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电子计算机的发明和信息时代的开启
2020-07-22
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    内容提要:本文先叙述世界上第一台电子计算机的发明过程,说明电子计算机之父是美国爱阿华大学教授约翰·阿塔那索夫(John Atanasoff);再介绍人类历史第一次工业技术革命与蒸汽时代、第二次工业技术革命与电气时代的基本情况;然后,阐述电子计算机的发明和使用引起了世界第三次技术革命,开启了信息时代,并且简述了信息时代的技术发展特征。

    关键词:电子计算机  计算机之父  阿塔那索夫  图灵  工业革命  技术革命蒸汽时代  电气时代  信息时代

    (A)电子计算机的发明过程

    电子计算机的发明不是一个天才发明家的心血来潮、一蹴而就,而是从1642年到1946年,经历了300余年的时间,十多个卓越的科学家、工程师共同努力的结果。那十多个科学家、工程师提出理论基础、理论构想、计算模型,再从事工程设计、制作实践、实际操作,从而由制成很简单的手摇机械计算器,到发明制造非常复杂的电子计算机,建造了划时代的技术革命里程碑。

    1642年,法国科学家布莱士·帕斯卡(Blaise Pascal,1623-1662)发明了第一台机械计算器Pascaline。当时,帕斯卡年仅19岁。这台手摇齿轮进位式计算器能够完成六位数的加减法计算。

    1673年,德国科学家戈特弗里德·威廉·莱布尼兹(Gottfried Wilhelm Leibniz,1646-1716)对帕斯卡发明的Pascaline进行改进,制成了具有加减乘除功能的手摇式机械计算器。莱布尼兹是微积分发明人之一(另一个发明人是牛顿)。

    1822年,英国剑桥大学教授查尔斯·巴贝奇(Charles Babbage,1792-1871)设计制造了“差分机”(Difference Engine),能够用多项式计算有限差分。1833年,巴贝奇对差分机进行改进,设计了“分析机”(Analytical Engine)。他的分析机由“存储部分”、“计算部分”、“输入与控制部分”和“输出部分”四个部分组成。但是,巴贝奇没有制成分析机。

    1854年,英国数学家乔治·布尔(George Boole)出版了《布尔代数》,为电子计算机采用二进制表示数据(广义的数据,包括数字、字母、数学符号等)、进行计算奠定了理论基础。

    1911年,IBM公司,即国际商业机器公司(International Business Machines Corporation,IBM)成立。IBM不仅是世界上第一个计算机公司(当然还没有电子计算机),而且占据世界“最大计算机公司”的宝座80多年。

    1937年,英国数学家艾伦·麦席森·图灵(Alan Mathison Turing,1912-1954)在论文《关于可计算的数及其对判定问题的应用》提出了一种计算模型,后人称之为“图灵机”。这就是现代电子计算机的理论模型。因此,计算机界有些人,例如约翰?冯?诺依曼(John Von Neumann),说图灵是“计算机之父”。这当然是不正确的。

    1966年,为了纪念图灵对计算机科学技术的杰出贡献,美国计算机协会(Associative Computing Machine-ACM)设立了“图灵奖(A. M. Turing Award)”。“图灵奖”是国际计算机科学技术的最高奖,相当于计算机领域的“诺贝尔奖”。

    图灵奖一般每年只奖励一名计算机科学家。从1966年至2019年,图灵奖的获奖者共计72名。华人学者仅有2000年图灵奖得主姚期智(现为清华大学教授)。

    1938年,德国大学生康拉德·朱斯(Konrad Zuse)制造了第一台二进制计算机Z-1。后来,朱斯又制成了Z-1、Z-3。Z-3是通用程序控制机电式计算机,其开关器件为继电器。

    1939年,美国爱阿华大学的物理学教授约翰?文森特·阿塔那索夫(John Vincent Atanasoff,1903-1995)在他的研究生克利福特·贝瑞(Clifford E. Berry ,1818-1963)的帮助下研制发明了人类历史上第一台电子计算机。他在国际计算机界被称为“电子计算机之父”。

    世界第一台电子计算机的试验样机于1939年10月开始运转。这台计算机帮助爱阿华大学的教授和研究生们解算了若干复杂的数学方程。阿塔那索夫把这台机器命名为ABC(Atanasoff- Berry-Computer),其中,A、B分别取俩人姓氏的第一个字母,C即“计算机”的首字母。

    1990年,美国总统布什在白宫授予阿塔纳索夫国家自然科学奖,以表彰他发明电子计算机的成就。

    1946年,美国籍匈牙利裔科学家约翰·冯·诺依曼(John Von Neumann,1903-1957)与他的同事在普林斯顿大学设计了“离散变量自动电子计算机(EDVAC)”。顺便说一下:按照发音,Neumann读音不是“诺依曼”,而是“纽曼”,所以,Neumann应该译为“纽曼”。在设计EDVAC时,Neumann提出了“存储程序(Stored Program)”理念。尽管纽曼没有制成EDVAC,但是,“存储程序”设计理念对于后来的计算机发展产生了深远的影响。因此,大多数中国出版的书籍上说,Neumann(诺依曼,纽曼)是“现代计算机之父”。 Neumann本人否定他是“计算机之父”。

    1946年2月14日,通用电子计算机 ENIAC(埃尼阿克)在美国宾夕法尼亚大学问世了。1943年,美国军方定制 “电子数字积分计算器”(Electronic Numerical And Calculator- ENIAC)。ENIAC是专门为美国奥伯丁武器试验场计算弹道需要而研制的。

    ENIAC计算机

    ENIAC计算器使用了17840支电子管,大小为80英尺×8英尺;重达28吨,功耗为170 千瓦。ENIAC的运算速度为每秒5000次的加法运算。ENIAC的造价约为487000美元。ENIAC是第一台使用了多年、而且被保存下来的电子计算机。

    ENIAC的研制者是宾夕法尼亚大学的物理学教授莫奇利(J. W. Mauchley)和工程师埃科特(J. P. Echert)。

    1996年2月14日,ENIVAC问世50周年之际,美国副总统戈尔再次启动了这台计算机,以此昭示ENIVAC的重要性。这也是对莫奇利和埃克特的表彰。

    莫奇利和埃克特

    1946年,在制造了ENIVAC之后,莫奇利和埃克特电子控制公司(Electronic Control Corporation,ECC),这是世界第一家电子计算机公司。

    1947年,ECC开始研制“通用自动计算机”UNIVAC-I(Universal Automatic Computer)。从此,Computer成为电子自动计算的机器的专用英文词,中文称为“计算机”。 UNIVAC-I系统被制造了48套。UNIVAC-I是世界上第一款批量生产的电子计算机。

    中国有些计算机书籍说莫奇利和埃克特是“电子计算机之父”、“第一台电子计算机发明人”,尽管不正确,但是也有一定道理。

    (B)谁是电子计算机之父?

    谁是电子计算机之父,即谁是第一台电子计算机的真正发明人?

    首先,约翰?冯?诺依曼(纽曼)声明,他不是电子计算机之父。

    美国物理学家、曾在洛斯阿拉莫斯实验室担任过约翰·诺依曼助手的弗兰克尔在一封信中这样写道:“许多人都推举约翰·诺依曼为‘计算机之父’,然而我确信他本人从来不会促成这个错误。或许,他可以被恰当地称为助产士。但是他曾向我,并且我肯定他也曾向别人坚决强调:如果不考虑巴贝奇、阿达和其他人早先提出的有关概念,计算机的基本概念属于图灵。按照我的看法,约翰·诺依曼的基本作用是使世界认识了由图灵引入的基本概念。”正是约翰·诺依曼本人,亲手把“计算机之父”的桂冠转戴在英国科学家阿兰·图灵头上。

    但是,真正的“计算机之父”既不是约翰·诺依曼,不是阿兰·图灵,也不是莫奇利和埃克特;而是约翰?文森特?阿塔那索夫。

    关于第一台电子计算机的发明人,阿塔那索夫、莫奇利和埃科特曾经打了一场旷日持久的官司,法院开庭审讯135次。最后由美国的一个地方法院做出判决。1973年10月19日,法院当众宣布判决书:“莫奇利和埃科特没有发明第一台计算机,只是利用了阿塔那索夫发明中的构思。”理由是在1941年,ENIAC发明人莫奇利到爱阿华参观时,阿塔那索夫把他的电子计算机运行原理告诉了莫奇利。法院判决的日期是尼克松“水门事件”暴光的前一天。第二天“水门事件”丑闻的报道铺天盖地,把判决结果湮没了。阿塔纳索夫没能因此名声大振。

    约翰·阿塔那索夫(John Atanasoft)是爱阿华大学物理学教授。从1936年起,他开始研究电子计算机。阿塔那索夫是在他的研究生克利福特·贝瑞(Clifford E. Berry ,1818-1963)的帮助下制造发明电子计算机的。

    爱阿华大学给阿塔那索夫研制计算机的经费只有650美元。

    第一台电子计算机的试验样机于1939年10月开始运转。在阿塔那索夫和贝瑞离开之前,已有两台改进后的ABC计算机能够运行。这两台ABC计算机被存放在爱阿华大学物理楼的储存室里,逐渐被人遗忘。1946年,由于物质短缺,两台机器都被拆散,零件移作它用,只留下了存储器部件。爱阿华大学没有为ABC计算机申请专利,这就给电子计算机的发明权问题带来了旷日持久的法律纠纷。好在美国地方法院在1973年10月19日做出了正确的判决:阿塔那索夫是电子计算机发明人。

    阿塔那索夫于1903年10月4日在美国马里兰州的哈密尔顿出生。他的父亲是保加利亚侨民。阿塔那索夫于1921年进入佛罗里达大学,专业是电气工程。1925年大学本科毕业,他进入爱阿华大学学习数学。他得到硕士学位后进入威斯康星大学。1930年,阿塔那索夫获得物理学博士学位。在威斯康星大学毕业后,阿塔那索夫返回爱阿华大学当教师。后来,他成为该校物理学教授。

    1942年,日本袭击珍珠港,阿塔那索夫和贝瑞主动放下手中的研制计划,转向更紧迫的国防科研项目。

    第二次世界大战结束后,阿塔那索夫陆续创办过几个军事和民用企业,并担任总裁和技术主管。他一生获得32项发明专利。

    阿塔那索夫于1995年6月15日逝世,终年91岁。

    克利福特·贝瑞出生在纽约。他在小学时就被同学称为“天才”,以各科全优的成绩高中毕业。他爱好无线电。他最大的特点是有极强的动手能力。他在爱阿华大学所学的专业是电气工程。1939年,他以优异成绩毕业。当阿塔那索夫找贝瑞当研究助手时,贝瑞很高兴地同意了。

    贝瑞为使阿塔那索夫构思的电子计算机蓝图变成现实起了很大作用。因此,第一台电子计算机的名称用了他的姓氏的第一个字母,被称为ABC计算机,是恰当的。

    (C)工业革命与蒸汽时代、电气时代

    人类社会从农业社会发展到工业社会是从欧洲开始的。第一次工业革命开启了工业社会的大门。

    (一)第一次工业革命与蒸汽时代

    第一次工业革命于18世纪初期首先从英国开始。蒸汽机的发明和应用,将人类社会从农业社会推向工业社会,进入蒸汽时代。工业社会的蒸汽时代起于18世纪初,止于19世纪30年代的第二次工业革命。

    1698年,英国工程师托马斯·萨维利(Thomas Savery)发明了蒸汽机筒,用于矿山抽水。1705年,英国工程师托马斯·纽科门(Thomas Newcomen,1663-1729)制成第一台大气压力蒸汽机。

    1765年,英国发明家、企业家詹姆斯·瓦特(James Watt,1736年-1819年)在修理纽科门机的基础上,对蒸汽机做了许多重要改进。

    从1698年萨维利发明蒸汽机筒、1705年纽科门制成大气压力蒸汽机,到1765年瓦特改进蒸汽机,这60年时间是英国从农业社会向工业社会的过渡时期。从此,人类社会进入蒸汽时代。

    1785年,瓦特改进的蒸汽机首先在纺织部门投入使用,促进了蒸汽机的普及,大大推动了生产力的发展。

    1840年前后,英国的大机器生产已基本取代了工厂手工业生产,工业革命基本完成。英国成为世界第一个工业国家。

    在蒸汽时代,工业的最重要特征是机械化。

    (二)第二次工业革命与电气时代

    发电机的发明和使用引起了第二次工业革命,把人类社会推进到电气时代。

    1831年10月17日,英国物理学家、化学家迈克尔·法拉第 (Michael Faraday,1791年-1867)首次发现电磁感应现象,并进而得到产生交流电的方法。1831年10月28日,法拉第发明了圆盘发电机,这是人类创造的第一台发电机。

    1866年,德国电工学家、企业家俄斯特·维尔纳·冯·西门子(Ernst Werner von Siemens,1816-1892),研制出自激励式发电机。他创办了西门子公司。

    1877年,真正实用的发电机开始批量生产、广泛应用。

    从1831年法拉第制造第一台发电机,到1877年发电机被批量化生产,期间46年时间是蒸汽时代向电气时代的过渡阶段。从此,人类社会进入电气时代。

    在电气时代,工业的最重要特征是生产电气化、自动化。

    (D)第三次技术革命与信息时代

    此前所说的第一次“工业革命”、第二次“工业革命”也可以叫第一次“工业技术革命”、第二次“工业技术革命”,或简称第一次“技术革命”、 第二次“技术革命”。【说明:中国科技界的提法“科技革命”是错误的。“科学”,这里指“自然科学”,并不会发生“革命”,而是不断发展,其中包括跨越式的、具有里程碑意义的发展。】

    20世纪40 年代,人类历史开始了第三次技术革命。

    第三次技术革命开始的主要标志是电子计算机的发明。

    电子计算机的发明和使用引起了第三次技术革命,把人类社会从电气时代推进到信息时代。

    从1939年第一台电子计算机发明,到1947年通用电子计算机UNIVAC-I批量生产和使用,期间只有8年时间,这是电气时代向信息时代的过渡阶段。

    人类社会现在仍然处在信息时代。

    信息时代的技术发展有以下特点:

    (1)以信息技术为先导。微电子技术、计算机技术、通讯技术、网络技术和人工智能技术,迅速发展,引导或促进了其它技术的发展。

    (2)五大主要技术,信息技术、原子能技术、生物技术、新材料技术、航天技术,不仅发展迅速,而且都获得了里程碑式的重大成果。

    (3)重大技术成果惊世骇俗。原子弹爆炸,原子能发电,人造地球卫星,载人飞船,登月飞行,全球因特网,超级巨型计算机,人类基因密码破解,纳米材料和纳米机器,超薄材料石墨烯,具有特殊功能的机器人,等等,都是信息时代的成果。

    (4)生命科学和生物工程向纵深发展。DNA(脱氧核糖核酸)的发现,遗传密码破解,克隆技术和多利羊,基因改造和转基因,人造病毒,等等,都是信息时代的成果。

    (5)各个领域的技术迅速发展,日新月异;技术更新换代越来越快。

    (6)很多技术发明快速转化为生产力,从技术发明创造到实业领域应用的时间越来越短。

    生产力的大发展引起了人类社会的广泛、深入变化。信息数字化、社会信息化、经济全球化、思想多元化、社交网络化成为世界的潮流。


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草根简介


江西南昌人,毕业于清华大学,20世纪80年代到美国学习和工作。善良厚道,诚信正直;知识渊博,信仰坚定;经验丰富,阅历广泛;意志坚强,精力充沛。在中国、美国和国际上获得三十多次奖励,拥有30多个名誉职务和荣誉称号,是美国马魁斯名人录出版社和英国剑桥国际传记中心认定的世界名人。E-mail:wu.guofa@yahoo.com.cn
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