1.1　電子計算機(jī)的誕生

在人類文明發(fā)展的歷史長河中，計算工具經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜、從低級到高級的發(fā)展過程，例如，繩結(jié)、算籌、算盤、計算尺、手搖機(jī)械計算機(jī)、電動機(jī)械計算機(jī)等。它們在不同的歷史時期發(fā)揮了各自的作用，同時也孕育了電子計算機(jī)的雛形。

1946年2月，世界上第一臺數(shù)字電子計算機(jī)ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer，電子數(shù)字積分計算機(jī)）在美國的賓夕法尼亞大學(xué)誕生，如圖1-1所示。設(shè)計這臺計算機(jī)主要用于解決第二次世界大戰(zhàn)時軍事上彈道課題的高速計算。雖然它的運(yùn)算速度僅為每秒完成5000次加、減法運(yùn)算，但它把一個有關(guān)發(fā)射彈道導(dǎo)彈的運(yùn)算題目的計算時間從臺式計算器所需的7～10h縮短到30s以下，這在當(dāng)時是了不起的進(jìn)步。制造這臺計算機(jī)使用了18800個電子管、1500多個繼電器、7000個電阻器，占地面積約170m2，質(zhì)量達(dá)30t，功率為150kW。它的存儲容量很小，只能存儲20個字長為10位的十進(jìn)制數(shù)；另外，它采用線路連接的方法來編排程序，因此每次解題都要靠人工改接連線，準(zhǔn)備時間大大超過實(shí)際計算時間。

雖然這臺計算機(jī)的性能在今天看來微不足道，但在當(dāng)時確實(shí)是一種創(chuàng)舉。ENIAC的研制成功為以后計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，具有劃時代的意義。它的成功，使人類的計算工具由手工到自動化產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，為以后計算機(jī)的發(fā)展提供了契機(jī)，開創(chuàng)了計算機(jī)的新時代。

ENIAC采用十進(jìn)制進(jìn)行計算，它的存儲量很小，程序是用線路連接的方式來表示的。由于程序與計算兩相分離，程序指令存放在機(jī)器的外部電路中，每當(dāng)需要計算某個題目時，首先必須人工接通數(shù)百條線路，往往為了進(jìn)行幾分鐘的計算要很多人工作好幾天的時間做準(zhǔn)備。針對ENIAC的這些缺陷，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼（John von Neumann）提出了把指令和數(shù)據(jù)一起存儲在計算機(jī)的存儲器中，讓機(jī)器能自動地執(zhí)行程序，即“存儲程序”的思想。

馮·諾依曼指出計算機(jī)內(nèi)部應(yīng)采用二進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算，應(yīng)將指令和數(shù)據(jù)都存儲在計算機(jī)中，由程序控制計算機(jī)自動執(zhí)行，這就是著名的存儲程序原理?！按鎯Τ绦蚴健庇嬎銠C(jī)結(jié)構(gòu)為后人普遍接受，此結(jié)構(gòu)又稱為馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，此后的計算機(jī)系統(tǒng)基本上都采用了馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)。馮·諾依曼還依據(jù)該原理設(shè)計出了“存儲程序式”計算機(jī)EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，離散變量自動電子計算機(jī)），并于1950年研制成功，如圖1-2所示。這臺計算機(jī)總共采用了2300個電子管，運(yùn)算速度卻比ENIAC提高了10倍，馮·諾依曼的設(shè)想在這臺計算機(jī)上得到了圓滿的體現(xiàn)。

圖1-1　第一臺電子計算機(jī)ENIAC

圖1-2　馮·諾依曼設(shè)計的計算機(jī)EDVAC

世界上首臺“存儲程序式”電子計算機(jī)是1949年5月在英國劍橋大學(xué)研制成功的EDSAC（Electronic Delay Storage Automatic Computer，電子延遲存儲自動計算機(jī)），它是劍橋大學(xué)的威爾克斯（Wilkes）教授于1946接受了馮·諾依曼的存儲程序計算機(jī)結(jié)構(gòu)后開始設(shè)計研制的。