
电子计算机Computers
"Computers are like Old Testament gods: lots of rules and no mercy."- Joseph Campbell本来,计算机的英文原词“computer”是指从事数据计算的人。而他们往往都需要借助某些机械计算设备或模拟计算机。
这些早期计算设备的祖先包括有算盘,以及可以追溯到公元前87年的被古希腊人用于计算行星移动的安提基特拉机械。随着中世纪末期欧洲数学与工程学的再次繁荣,1623年德国博学家Wilhelm Schickard率先研制出了欧洲第一部计算设备,这是一个能进行六位以内数加减法,并能通过铃声输出答案的“计算钟”。使用转动齿轮来进行操作。
1642年法国数学家布莱士·帕斯卡在英国数学家William Oughtred所制作的“计算尺”的基础上,将其加以改进,使能进行八位计算。还卖出了许多制品,成为当时一种时髦的商品。
1801年,法国人约瑟夫·玛丽·雅卡尔对织布机的设计进行改进,使用一系列打孔的纸卡片来作为编织复杂图案的程序。尽管这种被称作“雅卡尔织布机”的机器并不被认为是一部真正的计算机,但是其可编程性质使之被视为现代计算机发展过程中重要的一步。
查尔斯·巴贝奇于1820年构想和设计了第一部完全可编程计算机。但由于技术条件、经费限制, 以及无法忍耐对设计不停的修补,这部计算机在他有生之年始终未能问世。约到19世纪晚期,许多后来被证明对计算机科学有着重大意义的技术相继出现,包括打孔卡片以及真空管。德裔美籍统计学家赫尔曼·何乐礼设计了一部制表用的机器,其中便应用打孔卡片来进行大规模自动数据处理。
在20世纪前半叶,为了迎合科学计算的需要,许多专门用途的、复杂度不断增长的模拟计算机被研制出来。这些计算机都是用它们所针对的特定问题的机械或电子模型作为计算基础。20世纪三四十年代,计算机的性能逐渐强大并且通用性得到提升,现代计算机的关键特色被不断地加入进来。
1937年,年仅21岁的麻省理工学院研究生克劳德·香农发表了他的伟大论文《对继电器和开关电路中的符号分析》,文中首次提及数字电子技术的应用。他向人们展示了如何使用开关来实现逻辑和数学运算。此后,他通过研究万尼瓦尔·布什的微分模拟器进一步巩固了他的想法。这是一个标志着二进制电子电路设计和逻辑门应用开始的重要时刻,而作为这些关键思想诞生的先驱,应当包括:Almon Strowger,他为一个含有逻辑门电路的设备申请了专利;尼古拉·特斯拉,他早在1898年就曾申请含有逻辑门的电路设备;Lee De Forest,于1907年他用真空管代替了继电器。
沿着这样一条上下求索的漫漫长途去定义所谓的“第一部电子计算机”可谓相当困难。1941年5月12日,德国工程师Konrad Zuse完成了他的图灵完全机电一体计算机“Z3”,这是第一部具有自动二进制数学计算特色以及可行的编程功能的计算机,但还不是“电子”计算机。此外,其他值得注意的成就主要有:
1941年夏天诞生的阿塔纳索夫-贝瑞计算机是世界上第一部电子计算机,它使用了真空管计算器,二进制数值,可复用内存;在英国于1943年被展示的神秘的巨像计算机(Colossus computer),尽管编程能力极其有限,但是它使人们确信使用真空管既值得信赖,又能实现电气化的再编程;哈佛大学的马克一号;以及基于二进制的ENIAC,全名为电子数值积分计算器,这是第一部通用意图的计算机,但由于其结构设计不够弹性化,导致对它的每一次再编程都要重新连接电气线路。
20世纪40年代的第二次世界大战中,为训练轰炸机飞行员,美国海军曾向麻省理工学院探询,是否能够开发出一款可以控制飞行模拟器的计算机。军方当初的设想只是希望通过该计算机将飞行员模拟操作产生的数据实时反映到仪表盘上。和以前的训练系统林克训练机不同,军方计划系统能尽可能真实地根据空气动力学模型进行模拟,以使其能适用于各种不同类型的飞机。于是麻省理工创造了旋风工程,其制造出了世界上第一台能够实时处理数据的旋风计算机,并发明了磁芯存储器。这为个人计算机的发展做出了历史性的贡献。