俞望年

如今，計算機已經(jīng)成為人類生產(chǎn)與生活中不可或缺的工具，在我們身邊隨處可見。隨著計算機的普及，它的用途也變得越來越廣泛。例如，我們可以利用計算機解決一些數(shù)學(xué)難題，可以利用計算機存儲照片，可以通過計算機分析大氣數(shù)據(jù)以獲得準確且及時的天氣情況，還可以通過計算機控制工廠里的機器幫助人們生產(chǎn)。你對計算機了解多少呢？計算機是怎么出現(xiàn)和發(fā)展的呢？下面，讓我們一起走進計算機的世界。

電子計算機出現(xiàn)的背景

在第二次世界大戰(zhàn)期間，飛機、大炮等武器被大量使用到戰(zhàn)場上。人們要想利用這類武器準確擊中軍事目標，必須精確計算并繪制出射擊圖表。但是，射擊圖表中的每一個數(shù)據(jù)都需要大量運算才能得出。兵貴神速，為了更好、更快地計算，人們迫切需要一種新的計算機器。

這時，美國賓夕法尼亞大學(xué)的莫克利博士提出試制第一臺電子計算機的設(shè)想。20世紀40年代中期，該大學(xué)成立了一個專門的研究小組，研制出一臺用于炮彈彈道軌跡計算的電子數(shù)字積分式計算機（簡稱ENIAC）。

第一代電子計算機（電子管計算機）

第一代電子計算機時代是從1946年至1957年，這一時期的計算機采用電子管作為電子器件。ENIAC占地面積約170平方米，總重量約30噸，使用了17468只電子管、1500個繼電器、70000只電阻器、10000個電容等，耗電功率約150千瓦。ENIAC每秒鐘可進行5000次加法運算，相比現(xiàn)在的計算機的運算速度可謂是小巫見大巫，但在當時卻是不可思議的。這個龐然大物當時在世界上引起了很大的轟動。

但ENIAC存在兩大缺點，一是沒有內(nèi)存儲器，二是像搭積木一樣，要由人將大量運算部件搭配成各種解題布局，每算一題就要重搭一次，費時又麻煩。有的題計算只要1秒鐘，準備工作卻要花幾十分鐘。

對計算機的改進歸功于匈牙利裔美國數(shù)學(xué)家馮·諾依曼。他擁有非凡的數(shù)學(xué)才能，提出一個全新的方案，叫《關(guān)于EDVAC的報告草案》，EDVAC是離散變量自動電子計算機的簡稱。報告明確規(guī)定，計算機有五個組成部分：運算器、控制器、存儲器、輸出和輸入設(shè)備。此外，新方案還有兩個重大改進：一是采用二進制，簡化了計算機結(jié)構(gòu)。就像英文字母表中有26個字母一樣，在計算機的世界里，只有0和1這兩個基本數(shù)字，0和1通過不同的組合來表達復(fù)雜的意思。如，我們可以規(guī)定00表示吃飯，01表示學(xué)習，1010表示鍛煉，1101表示睡覺。二是建立存儲程序，將指令和數(shù)據(jù)放進存儲器。這類似于我們將老師上課講的知識點記到筆記本上，如果我們要復(fù)習的話，可以直接翻看筆記本，而不用讓老師再重復(fù)講一遍，這加快了運算速度。EDVAC比ENIAC更加先進，是一臺馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)計算機。馮·諾依曼提出的概念被認為是計算機發(fā)展史上的一個里程碑，它標志著電子計算機時代的真正開始，馮·諾依曼本人也因此被稱為“計算機之父”。

電子管計算機由于使用的電子管體積很大，運算速度較低，耗電量大，易發(fā)熱，因而不能工作太長時間。除此之外，第一代電子計算機價格十分昂貴，ENIAC當時造價約48萬美元，這在當時是一筆不小的開支。這一代計算機主要用于科學(xué)計算，只在重要部門或科學(xué)研究部門使用。