虚拟博物馆 “近代史”部分
第 16~17 展 厅
| 16.电脑创世记
举世公认的第一台电子计算机ENIAC, 诞生在战火纷飞的二次世界大战,它的“出生地”是美国马里兰州阿贝丁陆军试炮场。 鲜为人知的是,阿贝丁试炮场研制电子计算机的最初设想,出自于“控制论之父”维 纳(L.Wiener)教授的一封信。早在一次世界大战期间,维纳就曾来过阿贝丁试炮场。当时弹道实验室负责人、著名数学家韦伯伦(O.Veblen)请他为高射炮编制射程表。在这里, 他不仅萌生了控制论的思想,而且第一次看到了高速计算机的必要性。 多年来,维纳与模拟计算机发明人布什一直在麻省理工学院共事,结下深厚的友谊。 1940年,在给布什的信中,维纳写道,现代计算机应该是数字式,由电子元件构成,采用二进制,并在内部储存数据。维纳提出的这些原则,为电子计算机指引了正确的方向。 1943年,二次世界大战关键时期,战争需要像一只有力的巨手,给电脑的诞生铺平了道路。由于阿贝丁试炮场再次承担美国陆军新式火炮的试验任务,陆军军械部派青年军官戈德斯坦(H. Glodstine)中尉,从宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院召集来一批研究人员,帮助计算弹道表。 戈德斯坦本人就是数学家, 战前在密歇根大学任数学助理教授。他从陆军抽调了100 多名姑娘作辅助性人工计算,不仅效率低还经常出错。莫尔学院的两位青年学者——36岁 副教授莫契利(J. Mauchiy)和24岁的工程师埃克特(P.Eckert),向戈德斯坦提交了一 份研制电子计算机的设计方案——“高速电子管计算装置的使用”,他们建议用电子管为 主要元件,制造一台前所未有的计算机,把弹道计算的效率提高成百上千倍。 4月9日,陆军军械部召集会议审议这份报告。会议即将结束时,身为军械部科学顾问 的韦伯伦教授一言九鼎,他猛然站起身,“砰”地一声推开身后的椅子,对阿贝丁试炮场 负责人大声说:“西蒙,给戈德斯坦这笔经费!”说完这句话,立即转身向大门外走去, 戏剧性地决定了第一台电子计算机的命运。 军方与莫尔学院签订的协议是提供14万美元的研制经费,但后来合同被修订了12次, 经费一直追加到了48万,大约相当于现在1000多万美元。 电子计算机研制项目由莫尔学院 资深教授勃雷纳德(J.Brainerd)总负责,他曾经讲:“这是一项不能确保一定会达到预 期效果的开发方案,然而,现在正是一个合适的时机。”
然而, 为支援战争赶制的机器没能在战争期间完成,直到1946年2月14日,恰逢当年“情人节”,世界上第一台电子计算机才研制成功。 这台机器的名字叫“ENIAC”(埃历阿克),即“电子数值 积分和计算机” 的英文缩写。它采用穿孔卡输入输出数据,每分钟可以输入125张卡片, 输出100张卡片。 在ENIAC内部,总共安装了17468只电子管,7200个二极管,70000多电阻器,10000多 只电容器和6000只继电器,电路的焊接点多达50万个;在机器表面,则布满电表、电线和 指示灯。 机器被安装在一排2.75米高的金属柜里,占地面积为170平方米左右,总重量达 到30吨。这台机器还不够完善,比如,它的耗电量超过174千瓦;电子管平均每隔7分钟就 要被烧坏一只,埃克特必须不停更换。 尽管如此, ENIAC的运算速度达到每秒钟5000次加法,可以在3/1000秒时间内做完两个10位数乘法, 其运算速度超出Mark Ⅰ至少1000倍。一条炮弹的轨迹,20秒钟就能被它算完,比炮弹本身的飞行速度还要快。 ENIAC标志着电子计算机的创世,人类社会从此大步迈进了电脑时代的门槛。
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| 17、电子计算机之父
“电子计算机之父”的桂冠,被戴在数学家 冯·诺依曼(J.Von Neumann)头上, 而不是ENIAC的两位实际研究者,这是因为冯·诺依曼提出了现代电脑的体系结构。 1944年夏,戈德斯坦在阿贝丁车站等候去费城的火车,偶然邂逅闻名世界的大数学家冯·诺依曼教授。戈德斯坦抓住机会向数学大师讨教,冯·诺依曼和蔼可亲,耐心地回答 戈德斯坦的提问。听着听着,他敏锐地从这些数学问题里,察觉到不寻常事情。他反过来 向戈德斯坦发问,直问得年轻人“好像又经历了一次博士论文答辩”。最后,戈德斯坦毫 不隐瞒地告诉他莫尔学院的电子计算机项目。 从1940年起,冯·诺依曼就是阿贝丁试炮场的顾问,计算问题也曾使数学大师焦虑万分。他向戈德斯坦表示,希望亲自到莫尔学院看看那台正在研制之中的机器。从此,冯· 诺依曼成为了莫尔小组的实际顾问,与小组成员频繁地交换意见。年轻人机敏地提出各种设想,冯·诺依曼则运用他渊博的学识,把讨论引向深入,并逐步形成电子计算机的系统 设计思想。 在ENIAC尚未投入运行前, 冯·诺依曼就看出这台机器致命的缺陷,主要弊端是程序 与计算两分离。程序指令存放在机器的外部电路里,需要计算某个题目,必须首先用人工 接通数百条线路,需要几十人干好几天之后,才可进行几分钟运算。 冯·诺依曼决定起草一份新的设计报告,对电子计算机进行脱胎换骨的改造。他把新 机器的方案命名为“离散变量自动电子计算机”,英文缩写是“EDVAC”。 1945年6月,冯 ·诺依曼与戈德斯坦、勃克斯等人,联名发表了一篇长达101页纸的报告,即计算机史上著名的“101页报告”,直到今天,仍然被认为是现代电脑科学发展里程碑式的文献。报告明确规定出计算机的五大部件,并用二进制替代十进制运算。EDVAC方案的革命意义在 于“存储程序”,以便电脑自动依次执行指令。人们后来把这种“存储程序”体系结构的 机器统称为“诺依曼机”。由于种种原因,莫尔小组发生令人痛惜的分裂,EDVAC机器无法被立即研制。1946年6月, 冯·诺依曼和戈德斯坦、 勃克斯回到普林斯顿大学高级研究院,先期完成了另一台 ISA电子计算机(ISA是高级研究院的英文缩写),普林斯顿大学也成为电子计算机的研究中心。 直到1951年,在极端保密情况下,冯·诺依曼主持的EDVAC计算机才宣告完成,它不仅可应用于科学计算,而且可用于信息检索等领域,主要缘于“存储程序”的威力。 EDVAC只用了3563只电子管和1万只晶体二极管,以1024个44比特水银延迟线来储存程序和 数据,消耗电力和占地面积只有ENIAC的1/3。 最早问世的内储程序式计算机既不是ISA,也不是EDVAC,英国剑桥大学威尔克斯(M.Wilkes)教授,抢在冯·诺依曼之前捷足先登。 威尔克斯1946年曾到宾夕法尼亚大学参加冯·诺依曼主持的培训班,完全接受了冯· 诺依曼内储程序的设计思想。回国后,他立即抓紧时间,主持新型电脑的研制,并于1949 年5月,制成了一台由3000只电子管为主要元件的计算机,命名为“EDSAC”(电子储存程序计算机)。威尔克斯后来还摘取了1967年度计算机世界最高奖——“图林奖”。 在冯·诺依曼研制ISA电脑的期间,美国涌现了一批按照普林斯顿大学提供的ISA照片 结构复制的计算机。 如:洛斯阿拉莫斯国家实验室研制的MANIAC,伊利诺斯大学制造的 ILLAC。雷明顿·兰德公司科学家沃尔(W. Ware)甚至不顾冯·诺依曼的反对,把他研制 的机器命名为JOHNIAC(“约翰尼克” ,“约翰”即冯·诺依曼的名字)。冯·诺依曼的大名已经成为现代电脑的代名词,1994年,沃尔被授予计算机科学先驱奖,而冯·诺依曼 本人则被追授予美国国家基础科学奖。 |
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☆ 冯·诺依曼小传 ☆ 冯·诺依曼是本世纪最伟大的科学家之一。 他1913年出生于匈牙利首都布 达佩斯,6岁能心算8位数除法,8岁学会微积分,12岁读懂了函数论。通过刻苦 学习, 在17岁那年,他发表了第一篇数学论文,不久后掌握七种语言,又在最 新数学分支——集合论、泛函分析等理论研究中取得突破性进展。22岁,他在 瑞士苏黎士联邦工业大学化学专业毕业。 一年之后,摘取布达佩斯大学的数学博士学位。 转而攻向物理,为量子力学研究数学模型,又使他在理论物理学领域占据了突出的地位。 1928年, 美国数学泰斗韦伯伦教授聘请这位26岁的柏林大学讲师到美国任教, 冯·诺依曼从此到美国定居。1933年,他与爱因斯坦一起被聘为普林斯顿 大学高等研究院的第一批终身教授。 虽然电脑界普遍认为冯·诺依曼是“电子计算机之父”,数学史界却坚持说, 冯·诺依曼是本世纪最伟大的数学家之一,他在遍历理论、拓扑群理论等 方面作出了开创性的工作, 算子代数甚至被命名为“冯·诺依曼代数”。物理学界表示,冯·诺依曼在30年代撰写的《量子力学的数学基础》已经被证明对 原子物理学的发展有极其重要的价值,而经济学界则反复强调,冯·诺依曼建立的经济增长横型体系, 特别是40年代出版的著作《博弈论和经济行为》,使 他在经济学和决策科学领域竖起了一块丰碑。 1957年2月8日, 冯·诺依曼因患骨癌逝世于里德医院,年仅54岁。他对电脑科学作出的巨大贡献,永远也不会泯灭其光辉! |
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