电子计算机的出现与发展（上）

俞望年

如今，计算机已经成为人类生产与生活中不可或缺的工具，在我们身边随处可见。随着计算机的普及，它的用途也变得越来越广泛。例如，我们可以利用计算机解决一些数学难题，可以利用计算机存储照片，可以通过计算机分析大气数据以获得准确且及时的天气情况，还可以通过计算机控制工厂里的机器帮助人们生产。你对计算机了解多少呢？计算机是怎么出现和发展的呢？下面，让我们一起走进计算机的世界。

电子计算机出现的背景

在第二次世界大战期间，飞机、大炮等武器被大量使用到战场上。人们要想利用这类武器准确击中军事目标，必须精确计算并绘制出射击图表。但是，射击图表中的每一个数据都需要大量运算才能得出。兵贵神速，为了更好、更快地计算，人们迫切需要一种新的计算机器。

这时，美国宾夕法尼亚大学的莫克利博士提出试制第一台电子计算机的设想。20世纪40年代中期，该大学成立了一个专门的研究小组，研制出一台用于炮弹弹道轨迹计算的电子数字积分式计算机（简称ENIAC）。

第一代电子计算机（电子管计算机）

第一代电子计算机时代是从1946年至1957年，这一时期的计算机采用电子管作为电子器件。ENIAC占地面积约170平方米，总重量约30吨，使用了17468只电子管、1500个继电器、70000只电阻器、10000个电容等，耗电功率约150千瓦。ENIAC每秒钟可进行5000次加法运算，相比现在的计算机的运算速度可谓是小巫见大巫，但在当时却是不可思议的。这个庞然大物当时在世界上引起了很大的轰动。

但ENIAC存在两大缺点，一是没有内存储器，二是像搭积木一样，要由人将大量运算部件搭配成各种解题布局，每算一题就要重搭一次，费时又麻烦。有的题计算只要1秒钟，准备工作却要花几十分钟。

对计算机的改进归功于匈牙利裔美国数学家冯·诺依曼。他拥有非凡的数学才能，提出一个全新的方案，叫《关于EDVAC的报告草案》，EDVAC是离散变量自动电子计算机的简称。报告明确规定，计算机有五个组成部分：运算器、控制器、存储器、输出和输入设备。此外，新方案还有两个重大改进：一是采用二进制，简化了计算机结构。就像英文字母表中有26个字母一样，在计算机的世界里，只有0和1这两个基本数字，0和1通过不同的组合来表达复杂的意思。如，我们可以规定00表示吃饭，01表示学习，1010表示锻炼，1101表示睡觉。二是建立存储程序，将指令和数据放进存储器。这类似于我们将老师上课讲的知识点记到笔记本上，如果我们要复习的话，可以直接翻看笔记本，而不用让老师再重复讲一遍，这加快了运算速度。EDVAC比ENIAC更加先进，是一台冯·诺伊曼结构计算机。冯·诺依曼提出的概念被认为是计算机发展史上的一个里程碑，它標志着电子计算机时代的真正开始，冯·诺依曼本人也因此被称为“计算机之父”。

电子管计算机由于使用的电子管体积很大，运算速度较低，耗电量大，易发热，因而不能工作太长时间。除此之外，第一代电子计算机价格十分昂贵，ENIAC当时造价约48万美元，这在当时是一笔不小的开支。这一代计算机主要用于科学计算，只在重要部门或科学研究部门使用。