书城科普读物科学伴你行——奇妙的科学仪器
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第14章 计算仪器设备(3)

经过4年的艰苦努力,艾肯和他的同事们共同制成了这台机电式计算机。起先他们将它叫做自动程序控制计算机,后来大家给它起了个绰号,叫做“马克1”。它是个庞然大物,约有15.5米长、2.5米高,几乎塞满了计算机研究所的一间大屋子。它用了3000多个继电器,运行时声音很响,人们很难在它身旁说话。1944年8月,马克1计算机正式完成,接着交给了订户哈佛大学,一直使用了15年之久。由于它诞生在远离战场的美国,所以其影响要比朱斯的Z3计算机大得多。

马克1计算机主要用于科学计算。1945~1947年间,艾肯又负责研制成功了经过改进的马克2计算机。在计算机的发展史上,这两台机电式计算机有着重要的地位。1956年,艾肯还负责制成过马克4计算机,那是一台在美国空军支持下研制成功的电子计算机。

艾肯是个意志非常坚强最会珍惜时间的人,他每天总要晚上八九点钟才离开研究所,有时第二天凌晨4点就又回所了。1973年3月14日,艾肯在美国的圣路易斯病逝。

机电式计算机是计算机发展史上短暂的一页,它是计算机发展道路上的一次必要的科学尝试。由于它工作中仍有机械动作,因此它的运算速度很难有更大的提高。但是,它为早期的电子计算机设计制造积累了宝贵的经验,对于现代高速电子计算机的发展起了开路作用。只有电子计算机,才真正是人类智力解放的有力工具。要介绍电子计算机的发明过程,必须对电子技术的发展有所了解,让我们暂时把时间的指针拨回到19世纪末去吧!

电子计算机的第一个设计方案阿塔纳索夫是美籍保加利亚学者,原是衣阿华州立学院数学物理教授,在求解各种数学物理方程时,繁复的计算使他深感头痛,他感到有必要发明更先进的计算工具。当时流行着机械式或电动式计算机,以及最新的模拟运算工具——微分仪等,阿塔纳索夫对它们都作过深入的研究,逐步认识到要提高计算机的速度,关键是要有高速的运算部件。这正像建造一座巍峨雄伟、富丽堂皇的宫殿,要用上等的砖瓦一样,土坯、小石块是绝对不行的。只有用电子管做成的电子触发器等新一代器件,才能造出高速计算机。他是第一个看清解决这个问题出路的人,可是要提出一个新式计算机的制造方案,不是一件容易的事。多少个日日夜夜他苦思冥想着,眼睛都熬红了,也未能理出个头绪来。但他凭着锲而不舍的精神,终使金石为之而开。

1937年冬季的一天,阿塔纳索夫正驾车前往伊利诺斯州。一路上各种各样的问题在他的头脑中索绕着,一会儿是冗长的数学物理公式,一会儿是杂乱的电子线路。向后飞逝而去的树木似乎都变成了一排排排列整齐的电子管。“该休息一会儿了”,他提醒自己,他的大脑太紧张了。正巧,前方不远处是一个小酒吧,他停下车来走了进去。

品味着清醇的啤酒,他感到浑身轻松,一大堆偏微分方程的数值解问题,差分方程的繁琐计算,把他弄得太累了,此时此刻,都让它们见鬼去吧!他一连喝了几杯啤酒,感到舒坦极了。也不知是醉、是累,他微微地闭上了双眼。

突然,“灵感”来了,眼前一台巨大的计算机幻影似的在朦胧中时隐时现。这计算机没有齿轮,也没有继电器,有的是亮着暗红色光的电子管。电子管整齐地分布在计算机中,一根根导线将它们连接成一个整体。啊!关键的电路明明白白地展现在他的眼前。他分辨不清自己是醉还是醒,是梦幻还是在现实之中,眼前的景物一会儿似天上的游云,飘忽不定,一会儿又似一幅实实在在的画面,真切万分。他定了定神,竭力回忆刚才脑海中闪过的电路。对,这正是他苦苦思索多日想要找到的关键性电路。他及时地捕捉住这一闪而过的灵感。有了这些电路,朝思暮想的电子计算机的构思就瓜熟蒂落了。

就像古代的阿基米德在洗澡时发现了浮力一样,他抑制不住内心深处的激动,一下子推开面前的杯盘,从椅子上跳了起来,结清了帐,立即去找他的助手贝利,向他叙述了在计算机电中引进电子技术的设想。“好极了。”

贝利完全赞同他的意见,他们很快就向学院申报了设计制造方案。

他们提出的方案,在当时可以说是一个惊天动地之举。这种用电子技术装备起来的计算机造成以后,可以求解含有30个未知数的一次联立方程组,功能是强大的。

他们将计划中制造的计算机命名为AtanasoffBerryComputer,意思是“阿塔纳索夫—贝利计算机”,简称ABC计算机。经过两年的努力,终于制成了计算机里的一个关键部件——控制器。为此,当地的《德孟内斯论坛报》在1941年1月15日,还刊登了一幅贝利手持控制器一部分的新闻照片,预告整个计算机内有300多个电子管,将于该年底完成。可是天不从人愿,就在这时,太平洋战争打响了,日本成功地偷袭了珍珠港,他们的研制工作也因此告吹。阿塔纳索夫本人离开了衣阿华学院,穿上军装,转入军队提供技术服务。

阿塔纳索夫提出的将电子技术用于计算机的第一个方案,限于当时的历史条件,并未真正造出来,但世人没有忘记他的功劳。由于电子计算机是一项举世公认的伟大发明,后来为它的发明权引起了争议,甚至曾对簿公堂。

令人欣慰的是,1973年,美国联邦州立法院裁决,认定阿塔纳索夫教授是第一个电子计算机方案的提出者。ABC计算机的逻辑结构和电子电路设计,为以后的电子计算机的研制起过很大作用。

第一台电子计算机

随着科学技术的发展,各个科技领域所需的计算工作越来越多,计算量也越来越大。科学家和技术人员面对繁杂的运算都深深地感到力不从心,渴望着有高速的计算机来解决计算问题。这一需求随着时间的推移显得越来越迫切。不少数学家、物理学家、天文学家以及统计工作者,怀着解决各自领域中令人头痛的计算问题的决心,纷纷改行转到研制高速计算机行列中来。

他们孜孜不倦地思索着,苦苦地探求各种各样的计算机制造方案,为人类的智力解放而费尽苦心。

具有独创精神的阿塔纳索夫方案,尽管由于经费缺乏、战争等客观原因未能最终变为现实,但是这个方案的新颖设计、巧妙构想,却很能打动人心,给后继者以极大的启发。真正把第一台电子计算机制造出来的,是莫克利(1907~1980年)及其合作者。

J·W·莫克利在1907年8月30日生于美国俄亥俄州的辛辛那提,1925年考入著名的霍普金斯大学,1932年获得物理学博士学位。

物理学是一门艰深的、应用数学知识最多的学科,和阿塔纳索夫一样,莫克利常为物理学研究中屡屡出现的大量枯燥、繁琐的计算问题而头痛。1941年1月的一个晚上,和往日一样,他坐在柔软的沙发上,手里捧一杯浓浓的咖啡,边饮边看着报纸。紧张了一天的大脑该让它松弛松弛了。

“什么?”突然,他在德孟内斯论坛报上看到了一张照片。这张醒目照片使他的大脑立刻兴奋起来,那是衣阿华州立学院的阿塔纳索夫教授正在试制电子计算机。他被照片吸引住了,几年来对电子计算机他真是梦寐以求啊!

阿塔纳索夫与他真是不谋而合。

一幕幕的往事又在他的面前浮现20世纪30年代他曾制成一台模拟计算工具——谐波分析机和一台不大的专用计算机;近年来,他认定将电子管用于计算装置内部是提高计算机计算速度的必由之路,要制成一台电子计算机,其中有些关键问题尚无法解决。如今有人领先一步,准备将其付诸实践了,莫克利对此深感鼓舞。他立即启程前往衣阿华州登门拜访阿塔纳索夫。