世界上最大的計算機是什么

　　ENIAC采用十進位計算。其最大的特點就是采用了電子元件，用電子線路來執(zhí)行運算、存儲信息等，因而也就表現(xiàn)出最突出的優(yōu)點：計算速度快。

　　計算機

　　制成年代

　　運算速度(單位：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

　　當然，ENIAC存在許多缺點，它的結構沒有突破機電式計算機的結構模式，因而限制了電子元器件作用的充分發(fā)揮，ENIAC于1946年開始運行，1947年由莫爾學院阿伯丁實驗室使用，一直使用到1955年。

　　ENIAC的設計者：約翰·?？颂?/p>

　　和莫奇利一起，在20世紀40年代設計和開發(fā)了世界上第一臺電子計算機ENIAC的埃克特是一位發(fā)明的天才，一生擁有的專利達87項之多。除了ENIAC之外，他們還設計了最早的另外三種型號的計算機，即EDVAC、BINAC和UNIVAC，為計算機技術的發(fā)展建立了豐功偉績。他和莫奇利被理所當然地首批授予計算機先驅獎。

　　約翰·埃克特(John Presper Eckert，Jr.)1919年4月9日生于美國的歷史名城費城。他的父親是通過艱辛勞動一步一步變成富有的不動產(chǎn)開發(fā)商和建筑商。埃克特從小就表現(xiàn)出很高的智商和創(chuàng)造力：8歲時在鉛筆上裝了一個晶體收音機;12歲時制作了一艘模型船，船底下安裝一塊磁鐵，使船可以在水中運動，他的這個小發(fā)明在一次業(yè)余發(fā)明博覽會上贏得了一等獎;15歲時他設計了一個遙控炸彈(當然不是真的有殺傷力的炸彈)，把它放在學校禮堂的舞臺上，在觀眾席中按一下按鈕就能把它引爆;中學畢業(yè)前，他為當?shù)豅aurel Hill公墓設計了一個很實用的消聲裝置，能把火化場附近的噪音吸收掉，使在公墓中哀悼死者的人們得以清靜。1937年?？颂刂袑W畢業(yè)時，已學完了大學一年級的工程數(shù)學課程。他本想進MIT深造，并已被MIT錄取，但因為他是家中的獨子，他母親舍不得他離家那么遠(實際上，費城和MIT所在的劍橋同在美國東北沿海，兩地相距不超過500公里)，他父親也不喜歡?？颂貙W理工，而動員他學商，因此騙他說，MIT的學費十分昂貴，他供不起，于是?？颂夭坏靡丫徒M了賓州大學的金融學院(Warton School of Finance，University of Pennsylvania)。但埃克特對金融實在不感興趣，因此很快就轉系了，本來想轉物理系，但因為物理系注冊名額已滿，只好進了莫爾電氣工程學院(Moore School of Electrical Engineering)。進了賓州大學以后，?？颂刂繫IT的學費并不像他父親說的那樣貴得供不起，自己受了騙，十分惱怒，情緒很低落，因此第一學年他的成績很不好。隨著時間的流逝，埃克特的情緒才慢慢平復過來，他的創(chuàng)造力也重新煥發(fā)出來。在莫爾學院期間，他發(fā)明過用紫外線測量萘蒸氣的濃度的儀器，改進了壓力計的電路，開發(fā)了測量金屬疲勞極限的儀器，對模擬微分分析器Annie進行了改進。第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)以后，他根據(jù)戰(zhàn)爭的需要又研制出了偵察磁性水雷的儀器，這個儀器能記錄磁場的極微小的變化;他還利用延遲線發(fā)明了用于雷達測距的裝置等。1941年他大學畢業(yè)，取得電氣工程學士學位，并留校繼續(xù)念研究生。

　　?？颂卦鵀槲茨苋缭干螹IT而煩惱。但賓州大學莫爾電氣工程學院為他開辟了另一條走向輝煌的道路，因為莫爾學院與美國陸軍軍械部有著不同尋常的關系，承擔著為設立在馬里蘭州的阿伯丁試驗基地彈道研究實驗室培養(yǎng)人才和計算彈道的任務。1942年，盟軍進攻北非時遇到了一個很大的難題：由于北非的地面比馬里蘭州的地面軟，原先的火炮射擊表都不能用了，必須重新計算彈道和編制射擊表。莫爾學院和阿伯丁實驗室的人員利用當時的計算工具無論如何也完成不了這個任務。因為計算一個彈道平均需要750個乘法和更多的加法、減法，如果考慮各種初始條件(如方位角、炮口速度、氣溫和濕度、大氣壓等)，對一種型號一種口徑的火炮的完整的射擊表，應該計算2000～4000個彈道。而臺式計算機完成一個彈道計算要幾個小時，即使用當時最強大的差分計算機，編制出一個射擊表也要30天。那么多型號、那么多口徑的火炮的火力表要到哪一天才能完成?因為當時美國僅有4臺差分計算機，莫爾學院只有一臺，另外三臺中有1臺在通用電氣公司，2臺在MIT。在這種情況下，研制比差分計算機快成千上萬倍的電子計算機的任務就被當做當務之急提出來了。

　　1941年夏天，剛大學畢業(yè)的?？颂亓粜⒓恿艘粋€服務于戰(zhàn)備的電子學工程師培訓班，培訓班共有來自全美國的20名學員。在這里，他遇見了比他大幾歲的莫奇利。莫奇利由氣象學有興趣，在研究氣象預報中萌發(fā)了研制高速電子計算機的念頭，但他對電子學不太熟悉。兩人交換了思想以后，一拍即合，從此攜起手來共同投入了研制電子計算機的事業(yè)。 莫奇利在結束培訓班以后調至莫爾學院任教，1942年8月起草了一份研制電子計算機的報告：“The Use of High-Speed Vacuum Tube Devices for Calculating”，得到軍械部與莫爾學院之間的聯(lián)絡官哥爾斯廷(H.H.Goldstine，他也是計算機先驅獎的獲得者)的賞識，他讓埃克特增補了一個附錄，對莫奇利的方案如何實現(xiàn)具體化(因為莫奇利的報告比較簡單，只有5頁，只提出了大致方案和論證了可行性)，交給軍械部。1943年4月9日，也就是特24歲生日那天，經(jīng)過開會討論，軍械部決定采納這個方案，投資40萬美元建造這臺電子計算機，這就是ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)。(開始時，這個名稱中并沒有“Computer"這個詞，因為當時只計劃用于計算彈道方程和編制射擊表。后來機器也被用來解其他問題，才加上了“Computer")。項目被簡稱為PX(Project X)。過了約兩個月，即l943年6月5日，項目正式簽約上馬，合同號為W—670—ORD—4926。莫爾學院組織了50名技術人員投入項目，任命埃克特為總工程師，莫奇利為顧問。這些人除了莫奇利以外都是全力以赴的，而莫奇利則因為有教學任務而例外。其時，埃克特只有24歲，還是一個在學的碩士研究生(他的碩士學位是當年稍后才取得的，而由于研制計算機妨礙了學業(yè)，他的博士學位直到1964年才取得，是“名譽”的)。莫爾學院領導人慧眼識英雄，而且不拘一格用人才，表現(xiàn)出了令人嘆服的膽識;而?？颂爻跎俨慌禄?，敢挑重擔，其勇氣和才華也著實令人欽佩。

　　ENIAC的研制可謂經(jīng)歷了千辛萬苦，克服了重重困難。這不單因為它沒有先例，還因為它是一個有18 000多只電子管，7 200只晶體二極管，10 000多只電容，7000多只電阻，5萬多個焊點，消耗功率174kW，重約30噸，占地200 m2的龐然大物。這么多的電子元器件放在一起，尤其是電子管本身壽命就短，容易損壞，如何保證有一定的可靠運行時間就是一個極大的問題。因為在ENIAC以前，用電子管最多的儀器是雷達，但只有200只電子管，而ENIAC用了18 000多只，是這個數(shù)字的90倍!ENIAC方案在討論時被批評得最多，認為不可行的，主要是這一點。埃克特在研制中著力解決了這個問題，他采用使電子管在“降額”情況下運行，即遠低于額定功率運行，以及開機后盡量不關機，避免開、關時電流沖擊等辦法提高了電子管的使用壽命和工作可靠性。此外，當然還有必要的降溫措施(傳說ENIAC每天要用成噸冰塊冷卻機器)。由于機器連線總長度達到數(shù)十公里，而機房中有老鼠，如何防止老鼠咬斷電線也成了一個問題。為此他們甚至做了這樣一個試驗：捉幾只老鼠關起來鋨它們一段時間，然后把各種不同的電線放進去，看它們喜歡咬哪種電線，以此決定機器中用哪種電線。

　　經(jīng)過近3年的艱苦努力，ENIAC在1946年2月終于完成，這時戰(zhàn)爭已經(jīng)結束。ENIAC的總成本為48萬6千8百美元。它包括控制部分、高速存儲部分、運算部分和輸入輸出部分，采用十進制，運算部件能通過直接計數(shù)而不是用邏輯電路進行加、減、乘、除等四則運算和開平方運算，其累加器則具有加法運算和存儲I力能。輸出采用IBM的穿孔卡片機，每分鐘能輸入125張卡片，輸出100張卡片。輸入輸出可以重疊并具有緩沖能力。ENIAC中還有只讀存儲器ROM，通過ROM、累加器和程序面板一起實現(xiàn)程序控制，通過改變面板插接線改變程序。ENIAC中的基本電路包括“門”(邏輯與)、緩沖器(邏輯或)和觸發(fā)器，這些都是后來計算機的標準元件。除了沒有存儲程序的功能以外，它幾乎體現(xiàn)或包括了現(xiàn)代計算機的一切主要概念和成分。ENIAC主頻100 kHz，加法時間0.2 ms，乘法時間2.8ms。

　　ENIAC制成以后，曾在莫爾學院用于數(shù)學、力學和核爆炸計算，顯示了它的強大計算能力。1947年8月，ENIAC被運至阿伯丁試驗基地運行，完成了許多彈道計算和原子彈的計算問題，也曾用于天氣預報、宇宙線研究和風洞設計。ENIAC工作了10年之久，1955年10月退役后保存在華盛頓特區(qū)的史密遜安學會。

　　ENIAC的偉大意義不但在于它是世界上第一臺電子數(shù)字計算機，開啟了計算機時代，而且還在于它培養(yǎng)和造就了世界上第一批計算機專業(yè)人才。除了主持這個項目的埃克特、莫奇利和哥爾斯廷以外，參與ENIAC項目開發(fā)的絕大多數(shù)技術人員后來都成了計算機領域的專家和帶頭人，其中包括后來也獲得計算機先驅獎的儒科夫(H.Lukoff)、伯克斯(A.W.Burks)、赫斯基(H.D.Huskey)和華裔學者杰弗里·朱(Jeffery Chu)等。但在1946年2月16日ENIAC正式對外宣布和演示以后，當時的絕大多數(shù)媒體并未意識到這是標志著一個新時代來臨的重大事件，有些媒體只作了輕描淡寫的報導，有些媒體甚至根本忽略了它。只有紐約時報(New York Times)看出了ENIAC對未來的某些意義，在封面上刊登了ENIAC的照片，在內頁上刊登了它的兩位主要發(fā)明者?？颂睾湍胬恼掌?，用的通欄標題是“電子計算機閃電般給出解答，可加速工程發(fā)展”(Electronic Computer Flashes Answers，May Speed Engineering)。

　　前面已經(jīng)提到，ENIAC還不是存儲程序式的計算機，編程是通過手工插接線的方式進行的。還在ENIAC研制過程中，埃克特和莫奇利已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這個嚴重缺點，并開始研究解決這個問題。1944年1月29日，埃克特經(jīng)過嚴密思考，寫了一個有關磁盤計算機的報告，首次提出了將程序和數(shù)據(jù)都放在磁盤上的設想，可以說是最早出現(xiàn)的存儲程序思想。但由于此時ENIAC的設計已經(jīng)定型，電路的試制和安裝也已基本完成，未能將此思想在ENIAC上實現(xiàn)。后來，1945年3月，計算技術的先驅馮·諾伊曼(John von Neumann，1903—1957)來到莫爾學院(他與奔波于阿伯丁實驗室和莫爾學院之間的聯(lián)絡官哥爾斯廷一次在火車站上巧遇，得知ENIAC研制情況產(chǎn)生興趣而與莫爾學院建立聯(lián)系的)，與?？颂?、莫奇利、哥爾斯廷、伯克斯等人進行了兩天討論，擬定了存儲程序式的電子計算機的方案。其中，存儲器采用水銀延遲線也是埃克特建議的。他們把這臺計算機起名為EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)。方案經(jīng)馮·諾伊曼整理后于1945年6月發(fā)表，但只署了馮·諾伊曼一個人的名字，這使?？颂嘏c莫奇利十分惱火和不滿。由于在專利權問題上與學校產(chǎn)生分歧，?？颂睾湍胬贓NIAC完成后不久即辭職離開了莫爾學院，因此沒有參與EDVAC的實際開發(fā)。這個代號為“PY”(Project Y)的工程由于種種原因拖到1952年才完工。EDVAC只用了3 600只電子管，占地面積不足ENIAC的1/3，幾乎具備了現(xiàn)代電子計算機的一切特征，尤其是20世紀50年代的計算機，幾乎都是在EDVAC的基礎上發(fā)展起來的，包括先于EDVAC問世的英國劍橋大學的EDSAC計算機。

　　離開莫爾學院以后，埃克特本可以加盟IBM公司，IBM甚至答應專門為埃克特建一個實驗室供他開發(fā)計算機。但莫奇利說服他一起創(chuàng)辦了自己的公司——電子控制公司ECC(Electronic Control Company)，后來改名為?？颂?mdash;莫奇利計算機公司。公司設在費城一家服裝店的樓上，啟動資金25 000美元是向?？颂氐母赣H借的。1950年公司被雷明頓·蘭德公司(Remington Rand公司)，后稱斯佩里·蘭德公司，即Sperry Rand公司)兼并，因為他們不善經(jīng)商，經(jīng)濟上出現(xiàn)困難。但在開發(fā)計算機上，他們仍不失為成功者。先是與諾斯羅航空公司(Northrop Aircraft Co.)簽約，研制利用天體導航技術制導遠程導彈(這是空軍的任務)的小型計算機，名為BINAC(Binary Automatic Computer)，完成于1949年8月。機器名稱中的“Binary”不但指機器采用二進制，還指它采用了兩個CPU，以提高機器的可靠性(這是諾斯羅公司所要求的)。但BINAC只是埃克特和莫奇利研制UNIVAC的鋪路石。UNIVAC(Universal Automatic Computer)是根據(jù)聯(lián)邦標準局和人口普查局的要求研制的通用計算機，1951年3月向人口普查局提交第一臺UNIVAC。UNIVAC和BINAC是首批采用磁帶存儲數(shù)據(jù)的計算機，這為計算機進入數(shù)據(jù)處理領域奠定了基礎。1952年，UNIVAC被用于預測當年美國總統(tǒng)選舉結果。當時，民主黨總統(tǒng)候選人史蒂文森(Adlai Stevenson)呼聲很高，被輿論一致看好;但UNIVAC卻預測共和黨總統(tǒng)候選人艾森豪威爾將軍(Dwight Eisenhower，1890—1969)將以438張選票當選。幾乎沒有一個人相信這臺“聰明”的計算機的預測。而當選舉結果公布，艾森豪威爾以442張選票擊敗了史蒂文森時，真是石破天驚，一方面把生產(chǎn)出這臺計算機的雷明頓·蘭德公司推到了前所未有的引入注目的地位，另一方面也使世人對計算機開始刮目相看，領略到了它的巨大潛力。

　　UNIVAC還是世界上最早的商用計算機，共生產(chǎn)了46臺。第一臺UNIVAC在使用了73 000小時后于1963年10月退役，也保存在史密遜安學會。最后一臺UNIVAC則一直運行到1969年才退役，標志著第一代計算機的結束。

　　20世紀50年代中后期，?？颂剡€為速度更快、性能更好的LARC計算機的研制傾注了心血。這是加利福尼亞大學放射實驗室(后改名為勞倫斯·利弗莫爾放射實驗室)為解決復雜的核物理問題的需要而提出的，其速度比UNIVAC快100倍。埃克特對此很感興趣，在招標中贏得了這個項目，由雷明頓·蘭德公司的通用自動計算機部于1960年研制成功。在這個項目中，?？颂刎撠煾邔咏M織和管理，沒有直接參與設計，但也深入研究過其中的技術問題。據(jù)儒科夫在From Bits to Dits中回憶，如果沒有?？颂氐募詈蛣?chuàng)新思想，LARC是不可能完成的。事實上，在1959年12月在波士頓召開的東部計算機聯(lián)合會議(Eastern Joint Computer Conference)上，?？颂卦l(fā)表一篇關于LARC計算機總體結構方面的文章。

　　埃克特和莫奇利的公司被雷明頓·蘭德公司收購后，公司多次改名，但?？颂匾恢痹诠救温殻瑳]有離開，1989年他從Unisys退休時已70高齡，但實際上“退而不休”，仍當公司顧問。1995年6月3日他在賓夕法尼亞州格雷特溫市(Gladwyne，Pennsylvania)的家中去世，享年76歲。由于他的突出貢獻，他生前獲得很多榮譽與獎勵，除了獲得IEEE的計算機先驅獎以外，還與莫奇利一起獲得過Howard N.potts獎和John Scott獎。1968年，約翰遜總統(tǒng)授予他美國國家科學獎章(National Medal of Science)。1985年，他人選設在達拉斯的“信息處理名人堂”)Information Processing Hall of Fame)。1992年，IEEE授予他“計算機企業(yè)家獎”(Computer Entrepreneur Award)。他也是美國工程院院士。

　　赫爾曼·哥爾斯廷—— ENIAC計算機的“催生者”

　　在計算機發(fā)展的歷史上，有一個戰(zhàn)時在軍隊中服役的數(shù)學家的功績是特別突出的。沒有他的積極支持和出色的組織工作，莫奇利和埃克特的建議就可能“胎死腹中”，世界上第一臺計算機的誕生也許會推遲若干年。戰(zhàn)后，他又在普林斯頓大學與馮·諾伊曼合作，主持開發(fā)了早期存儲程序式計算機的“樣板機” IAS。以后又在IBM公司供職，為它發(fā)展成為計算機產(chǎn)業(yè)界的頭號霸主作出了貢獻。這位數(shù)學家就是哥爾斯廷。

　　哥爾斯廷(Herman Heine Goldstine)1913年9月13日生于美國芝加哥，在芝加哥大學取得了他的數(shù)學學士(1933年)、碩士(1934年)和博士學位(1936年)。畢業(yè)以后，留校當了一年研究助理，又當了兩年講師，之后轉至密歇根大學當助理教授。太平洋戰(zhàn)爭爆發(fā)以后，歌爾斯廷應征入伍，被分派到陸軍設在馬里蘭州阿巴丁的彈道研究實驗室BRL(Ballistic Research Laboratory，Aberdeen，Md.)工作，軍銜是中尉。BRL始建于1935年，起初只是阿伯丁試驗場的一個分部，1938年從試驗場獨立出來，正式命名為BRL，直接受陸軍軍械部領導。BRL的首任主任是著名的武器專家佐尼格(Hermann Zornig)，軍事顧問是維伯倫將軍(Oswald Veblen)，它的科學顧問委員會陣營十分強大，包括許多領域的第一流科學家，如空氣動力學家德萊頓(H.L.Dryden)，卡曼(T.yon Karman)，電子學家哈爾(A.W.Hull電子管的發(fā)明人)，因發(fā)現(xiàn)原子核的磁性而榮獲1944年諾貝爾獎的物 理學家拉比 (I.I.Rabi)及另一位諾貝爾獎獲得者尤里(H.C.Urey)，以及將博奕論成功地用于商業(yè)和軍事而名噪一時的出生在匈牙利的數(shù)學家馮·諾伊曼，等等。BRL之所以受到特別重視，是因為它肩負著為美軍的各種火炮計算彈道及編制射擊表的任務，這對于發(fā)揚火力、克敵制勝是至關重要的。哥爾斯廷意識到自己身負重任，自然不敢怠慢。但問題接踵而來：美軍進入非洲作戰(zhàn)以后，發(fā)現(xiàn)由于非洲的土質和馬里蘭州的土質不同，根據(jù)在阿伯丁試驗場試射而編制的射擊表到了非洲統(tǒng)統(tǒng)失效，根據(jù)原先的射擊表進行裝定發(fā)射出去的炮彈根本打不中目標!為此，美國軍方領導人命令BRL重新編制射擊表，但事情談何容易。哥爾斯廷接到命令以后，作了一個估算：為了編制出某一型號、某一口徑的火炮的射擊表，要計算2 000—4 000個彈道;而計算一個彈道平均有750個乘法，加減法就更多了。如果—個人用當時的臺式計算器計算，算一個乘法要10秒鐘，完成一個彈道計算要整整幾個小時，一個人不吃不喝不睡也得4—5年才能編出一張完整的射擊表!即使用當時最先進的計算工具——差分計算機，也要30天才能完成一張射擊表(但其時BRL并無此項設備;當時美國僅有4臺差分計算機，2臺在MIT，1臺在GE公司，1臺在賓州大學莫爾學院。BRL后來才仿造了一臺莫爾學院的差分計算機);作為數(shù)學家的哥爾斯廷清醒地認識到人力與智力的矛盾，計算任務和計算工具的矛盾，認識到研制一種比現(xiàn)有計算機快成千上萬倍的新型計算機的迫切性。

　　BRL在建立之初就同賓夕法尼亞大學有密切聯(lián)系，它每年送新分配來的100名大學畢業(yè)生到賓州大學學習差分計算機，實驗室的工程技術人員也經(jīng)常到賓州大學接受短期培訓。一次，一位剛從賓州大學歸來的同事告訴哥爾斯廷，說莫爾學院有^建議建造電子計算機，這立即引起了他的極大關注。他拜訪了莫奇利，聽了他的設想，當即表示支持，并讓莫奇利寫出書面報告。自此以后，哥爾斯廷作為BRL和莫爾學院之間的聯(lián)絡官，促成了ENIAC的立項和軍方對ENIAC的投資，推動了ENIAC的設計與建造，使這一史無前例的巨大工程終于在1946年得以完成?？陀^而公正地說，在世界上第一臺電子計算機ENIAC的誕生中，哥爾斯廷作為組織者和推動者是功不可沒的。