電子計算機是怎麼被髮明出來的?

電子計算機

一般認為世界上第一臺電子計算機是美國 1946年研製出的“電子數值積分計算機” (ENIAC)但英國爭辯說:第一臺電子計算機的桂冠應屬於英國1940年研製出來的“巨人”計算機。第二次世界大戰前,德國發明瞭一種機械式密碼編碼機“ ENIC-MA,它能夠編制出無數種同一系列的密碼。這種密碼十分複雜,德國人對它的保密效能十分自信,認為它所編制的密碼幾乎是不可破譯的,因此在軍隊的高階保密通訊中廣泛使用由它所編制的密碼。

英國情報機關從戰前就開始注意到了“談式”密碼,經過竊聽和謀報人員、破譯人員的長時間努力,竊得了“謎式”密碼的秘密,終於可以用人工破譯出其中部分內容了。但破譯~種用“謎”式密碼機編制的新密碼都要耗費很長時間,難以滿足作戰的需要。

美國情報機構與數學、電子學專家合作,組成了以數學家阿蘭·丘利姆為首的研究小組,研製出了一種使用2000多隻電子管的大型電子運算裝置,被稱作“巨人”機,專門用於對德國“謎式”密碼的解析和破譯。從此人類可以對密碼進行機器破譯了,並且大幅度提高了破譯的成功率和速度。英國把這種透過電子竊聽、電子破譯“謎式”密碼得來的情報定為國家最高階機密情報,命名為“超級機密(ULTRA)”情報。

在抵抗德國空襲英國的“不列顛戰役”中,“超級機密”適時地發揮了作用。英國空軍透過“超級機密”,事先就得到了德國空軍的空襲計劃、攻擊目標及作戰要領等許多重要情報,及時調配戰鬥機和高射炮等防空力量,在最佳時間和地點攔截德國轟炸機群,使數量處於劣勢的英國空軍掌握了空戰的主動權。

後來,由於德軍在空中攻勢受挫,始終無法獲得制空權,希特勒不得不放棄了進攻英國本土的“海獅”計劃。英國首相丘吉爾也正是透過“超級機密”獲得了這一情報,而長長地舒了一口氣

英國為保守“超級機密”的秘密,付出了沉重的代價。1940年11月12日清晨,英國情報機關透過“超級機密”獲悉:德國空軍在14日夜間和15日凌晨,將出動500多架轟炸機空襲英國的重要工業城市考文垂。可以預料,考文垂市將受到多麼巨大的損失。

除了可以使用戰鬥機和高射炮迎擊德國飛機外,要不要通知考文垂市居民緊急疏散呢?這樣做固然可以減少許多人員傷亡,但也意味著英國透過某種渠道得到了德國的秘密計劃,這就有可能暴露“超級機密”,導致這條重要情報來源的中斷,造成以後更大的損失。丘吉爾作為英國首相,懷著沉重的心情斷然地下了決心:為了今後的利益和戰爭的需要,考文垂市的居民們將不得不付出巨大的犧牲。結果, 15000枚燃燒彈和1400枚其它炸彈落在了毫無防備的考文垂市民頭上。

550人死亡,約5000人受傷,50 000間房屋被毀壞,12家工廠受到嚴重破壞。英國付出了沉重代價,但它使德國人直到第二次世界大戰結束也未能知道“超級機密”的秘密,保證了這條情報來源的暢通。希特勒經常使用“謎式”密碼與在北非的德軍統帥隆美爾進行通訊聯絡。據說,駐北非英軍司令蒙哥馬利有時比隆美爾還要先看到希特勒的電文。正是由於英國對“超級機密”的嚴密保密措施,它才一直不為世人所知,“巨人”機也長期扮演著“無名英雄”。

第二次世界大戰後期,美國賓夕法尼亞大學受美國陸軍委託研製電子化的通用計算機“ENIAC(埃尼阿克療,目的在於計算炮彈及火箭、導彈武器的彈道軌跡。36歲的物理學家莫克利是主要設計者,24歲的埃克特擔任總工程師。經過兩年多的艱苦努力,“埃尼阿克”終於在1945年底製造完成,1946年初做了公開展示。“埃尼阿克”是個龐然大物,整個機器使用18 000只電子管、 6000個繼電器、 7000個電阻、10 000個電容;總重30噸,機房面積170平方米,耗電150千瓦,耗資約為50萬美元。這部計算機每秒鐘可做5000次加法或500次乘法或50次除法,比人工計算快20萬倍。用“埃尼阿克”計算炮彈彈道只要3秒鐘。“埃尼阿克”於1955年“退役”,現陳列在華盛頓一家博物館裡。

“埃尼阿克”有兩大缺點,一是沒有記憶體儲器,二是要由人像措積木一樣,將大量運算部件搭配成各種解題佈局,每算一題就要重答一次,又費時,又麻煩。有的題只要計算1秒鐘,準備工作卻要花上幾十分鐘。對“埃尼阿克”的改進應歸功於匈牙利裔美國數學家馮·諾依曼。

馮?諾依曼有非凡的數學才能,曾被譽為“萬能數學家”。1930年,他到美國普林斯頓大學任教,曾擔任過美國陸軍彈道研究所、海軍兵器研究所等單位的顧問,參與了研製第一批原子彈的曼哈頓計劃。1944年夏,馮·諾依曼正在負責研製核武器,需要進行大量高速的計算。他偶然聽說“埃尼阿克”小組正在研製計算機,喜出望外,立即參加進去,擔任小組顧問。

那時“埃尼阿克”的研製已接近尾聲,為了克服已經意識到的“埃尼阿克”的缺點,透過與小組成員共同研討,馮·諾依曼提出一個全新的儲存程式通用電子計算機方案,方案明確規定,新機器有五個組成部分:運算器、控制器、儲存器、輸出和輸入。此外,新方案還有兩點重大改進,一是採用二進數制,簡化了計算機結構;二是建立儲存程式,將指令和資料放進儲存器,加快了運算速度。新機器EDVAC於1952年研製成功。馮。諾依曼概念被認為是計算機發展史上的一個里程碑,它標誌著電子計算機時代的真正開始。

電子計算機的誕生使人類第一次擁有了能夠部分代替人腦對資訊進行加工處理的機器。電子計算機自問世迄今,已經歷了五代發展歷程:1946-1957年的第一代電子管計算機時代;1958-1964年的第二代電晶體電子計算機時代;1965-1970年的積體電路計算機時代;1970年開始的向大規模積體電路計算機過渡的第四代,目前正在向第五代智慧化計算機邁進。

今天,每秒運算速度達到上萬億次的巨型計算機已經投入運轉。行動式微型計算機的體積、重量只有“埃尼阿克”的萬分之一,運算速度卻是“埃尼阿克”的上千倍。計算機不僅在工業、農業、商業、醫學、軍事、科研等領域發揮著巨大的作用,並透過正在實現網路化,深入人們的家庭和日常生活。

總的來看,電子計算機今後的發展趨勢,主要將向兩極發展:巨型機標誌著一個國家的科學技術水平,微型機的生產和應用則體現一個社會的科技現代化程度。

我國第一臺電子管計算機誕生於1958年,是由科學家吳兒康設計的。

1997年6月19日,“銀河100”百億次巨型計算機系統問世。它採用了大規模平行計算技術,運算速度為130億次/秒,標誌著中國計算機制造技術已進入世界先進行列。