Science 版 (精华区)

发信人: crazy (雪山), 信区: Science
标  题: 电子计算机(2)
发信站: 紫 丁 香 (Mon Mar 27 03:15:12 2000), 转信


埃尼阿克”的诞生
    1946年 2月15日是计算机发展史上值得纪念的一个日子。这一天美国宾夕法尼亚
大学的莫尔学院喜气洋洋。许多人心情激动地来到莫尔学院，参加一个可载入史册的
典礼，即人类历史上第一台现代电子计算机的揭幕典礼。
    这台机器名为“电子数值积分和计算机”(简称埃尼阿克)。它看上去完全是一个
庞然大物，占地面积达170平方米，重量达30吨，耗电量也很惊人，功率为150千瓦，
共使用了近两万个电子管，在工作时这些管子看上去活像两万只点着的灯泡。
    埃尼阿克主要用来进行弹道计算的数值分析，用10进制进行计算。它在 1秒内能
进行数百次的加法运算，这在当时已是划时代的高速计算机了。用它计算炮弹着弹位
置所需要的时间，比炮弹离开炮口到达目标所需要的时间还要短。一度被誉为“比炮
弹还要快的计算机”。经过多次改进，后来的埃尼阿克成为一台能进行各种科学计算
的通用计算机。它的最大特点是采用了电子线路来执行算术运算、逻辑运算和储存信
息。同以往的计算机相比，它的速度极快，比两年前艾肯研制的机电式自动控制计算
机要快1千倍。这使得它能胜任相当广泛的现代科学计算。
    埃尼阿克是人类计算工具发展史上一座不朽的丰碑。它是世界上第一台真正能运
转的大型电子计算机。正是它同几年后制成的冯·诺伊曼机一起，奠定了现代计算机
原型。埃尼阿克连同它的设计者的名字已被永久地载入了史册。
    同以往的许多重大发明一样，现代电子计算机的诞生也是同军事上的迫切需要紧
密相联的。还是二次大战期间，莫尔学院电工系同阿伯丁弹道研究室共同负责为陆军
每天提供 6张火力表。这项任务十分紧迫而艰巨。每张表都要计算几百条弹道，而一
个熟练的计算员用台式计算机计算一条飞行时间为60秒的弹道要花20小时，用大型的
微分分析仪也要用15分钟。从战争一开始，阿伯丁实验室就不断从技术上改进布什的
微分分析仪，同时聘用了 200多名计算员。即便如此，也要花上两三个月才能算完一
张火力表，这怎能满足军事上的需要呢?
    就在这段令人忧心如焚的日子里，在莫尔学院电工系任职的莫克利博士写了一篇
题为《高速电子管计算装置的使用》的备忘录。也许莫克利本人都没有料到这份备忘
录会产生重大的影响——它是第一台电子计算机埃尼阿克(ENIAC)的初始方案。不过，
莫克利一定多次向戈尔斯坦讲述过他关于电子计算机的设想。戈尔斯坦是莫克利的好
朋友，他也是负责阿伯丁实验室同莫尔电工系小组间联系的军方代表。思想敏锐的戈
尔斯坦立刻想到这一设想也许有助于解决制造火力表的问题。于是他向上司汇报了这
一情况。正为造火力表问题搞得一筹莫展的美国陆军军械部得知这一消息，立即要求
莫尔学院拟定一份为阿伯丁弹道实验室制造一台电子数字计算机的发展计划。勃雷纳
德教授的计划表明，制造一台电子计算机需要采用大约1.8万只电子管，7万只电阻，
1 万只电容，预算经费为15万美元。使用如此大量的部件，花费如此庞大的经费制造
一台从未有过的机器，无疑要冒很大的风险。正如教授本人所写的：“这是一个发展
计划，并且不能担保会达到预定的效果。然而，这是一个合适的时机。”
    1943年4月9日，在莫克利及莫尔学院的研究生埃克特的陪同下，勃雷纳德驱车前
往阿伯丁。在阿伯丁的一间会议室里，他们见到了弹道实验室的负责人西蒙上校和他
们的主要科学顾问、著名数学家维伯伦博士。听取了戈尔斯坦的简要说明以后，只见
维伯伦支起座椅后腿沉思片刻，然后“砰”地一声放下椅子，站起来说：“西蒙，给
戈尔斯坦这笔经费。”随后，径直走出了办公室。这在这次富有戏剧性的会见中，一
件足以影响后世的大事就这样决定了。经过紧张的协商，6月5日，莫尔学院和美国陆
军军械部正式签定了合同。从此，制造第一台电子计算机的工作正式开始了。
    美国陆军军械部的这一决定无疑是历史性的。当时工程和应用数学界的许多专家
都怀疑电子计算机的研制。从美国国防研究委员会保存的档案中可以看出，有人认为
“电子设备在能够有把握地应用于计算目的之前，还需要大大改进其可靠性”。也有
人认为“没有理由设想继电器装置RDAFB的范围不如ENIAC宽广”。在这种情况下，美
国军方仍然决定投入巨大的资金支持计算机的研制。这固然与维伯伦博士的远见卓识
和当机立断有关，其根本原因还在于人们看到了电子计算机在满足军事需要上拥有巨
大的潜力。那些影响人类生活的重大设想只有在同军事上的应用联系在一起时，才可
能以最快的速度变成现实并得到进一步完善，这或许是人类难以解开的一个困惑吧?
    有了大批经费，承担 ENIAC的研制任务的莫尔小组紧张地工作起来。这个小组是
由一群充满生气的年轻人组成的朝气蓬勃的团体。提出电子计算机的总设想的莫克利
不过30多岁。总工程师埃克特当时只有24岁，数学家兼组织者戈尔斯坦及逻辑学家勃
克斯也都十分年轻。在一股神圣的使命感和创造热情支配下，他们从不墨守成规，而
是敢想敢干，又互相配合。正是在这些有才有识、刻苦勤奋的年轻科技工作者的共同
努力下，两年以后，即1945年，第一台电子计算机宣告竣工了。这是有史以来人类创
造的一个最伟大的奇迹。在从蒙昧时代到文明社会的艰难进行过程中，人类发明了轮
子、杠杆、热机、机床、电话、电视等。这些人类智慧的果实已经延长了人类的感官
的功能，从而促进人类社会不断发展。而电子计算机的发明更是史无前例，对人类生
活的影响将是不可估量的，因为它延长了人类最神秘也最宝贵的部分——脑的功能。
    埃尼阿克的问世也充分表明，一项重大发明只有为社会发展所迫切需要，才能脱
颖而出。反之，如果社会没有这方面的需求，多么美妙的设想也逃脱不掉为历史所淘
汰的命运。电子计算机制造技术在本世纪30年代已经成熟，而在40年代才开花结果，
也许正是这个原因。在冷酷无情的历史面前，个人的力量太渺小了。是莫克利而非阿
塔纳索夫发明了电子计算机，这不是个人的力量所能决定的，这是历史的选择。
    现代计算机发展史上的两位奇才
    虽然埃尼阿克的运算速度已经相当快了，但是，它仍然没有最大限度地发挥采用
电子技术所提供的巨大潜力。初生的电子计算机存在着明显的缺陷：①它的存储容量
太小。②它的程序是用线路连接的方式实现的，不便于使用。为了进行几分钟或几小
时的数字计算，要花费几小时甚至1～2天的时间做准备。而且，由于它耗电量大，工
作起来常常会因烧坏电子管而被迫停机检修。还在1944年，即 ENIAC尚未峻工时，人
们已经意识到了这些问题。美国军方要求莫尔学院在建造 ENIAC的同时，立即设计效
率更高的计算机。就在这一关键时刻，计算机发展史上又一重要人物——冯·诺伊曼
教授登场了。
    1903年，冯·诺伊曼出生于匈牙利的布达佩斯。他从小就显示出多方面的天才。
不到18岁，就和辅导老师合写了一篇数学论文。他精通 7门语言，为其从事科学研究
奠定了深厚的基础。几乎在获得布达佩斯大学数学博士学位的同时，兴趣广泛的冯·
诺伊曼又通过了苏黎世高等技术学院化学方面的学士学位考试。博学多才的冯·诺伊
曼在理论科学和技术科学方面都有较高的造诣。他的早期工作主要涉及纯数学领域。
但他并不仅仅关心纯数学的进展。他坚信在现代文明中对基础学科的评价会降低，技
术永不停息的发展对人类社会的推动作用会大大加强。因此，他特别关注物理科学和
技术科学的状况，努力发掘使用现代数学方法的潜在威力。
    1944年的夏天，一个偶然的机会，冯·诺伊曼得知莫尔小组正在研制电子计算机。
当时，他正参加第一颗原子弹的研制工作，面对着原子核裂变反应过程中的大量计算
困难。这些问题涉及数十亿初等算术运算和初等逻辑指令。它们虽不需要非常精确的
最终数据，但所有中间的和细节的运算都必须相当精确。为此，曾有成百名女计算员
一天到晚用台式计算机演算，结果还是不能令人满意。作为弹道研究所和洛斯·阿拉
莫斯科学研究所的顾问，冯·诺伊曼一直在寻找解决计算问题的新方法。因此，当听
到制造电子计算机的消息后，他大为惊喜，随即专程到莫尔学院参观了还未竣工的EN
IAC 。科学家的洞察力以及深厚的科学素养，使他立刻觉察到了电子计算机应用的广
阔前景。这位饮誉世界的著名数学家毫不犹豫地投入到成败未卜的新型计算机的设计
工作中，并迅速成为这一领域的带头人。
    正是在冯·诺伊曼的带领下，从1944年8月到1945年6月短短10个月的时间内，计
算机的设计工作获得了巨大的进展。人们定期在莫尔学院举行学术会议，提出各种报
告。许多富有创见的思想接二连三地涌现出来。经过严肃的争论和激烈的交锋，形成
全新的科学思想。前所未有的存储程序通用电子计算机方案——EDVAC 方案就这样问
世了。这份浸透了科学家们的智慧和心血的报告草案共 101页。它明确规定新型计算
机有5个组成部分：①计算器CA；②逻辑控制装置CC；③存储器M；④输入I；⑤输出O；
并详细描述了这 5个部分的职能和相互关系。同ENIAC相比，EDVAC方案有两个重大改
进：①为充分发挥电子元件的高速度而采用了二进制；②提出了“存储程序”，可以
自动地从一个程序指令进到下一个程序指令，其作业顺序可以通过一种称为条件转移
的指令而自动完成。
    长达101页的EDVAC方案是计算机发展史上的一个划时代的文献。在这个方案中首
次提出了存储程序的概念，解决了第一台电子计算机 ENIAC的重大缺陷。也正是在这
一方案中，提出了现代计算机发展的基本体系结构，从而奠定了现代计算机的发展基
础。由于冯·诺伊曼的巨大的声望和荣誉，他的参与使得计算机的研制工作受到社会
上的广泛重视，从而为计算机的迅猛发展开辟了道路。
    存储程序的概念是计算机发展史上的又一座丰碑。长期以来，人们一直认为这一
重要概念是冯·诺伊曼和 ENIAC小组最先提出来的。然而，冯·诺伊曼从来没有说过
存储程序型计算机的概念是他最先提出的。相反，他不止一次地指出，图灵是现代计
算机设计思想的提出者。那么，图灵是怎样一个人呢?
    图灵是英国著名的数学家和科学家。他的深刻的思维能力和非凡的创造力使人们
不能不承认他是一个天才。在他短暂的42年的人生旅途中，他获得了来自各个方面的
崇高荣誉和极大声望。人们确信如果不是正当壮年却意外死亡，他一定会为科学史的
长卷写出更美的篇章。
    图灵生于1912年。1931年进入剑桥大学学数学，毕业后留校任教。1936年，年仅
24岁的图灵便提出了理想计算机——图灵机的理论。图灵机由三部分组成，包括一条
带子、一个读写头和一个控制装置。他证明存在一种图灵机，它能模拟任何给定的图
灵机，这就是通用图灵机。通用图灵机把程序和数据都以数码的形式存贮在纸带上，
是“存储程序”型的，这种程序能把高级语言写的程序译成机器语言写的程序。通用
图灵机实际上是现代通用数字计算机的数学模型。这个理论是在第一台电子计算机问
世的10年前提出的，这就不能不让人感叹图灵思想的深刻与超前。
    特别值得指出的是，图灵提出理想计算机的理论，其目的并不是为了研制某种具
体的计算机，而是为了解决线性数学的一个基础理论问题。也就是说，图灵关于计算
机的种种设想都是在抽象的纯粹的理论思维领域进行的。他涉及的是现代计算机工作
的基本理论问题，而不仅是实际制造和操作。正是因为图灵研究的是计算机技术的深
层理论问题，他才比其同代人更早地发现计算机理论研究的新情况、新问题。
    图灵在1950年发表的《计算机能思考吗？》一文又在西方世界引起了巨大反响，
并掀起了关于机器能否思维这样一场激烈争论。就在这篇论文中，图灵设计了一个闻
名于世的“图灵测验”，即一个人在不接触对象的情况下，同对象进行一系列的问答。
如果他根据这些回答无法判断对象是人还是机器，那么就可以认为这个计算机具有与
人相当的智力。目前，还没有一台计算机能通过图灵测验。但是，图灵认为在理论上
有可能存在这样的机器，它们能做某些非常接近于思维的事情。图灵预言本世纪末将
会制造出与人脑的活动方式极为相似的机器。作为计算机理论的先驱，图灵的思想已
远远走在了时代的面前。
    然而，图灵本人也并没有远离计算机的研制工作。在第二次世界大战中，图灵曾
在英国外交部所属的一个绝密机构服役。这个机构的主要任务是破译德军的密码。现
在发现的资料表明，在1943年这个机构曾制造出一台有1500个电子管的破译密码的专
用电子计算机。这台机器采用了图灵机的某些概念，破译了德国的很多密码，在战争
中发挥了重大作用。从英国政府70年代透露出来的一些文件来看，很可能世界上第一
台电子计算机不是 ENIAC，而是与图灵有关的。只是这种计算机的许多资料至今仍然
是保密的，因此，就给人们留下了一个未解的谜。
    图灵退役以后，来到英国国家物理研究所工作。在那里，他积极参与了自动计算
机ACE的研制工作。1945年，图灵提供一份长达50页打字纸的ACE设计说明书。在这份
报告中提出了仿真系统的思想。而带有仿真系统的计算机直至70年代才被制造出来。
两年以后，在一份关于人工智能的内部报告中，图灵又提出了不少令人感兴趣的概念。
其中，关于自动程序设计的思想是20年后发展起来的人工智能研究的重要课题。一般
认为，现代计算机的基本概念源于图灵。也正是为了纪念图灵对计算机理论与研究的
卓越贡献，美国计算机学会设立的一年一度的计算机大奖，才以图灵的名字来命名。
    
--
                      ===============CRAZY================
                      =                                  =
                      =   e_mail:hitclub@0451.com        =               
                      =                                  =
                      =        文武之道 一张一弛         =                          
                      ====================================

※ 来源:．紫 丁 香 bbs.hit.edu.cn．[FROM: 202.118.243.5]