世界上最大的计算机是什么(2)

世界上最大的计算机是什么

　　ENIAC采用十进位计算。其最大的特点就是采用了电子元件，用电子线路来执行运算、存储信息等，因而也就表现出最突出的优点：计算速度快。

　　计算机

　　制成年代

　　运算速度(单位：毫秒)

　　加法

　　乘法

　　Mark Ⅰ

　　1944

　　300

　　5700

　　Mark Ⅱ

　　1947

　　200

　　700

　　M-V

　　1947

　　300

　　1000

　　ENIAC

　　1945

　　0.2

　　0.8

　　当然，ENIAC存在许多缺点，它的结构没有突破机电式计算机的结构模式，因而限制了电子元器件作用的充分发挥，ENIAC于1946年开始运行，1947年由莫尔学院阿伯丁实验室使用，一直使用到1955年。

　　ENIAC的设计者：约翰·埃克特

　　和莫奇利一起，在20世纪40年代设计和开发了世界上第一台电子计算机ENIAC的埃克特是一位发明的天才，一生拥有的专利达87项之多。除了ENIAC之外，他们还设计了最早的另外三种型号的计算机，即EDVAC、BINAC和UNIVAC，为计算机技术的发展建立了丰功伟绩。他和莫奇利被理所当然地首批授予计算机先驱奖。

　　约翰·埃克特(John Presper Eckert，Jr.)1919年4月9日生于美国的历史名城费城。他的父亲是通过艰辛劳动一步一步变成富有的不动产开发商和建筑商。埃克特从小就表现出很高的智商和创造力：8岁时在铅笔上装了一个晶体收音机;12岁时制作了一艘模型船，船底下安装一块磁铁，使船可以在水中运动，他的这个小发明在一次业余发明博览会上赢得了一等奖;15岁时他设计了一个遥控炸弹(当然不是真的有杀伤力的炸弹)，把它放在学校礼堂的舞台上，在观众席中按一下按钮就能把它引爆;中学毕业前，他为当地Laurel Hill公墓设计了一个很实用的消声装置，能把火化场附近的噪音吸收掉，使在公墓中哀悼死者的人们得以清静。1937年埃克特中学毕业时，已学完了大学一年级的工程数学课程。他本想进MIT深造，并已被MIT录取，但因为他是家中的独子，他母亲舍不得他离家那么远(实际上，费城和MIT所在的剑桥同在美国东北沿海，两地相距不超过500公里)，他父亲也不喜欢埃克特学理工，而动员他学商，因此骗他说，MIT的学费十分昂贵，他供不起，于是埃克特不得已就近进了宾州大学的金融学院(Warton School of Finance，University of Pennsylvania)。但埃克特对金融实在不感兴趣，因此很快就转系了，本来想转物理系，但因为物理系注册名额已满，只好进了莫尔电气工程学院(Moore School of Electrical Engineering)。进了宾州大学以后，埃克特知道MIT的学费并不像他父亲说的那样贵得供不起，自己受了骗，十分恼怒，情绪很低落，因此第一学年他的成绩很不好。随着时间的流逝，埃克特的情绪才慢慢平复过来，他的创造力也重新焕发出来。在莫尔学院期间，他发明过用紫外线测量萘蒸气的浓度的仪器，改进了压力计的电路，开发了测量金属疲劳极限的仪器，对模拟微分分析器Annie进行了改进。第二次世界大战爆发以后，他根据战争的需要又研制出了侦察磁性水雷的仪器，这个仪器能记录磁场的极微小的变化;他还利用延迟线发明了用于雷达测距的装置等。1941年他大学毕业，取得电气工程学士学位，并留校继续念研究生。

　　埃克特曾为未能如愿上MIT而烦恼。但宾州大学莫尔电气工程学院为他开辟了另一条走向辉煌的道路，因为莫尔学院与美国陆军军械部有着不同寻常的关系，承担着为设立在马里兰州的阿伯丁试验基地弹道研究实验室培养人才和计算弹道的任务。1942年，盟军进攻北非时遇到了一个很大的难题：由于北非的地面比马里兰州的地面软，原先的火炮射击表都不能用了，必须重新计算弹道和编制射击表。莫尔学院和阿伯丁实验室的人员利用当时的计算工具无论如何也完成不了这个任务。因为计算一个弹道平均需要750个乘法和更多的加法、减法，如果考虑各种初始条件(如方位角、炮口速度、气温和湿度、大气压等)，对一种型号一种口径的火炮的完整的射击表，应该计算2000～4000个弹道。而台式计算机完成一个弹道计算要几个小时，即使用当时最强大的差分计算机，编制出一个射击表也要30天。那么多型号、那么多口径的火炮的火力表要到哪一天才能完成?因为当时美国仅有4台差分计算机，莫尔学院只有一台，另外三台中有1台在通用电气公司，2台在MIT。在这种情况下，研制比差分计算机快成千上万倍的电子计算机的任务就被当做当务之急提出来了。

　　1941年夏天，刚大学毕业的埃克特留校参加了一个服务于战备的电子学工程师培训班，培训班共有来自全美国的20名学员。在这里，他遇见了比他大几岁的莫奇利。莫奇利由气象学有兴趣，在研究气象预报中萌发了研制高速电子计算机的念头，但他对电子学不太熟悉。两人交换了思想以后，一拍即合，从此携起手来共同投入了研制电子计算机的事业。 莫奇利在结束培训班以后调至莫尔学院任教，1942年8月起草了一份研制电子计算机的报告：“The Use of High-Speed Vacuum Tube Devices for Calculating”，得到军械部与莫尔学院之间的联络官哥尔斯廷(H.H.Goldstine，他也是计算机先驱奖的获得者)的赏识，他让埃克特增补了一个附录，对莫奇利的方案如何实现具体化(因为莫奇利的报告比较简单，只有5页，只提出了大致方案和论证了可行性)，交给军械部。1943年4月9日，也就是特24岁生日那天，经过开会讨论，军械部决定采纳这个方案，投资40万美元建造这台电子计算机，这就是ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)。(开始时，这个名称中并没有“Computer"这个词，因为当时只计划用于计算弹道方程和编制射击表。后来机器也被用来解其他问题，才加上了“Computer")。项目被简称为PX(Project X)。过了约两个月，即l943年6月5日，项目正式签约上马，合同号为W—670—ORD—4926。莫尔学院组织了50名技术人员投入项目，任命埃克特为总工程师，莫奇利为顾问。这些人除了莫奇利以外都是全力以赴的，而莫奇利则因为有教学任务而例外。其时，埃克特只有24岁，还是一个在学的硕士研究生(他的硕士学位是当年稍后才取得的，而由于研制计算机妨碍了学业，他的博士学位直到1964年才取得，是“名誉”的)。莫尔学院领导人慧眼识英雄，而且不拘一格用人才，表现出了令人叹服的胆识;而埃克特初生牛犊不怕虎，敢挑重担，其勇气和才华也着实令人钦佩。

　　ENIAC的研制可谓经历了千辛万苦，克服了重重困难。这不单因为它没有先例，还因为它是一个有18 000多只电子管，7 200只晶体二极管，10 000多只电容，7000多只电阻，5万多个焊点，消耗功率174kW，重约30吨，占地200 m2的庞然大物。这么多的电子元器件放在一起，尤其是电子管本身寿命就短，容易损坏，如何保证有一定的可靠运行时间就是一个极大的问题。因为在ENIAC以前，用电子管最多的仪器是雷达，但只有200只电子管，而ENIAC用了18 000多只，是这个数字的90倍!ENIAC方案在讨论时被批评得最多，认为不可行的，主要是这一点。埃克特在研制中着力解决了这个问题，他采用使电子管在“降额”情况下运行，即远低于额定功率运行，以及开机后尽量不关机，避免开、关时电流冲击等办法提高了电子管的使用寿命和工作可靠性。此外，当然还有必要的降温措施(传说ENIAC每天要用成吨冰块冷却机器)。由于机器连线总长度达到数十公里，而机房中有老鼠，如何防止老鼠咬断电线也成了一个问题。为此他们甚至做了这样一个试验：捉几只老鼠关起来锇它们一段时间，然后把各种不同的电线放进去，看它们喜欢咬哪种电线，以此决定机器中用哪种电线。

　　经过近3年的艰苦努力，ENIAC在1946年2月终于完成，这时战争已经结束。ENIAC的总成本为48万6千8百美元。它包括控制部分、高速存储部分、运算部分和输入输出部分，采用十进制，运算部件能通过直接计数而不是用逻辑电路进行加、减、乘、除等四则运算和开平方运算，其累加器则具有加法运算和存储I力能。输出采用IBM的穿孔卡片机，每分钟能输入125张卡片，输出100张卡片。输入输出可以重叠并具有缓冲能力。ENIAC中还有只读存储器ROM，通过ROM、累加器和程序面板一起实现程序控制，通过改变面板插接线改变程序。ENIAC中的基本电路包括“门”(逻辑与)、缓冲器(逻辑或)和触发器，这些都是后来计算机的标准元件。除了没有存储程序的功能以外，它几乎体现或包括了现代计算机的一切主要概念和成分。ENIAC主频100 kHz，加法时间0.2 ms，乘法时间2.8ms。

　　ENIAC制成以后，曾在莫尔学院用于数学、力学和核爆炸计算，显示了它的强大计算能力。1947年8月，ENIAC被运至阿伯丁试验基地运行，完成了许多弹道计算和原子弹的计算问题，也曾用于天气预报、宇宙线研究和风洞设计。ENIAC工作了10年之久，1955年10月退役后保存在华盛顿特区的史密逊安学会。

　　ENIAC的伟大意义不但在于它是世界上第一台电子数字计算机，开启了计算机时代，而且还在于它培养和造就了世界上第一批计算机专业人才。除了主持这个项目的埃克特、莫奇利和哥尔斯廷以外，参与ENIAC项目开发的绝大多数技术人员后来都成了计算机领域的专家和带头人，其中包括后来也获得计算机先驱奖的儒科夫(H.Lukoff)、伯克斯(A.W.Burks)、赫斯基(H.D.Huskey)和华裔学者杰弗里·朱(Jeffery Chu)等。但在1946年2月16日ENIAC正式对外宣布和演示以后，当时的绝大多数媒体并未意识到这是标志着一个新时代来临的重大事件，有些媒体只作了轻描淡写的报导，有些媒体甚至根本忽略了它。只有纽约时报(New York Times)看出了ENIAC对未来的某些意义，在封面上刊登了ENIAC的照片，在内页上刊登了它的两位主要发明者埃克特和莫奇利的照片，用的通栏标题是“电子计算机闪电般给出解答，可加速工程发展”(Electronic Computer Flashes Answers，May Speed Engineering)。

　　前面已经提到，ENIAC还不是存储程序式的计算机，编程是通过手工插接线的方式进行的。还在ENIAC研制过程中，埃克特和莫奇利已经发现了这个严重缺点，并开始研究解决这个问题。1944年1月29日，埃克特经过严密思考，写了一个有关磁盘计算机的报告，首次提出了将程序和数据都放在磁盘上的设想，可以说是最早出现的存储程序思想。但由于此时ENIAC的设计已经定型，电路的试制和安装也已基本完成，未能将此思想在ENIAC上实现。后来，1945年3月，计算技术的先驱冯·诺伊曼(John von Neumann，1903—1957)来到莫尔学院(他与奔波于阿伯丁实验室和莫尔学院之间的联络官哥尔斯廷一次在火车站上巧遇，得知ENIAC研制情况产生兴趣而与莫尔学院建立联系的)，与埃克特、莫奇利、哥尔斯廷、伯克斯等人进行了两天讨论，拟定了存储程序式的电子计算机的方案。其中，存储器采用水银延迟线也是埃克特建议的。他们把这台计算机起名为EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)。方案经冯·诺伊曼整理后于1945年6月发表，但只署了冯·诺伊曼一个人的名字，这使埃克特与莫奇利十分恼火和不满。由于在专利权问题上与学校产生分歧，埃克特和莫奇利在ENIAC完成后不久即辞职离开了莫尔学院，因此没有参与EDVAC的实际开发。这个代号为“PY”(Project Y)的工程由于种种原因拖到1952年才完工。EDVAC只用了3 600只电子管，占地面积不足ENIAC的1/3，几乎具备了现代电子计算机的一切特征，尤其是20世纪50年代的计算机，几乎都是在EDVAC的基础上发展起来的，包括先于EDVAC问世的英国剑桥大学的EDSAC计算机。

　　离开莫尔学院以后，埃克特本可以加盟IBM公司，IBM甚至答应专门为埃克特建一个实验室供他开发计算机。但莫奇利说服他一起创办了自己的公司——电子控制公司ECC(Electronic Control Company)，后来改名为埃克特—莫奇利计算机公司。公司设在费城一家服装店的楼上，启动资金25 000美元是向埃克特的父亲借的。1950年公司被雷明顿·兰德公司(Remington Rand公司)，后称斯佩里·兰德公司，即Sperry Rand公司)兼并，因为他们不善经商，经济上出现困难。但在开发计算机上，他们仍不失为成功者。先是与诺斯罗航空公司(Northrop Aircraft Co.)签约，研制利用天体导航技术制导远程导弹(这是空军的任务)的小型计算机，名为BINAC(Binary Automatic Computer)，完成于1949年8月。机器名称中的“Binary”不但指机器采用二进制，还指它采用了两个CPU，以提高机器的可靠性(这是诺斯罗公司所要求的)。但BINAC只是埃克特和莫奇利研制UNIVAC的铺路石。UNIVAC(Universal Automatic Computer)是根据联邦标准局和人口普查局的要求研制的通用计算机，1951年3月向人口普查局提交第一台UNIVAC。UNIVAC和BINAC是首批采用磁带存储数据的计算机，这为计算机进入数据处理领域奠定了基础。1952年，UNIVAC被用于预测当年美国总统选举结果。当时，民主党总统候选人史蒂文森(Adlai Stevenson)呼声很高，被舆论一致看好;但UNIVAC却预测共和党总统候选人艾森豪威尔将军(Dwight Eisenhower，1890—1969)将以438张选票当选。几乎没有一个人相信这台“聪明”的计算机的预测。而当选举结果公布，艾森豪威尔以442张选票击败了史蒂文森时，真是石破天惊，一方面把生产出这台计算机的雷明顿·兰德公司推到了前所未有的引入注目的地位，另一方面也使世人对计算机开始刮目相看，领略到了它的巨大潜力。

　　UNIVAC还是世界上最早的商用计算机，共生产了46台。第一台UNIVAC在使用了73 000小时后于1963年10月退役，也保存在史密逊安学会。最后一台UNIVAC则一直运行到1969年才退役，标志着第一代计算机的结束。

　　20世纪50年代中后期，埃克特还为速度更快、性能更好的LARC计算机的研制倾注了心血。这是加利福尼亚大学放射实验室(后改名为劳伦斯·利弗莫尔放射实验室)为解决复杂的核物理问题的需要而提出的，其速度比UNIVAC快100倍。埃克特对此很感兴趣，在招标中赢得了这个项目，由雷明顿·兰德公司的通用自动计算机部于1960年研制成功。在这个项目中，埃克特负责高层组织和管理，没有直接参与设计，但也深入研究过其中的技术问题。据儒科夫在From Bits to Dits中回忆，如果没有埃克特的激励和创新思想，LARC是不可能完成的。事实上，在1959年12月在波士顿召开的东部计算机联合会议(Eastern Joint Computer Conference)上，埃克特曾发表一篇关于LARC计算机总体结构方面的文章。

　　埃克特和莫奇利的公司被雷明顿·兰德公司收购后，公司多次改名，但埃克特一直在公司任职，没有离开，1989年他从Unisys退休时已70高龄，但实际上“退而不休”，仍当公司顾问。1995年6月3日他在宾夕法尼亚州格雷特温市(Gladwyne，Pennsylvania)的家中去世，享年76岁。由于他的突出贡献，他生前获得很多荣誉与奖励，除了获得IEEE的计算机先驱奖以外，还与莫奇利一起获得过Howard N.potts奖和John Scott奖。1968年，约翰逊总统授予他美国国家科学奖章(National Medal of Science)。1985年，他人选设在达拉斯的“信息处理名人堂”)Information Processing Hall of Fame)。1992年，IEEE授予他“计算机企业家奖”(Computer Entrepreneur Award)。他也是美国工程院院士。

　　赫尔曼·哥尔斯廷—— ENIAC计算机的“催生者”

　　在计算机发展的历史上，有一个战时在军队中服役的数学家的功绩是特别突出的。没有他的积极支持和出色的组织工作，莫奇利和埃克特的建议就可能“胎死腹中”，世界上第一台计算机的诞生也许会推迟若干年。战后，他又在普林斯顿大学与冯·诺伊曼合作，主持开发了早期存储程序式计算机的“样板机” IAS。以后又在IBM公司供职，为它发展成为计算机产业界的头号霸主作出了贡献。这位数学家就是哥尔斯廷。

　　哥尔斯廷(Herman Heine Goldstine)1913年9月13日生于美国芝加哥，在芝加哥大学取得了他的数学学士(1933年)、硕士(1934年)和博士学位(1936年)。毕业以后，留校当了一年研究助理，又当了两年讲师，之后转至密歇根大学当助理教授。太平洋战争爆发以后，歌尔斯廷应征入伍，被分派到陆军设在马里兰州阿巴丁的弹道研究实验室BRL(Ballistic Research Laboratory，Aberdeen，Md.)工作，军衔是中尉。BRL始建于1935年，起初只是阿伯丁试验场的一个分部，1938年从试验场独立出来，正式命名为BRL，直接受陆军军械部领导。BRL的首任主任是著名的武器专家佐尼格(Hermann Zornig)，军事顾问是维伯伦将军(Oswald Veblen)，它的科学顾问委员会阵营十分强大，包括许多领域的第一流科学家，如空气动力学家德莱顿(H.L.Dryden)，卡曼(T.yon Karman)，电子学家哈尔(A.W.Hull电子管的发明人)，因发现原子核的磁性而荣获1944年诺贝尔奖的物 理学家拉比 (I.I.Rabi)及另一位诺贝尔奖获得者尤里(H.C.Urey)，以及将博奕论成功地用于商业和军事而名噪一时的出生在匈牙利的数学家冯·诺伊曼，等等。BRL之所以受到特别重视，是因为它肩负着为美军的各种火炮计算弹道及编制射击表的任务，这对于发扬火力、克敌制胜是至关重要的。哥尔斯廷意识到自己身负重任，自然不敢怠慢。但问题接踵而来：美军进入非洲作战以后，发现由于非洲的土质和马里兰州的土质不同，根据在阿伯丁试验场试射而编制的射击表到了非洲统统失效，根据原先的射击表进行装定发射出去的炮弹根本打不中目标!为此，美国军方领导人命令BRL重新编制射击表，但事情谈何容易。哥尔斯廷接到命令以后，作了一个估算：为了编制出某一型号、某一口径的火炮的射击表，要计算2 000—4 000个弹道;而计算一个弹道平均有750个乘法，加减法就更多了。如果—个人用当时的台式计算器计算，算一个乘法要10秒钟，完成一个弹道计算要整整几个小时，一个人不吃不喝不睡也得4—5年才能编出一张完整的射击表!即使用当时最先进的计算工具——差分计算机，也要30天才能完成一张射击表(但其时BRL并无此项设备;当时美国仅有4台差分计算机，2台在MIT，1台在GE公司，1台在宾州大学莫尔学院。BRL后来才仿造了一台莫尔学院的差分计算机);作为数学家的哥尔斯廷清醒地认识到人力与智力的矛盾，计算任务和计算工具的矛盾，认识到研制一种比现有计算机快成千上万倍的新型计算机的迫切性。

　　BRL在建立之初就同宾夕法尼亚大学有密切联系，它每年送新分配来的100名大学毕业生到宾州大学学习差分计算机，实验室的工程技术人员也经常到宾州大学接受短期培训。一次，一位刚从宾州大学归来的同事告诉哥尔斯廷，说莫尔学院有^建议建造电子计算机，这立即引起了他的极大关注。他拜访了莫奇利，听了他的设想，当即表示支持，并让莫奇利写出书面报告。自此以后，哥尔斯廷作为BRL和莫尔学院之间的联络官，促成了ENIAC的立项和军方对ENIAC的投资，推动了ENIAC的设计与建造，使这一史无前例的巨大工程终于在1946年得以完成。客观而公正地说，在世界上第一台电子计算机ENIAC的诞生中，哥尔斯廷作为组织者和推动者是功不可没的。