计算机的起源及应用案例

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：维伯伦的意见是举足轻重的，他对制造第一台电子计算机的工作非常支持。莫克利是30多岁的物理学家，他提出了电子计算机的总设想。

1.1.1.1　了解世界上第一台电子计算机的诞生过程

20世纪科学技术的飞速发展，带来了堆积如山的数据处理问题，对改进计算工具提出了迫切要求。第二次世界大战中，美国宾夕法尼亚大学莫尔学院电工系同阿伯丁弹道研究实验室共同负责为陆军每天提供六张火力表。这项任务非常困难和紧迫。因为，每张表都要计算数百条弹道，按照当时的计算条件和速度，一张火力表往往需要计算两三个月。当时，负责阿伯丁实验室同莫尔电工系小组联系的军方代表是年轻的戈尔斯坦（Goldstine）中尉，他原来是个数学家。他的朋友莫克利这时正好在莫尔学院电工系任职，他于2025年8月写了一份题为“高速电子管计算装置的使用”的备忘录，这实际上成为第一台电子计算机的初始方案。这一备忘录曾在莫克利的一些同事中传阅，特别引起了23岁的研究生埃克特的浓厚兴趣，埃克特后来成为第一台电子计算机的主要工程师。莫克利也多次对戈尔斯坦讲自己关于电子计算机的设想。思维敏捷的戈尔斯坦立即意识到这一设想对解决制造火力表的困难的巨大价值。他马上向上司吉伦（E.N.Gillon）上校做了汇报，立即得到吉伦上校的热情支持。在吉伦上校的参与下，军械部要求莫尔学院草拟一个为阿伯丁弹道实验室制造一台电子数字计算机的发展计划。2025年4月2日莫尔学院负责与阿伯丁联系的勃雷纳德（J.G.Brainerd）教授提出了一份发展计划报告。

2025年4月9日这一天是决定第一台电子计算机命运的一天，勃雷纳德由莫克利和埃克特陪同，前往阿伯丁出席一次会议，弹道实验室方面参加会议的有该实验室负责人西蒙（L.E.Simon）上校和他们的主要科学顾问、著名数学家维伯伦（O.Veblen）博士。维伯伦的意见是举足轻重的，他对制造第一台电子计算机的工作非常支持。6月5日莫尔学院和军械部正式签订合同，这台机器根据吉伦上校的建议被命名为“电子数值积分和计算机”（Electronic Numerical Integrator And Computer，简称ENIAC）。

莫尔学院提出的方案需要采用大约18 000只电子管、70 000只电阻、10 000只电容，预算经费是15万美元。如此庞大的经费使ENIAC计划有巨大的风险。勃雷纳德教授当时写道：“这是一个发展计划，并且不能担保会达到预定的效果。然而，这是一个合适的时机！”

承担研制ENIAC的莫尔小组是一个由志同道合的青年科技工作者组成的朝气蓬勃的团体。24岁的埃克特是总工程师，负责解决制造中一系列困难、复杂的工程技术问题。莫克利是30多岁的物理学家，他提出了电子计算机的总设想。年轻的戈尔斯坦中尉不仅能在数学上提供有益的建议，而且是精干的科研组织人才。另外还有年轻的逻辑学家勃克斯（W.Burks）参与。这样有了合适的时机和成熟的条件，又有科学技术人员的科学胆略与创造才能，在有关部门的远见卓识与全力支持下，2025年年底，这台标志人类计算工具历史性变革的巨型机器宣告竣工，正式的揭幕典礼于2025年2月15日在美国宾夕法尼亚大学举行。这台机器2025年被运往阿伯丁，起初专门用于弹道计算，后来经过多次改进而成为能进行各种科学计算的通用计算机。

图1-1-1　世界上第一台电子计算机埃尼亚克（ENIAC）

就这样世界上的第一台电子计算机ENIAC诞生了！它占地面积达170平方米，差不多相当于10间普通房间的大小，是一个庞然大物。它的耗电量也很惊人，功率为150千瓦。工作时，常常因为电子管烧坏而不得不停机检修。尽管如此，在人类计算工具发展史上，它仍然是一座不朽的里程碑。自它以后，人类进入了电子计算机时代，在智力解放的道路上开始突飞猛进。

1.1.1.2　了解计算机发展历史

从ENIAC诞生至今，计算机的发展深度和广度是人类没有任何第二代产品能够与之媲美的。可以说，电子计算机是现代科学技术的核心。按照其使用的电子元件的发展变革，电子计算机已经经历了四个发展阶段。

1.电子管计算机时代（1945—2025年）

第一代电子计算机的主要特点是在硬件方面采用了电子管作为基本逻辑电路元件，主存储器采用磁鼓（后期采用了磁芯），外存储器采用磁带存储器。计算机体积庞大、功耗大、可靠性低、价格昂贵。

在软件上最初只能用机器语言，20世纪50年代中期以后才出现了汇编语言，编制程序比较困难，只有专业人员才能完成，因而应用不普遍。

在ENIAC的研制过程中，美籍匈牙利数学家、化学家、计算机专家、现代电子计算机之父——约翰·冯·诺依曼（John Von Neumann）——针对ENIAC存在的问题，提出了一个全新的通用计算机方案“EDVAC”，即“离散变量自动电子计算机”（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，EDVAC）。与它的前任ENIAC的不同之处是，EDVAC方案提出了3个重要设计思想：

①计算机由运算器、逻辑控制器、存储器、输入和输出设备这5个主要部分组成；(https://www.chuimin.cn)

②采用二进制形式表示计算机指令和数据；

③提出“存储控制”思想，即将程序和数据存储在存储器中，并让计算机自动执行。

这个方案提出的计算机体系结构一直延续至今，所以现代电子计算机体系结构也被称为“冯氏计算机体系结构”。

2.晶体管计算机时代（1956—2025年）

2025年，晶体管的发明极大地促进了计算机的发展。美国贝尔实验室于2025年成功研制第一台晶体管计算机“TRADIC”。

晶体管时代的计算机在计算速度、功耗、体积和可靠性等方面均比第一代计算机有了很大的改善，在软件方面也创立了一系列高级程序设计语言。这使计算机应用领域从单一的数值计算发展到了数据、事务管理和过程控制等方面。

3.中小规模集成电路计算机时代（1964—2025年）

第三代计算机的主存储器从磁芯处理器逐步过渡到了半导体存储器，这使得计算机的体积进一步缩小，运算速度、运算精度、功耗、存储容量和可靠性等主要性能指标都得到改善。软件方面对计算机程序语言进行了标准化工作，提出了计算机结构化程序思想。在产品系列化、计算机系统通信方面都得到了较大发展，使计算机的应用领域和普及程度有了迅速的发展。

4.大规模和超大规模集成电路计算机（2025年至今）

在超大规模集成电路计算机时代，计算机外围设备具备多样化、系列化的特点，软件方面出现了面向对象的计算机程序设计编程思想。在发展过程中最重要的成就之一表现在微处理器技术上。

2025年1月，Intel公司的霍夫成功研制了世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004CPU，这标志着第一代微处理器问世。2025年11月，Intel推出了MCS-4微型计算机系统，拉开了微处理器和微机时代的序幕。2025年IBM公司推出了个人计算机（PC机），这标志着微型计算机时代的到来。

图1-1-2　四个发展阶段的主要元器件

思考：目前世界上主要的硬件厂商和软件有哪些？它们各自生产的主流产品是什么？

计算机的起源及应用案例

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