作者：田達(dá)瑋，秦曾昌

編輯：婉珺

世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)是啥？你可能很快就能答出：“埃尼阿克（ENIAC）”。畢竟歷史課本上是這樣寫的。

但是在計(jì)算機(jī)學(xué)界，對于究竟誰是第一臺電子計(jì)算機(jī)其實(shí)存在著爭議，除了ENIAC以外，Z-3、ABC計(jì)算機(jī)都是世界上第一臺計(jì)算機(jī)的有力競選者。

下面我們來一一介紹這三位候選“機(jī)”。

工作人員正在設(shè)置ENIAC一個函數(shù)表上的開關(guān)。圖片來源：WikimediaCommonsZ-3

1936年，德國工程師康拉德·楚澤（KonradZuse）制造了一臺Z-1計(jì)算機(jī)，這臺計(jì)算機(jī)采用的是二進(jìn)制，并且采用巴貝奇分析機(jī)中提到的“穿孔帶”結(jié)構(gòu)來輸入程序，它是世界上第一臺電子-機(jī)械式-二進(jìn)制-可編程（Electro-MechanicalBinaryProgrammable）計(jì)算機(jī)。

楚澤

在制造Z-1計(jì)算機(jī)時(shí)，楚澤并沒有得到***的支持，只是受到幾個朋友極少的資助，因此他只能自掏腰包來維持Z-1的研究，因此Z-1的性能較差，嚴(yán)格上也只能算是一個模型。但楚澤并沒有放棄。

在1937年，他又在朋友幫助下得到一些廢棄的繼電器，用這些廢棄的繼電器，楚澤開始獨(dú)自組裝電磁式計(jì)算機(jī)Z-2。雖然這些電子元件比較舊，但依舊發(fā)揮了巨大的功效。在這些電子元件的幫助下，Z-2的計(jì)算性能突飛猛進(jìn)，并成功引起了德國飛機(jī)研究所的關(guān)注。德國飛機(jī)研究所愿意資助楚澤研究性能更好的Z-3計(jì)算機(jī)，并希望將Z-3計(jì)算機(jī)應(yīng)用于飛機(jī)制造上。楚澤不負(fù)所托，于1941年完成了Z-3計(jì)算機(jī)。

Z-3具有優(yōu)異的數(shù)學(xué)運(yùn)算性能。除了能夠?yàn)橹圃祜w機(jī)提供計(jì)算方面的幫助外，楚澤還為他編寫了一個國際象棋的程序，這可以說是最早在計(jì)算機(jī)上的國際象棋游戲了。但由于戰(zhàn)爭，Z-3在1944年的一次空襲中被炸得粉碎。在1945年，楚澤又制造了一臺Z-4計(jì)算機(jī)，并為其開發(fā)了一套編程語言Plankalkuel。

由于戰(zhàn)爭原因，楚澤和他的計(jì)算機(jī)研究一直是國家機(jī)密，不為外人所知。直到1958年，計(jì)算機(jī)學(xué)界才知道他的成果。不過這個時(shí)候，全世界都已經(jīng)普遍認(rèn)為1945年建成的ENIAC是第一臺電子計(jì)算機(jī)，再加上楚澤的計(jì)算機(jī)是為當(dāng)時(shí)的納粹***服務(wù)，因此也幾乎沒有人來為楚澤申辯，也就很少有人知道楚澤其實(shí)才是第一位電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明者。

ABC

ABC的全稱是Atanasoff-BerryComputer，其中Atanasoff和Berry是它的兩位發(fā)明者：約翰·文森特·阿塔那索夫以及他的學(xué)生克里福特·貝瑞。

阿塔納索夫和貝瑞

阿塔那索夫是愛荷華州立大學(xué)（IowaStateUniversity）的物理教授，他在教授課程的過程中，常常試著用電子技術(shù)來幫助學(xué)生解決復(fù)雜的計(jì)算問題，這為后來的ABC埋下了伏筆。

在阿塔那索夫設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)過程中，他做出了四個十分重要的決定：

1、采用電子管元件；

2、采用二進(jìn)制代替十進(jìn)制；

3、采用電容器作為存儲器；

4、采用邏輯運(yùn)算代替數(shù)字運(yùn)算。

當(dāng)時(shí)常用到的電子元件有電子管和繼電器，電磁繼電技術(shù)在當(dāng)時(shí)使用的十分廣泛，技術(shù)成熟度高，性能更穩(wěn)定，如前面提到的Z系列計(jì)算機(jī)，還有1944年建造的ASCC采用的就是繼電器元件。而電子管在當(dāng)時(shí)的應(yīng)用很少，可靠性也比較低，因此選擇電子管這個元件是一項(xiàng)非常冒險(xiǎn)的決定。而其他三項(xiàng)決定在當(dāng)時(shí)看來也是極具創(chuàng)新性的。這四項(xiàng)重要的決定明確了阿塔納索夫的計(jì)算機(jī)的建造思路。

1939年，阿塔納索夫和他的學(xué)生貝里完成了ABC樣機(jī)的建造。到1940年底，ABC成功運(yùn)行，并且可以解一系列復(fù)雜的方程式。于是他們向?qū)W校提出經(jīng)費(fèi)申請，希望能夠建造一臺功能完善的計(jì)算機(jī)。但由于1939年美國發(fā)生了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)危機(jī)資源極度匱乏，學(xué)校認(rèn)為把重要的二極管元件浪費(fèi)在這種毫無意義的發(fā)明上是浪費(fèi)資源，因此沒有同意阿塔納索夫的申請。不僅如此，學(xué)校還決定將ABC樣機(jī)拆除，把零件用到“更有價(jià)值的地方”去了。后來我們看到的ABC計(jì)算機(jī)，是在1997年建造的復(fù)制品。

1997年阿塔納索夫-貝瑞計(jì)算機(jī)的復(fù)制品，位于愛荷華州立大學(xué)達(dá)勒姆中心。圖片來源：creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/

從構(gòu)思到建造ABC，阿塔納索夫花費(fèi)了近5年時(shí)間，而剽竊這一成果，只需要5天。1941年6月，約翰·莫克利(JohnMauchly)（ENIAC的主要建造者之一）在阿塔納索夫家里花了5天時(shí)間“鉆研”ABC的研究思路及成果，這為后來的ENIAC研制提供了清晰的方向。后來，莫克利(JohnMauchly)和埃克特(PresperEckert)為ENIAC申請了專利,并且完全沒有提及阿塔納索夫?yàn)榇怂龅呢暙I(xiàn)，這讓阿塔納索夫十分氣憤。

盡管莫克利矢口否認(rèn)去過阿塔納索夫家里，但美國聯(lián)邦法院在經(jīng)過詳細(xì)的調(diào)查后，于1973年10月19日撤銷了莫克利和埃克特對于ENIAC的專利權(quán)，認(rèn)定阿塔納索夫是電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明人。

如此看來，無論是Z-3計(jì)算機(jī)還是ABC計(jì)算機(jī)，實(shí)際上都比ENIAC更早建成。

ENIAC

目前對于ENIAC，已不再稱其為第一臺電子計(jì)算機(jī)，而是稱為第一臺通用型電子計(jì)算機(jī)（盡管Z-3更早誕生）。

ENIAC

二戰(zhàn)時(shí)，美國對于各種彈道表的計(jì)算和***效率低下，迫切需要一個能夠快速運(yùn)算且保證運(yùn)算結(jié)果準(zhǔn)確的計(jì)算機(jī)。因此1943年，研制ENIAC的絕密計(jì)劃——莫克利-埃克特計(jì)劃應(yīng)運(yùn)而生。

最初軍方想要的計(jì)算機(jī)是專門用來進(jìn)行彈道計(jì)算的機(jī)器，但研發(fā)者的想法并非如此，他們希望能夠建造一種通用型的計(jì)算機(jī)，可以根據(jù)不同的程序來處理各種各樣的問題。所以在要求軍方的資助時(shí)，研發(fā)者們巧妙地將ENIAC描述成為“一臺能夠解決多種彈道計(jì)算問題的多功能計(jì)算機(jī)”。

由于需要解決多種問題，建造ENIAC所需的物資和時(shí)間也遠(yuǎn)超過了最初的計(jì)劃：在最初的計(jì)劃中，ENIAC將消耗大約5000個電子管，經(jīng)費(fèi)預(yù)算150000美元；而建造完成時(shí)，ENIAC用掉了18000多個電子管，消耗經(jīng)費(fèi)400000美元，超過了原計(jì)劃的3倍以上。

1943年6月開始研制的ENIAC，由于研制過程花費(fèi)了太多的時(shí)間，并沒有來得及在二戰(zhàn)中展示自己的身手。戰(zhàn)爭于1945年9月結(jié)束，而ENIAC在11月才緩緩地投入試運(yùn)行。由于在戰(zhàn)場上ENIAC沒有任何立功機(jī)會，軍方?jīng)Q定將這個耗費(fèi)巨資搭建的計(jì)算機(jī)拆除，將零件用在“更有用的地方”。就在軍方計(jì)劃對ENIAC撤除自助時(shí)，馮諾依曼給ENIAC布置了一項(xiàng)新的任務(wù)：為氫彈的研制提供計(jì)算幫助，這使得ENIAC開始展現(xiàn)自己的本領(lǐng)。

盡管現(xiàn)在認(rèn)為ENIAC并非是第一臺電子計(jì)算機(jī)，但ENIAC在諸多領(lǐng)域提供了相當(dāng)大的幫助是無法忽視的事實(shí)。到退役為止，ENIAC共運(yùn)算8萬多小時(shí)，為氫彈的研制、天氣預(yù)測、風(fēng)洞的開發(fā)都做出了卓越的貢獻(xiàn)。相比之下，第一臺電子計(jì)算機(jī)ABC卻在建成后即被拆除，幾乎沒有用武之地，因此人們對ENIAC的高度評價(jià)也不是沒有道理的。

馮·諾依曼與ENIAC

來自于匈牙利的天才馮·諾依曼不僅是博弈論創(chuàng)始人，也被譽(yù)為“計(jì)算機(jī)之父”。雖然圖靈構(gòu)建了“圖靈機(jī)”的偉大理論設(shè)想，但是他沒有設(shè)計(jì)***，甚至也沒有在死前看到一臺實(shí)際可以使用的“通用計(jì)算機(jī)”的問世。

阿蘭·圖靈。圖片來源：turingarchive.org

馮·諾依曼在ENIAC的建造過程中曾提出中肯的設(shè)計(jì)建議。在最初設(shè)計(jì)時(shí)ENIAC與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)其實(shí)是有差異的，ENIAC的程序與計(jì)算部件是分離的，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要人工進(jìn)行程序替換，之后再啟動計(jì)算功能，這對于計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率有著非常大的阻礙。

針對這一點(diǎn)，馮·諾依曼曾寫過一項(xiàng)著名的“101頁報(bào)告”，提出要設(shè)計(jì)出能夠?qū)⒊绦騼Υ嬖趦?nèi)部的計(jì)算機(jī)，馮諾依曼稱之為EDVAC（離散變量自動計(jì)算機(jī)）。EDVAC不用進(jìn)行人工切換，由計(jì)算機(jī)自動依次執(zhí)行程序，后來這種計(jì)算機(jī)也被稱為“馮·諾依曼機(jī)”。不過由于ENIAC計(jì)算機(jī)研發(fā)小組發(fā)生了分裂，EDVAC一直到1951年才被研制出來。盡管如此，其結(jié)構(gòu)對現(xiàn)代計(jì)算機(jī)也還是產(chǎn)生了巨大影響。我們今天所使用的計(jì)算機(jī)也大多屬于馮諾依曼機(jī)的改進(jìn)型。

馮·諾依曼

其實(shí)，第一臺計(jì)算機(jī)這個頭銜究竟屬于誰也許并不那么重要，Z-3，ABC，和ENIAC都是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上最閃亮的星。真正重要的是科學(xué)家們?yōu)榇俗鞒龅呐Γ沁@些不斷開拓的科學(xué)家們的努力研究，開辟出一片改變?nèi)祟惿畹男畔a(chǎn)業(yè)的新天地，我們才能夠享受今天的技術(shù)便利，因此，三臺計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)者都應(yīng)當(dāng)?shù)玫轿覀兊淖鹁础?/p>

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