强大的实力。首先是美 国国家度量衡及保险咨询局的合同保证它能正常运行，随后它的计算能力又被鼎鼎大名的兰德公司用来作调查数据的统计和分析。使“埃尼阿克”一举成名的表现是预测1952年美国总统选举结果。当时，“埃尼阿克” 被哥伦比亚广播公司租用，仅用已知结果的5~7%的选票计算出艾森豪威尔将赢得438张选举人票并在选举中获胜。不幸的是这一结果被“评论专家”们一致拒绝，工程师们被强迫调整程序以与“专家”保持一致；但是，事实终于无情地证明“埃尼阿克”是对的，艾森豪威尔赢得442张选举人票并当选总统。 那不到5%的误差只是选举的不确定性和计算方法的偏差，“埃尼阿克”是不会撒谎的。

但是“埃尼阿克”也存在着一系列严重缺点。它采用外插型程序，每当进行一项新 的计算时，都要重新连接线路。有时几分钟或几十分钟的计算，要花几小时或1~2天的时间进行线路连接准备，这是一个致命的弱点。它的另一个弱点是存储量太小，最多只能存20个10位的十进制数。后来这个问题被匈牙利出生的美国著名数学家冯·诺伊曼所解决。

计算机的发展

第一台计算机发明以后，电子计算机的 发展可谓是突飞猛进，一步一个台阶，令人 们简直目不暇接。从时间上看，计算机的发展大概经过了四个阶段:

第一代计算机(1951~1958年)：硬件上以电子管(1906年发明)为逻辑元件。第一 代计算机的系统软件还很少，不得不用机器 语言或汇编语言编写程序。而不同计算机的这些语言又有较大差别。此外，通常只允许一名专业人员操作机器，CPU的利用率还很低。

第二代计算机(1959~1964年)：硬件上以晶体管(1948年发明)取代了电子管，机器体积减小而可靠性提高。磁盘开始使用。 软件开始使用操作系统和高级语言。因此非专业人员开始使用计算机，除数据处理外也用于过程控制。

第三代计算机(1965~1970年):硬件上 用中小规模集成电路取代了品体管，使计算 机体积进一步缩小而可靠性更高。操作系统 更加完善，高级语言更加实用。数据通信把 用户远程终端与远程计算机联系起来，出现了大范围网络。

第四代计算机(1971年至今)：进人了大 规模集成电路的微处理器时代。微型计算机 大量涌现。中大型机也从CPU为中心发展为以存贮器为中心的系统结构，并开发了多处理机系统。软件技术扮演越来越重要的角色，软件工程进人实用化。数据库技术和网络技术都取得很大的发展。

目前计算机正在向第五代智能化迈进。 今天，每秒运算速度达到上万亿次的巨型计算机已经投人运转。便携式微型计算机的体积、重量只有“埃尼阿克”的万分之一，运算速度却是“埃尼阿克”的上千倍。计算机不仅在工业、农业、商业、医学、军事、科研等领域发挥着巨大的作用，并通过正在实现的网络化，深人到了人们的家庭日常生活。

即使在现在看来，计算机的进步也还没 有停止，它将发展到什么地步，还没有人能够准确地预言。我们只有拭目以待，享受计算机发明进步给我们的世界带来的变化。

影响

电子计算机的发明应用，不仅丰富了系 统论、控制论、信息论，而且使人的认识由 分散到系统，由局部到整体，由微观到宏观大大升华，不仅提高了人类认识自然、改造自然、控制自然的水平，而且大大解放了人类自身，实现了从体力解放到脑力解放的大跨越。使原有的产业得到自动化、智能化的武装，使整个世界的工业化、现代化发展到一个新的历史阶段，即第三次工业革命的阶段。第三次工业革命有了许多新的重要内容和特点，其中最为突出的就是以电子计算机和现代通信技术为核心的信息产业的崛起。

人类的进步经过了漫长的过程。在人类 的科技发展史上，人们从使用最简单的工具，如石头、木棍，到使用比较复杂的工具，如早期的一些机械装置，然后发展到使用很复杂的高级工具，如以各种能源为动力驱动的机械。但是到了20世纪，人类的进步好像突然偏离了惯性轨道，智能化工具出现了。电子计算机是人类创造的第一种具有魔力的东西，它像神话中魔法师手里的魔棒，指点之处，荒漠变成绿洲，空地开满鲜花。新的世界出现了，过去闻所未闻的新东西不断地冒出来。而人们就把这些叫做信息时代。