埃尼阿克，研究世界第一台计算机

埃尼阿克，研究世界第一台计算机

ENIAC，全称为Electronic Numerical Integrator And Computer，即电子数字积分计算机。ENIAC是世界上第一台通用计算机，也是继ABC（阿塔纳索夫-贝瑞计算机）之后的第二台电子计算机。它是图灵完全的电子计算机，能够重新编程，解决各种计算问题。它于1946年2月14日在美国宣告诞生。承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、朱传榘、戈尔斯坦、博克斯组成。总工程师埃克特在当时年仅25岁。

中文名

埃尼阿克

外文名

ENIAC

发明者

莫尔小组

诞生地

美国

重量

31吨

意义

第一台数字式的电子多用途计算机

作用

为人们生活带来了方便

发展

网络时代的开端

编程语言

机器语言、汇编语言、Basic语言

使用元件

电子管计算机

全称

Electronic Numerical Integrator And Computer

世界上第一台现代电子计算机埃尼阿克(ENIAC)，诞生于1946年2月14日的美国宾夕法尼亚大学，并于次日正式对外公布。

ENIAC长30.48米，宽6米，高2.4米，占地面积约170平方米，30个操作台，重达30英吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它包含了17,468根真空管（电子管）7,200根晶体二极管，1,500 个中转，70,000个电阻器，10,000个电容器，1500个继电器，6000多个开关，计算速度是每秒5000次加法或400次乘法，是使用继电器运转的机电式计算机的1000倍、手工计算的20万倍。

ENIAC是模块化计算机，由执行不同功能的独立面板组成。其中二十个模块是累加器，这些累加器不仅能做加减运算，还能存储十位十进制数。当数被调用的时候，它们通过一些通用的总线在这些单元间传递。为了实现高速，面板需要独立完成发送和接受数、计算、储存结果、触发下一个操作，这一系列的操作都不需要任何移动部件。它的多功能性关键在于“分支”的能力——能根据计算结果的符号触发不同的操作。

除了速度之外，ENIAC最引人注目的就是它的体积和复杂性。ENIAC包含了17468个真空管、7200个晶体二极管、1500个继电器、10000个电容器，还有大约五百万个手工焊接头。它的重量达27吨（30美吨），体积大约是2.4m×0.9m×30m（8×3×100英尺），占地167平方米（1800平方英尺），耗电150千瓦[11][12]（导致有传言说，每当这台计算机启动的时候，费城的灯都变暗了[13]）。IBM的卡片阅读器用于输入，打卡器用于输出。使用IBM会计机（比如IBM 405）可将这些卡片用于离线产生输出。

ENIAC使用十位环形计数器存储数字，每个数字使用36个真空管，其中10个是双三极管，它们组成了环形计数器的触发器。算数运算通过对环形计数器脉冲的计数进行，如果计数器被脉冲“环绕”了，则产生一个进位脉冲。“环绕”的思想在电子领域模拟了机械加法机数字滚轮的操作。ENIAC有20个带符号的十位累加器，它们使用10的补码表示方法，每秒可在它们和数字源（例如另一个累加器，或者常数传送器）进行5000次简单加减操作。因为几个累加器可以同时运行，所以潜在的速度峰值由于这种并发操作而比上述数字高得多。

通过将两个累加器用线连接起来，可以实现双精度计算，不过累加器进行电路时序控制，防止三个或更多的累加器被连接起来导致精度更高。ENIAC中的四个累加器被一个特殊的“乘法器”单元所控制，每秒可进行385次乘法操作。还有五个累加器被一个特殊的“除法器/平方-平方根器”单元，每秒可进行四十次除法运算或三次求平方根运算。

ENIAC中其他九个单元是“初始化单元”（启动和停止机器）、“循环单元”（用于同步其他单元）、“主程序器”（控制“循环”序列）、“读取器”（控制IBM打孔卡片读取器）、“打印器”（控制IBM打孔卡片的打孔）、“常数传送器”，还有三个“函数表”。

Cpl. Irwin Goldstein正在设置ENIAC一个函数表上的开关。（美国陆军照片）

罗哈斯和Hashagen（或者威尔克斯）对于各种操作的时间给出了更多细节，这些时间与上述不同。基本机器周期是200微秒（循环单元中100kHz时钟的20个周期），进行十位数运算时每秒种5000个周期。在一个周期内，ENIAC可以向寄存器内写入一个数，从寄存器内读取一个数，或者加/减两个数。10位数乘以d位数（“d”最大是10）的运算占用d+4个周期，所以10位数乘以10位数的运算占用14个周期，也就是2800微秒（每秒357次）。如果其中一个数不足10位，则操作进行得更快。除法和求平方根的操作占用13×(d+1)个周期，“d”是运算结果（商或平方根）的位数。所以，除法和求平方根操作最多占用143个周期，也就是28600微秒（每秒35次）。（威尔克斯说，产生10位数商的除法操作仅需要6毫秒。）如果结果的位数不足10，则速度更快。

专利争议

莫齐利曾经拥有ENIAC的专利。1973年，经过法院宣判，因莫齐利对于ENIAC的设计思想部分来源于约翰·阿塔纳索夫和克利福德·贝里设计的ABC计算机，所以专利被认定为无效，ENIAC的发明被放入公有领域。

然而，公众领域内普遍将ENIAC认定为世界上第一台电子计算机，将莫齐利认定为电子计算机之父。为此，20世纪90年代初，时年87岁的ABC计算机发明者阿塔纳索夫写信给当时的美国总统老布什，希望公众能承认他自己才是电子计算机之父。于是，老布什向他颁发了一个美国国家工艺技术金质奖章，以表彰他发明了世界上第一台电子数字计算机。

研发过程

研发的原因

研制电子计算机的想法产生于第二次世界大战进行期间。当时激战正酣，各国的武器装备还很差，占主要地位的战略武器就是飞机和大炮，因此研制和开发新型大炮和导弹就显得十分必要和迫切。为此美国陆军军械部在马里兰州的阿伯丁设立了“弹道研究实验室”。[1]

美国军方要求该实验室每天为陆军炮弹部队提供6张射表以便对导弹的研制进行技术鉴定。事实上每张射表都要计算几百条弹道，而每条弹道的数学模型是一组非常复杂的非线性方程组。这些方程组是没有办法求出准确解的，因此只能用数值方法近似地进行计算。

时间就是胜利

不过即使用数值方法近似求解也不是一件容易的事！按当时的计算工具，实验室即使雇用200多名计算员加班加点工作也大约需要二个多月的时间才能算完一张射表。在“时间就是胜利”的战争年代，这么慢的速度怎么能行呢？恐怕还没等先进的武器研制出来，败局已定。

为了改变这种不利的状况，当时任职宾夕法尼亚大学莫尔电机工程学院的莫希利（John Mauchly）于 1942年提出了试制第一台电子计算机的初始设想——“高速电子管计算装置的使用”，期望用电子管代替继电器以提高机器的计算速度。

美国军方得知这一设想，马上拨款大力支持，成立了一个以莫希利、埃克特（John Eckert）为首的研制小组开始研制工作、预算经费为15万美元，这在当时是一笔巨款。要不是为了战争，谁能舍得出这么大的钱！虽说战争万恶，但未始不偶尔促进科技的发展。

冯·诺依曼

计算机之父

让研制工作十分幸运的是，当时任弹道研究所顾问、正在参加美国第一颗原子弹研制工作的数学家冯·诺依曼（von Neumann，1903－1957，美籍匈牙利人）带着原子弹研制（1944年）过程中遇到的大量计算问题，在研制过程中期加入了研制小组。原本的ENIAC存在两个问题没有存储器且它用布线接板进行控制，甚至要搭接几天，计算速度也就被这一工作抵消了。1945年，冯·诺依曼和他的研制小组在共同讨论的基础上，发表了一个全新的“存储程序通用电子计算机方案”——EDVAC（Electronic Discrete VariableAutomaticComputer）在此过程中他对计算机的许多关键性问题的解决作出了重要贡献，从而保证了计算机的顺利问世。

虽然ENIAC体积庞大，耗电惊人，运算速度不过几千次（现在最快的计算机是“神威·太湖之光”，“神威·太湖之光”超级计算机以每秒 12.5亿亿次的峰值计算能力以及每秒9.3亿亿次的持续计算能力！），但它比当时已有的计算装置要快1000倍，而且还有按事先编好的程序自动执行算术运算、逻辑运算和存储数据的功能。ENIAC宣告了一个新时代的开始。从此科学计算的大门也被打开了。战争的作用

但为什么世界上第一台电子计算机要退至40年代中期才得以问世呢？这里面主要是实际需要是否迫切和资金是否到位的问题。实际需要当然一直都存在，谁不想拥有一种最先进的计算工具呢？但光是需求并不能决定一切。凡研制一种新工具，总是需要先期投入大量资金（研制ENIAC时，一开始就投资15万美元，但最后的总投资高达48万美元，这在40年代可是一笔巨款！）。能为一种未问世的工具大胆出钱的总是少数。

最后还是战争使计算机的诞生成为现实。事实上各种各样的社会需求中，战争期间的需求始终是最迫切的，因为事关生死存亡。政府和军方总是出手大方，将最新的科技成果应用到诸如战略和常规武器的研制工作上，以确保己方在军事上处于领先地位。

电子计算机正是在二次世界大战弥漫的硝烟中开始研制的。如前面所述，当时为了给美国军械试验提供准确而及时的弹道火力表，迫切需要有一种高速的计算工具。因此在美国军方的大力支持下，世界上第一台电子计算机ENIAC于1942年开始研制。参加研制工作的是以宾夕法尼亚大学莫尔电机工程学院的莫西利和埃克特为首的研制小组。

发展状况

实际发展

ENIAC这个庞然大物能做什么呢？它每秒能进行5000次加法运算（据测算，人最快的运算速度每秒仅 5次加法运算），每秒400次乘法运算。它还能进行平方和立方运算，计算正弦和余弦等三角函数的值及其它一些更复杂的运算。

以我们的眼光来看，这当然很微不足道。但这在当时可是很了不起的成就！原来需要20多分钟时间才能计算出来的一条弹道，现在只要短短的30秒！这可一下子缓解了当时极为严重的计算速度大大落后于实际要求的问题。

由于当时冯·诺依曼正参与原子弹的研制工作，他是带着原子弹研制过程中遇到的大量计算问题加入到计算机的研制工作中来的。因此可以说，ENIAC为世界上第一颗原子弹的诞生也出了不少力。

但即使在当时看来，ENIAC也是有不少缺点的：除了体积大，耗电多以外，由于机器运行产生的高热量使电子管很容易损坏。只要有一个电子管损坏，整台机器就不能正常运转，于是就得先从这1．8万多个电子管中找出那个损坏的，再换上新的，是非常麻烦的。

更新发展

天河一号千万亿次超级计算机系统

人们当然不会满足于此的。所以自第一台计算机问世以后，越来越多的高性能计算机被研制出来。计算机已从第一代发展到了第四代，目前正在向第五代、第六代智能计算机发展。像最初制造出来的ENIAC一样，许多高性能的计算机总是在为尖端和常规武器、特别是核武器的研制服务。

和人类发明的所有工具一样，计算机的产生也是由于实际需要方得以问世的。从18世纪以来，科学技术水平有了长足的进步。制造电子计算机所必需的逻辑电路知识和电子管技术已经在19世纪末和20世纪初出现并得以完善。因此可以说制造计算机的基础科学知识已经完备了。

历史澄清

在国内的绝大部分媒体上都会出现世界上第一台电子计算机是上世纪1946年由美国人莫克利（John Mauchly）发明的ENIAC文字记载，但另一种说法却是：世界上第一台电子计算机是由美国爱荷华州立大学的约翰· 文森特·阿塔纳索夫（John Vincent Atanasoff）教授和他的研究生克利福特·贝瑞（Clifford Berry）先生在1937年至1941年间开发的“阿塔纳索夫-贝瑞计算机（Atanasoff-Berry Computer，简称ABC）”。

而在国内的朋友们竟很少有人知道此事真相，不少国内的作者在他们的专著、教材中，甚至科普活动中，仍然宣传ENIAC是世界上第一台计算机。因此，做为一名IT工作者有必要本着科学的精神，替前人澄清事实，希望通过此文有助于纠正这个在国内知识界长期存在的重大学术误会，以正视听。

经证实，世界上的第一台计算机应为“ABC”。1941年，“ENIAC”的发明者之一莫科里在阿坦纳索夫家借住5天，借此机会盗取了研究成果及想法，之后与埃克特一起制造了“ENIAC”并申请了专利，被世人称为“现代计算机之父”而阿坦纳索夫并未重视自己的重大发明“ABC”，学校也没有重视此项发明，并拆掉了“ABC”。后经过美国法院判决，推翻并吊销了莫科里的专利，“现代计算机的基本想法是来自约翰-文森特-阿坦纳索夫。