第二章 一切只是刚刚开始（1）-ENIAC

 一切只是刚刚开始

 第一台通用计算机

人们对于计算的需求一直增加，追求快速、准确的计算器一直是梦寐以求的事情，而这种需求到了二十世纪四十年代，已经变得更加的迫切。

在第二次世界大战中，交战双方都使用了飞机和火炮，猛烈轰炸对方军事目标。要想打得准，必须精确计算并绘制出"射击图表"。经查表确定炮口的角度，才能使射出去的炮弹正中飞行目标。但是，每一个数都要做几千次的四则运算才能得出来，十几个人用手摇机械计算机算几个月，才能完成一份"图表"。美国陆军军械部在马里兰州的阿伯丁设立了“弹道研究实验室”。

美国军方要求该实验室每天为陆军炮弹部队提供6张射表以便对导弹的研制进行技术鉴定。事实上每张射表都要计算几百条弹道，而每条弹道的数学模型是一组非常复杂的非线性方程组。这些方程组是没有办法求出准确解的，因此只能用数值方法近似地进行计算。不过即使用数值方法近似求解也不是一件容易的事！按当时的计算工具，实验室即使雇用200多名计算员加班加点工作也大约需要二个多月的时间才能算完一张射表。在“时间就是胜利”的战争年代，这么慢的速度怎么能行呢？恐怕还没等先进的武器研制出来，败局已定。

1942年，莫奇利（Mauchly）写了一份备忘录，提议建造一台通用电子计算机。[6]在摩尔学院内流传的提案（但意义并未立即得到承认），提出了试制第一台电子计算机的初始设想——“高速电子管计算装置的使用”，期望用电子管代替继电器以提高机器的计算速度，强调了使用没有移动部件的数字电子技术可以获得的巨大速度优势，Mauchly）于1942年提出了试制第一台电子计算机的初始设想——“高速电子管计算装置的使用”，期望用电子管代替继电器以提高机器的计算速度。赫尔曼·戈德斯汀中尉是美国陆军和摩尔学校之间的联络人，他看到这个想法非常兴奋，并请莫奇利写一份正式提案。

1943年4月，陆军与摩尔学校签约，建造电子数字集成器和计算机（ENIAC，Electronic Numerical Integrator and Computer）。成立了一个以莫希利、埃克特（John Eckert）为首的研制小组开始研制工作、预算经费为15万美元，这在当时是一笔巨款。 Mauchly 领导了概念设计，而埃克特则领导了 ENIAC 的硬件工程。许多其他有才华的工程师为机密的"PX项目"做出了贡献。

1946年2月15日，ENIAC，人类历史上第一台现代意义上电子计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生。它的最大意义在于它拥有了今天计算机的主要结构和功能，是通用计算机，并且是第一台与通用图灵机等效的计算机。

　　ENIAC长30.48米，宽1米，占地面积170平方米，30个操作台，约相当于10间普通房间的大小，重达30吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它包含了17468个真空管、7200个二极管、70000个电阻器、10000 电容器、1500个继电器、6000多个开关，每秒执行5000次加法或400次乘法，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。这家伙恐怖的地方还在于耗电量150千瓦，造价48万美元。

ENIAC当时是一项复杂而精细的技术。该机器容纳在40个9英尺高的机柜中，包含17,468个真空管，70,000个电阻器，10,000个电容器，1,500个继电器，6,000个手动开关和500万个焊接接头。占地面积1,800平方英尺（167平方米）。重达30吨，运行时消耗了160千瓦的电能。两台20马力的鼓风机输送冷空气，以防止机器过热。大量能源的使用导致谣言说，打开机器会使费城市出现电力不足的情况。但是，这个故事在1946年被《费城公报》首先错误地引用了，此后被人们视为城市神话 [^feic] 。

[^feic]: https://www.thoughtco.com/history-of-the-eniac-computer-1991601

ENIAC只需一秒钟即可完成（比当时任何其他计算机快1000倍）可以执行5,000次加法，357次乘法或38除法。使用真空管代替开关和继电器可以提高速度，但这并不是一台快速重新编程的机器。更改程序将花费技术人员数周的时间，并且机器始终需要长时间的维护。作为附带说明，对ENIAC的研究导致了真空管的许多改进。

研制电子计算机的想法产生于第二次世界大战进行期间。当时激战正酣，美国军方要求马里兰州的阿伯丁“弹道研究实验室”每天为陆军炮弹部队提供6张火力表以便对导弹的研制进行技术鉴定……

虽然在今天看来，ENIAC的计算能力恐怕连小小的计算器、智能手机都比不上，但当时称得上是功能强大。ENIAC体积非常庞大，占满好几个房间，全身上下拥有一大堆缠绕的电线和真空管。它的耗电量也非常惊人，工作的时候，全城的人都知道，因为家家户户的电灯都变暗了。最初ENIAC的程序设置需靠人工移动开关、连接电线来完成，改动一次程序要花一星期时间。为了提高效率，工程师们设想将程序与数据都放在存储器中。数学家冯·诺依曼将这个思想以数学语言系统阐述，提出了存储程序计算机模型，后人称之为冯·诺依曼机。

但即使在当时看来，ENIAC也是有不少缺点的：除了体积大，耗电多以外，由于机器运行产生的高热量使电子管很容易损坏。只要有一个电子管损坏，整台机器就不能正常运转，于是就得先从这1．8万多个电子管中找出那个损坏的，再换上新的，是非常麻烦的。

它的耗电量超过174千瓦，�据说那些年，只要埃历阿克一开动，整个费城城市的所有灯光顿时黯然失色。那些个电子管发光又发热，�平均每隔7分钟要损坏一只。虽然当初只花了军械部40万元的研制费用，�可谁能料到，维护它的费用后来竟超过200万之巨！埃历阿克最致命的缺点是程序与计算两分离。�指挥埃历阿克2万只电子管工作的程序指令，被存放在机器的外部电路里。需要计算某个题目前，埃克特必须分派几十员精兵强将，把数百条线路用手接通，像一群电话接线员那样手忙脚乱地忙活好几天，才能进行几分钟运算[^his]。

[^his]: http://m.sohu.com/n/467554177/?wscrid=95360_6

现在的人不应该因此而求全责难莫契利和埃克特，因为电子计算机的设计毕竟是前无古人的。然而，正是这前无古人，方才显得出英雄本色。这时，冯·诺依曼用高超的理论和技术方法，一举攻克了巨大的难关。

ENIAC的终结

尽管1940年代在计算领域取得了重大进步，但ENIAC的任期很短。 1955年10月2日晚上11:45，电源终于关闭，ENIAC退役了。 在1996年，也就是ENIAC被政府公开承认的50年后，这台大型计算机便在历史上占有一席之地。 根据史密森尼学会，ENIAC是费城市的关注中心，因为他们庆祝它是计算的发源地。 ENIAC最终被拆除，在宾夕法尼亚州和史密森尼博物馆展出了大型机器的各个部分。

经证实，世界上的第一台电子计算机应为“ABC”。1941年，“ENIAC”的发明者之一莫科里在阿坦纳索夫家借住5天，借此机会“盗取”了研究成果及想法，之后与埃克特一起制造了“ENIAC”并申请了专利，被世人称为“现代计算机之父”而阿坦纳索夫并未重视自己的重大发明“ABC”，学校也没有重视此项发明，并拆掉了“ABC”。后经过美国法院判决，推翻并吊销了莫科里的专利，“现代计算机的基本想法是来自约翰-文森特-阿坦纳索夫。事实上，阿塔纳索夫所在的爱荷华大学并没有为ABC计算机申请专利，而且打官司的也不是几位计算机设计者本人，而是两家计算机公司，Honeywell和Sperry Rand公司。