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第三百九十四章 计算机(1)

“第一台计算机”是什么时候诞生的，有各种各样的答案，其中大多是：世界上第一台计算机是1946年在美国诞生的电子数值积分计算机，简称eniac。
其实这个题目并没有标准答案，eniac只是其中一个答案而已。在历史上人们很早就开始尝试制造可以自动计算的机器了，经过多年的发展，才有了计算机今天的模样。很多种类的计算机都可以算作是“第一台计算机”，这要看你如何定义“计算机”。

如果能帮我们做算术的东西就能称得上是计算机的话，古代的算盘应该也称得上是一种计算机，不过它完全是手动的。

在17世纪到20世纪的几百年间，曾经出现过一批不带电的计算机，这些计算机里面没有电路板，只有一堆机械齿轮。

17世纪法国有一位“全能超人”帕斯卡，他是数学家、物理学家，也是哲学家、流体动力学家，还是概率论的创始人之一。帕斯卡造出了一个内部装着一堆齿轮的盒子，只要旋紧发条，它就可以转起来。不过，这个“第一台机械式计算机”只能进行简单的加减运算，其水平大概只相当于幼儿园小朋友。

后来，德国数学家莱布尼茨制造出了一台可以进行加减乘除运算的机械式计算机，它的计算能力达到了小学生的水平。英国数学家巴贝奇在19世纪20年代制造出的差分机，则会计算一些数学函数。虽然巴贝奇梦想着制造出一台功能更齐全的第二代差分机，但他最后并没有成功。

后来人们意识到，如果只使用机械齿轮进行计算，计算能力是极其有限的，要想让计算机拥有更强的计算能力，只有另辟蹊径。于是，电子计算机应运而生。依靠电力来工作比依靠齿轮工作速度更快，因此电子计算机有更强的计算能力。在第二次世界大战期间，战场上飞机、炮弹的飞行轨迹需要大量复杂的计算来获取，这让电子计算机有了一展身手的机会。以世界上第一台大型自动数字计算机“马克1号”为例，它可以储存72组数据，每组数据有23位小数。进行加法运算一次需300毫秒，乘法运算一次需6秒，除法运算一次需尽管现在看起来这个速度比较慢，但是它实现了计算技术历史性的突破，帮助人们完成了大量计算任务。

那么，电子计算机的发明者是谁呢？也有好几种答案。1936年英国数学家图灵首先提出了一种以程序和输入数据相互作用产生输出的计算机构想，后人将这种机器命名为通用图灵机。1938年出现了首台采用继电器进行工作的计算机“z-1”，但继电器有机械结构，不完全是电子器材。1942年阿坦那索夫和贝利发明了首台采用真空管的计算机，以他们俩名字的首字母命名为abc。不过abc只能求解线性方程组，不能干其他的工作。在图灵指导下，第一台可以编写程序执行不同任务的计算机“科洛萨斯”在1943年诞生于英国，用于密码破译。

而公认的人类历史上第一台现代电子计算机是1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生的eniac。尽管它比前面提到的那些机器晚诞生了一段时间，但它拥有了今天计算机的主要结构和功能，是通用计算机，并且是第一台与通用图灵机等效的计算机。

它是一个庞然大物，由17468个电子管、6万个电阻器、1万个电容器和6千个开关组成；占地170平方米，重达30吨，耗电功率约150千瓦，每秒钟可进行5000次运算，这在现在看来微不足道，但在当时却是破天荒的。eniac以电子管作为元器件，所以又被称为电子管计算机，是计算机的第一代。电子管计算机由于使用的电子管体积很大，耗电量大，易发热，因而工作的时间不能太长。

好在如今的德国有技术优势，晶体管技术已经日渐成熟，开始应用在了很多设备中。因此这时空的第一台计算机是以晶体管为主，电子管为辅的电子产品。

原时空的从20 世纪50 年代起，晶体管开始逐渐替代真空电子管，并最终实现了集成电路和微处理器的大批量生产。

起初，晶体管和晶体管化的设备并不受欢迎，因为它太贵了。但是美军高层很感兴趣，因为军用设备对便携性、可靠性和耐用性有着特殊的要求。在50 年代的大部分时间里，正是军高层的支持才让年轻的晶体管产业生存下来。

1957 年，苏联卫星“斯普尼克”上天，正式掀起了美苏太空竞赛的序幕。1961 年，美国肯尼迪总统宣布“在1970 年以前把人送到月球上”。与苏联相比，美国的火箭技术略微落后一些，所以减轻重量就更有必要了，所有的电子设备都尽可能地是用晶体管。以晶体管为基础的半导体产业也因此而突飞猛进。集成电路成为了这个时期的主角。

有趣的是同一时期的苏联军用电子设备却走了一条截然不同的路，在很长一段时期内仍然对真空管情有独钟。由于延续二战中对武器装备简单、成熟、可靠，便于生产的研制思路，苏联认为真空管技术成熟，易于做出大功率元件，所以把主要精力都集中在真空管的小型化上，在模拟电路和数字电路的选择中，苏联专家同样认为模拟电路更成熟，更适合真空管的工作特性，所以大力发展以运算放大器为核心的模拟电路。

赫鲁晓夫也曾经表示“真空电子管在核电磁脉冲下的生存性能比晶体管要强，苏联以后不要搞晶体管，集中力量搞电子管小型化。”由于政策原因，苏联的半导体工业一直落后与西方，生产出的晶体管质量迟迟不过关，最终形成了恶性循环，越来越形成对真空管的依赖。

到了20世纪70年代中期，苏联工程人员终于发现，真空管小型化的路已经走到尽头，如果再使真空管的体积减小一个数量级，其耗费将是天文数字。而此时西方国家研制的集成电路，可在0.5平方厘米的硅片上集成14万个晶体管。苏联用十年时间证明了电子管小型化方面无法和晶体管集成电路相比。进入80年代，苏联的电子工业开始奋起直追，在解体前已能够生产中规模集成电路，接近西方80年代初期的水平。