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发信人: crazy (雪山), 信区: Science
标  题: 电子计算机(1)
发信站: 紫 丁 香 (Mon Mar 27 03:14:44 2000), 转信


    先驱者的足迹
    电子计算机是现代科技创造的一项奇迹。然而，它更是几千年人类文明发展的产
物。追根溯源，电子计算机是由原始的计算工具发展而来的。自从人类社会形成以来，
人们在劳动生产和社会生活中，产生了计算的需要。远古时代穴居的先民们需要计算
的大概只是牲畜的头数和群体的人数，对于这类简单的计数，人们自然地想到了用手
指来计数。经过漫长的开发与劳作，人们积蓄的财物越来越多，人类本身也不断地繁
衍起来，需要计算的数目也越来越大。于是，一个也许是一些聪明而机灵的先人发明
了用成堆的木杆或石头记数的方法。这对刚刚从混沌状态走出来的先民来说，是一个
了不起的发明。然而，在日益聪明起来的后人看来，这种计数法仍然是非常原始的。
    计算工具发展史上第一次重大的改革，是珠算盘的发明。珠算盘结构简单，体积
很小，由于彻底采用了十进制，在基本的数字运算方面有着神奇的功用。时至今日，
轻巧灵活、携带方便的珠算盘，在我国以及一些亚洲国家人民的日常生活中仍然是不
可缺少的。但是，由于珠算盘必须通过手工操作进行计算，它的计算速度受到限制；
加上它只适合于进行基本的数字运算，它的计算功能也是有限的。
    随着人类社会生产的不断发展和社会生活的日益丰富，在人们的实践活动中所产
生的信息量与日俱增，信息表达形式日趋多样化与复杂化。为了更加迅速、准确、有
效地处理大量的信息，使人类从繁重和繁琐的计算工作中解放出来，数百年来，人们
一直梦寐以求发明出一种机器、一种能自动进行计算、存贮和进行数据处理的机器。
为了实现这一美好的愿望，许许多多的先驱者义无反顾地踏上了发明机械计算工具的
艰难征途，在计算工具发展史上留下了他们深深的足迹。
    一个年轻的法国人率先迈出了改革计算工具的重要一步。他就是后来成为著名的
数学家的巴斯卡。1642年，19岁的巴斯卡成功地制造了一台能做加法和减法的计算器。
这是计算工具发展史上的一个辉煌的成就。虽然巴斯卡的加法器并不比现代塑料“加
法机”先进多少，但是巴斯卡的工作是开创性的。就在制造这台加法器的过程中，他
提出了一个极为有意义的设想，即利用纯粹机械的装置来代替人们的思考和记忆。这
是人类发明机械计算工具的第一次尝试。正是在巴斯卡思想的启发下，著名的数学家
莱布尼茨又制成了一台更为先进的计算机。这台机器能在瞬间完成很大数字的乘除运
算而不必连续加减。这是当时最先进的一台机器了，遗憾的是它仍然不能满足人们多
方面的需要。
    直到十九世纪中叶以后，计算器同纺织技术的重大革新——程序自动控制思想结
合起来，一些功能较全面的计算机器才纷纷登上了历史舞台。奇异的天才、英国数学
家巴贝奇于1822年设计完成的“差分机”就是其中一个佼佼者。这是一种顺应计算机
自动化、半自动化程序控制潮流的通用数字计算机。获得这次成功以后，巴贝奇又设
计了更为理想的计算机——分析机。就在关于分析机的设计过程中，巴贝奇显示了惊
人的才智。他几乎设想出了现代数字计算机的所有重要特点：即运算单元、存储单元、
输入和输出电路。他甚至还提出了最有创造性的概念，即自动制定指令序列的概念，
计算机借此可以从上一步自动运行到下一步。这一系列的设想都是在现代电子计算机
诞生百余年前做出的，如果看到了这一点，人们便不能不赞叹人类智慧。可惜的是，
由于十九世纪初期金属加工业的水平还很低，不能制造出巴贝奇零件图中巧妙绘制的
精密齿轮和联动装置，加之当时社会对这类机器尚无迫切的需要，因此，巴贝奇的天
才的思想没有为同时代人所理解，他的研究工作也得不到政府的财政资助。尽管他是
那样地富有创造性，尽管他投入了全部的个人财富全身心地从事新型计算机的制造，
巴贝奇还是不能跨越工业发展尚未到来的那个世纪。他的设计思想在十九世纪末叶逐
渐失去了活力。一个划时代的科学思想的光芒就这样渐渐暗淡了，难道是历史老人搞
错了什么?
    在巴贝奇制造分析机的尝试失败以后，一些矢志不移的物理学家开始了新的探索
——进行模拟机的研制。1900年，采集海绵的潜水员在希腊安蒂基西拉岛外的地中海
海底发现了一个青铜盒子。盒子外面有指针和刻度以及用希腊文刻的使用说明，里面
则有排列复杂的精密青铜齿轮。这个机器制于公元前 1世纪，它显然是一个模拟计算
机。它能够通过齿轮的运动来模拟太阳、行星和恒星的运动。这个古老的模拟机的发
现是模拟机研制史上的一个里程碑。它坚定了人们的下列信念：即一切模拟机都是模
拟自然的，并且比起所模拟的那部分自然界，它能以较快的速度操作，所以它能预示
未来。正是在这个信念支配下，科学家们在1910年研制成功一台名为“大黄铜脑”的
模拟机。在长达半个世纪的时间里，美国海岸和大地勘测局一直使用这个“大黄铜脑”
来预报潮汐。
    重要的早期模拟装置还有积分仪和微分仪。1930年，美国工程师布什制造了一台
微分分析仪，它就是现代模拟计算机的前身。虽然在原则上，对于任何一种自然现象
和数字计算都可以设计出相应的模拟装置，但是在实际研制过程中人们却可能遇到许
多严重困难，而且模拟装置本身在通用性、精确度以及运算速度等方面也有很大局限。
因此，此后不久，人们设计制造模拟计算机的兴趣渐渐冷却了。
    在计算工具的发展史上，除了大量的数学家和物理学家投入工作以外，许许多多
的统计人员也加入了研制计算机的行列。19世纪末期，伴随人口普查的需要，使得统
计分析机应运而生。这台计算机的制造者是出身德国侨民家庭的豪列利特。从哥伦比
亚大学附属专科学校毕业后，他来到美国人口调查局工作。当时，美国每10年进行一
次人口调查。随着人口的繁衍和移民的增加，统计工作变得越来越困难。人口统计机
关迫切需要能加快统计速度的技术发明。为适应社会的迫切需要，聪明的豪列利特经
过反复的研究，把当时相当成熟的穿孔卡和弱电流技术巧妙地结合起来，制成了一台
制表机。由于全部采用了豪列利特系统，1890年的美国人口普查的统计制表工作，在
所有资料汇总到华盛顿前的短短一个月内，就准确地完成了。这一结果令美国人大吃
一惊，豪列利特获得了巨大成功。统计分析机适用于进行数量庞大而又要多次使用的
数据统计工作。在西欧许多国家乃至加拿大、俄国都相继广泛使用了这种机器。但是
这类机器结构庞大，操作速度无法进一步提高。因此，当电子器械发明以后，它们便
逐渐退出历史舞台了。
    总的来说，随着社会生活内容的日益丰富，随着人们生活水平的不断提高，人们
所面临的计算工作也越来越复杂。为了把人们从大量繁重的计算工作中解放出来，使
人们有更多的闲暇品味生活的甘美，有更充沛的精力创造美好的新生活，人们一直期
待着能代替人类计算的自动机器的发明。从远古一直到20世纪前半叶，无数现代计算
机的先驱者在各自熟悉的领域里，孜孜不倦地探索着。终于，在20世纪40年代，奇迹
出现了。一批杰出的科技工作者沿着先驱者的足迹，长驱直入计算机发展的新时代，
计算机革命的步伐加快了。
    从机电计算机到电子计算机
    自从人们把电器元件应用于计算机上的那一刻起，现代计算机的发展序幕已经拉
开了。第一个进行这种尝试的是德国工程师朱斯。朱斯是学土木工程的。奇怪的是他
却对研制计算机拥有近乎本能的兴趣。他不惜花费个人的财力进行工作。在最困难的
时候，他甚至毫不吝啬地拆下自己家用的器件做计算机的配件。就是凭着这么一种百
折不挠的毅力和对计算机制造业的无限迷恋，肯于钻研的朱斯终于设计出一台机电计
算机。这时是1938年，正值二战前夕，他的成功引起了政府的注意。于是，在政府的
资助下，朱斯于1941年又制造出来一台计算机2—3。这是世界上第一台真正的通用程
序控制的计算机。2—3全部采用继电器，同时采用浮点计数法、二进制运算、带数字
存储地址的指令形式等。这是当时最为先进的一台计算机。遗憾的是，由于当时正值
二次大战期间，朱斯的研制工作几乎不为德国以外的人知道。他对计算机技术的突击
贡献被埋没了。
    美国最早从事机电计算机研究的是哈佛大学的艾肯。人们一直认为艾肯制造的MA
RK—1 是世界上第一台通用程序控制计算机。由此可见，艾肯在计算机发展史上的地
位举足轻重。MARK—1部分采用了继电器，它主要用于科学计算。提到MARK—1不能不
提到 IBM公司，即鼎鼎大名的国际商业机器公司。当年艾肯提出他的计算机设计方案
时还只是美国哈佛大学物理系的一名研究生。富有远见的 IBM公司并没有因其年轻而
轻视他的成果，反而派出了 4名有经验的工程技术人员帮助他完成了这一有意义的设
想。同朱斯相比，艾肯实在是太幸运了。
    机电计算机的研究一度方兴未艾。然而不幸的是，它在计算机发展史上仅仅昙花
一现，它刚问世不久就过时了。因为它的运算速度很慢，而且也不能进一步提高。著
名的MARK—1乘两个23位数需要4秒钟，同运算速度极快的电子计算机相比，这个速度
实在太慢了。因此，机电计算机一诞生就注定要很快地被电子计算机所取代。这很残
酷，但却是事实。那么，是否机电计算机的制造毫无意义呢？绝对不是。它是计算机
发展史上极为重要的科学尝试，为早期电子计算机的设计制造积累了许多有益的经验，
为现代高速电子计算机的研制开辟了道路。正是机电计算机的制造者们以非凡的才智
和极大的毅力揭开了现代计算机发展史的新篇章。
    几乎是在制造机电计算机的同时，人们开始了制造电子计算机的努力。1906年，
贫困潦倒的青年发明家德福雷斯特发明了世界上第一只三极管。这支小管看着很不起
眼，人们一度称之为“没有价值的玻璃管”。可它的栅级控制电流开关的速度比继电
器快了 1万倍。这个速度太惊人了。如果把它用在计算机上，运算速度的提高不就轻
而易举了吗？正是由于看到了这一诱人的前景，在30年代后期，许多目光敏锐的学者
纷纷跻身于制造电子管计算机这一大有可为的领域。其中最著名的是美国衣阿华州工
学院的数学物理教授阿塔纳索夫。早在1937年，阿塔纳索夫就曾考虑将电子技术引入
计算机。他曾计划与同事贝利合作试制一台能求解包含30个未知数的线性代数方程组
的电子计算机。为此，他们制定了周密的计划和严谨的设想。不可思议的是他们只得
到了 600美元的经费，这笔开支只够制成计算机的一个部件。于是，他们的研究工作
刚刚起步就夭折了。与此同时，德国的许莱尔与朱斯合作，试图制造一台有1500个电
子管、每秒钟能运算 1万次的通用计算机。可是当时的德国政府根本不理解这项工作
的意义而拒绝资助。完美的计划又付之东流了。
    毫无疑问，在本世纪30年代，制造电子计算机的技术已经成熟。然而，却没有人
把它制造出来，其原因何在？从根本上说，电子计算机是一项巨大而又复杂的发明，
单纯依靠科学家个人的努力和有限的财力是无法完成这一浩大而艰巨的工作的。它需
要科学家们的通力合作、更需要巨大的投资。正是由于缺乏政府的资助和公众的理解，
制造电子计算机的美好设想才迟迟不能变成现实。可是，电子计算机的前景如此美妙，
电子技术已经成熟，终究会有一天，电子计算机——这一人类智慧的杰作会真切地展
现在世人的面前。

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