鑽石舞台

世界上第一台電子計算機是哪一台？

你可能很快就能答出——ENIAC（埃尼阿克），如圖 4所示。畢竟歷史課本上是這樣寫的。

■圖4 ENIAC

但計算機學界對於究竟哪台是第一台電子計算機其實存在着爭議，除了 ENIAC 以外，Z3 計算機、ABC 都是「世界上第一台計算機」的有力競選者。

下面我們來一一介紹這三位候選「機」。

1936 年，德國工程師楚澤製造了一台計算機 Z1，採用了二進制，並使用巴貝奇在分析機中提到的「穿孔帶」結構來輸入程序，是世界上第一台電子-機械式二進制可編程（Electro-Mechanical Binary Programmable）計算機。

在製造 Z1 時（見圖5），楚澤並沒有得到政府的支持，只得到幾個朋友提供的少量資 助，他只能自掏腰包來維持研究，因此 Z1 的性能較差，嚴格上來說只能算是一個模型。

■圖5 Z1計算機

然而，楚澤並沒有放棄。1937 年，楚澤在朋友的幫助下得到一些廢棄的繼電器，他利用這些廢棄物獨自組裝電磁式計算機 Z2。

雖然這些電子元件比較舊，但依舊發揮了巨大的功效。在這些電子元件的幫助下，Z2 的計算性能突飛猛進，並成功引起了德國飛機研究所的關注。

德國飛機研究所願意資助楚澤研究性能更好的Z3計算機，並希望將Z3計算機應用於飛機製造。楚澤不負所托，於1941年完成了Z3計算機的研究。

Z3 計算機具有優異的數學運算性能，除了能夠為製造飛機提供計算方面的幫助外，楚澤還為它編寫了一個國際象棋的程序，冷知識：這是最早的計算機國際象棋遊戲！

遺憾的是，由於戰爭，Z3 在 1944 年的一次空襲中被炸得粉碎。1945 年，楚澤又製造出一台 Z4 計算機，甚至為其開發了一套編程語言。

由於戰爭原因，楚澤和他的計算機研究一直是國家機密，不為外人所知。直到 1958 年， 計算機學界才知道他的成果。不過這時，全世界都已經普遍認為 1945 年建成的 ENIAC 是第一台電子計算機，再加上楚澤的計算機是為當時的納粹政府服務的，幾乎沒有人來為他申辯，因此，很少有人知道楚澤其實才是第一位電子計算機的發明者。

ABC 的全稱是「阿塔納索夫-貝瑞計算機」（Atanasoff-Berry Computer），其構造如圖6所示。其中阿塔納索夫（Atanasoff）和貝瑞（Berry）是它的兩位發明者的姓氏。

■圖6 ABC

阿塔那索夫是一位物理學教授，他在教授課程的過程中，就常常試着用電子技術來幫助學生解決複雜的計算問題，這為後來的 ABC 埋下了伏筆。

阿塔那索夫在設計計算機的過程中做出了4 個重要決定 ：

這4項決定在當時看來是極具創新性的，明確了ABC 計算機的建造思路。

1939年，阿塔納索夫和他的學生貝瑞完成了ABC樣機的建造。1940年底，ABC成功運行，並且可以求解一系列複雜的方程式。於是他們向學校提出經費申請，希望能夠建造一台功能完善的計算機。

不幸的是，由於 1939 年美國發生了嚴重的經濟危機，資源極度匱乏，學校認為把重要的二極管元件浪費在這種毫無意義的發明上是浪費資源，因此沒有同意阿塔納索夫的申請，並且拆除了ABC 樣機。

後來我們看到的 ABC 計算機是1997年建造的複製品，如圖7所示。

■圖7 ABC的複製品

第二次世界大戰時，美國對於各種彈道表的計算和製作效率低下，迫切需要一台能夠快速運算且保證運算結果準確的計算機。1943 年，研製ENIAC的絕密計劃——莫克利-埃克特計劃應運而生。

最初軍方想要的計算機是專門用來進行彈道計算的機器，但研發者的想法並非如此，他們希望能夠建造一種通用型的計算機，可以根據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，研發者們巧妙地將 ENIAC 描述成為「一台能夠解決多種彈道計算問題的多功能計算機」，如圖8所示。

■圖8 工作人員正在設置ENIAC一個函數表的開關

你知道一台精密的ENIAC的設計，要用到多少個元件嗎？

在最初的計劃中，ENIAC將消耗大約5000個電子管，經費預算150000美元；而建造完成時，ENIAC用掉了18000多個電子管，消耗經費400000美元，幾乎達到原計劃的3倍。

1943 年 6 月開始研製的 ENIAC，由於研製過程花費了太多時間，並沒有來得及在第二次世界大戰中展示自己的身手。

由於ENIAC在戰場上沒有任何立功機會，軍方決定將這個耗費巨資搭建的計算機拆除，將計算機的零件用在更有用的地方。

就在軍方計劃對ENIAC 撤資時，馮·諾依曼給ENIAC布置了一項新任務：為氫彈的研製提供計算幫助。ENIAC這才終於有了用武之地。

到退役為止，ENIAC 共運行了 8 萬多個小時，為氫彈的研製、天氣預測、風洞開發都做出了卓越的貢獻。

馮·諾依曼在ENIAC的建造過程中曾提出中肯的設計建議。在最初設計時，ENIAC 與現代計算機其實有着較大差異。

ENIAC的程序與計算部件是分離的，在進行計算時，需要人工進行程序替換，之後再啟動計算功能，這對於計算機的運行效率有着非常大的阻礙。

針對這一點，馮·諾依曼曾寫過一項著名的「101頁報告」，提出要設計出能夠將程序儲存在內部的計算機，馮·諾依曼稱之為 EDVAC（離散變量自動計算機）。

EDVAC 不用進行人工切換，由計算機自動依次執行程序，後來這種計算機也被稱為「馮·諾依曼機」。

不過，由於 ENIAC 計算機研發小組發生了分裂，EDVAC一直到1951年才被研製出來。儘管如此，其結構對現代計算機也還是產生了巨大影響。

我們今天所使用的計算機也大多屬於「馮·諾依曼機」的改進型。

其實，第一台計算機這個頭銜究竟屬於誰，也許並沒那麼重要。

Z3 計算機、ABC 和 ENIAC 都是計算機發展史上最閃亮的明星。真正重要的是科學家們為此做出的努力。

正是這些不斷開拓的科學家們經過努力研究，開闢出一片改變人類生活的信息產業的新天地，我們才能夠享受今天的技術便利。

因此，這三台計算機的設計者都應當得到我們的尊敬。