漫话电子计算机

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1、漫话电子计算机漫话电子计算机徐厚骏摘要：本文简述了电子计算机的发展，以及在发展过程中的趣闻轶事。 前期的电子计算机前期的电子计算机前期的电子计算机前期的电子计算机故事要从二次世界大战说起，二次世界大战中，纳粹德国使用着一种命名为“谜”的译码机。谜型机能产生出二百二十亿种不同的译码组合，假如一个人日夜连续工作，每分钟试一种译码组合法，需要四万二千年才能将所有可能的组合方式试完。 希特勒深信谜型机能发出无法破译的密码，相信他们的无线电信息是不可能被破译的，德国人逐渐在三军各级以及希特勒本人都用上了这种谜型机。1938 年 7 月 27 日，一名美国电报电话公司欧洲分公司参于研制谜型机的数学家兼工程

2、师理查德勒文斯基，由于是犹太人被从德国赶出来，投奔了英国军事情报反间谍处，英国起用了数理逻辑天才34 岁的艾伦图林和破译密码专家艾尔弗雷德诺克斯，开始了解“谜”的战斗。勒文斯基制造了谜型机的仿制品，可算是技术上的小奇迹，它和两部电动打字机相连，操作人员只需查一下密码本，在季中选月、 月中选日、日中选时，选好密码后，接通必要的连线，把信息打在左侧的打字机上，右侧的打字机自动地打出了密码。密码文本送到目的地后，操作员在一部同样的设备上，按照信息的说明排好密码，将内容打在左侧的打字机上，右侧打字机则打出明码电文。图林率领了 12 名工程师， 研究一部能破译谜型机的秘密的机器，在希特勒准备进攻波兰时完

3、成了，给它起了个绰号叫“炸弹” 。机器安装在距伦敦几十公里之外， 英国女王维多利亚宽阔的布莱奇雷宫邸大树下的地下室里，1940 年 3 月的一天， “炸弹”第一次破译了纳粹德国谜型机的密码，这被英国军事情报反间谍处称之为“超级秘密” 。为了确保超级秘密的安全，英国成立了空中联络部，在军事情报反间谍处的保护下严格地使用超级秘密，以免引起敌人的注意。空中联络部雇用了英国和美国最杰出出的数百名专家，形成了个“布满圈套的世界，也是一个有最严格的逻辑和极端敏锐的世界” 。图林发明的机器使英国人在纳粹徳国最高统帅部心脏里拥有了一个耳目，不少人认为图林的发明使盟军赢得了战争， “炸弹”的工作使英国得以保住了

4、英伦三岛上空的制空权， 并在追歼徳国卑斯麦号装甲舰以及围歼徳国的潜艇战斗中都起到了关键性的作用， 后来仿造出来的机器使苏联在斯大林格勒战役中发起反攻， 导致了消灭隆美尔的非洲军团。图林的机器虽然只是用于破译密码，而且改进它也极端困难， 但它无可争议地是世界上最初的电子计算机。 由于保密，美国人并不知道英国人艾伦图林为破译“谜”型机密 码而制造的机器，然而大西洋彼岸的研究工作是那么相似，这真是在 科学史上的奇特时刻的不谋而合。 1939 年 12 月的一天晚上，美国依阿华州一所无名中学的数学教 师约翰文森特艾塔纳佐夫决定制造一部能够解析物理学中的复杂 方程式的自动计算机。 他在机器上使用了三百多

5、个电子管进行数字运 算，后来因没钱再买，又改造了自己的机器。机器内部的数按二进制 的方式运算，存储单元中只需要拥有 0 和 1 两个数据。 1942 年初，艾塔纳佐夫因为没有资金，在人们的冷漠中不得不 中断了他的研究，关闭了他在三年前布置的又小又简陋的试验室， 和 他唯一的合作者，他的学生利福德贝里分了手。在这之后，艾塔纳 佐夫万般无奈，但并不悲伤，他隐姓埋名，再也没有露过头角。 1942 年 8 月，当美国联邦当局接到摩尔工程学院两名研究人员 的一份计划草案时，感到异常惊奇。物理学家约翰莫奇利在一个电 气工程师普罗斯珀埃克特的帮助下，一五一十地说明了这种机器的 特性。实际上，莫奇利和埃克特占

6、有了艾塔纳佐夫的研究成果，只是 避而不提他的名字罢了。 计算机纪元就这样以冒名顶替地僭越别人的成果而开始。 莫奇利 和埃克特从军队得到四十万法郎的资助，1946 年 1 月正式投入使用， 2 月向世界宣布，取名为“电子数字积分计算机（ENIAC）”使用了18000 多个电子管，重约 30 吨。这就是世界上公认的第一部电子计 算机，它 30 秒钟就能完成人工需要 20 小时才能完成的弹道计算。 而 艾塔纳佐夫的名字却完全被人忘记了， 这个唇边总挂着自信的微笑的 教师，最不幸的是他忽略了为自己的研究成果和发明申请专利。图为图为位于宾夕法尼亚大学摩尔工程学院的位于宾夕法尼亚大学摩尔工程学院的 ENI

7、ACENIACENIACENIAC几乎同时，人们还在探索着实现电子计算机的另一条道路，哈佛 大学一年轻的数学助教霍华德艾肯，一天向 IBM 公司的创始人兼 总裁托马斯沃森提议造一部计算机，虽然沃森对电子计算机一无所 知，但他凭着直观感觉为这个年轻人的计划投资一百万美元。艾肯使 用电磁继电器代替电子管，他认为电子管虽然能保证高速，但却缺乏 准确性。1943 年，机器几经改进后装在哈佛大学物理实验室内正式 运行。虽然 IBM 公司为其装饰了光彩夺目的外表，但它毕竟是一部 非常缓慢的机器，而且噪声大得可怕，一个参观过现场的记者形象而 幽默地写道“好象听见整个俱乐部里的老太太们忙着用钢针织毛衣似 的。

8、” 之后， 计算机的发展几经波折， 有重大的发明， 也有卑鄙的算计， 有莫大的野心，更有财政上的困难。然而计算机的发明人一直没有能 取得合法的权力，直到 1974 年，巴勒斯公司和斯佩里兰德打官司， 争执电子数字积分计算机的专利权，联邦法院通过反复调查，拉森法 官郑重宣布： “计算机的合法父亲是约翰 文森特 艾塔纳佐夫先生。 ”老发明家的正当权力在诉讼案中得到了承认，他的事迹被公诸于众， 然而为时太晚了，一年后，艾塔纳佐夫被人发现脑袋上套了个塑料袋 死在自己的床上，调查的结论是自杀。 我国早期的电子计算机我国早期的电子计算机我国早期的电子计算机我国早期的电子计算机先仿制后创新，仿制为了创新先仿

9、制后创新，仿制为了创新先仿制后创新，仿制为了创新先仿制后创新，仿制为了创新在 ENIAC 的研制过程中， 科学家们已经发现了 ENIAC 的不足之 处和值得改进的地方，以冯诺依曼(JohnVonNeumann)为代表的一 些科学家，在 ENIAC 的研究工作尚未完成时，已着手设计存储程序 通用电子计算机，即冯诺依曼原理计算机。当年，我国有不少科学 家和留学生在国外工作和学习， 其中一部分人对电子计算机也产生了 兴趣，著名的数学家华罗庚就是其中之一，华罗庚那时在美国经常与 冯诺依曼和哥尔德斯坦(HHGoldstine)等在一起交谈有关学术问 题。 华罗庚 1950 年回国，1951 年组建中国科

10、学院数学研究所，一直 念念不忘要开展电子计算机的研究工作。1952 年夏，全国高等院校 调整，清华大学电机系的电讯网络研究室准备撤销，华罗庚邀请了其 中的三位科研人员成立了我国最早从事计算机研究的三人小组， 开始 了我国电子计算机的研究工作。 由于当年开展电子线路实验工作条件 困难，研究人员不足，为了使电子学方面的人员集中、经费集中、 仪 器设备集中，中国科学院领导 1953 年冬决定，将全院电子学方面的 人员暂时集中到近代物理研究所。 电子计算机研究组在近代物理研究 所中的代号为五三组。 近代物理研究所所长为著名的原子核物理学家 钱三强， 也特别关注电子计算机的研究， 研究工作顺利的继续和发

11、展。 1956 年，在周恩来总理主持制订的我国科学发展十二年规划中 列出了“计算技术的建立”规划，8 月成立了中国科学院计算技术研 究所筹备委员会，华罗庚任主任委员。当时，电子计算机在我国还是 空白科学，人员设备都不足，所以提出了“先集中，后分散”的原则， 在研究工作上，提出“先仿制后创新，仿制为了创新”的原则。9 月， 我国派出计算机技术考察团赴苏。1957 年 2 月我国派出 19 名实习生 去苏联学习计算机。4 月，经政府途径订购了3 计算机和计算机的图纸资料。 11 月，3 计算机的图纸资料首先到位，计算技术研究所成立 了3(代号 103)计算机研制组，在对图纸资料消化后，研制工作开

12、始了，在全体研制人员的努力和 738 厂的密切配合，于 1958 年 5 月 底试制完毕，8 月 1 日全机可以运行短程序进行表演，标志着我国第 一台数字电子计算机研制成功了。为了纪念这个日子，把这台计算机 定名为“八一”型数字电子计算机，报纸发表了消息。这台电子管计 算机的运算速度为每秒 30 次。以后，经过漫长的可靠性、稳定性调 整和零部件的改造，以及技术性的巩固工作，整整一年的时间，才正 式投入使用，其时运算速度已有所提高。1958 年 5 月，计 算机的图纸资料到位，8 月去苏联实习计算机的人员回国， 全体人员齐心协力，在 738 厂和各有关单位的密切配合下，于 1959 年 10 月

13、 1 日研制成功我国第一台大型通用数字电子计算机 (代号 104)，向国庆十周年献礼。人民日报在头版头条报导了这一喜 讯。自主研制阶段自主研制阶段自主研制阶段自主研制阶段仿制为了创新，通过 103、104 机的仿制，掌握了技术、积累了 经验、培养了人才，并在零部件试制加工以及系统配套方面奠定了基 础。1960 年 4 月我国自行设计、全部使用国产元器件的 107 计算机 通过考试，正式开始算题，所算的第一个题目是潮汐预报。这是一台 小型串联通用电子管计算机，运算速度平均每秒 250 次。1964 年初， 我国自行设计、 全部使用国产元器件的第一台大型通用数字电子计算 机 119 机，通过国家级

14、鉴定。平均浮点运算速度每秒 5 万次。1965 年，我国自行设计、全部使用国产元器件的第一台快速通用晶体管数 字计算机 109 乙机研制成功，我国计算机研制进入了第二代。开始了 晶体管时代。 1968年12月研制成晶体管大型通用数字电子计算机 “109丙机”。 尽管这台系统的计算速度只有 100KFlops，即每秒 10 万次浮点运算， 比我们 35 年后推出的“曙光 4000A”慢了整整 1 亿倍，她却被称为 “功勋机” ，为国家“两弹一星”事业做出重要贡献，是计算所永远 的骄傲。 1970年研制成第一批小规模集成电路通用数字电子计算“111 机” ，1976年11月研制成大型集成电路通用数

15、字电子计算机“013机”。这些系统都是在“文化大革命”的大环境下完成的，使我们没有被世 界上集成电路技术的发展拉得太远，但与“文革”以前相比我们在计 算机系统的研制上与世界水平的差距被拉大了。1983年11月年研制成中规模集成电路大型向量数字电子计算机 “757机” 。这是我们在第二个阶段推出的最后一个系统。与其同时代 的是CRAY-1，银河一号这些重要的计算机系统。 “757机”的研制使 我们进入了向量机时代。 个人计算机个人计算机个人计算机个人计算机说起个人计算机不得不先说说起个人计算机不得不先说说起个人计算机不得不先说说起个人计算机不得不先说 IntelIntelIntelIntel 公

16、司公司公司公司1968年，FairChild（仙童）公司的三位灵魂人物诺易斯、摩尔 和葛鲁夫离开公司自立门户，他们取了“集成电子” （Integrated Electronics）的字头，组出了“英特尔” （Intel）公司。不久，在 年轻的物理学博士霍夫的主持下， 于1971年设计制造出世界上第一块 4位微处理器芯片（称为 MPU，随着 MPU 功能的强大后，又称为 CPU） Intel 4004，该芯片集成了2000个晶体管，激动人心的 PC 机的乐章 序曲就由 Intel 公司奏响了。在 Intel 拉开 PC 登台亮相的帷幕后不久， 8位微处理器8008开发 出来了。使电子行业进入了利用 MPU 的新时代，但是，4004和8008 工作频率不高，用来构成微型计算机，其功能也很差。 1973年 Intel 公司发表了8位 MPU 8080， 它集成了5400只晶体管。 8080广泛供应市场后，微处理器才在电子技术领域得到真正应用， 8080包含了8008的全部指令功