2月14日是西方国家的情人节,这一天,情侣们互相赠送礼物,依偎在一起诉衷肠。在1946年的这一天,对于普通大众来说,只是一生之中无数个情人节中的一个。但是在美国宾夕法尼亚大学内,一群为科学献身的技术工作者们却连给自己喜欢的人买一束玫瑰的时间都没有。
在宾夕法尼亚大学,有一处神秘的所在,这里有一个巨大的厂房,一些科学家们总是忙忙碌碌地进进出出,没有人知道他们在干什么,但是这里的学生都很清楚,他们所研究的东西一定会对世界产生深远的影响。因为这座厂房建造于第二次世界大战期间,他们所做的研究就是为了尽早结束这场残酷的战争。
在第二次世界大战中,敌对双方的武器设备都得到了升级,都开始使用飞机和火炮来远程轰炸对方军事目标。为了轰炸效率,就要提高打击的准确性。为此,双方都精确计算并绘制出“射击图表”。每次发射之前都需要核对图标以确定炮口的角度,以此来提高打击的精准度,这样既震慑了敌方、又节约了我方的导弹。但查图标跟查字典并不一样,并不是知道一个字的读法或者偏旁部首,就能从字典里找到这个字,以了解这个字的意义。射击时,每一个数都要做上千次的四则运算才能得出来。当时已经有手摇机械计算机,但即使借助机器的帮助,一次计算也需要数十人计算数月才能完成一份“图表”。在这个大背景下,美国方面开始投入大量人力物力来研发一种新型的能够提高运算速度的机器。
可能有许多人还纳闷,为什么电脑叫做电子计算机呢,很少有人用电脑进行计算啊,这是沿用了当时的称呼。在当时,发明电脑就是为了计算。了解了这一点,对电子计算机的这个称呼就很容易接受了。
让我们再回到1946年情人节那天,在场的研究人员对这个庞然大物进行着最后一次检查。是的,这是一个名副其实的庞然大物,跟现在我们所常见的台式机相比,简直就是大象跟瓢虫的对比。这台机器重达30吨,占地150平方米,装有18000只电子管、6000个开关、7000只电阻、10000只电容、50万条线,耗电量140千瓦,可进行5000次加法/秒运算。随着总开关的摁下,所有人都屏住呼吸,等待电子计算机的运作。终于,在经历了数次失败之后,他们终于看到了胜利的曙光。在场的人们都兴奋地抱在一起,这是他们在这个情人节送给世人最好的礼物。这台计算机名叫ENIAC。可以说,这个大块头艾尼亚克是当今所有电脑的前辈。
ENIAC
我们通常认为,第一代电子计算机是1964年的情人节那天诞生的,但众所周知,二战结束于1945年。那是不是说,虽然战争促进了电子计算机的研究,但后者却对战争毫无帮助呢?其实不然,在第一代电子计算机诞生之前,霍华德.艾肯在1944年就研制出一台全电子计算器,为美国海军绘制弹道图。这台计算器简称Mark I,体积同样庞大,需要半个足球场才能安放,机器内部含有500英里的电线,使用电磁信号来移动机械部件。这些机器虽然很庞大,但运算速度却并不快,大概3-5秒可以进行一次计算,并且只能用于专门领域。而ENIAC的运算速度比Mark I快1000倍,并且可以进行弹道图之外的计算,所以一般认为ENIAC是第一台普通用途计算机,也是第一代电子计算机。
提到ENIAC,不得不说的有两个人。
第一个人是算是电脑之父冯·诺依曼,之所以说算是,是因为冯·诺依曼本人对此称号坚辞不授,他坚持认为图灵才是真的电脑之父。后者对人工智能的发展有着不可磨灭的贡献。
冯·诺依曼也参与了宾夕法尼亚大学的电子计算机研究小组,并且在1945年设计电子离散可变自动计算机EDVAC,这是人类第一次将程序和数据以相同的格式一起储存在存储器中。这一创举使得计算机可以在任意点暂停或继续工作,机器结构的关键部分是中央处理器,它使计算机所有功能通过单一的资源统一起来。通俗来讲,冯·诺依曼为电子计算机这个庞然大物建立了一根脊椎。
冯·诺依曼
另外一个功勋人物是美国物理学家莫奇利。他是该项目的总设计师,可以说,他是看着ENIAC从一堆零件一点点拼凑成长起来的。
相信人们都知道电脑的另外一个称呼,叫做微机。微机其实是微型计算机的简称,而所谓的微型并非是指现今越来越小的掌上电脑,而是跟之前ENIAC这种庞然大物进行比较,由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机,适合平常人办公和家庭使用。
似乎从清朝以来,我国在科技发展上总是跟不上世界的脚步,但在电子计算机的领域,我国却紧跟着时代步伐。
1965年中科院计算所研制成功了中国第一台大型晶体管计算机:109乙机。两年后,对109乙机加以改进,推出109丙机,这台计算机在中国两弹试制中发挥了重要作用,被誉为“功勋机”。今天,由我国独立自主研发的天河二号超级计算机,已经连续4次击败美国的“泰坦”登上运算速度最快的宝座。
109乙机
由前文提到的掌上电脑和超级计算机正好可以看出先进电子计算机的两个发展方向:越来越小和越来越大。许多笔记本都在简化硬件,苹果Ipad就是一个典范,这在十几年,甚至几年之前都不敢想象,能把台式机这样的笨重机器的功能全部塞进这样一个简单方便的屏幕上。越来越大的电子计算机主要用于科学研究,用来计算一些大数据,比如模拟宇宙大爆炸。在科幻小说里,经常会有一台超级计算机,通过输入洪流般的数据,来对未来进行模拟。说不定,这样的科幻设定很快就会走进我们的生活。那时候,人们出门前就不用看黄历,而是问问计算机,今天发生哪些事情的概率更大,穿哪一件衣服更容易得到异性青睐。
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