计算机的发展史是怎样的?

1946 2月15日,在美国宾夕法尼亚大学,世界上第一台电子计算器ENIAC正式投入运行。在隆重的揭幕仪式上,ENIAC表演了它的“绝招”:1秒完成5000次加法运算;在1秒内执行500次乘法。这比当时最快的电动计算器快了1000多倍。观众起立欢呼,科技进入了一个新的历史发展时期。

但是,从技术上来说,ENIAC在正式投入运营之前,几乎已经过时了。因为在其正式运行之前,一份新型电子计算器的设计报告已经在计算器发展史上树立了一个新的里程碑!这份设计报告的起草人是20世纪天才数学家之一的匈牙利数学家冯·诺依曼。

1903 65438+2月28日,冯·伊曼出生于匈牙利布达佩斯。他从小就表现出惊人的数学天赋。据说他6岁就能心算8位数学除法,8岁就掌握了微积分,12岁居然明白了一部深奥的数学著作《函数论》的要旨!后来,冯·诺依曼在“匈牙利数学之父”费耶的指导下接受了严格的训练。18岁时与导师合作,在国外杂志上发表了第一篇数学论文。

从65438年到0926年,冯·诺依曼几乎同时从两所大学毕业:他获得了苏黎世高级技术学院的化学工程文凭;获得布达佩斯大学数学博士学位。

65438年至0930年,冯·诺依曼来到美国,被聘为普林斯顿大学客座教授。3年后,年仅30岁的冯·诺依曼与大科学家爱因斯坦一道,成为普林斯顿高等研究院的第一批常任成员。

每个与冯·诺依曼共事过的人都认为他才华横溢。他的老师,著名数学家保利亚说:“冯·诺依曼是我唯一害怕的学生。如果我在演讲中列出一个难题,那么在演讲结束时,他总会拿一张潦草的纸,说他已经解决了。ԋ有一次,一位数学家用手摇计算器通宵算出了一道题的五种情况,第二天去请教冯·诺依曼。结果,他只用了7分钟就做出了所有的答案。然后,冯诺依曼想了半个小时,找到了一个更好更简单的算法。然而,冯·诺依曼的妻子认为他“完全没有几何头脑”。有一次,她让冯·诺依曼去拿一杯水。冯·诺依曼在这个房子里住了17年,却想不出该把玻璃放在哪里。他转了很久,然后回来问妻子玻璃放在哪里。生活琐事的心不在焉,从另一个侧面反映了他对科学研究的专注。冯·诺依曼研究问题时注意力高度集中,因此能敏锐地抓住问题的本质。

1940之前,冯·诺依曼对数学的贡献集中在纯数学上。他研究“算子环”领域20年,一直是该领域无可争议的世界权威;他的另一个辉煌的科学成就是部分解决了希尔伯特第五问题,为彻底解决这个著名的数学问题做出了巨大贡献。

从65438年到0940年,冯·诺依曼积极投身于反法西斯战争的洪流中,开始了从一个纯粹的数学家向杰出的应用数学家的转变。在战争年代,他被聘为美国海军军械局等许多单位的顾问,还直接参与了核武器的研制,为设计原子弹的最佳结构提出了许多重要建议。

冯·诺依曼有一个突出的优点,就是善于将人们认为数学无法处理的实际问题公理化、系统化,并将抽象的数学理论巧妙地运用到现实生活中。比如在一个有几十个商人参加的交易会上,商人会寻求对自己有利的最佳策略,其数学复杂度远远超过太阳系运动的行星。冯·诺依曼敢于知难而进,用一系列数学创造揭示了这类现象的规律,从而奠定了这一数学分支的基础。

冯·诺依曼对计算器科学的贡献尤其受到人们的赞赏。有趣的是,把他引向这个领域,纯粹是一个偶然的机会。

1944年夏天,在火车站等车时,冯·诺依曼遇到了数学家上尉·格斯坦,他是ENIAC研究小组的负责人之一。当时,冯·诺依曼担心的是原子弹实验中遇到的大量计算问题,比如关于原子的核裂变反应过程的问题,需要进行数十亿次的初等算术运算,数百名女性计算器夜以继日地进行桌面计算,但仍然无法按时完成任务。在与上尉·格斯坦的聊天中,冯·诺依曼听到了ENIAC正在开发的消息,并立即理解了这项工作的深远意义。很快,他成了开发团队的常客,为一些关键问题的解决出谋划策。

当时ENIAC的发展已经接近尾声,冯·诺依曼和大学着重讨论了ENIAC的不足之处。1945年3月,他起草了“离散变量自动电子计算器”的设计报告,对ENIAC进行了两大改进。

一个改进是将10改为二进制,大大简化了计算器的结构和运算过程。另一项改进是将程序和数据一起存储在计算器中,使电子计算器的所有运算成为真正的自动化过程。

这份设计报告是计算器结构思想最重要的改革,标志着电子计算器时代的真正开始。就连一向专攻理论的普林斯顿高等研究院也破例批准了冯·诺依曼的发展。从此,他全新的设计思想深深地烙印在现代电子计算器的基础设计中。西方科学家对冯·诺依曼的工作评价很高,认为他是“电子计算器之父”。

后来,冯·诺依曼进一步研究了自动机理论。他以惊人的毅力克服了癌症带来的痛苦,探索出了计算器与人脑机制的相似现象。不幸的是,1957年2月8日,计算器与人脑的讲座还没讲完,冯·诺依曼就因骨癌去世了。

冯·诺依曼给世界留下了丰富的科学遗产。他是20世纪最多产的科学家之一,在理论物理、经济学、气象学等多个科学领域也留下了他辛勤工作的足迹。比如他早年写的《量子力学的数学基础》一书,第一次把量子力学带入了一个严格的数学体系,至今仍是理论物理的经典著作。专家指出:“如果按时间顺序讨论冯·诺依曼的个人抱负和学术成就,就相当于讨论过去30年科学发展史的轮廓。〃

到1956年,全世界已经生产了数千台大型电子计算机,其中有些计算机的运算速度达到了每秒上万次。这些电子计算器都是基于真空管的,所以被称为真空管计算器。使用这一代电子计算器,人们把人造卫星送上了天空。这是第一代电子计算器。

第二代电子计算器是晶体管计算器。1956年,贝尔实验室用晶体管取代了真空管,制成了世界上第一台全晶体管电子管计算器Lepreachaun。它大大减小了计算器的体积、重量和功耗。到20世纪60年代,世界上已生产出3万多台晶体管计算器,运算速度达到每秒300万次。

第三代电子计算器是一种中小型集成电路计算器。1962年,美国德州公司与美国空军合作,制作了以集成电路为计算器基本电子元件的实验样机。在此期间,计算器的体积和功耗进一步减小,但可靠性大大提高,运算速度达到每秒4000万次。

第四代电子计算器是一种大规模集成电路计算器。一般认为这始于1970。目前,超级计算机的运算速度已达每秒上亿次,在科学研究和经济管理中发挥着不可替代的作用;微型计算机大大降低了计算器的体积和成本,渗透到工业生产和日常生活的各个角落。今天要做一个和ENIAC功能一样的计算器,体积只有它的百万分之一。

第五代电子计算器的研制已经进行了很多年,无论是“幻想”超导计算器、光学计算器、生物计算器还是人工智能放大器都取得了一定的进展。这一代计算机的速度将达到每秒万亿次,可以更大程度地模拟人类智能,在某些方面超越人类智能。

数学家把聪明赋予电子计算器,电子计算器会让数学家更聪明。电子计算器不仅仅是一种工具,它不同于其他工具:电子计算器是人脑的横向延伸。因为电子计算器不仅具有非凡的计算能力,还可以模拟人的一些思维功能,按照一定的规则进行逻辑判断和推理,代替人的一些脑力劳动。1976年,数学家用电子计算器证明了四色定理,“依靠机器完成了人做不到的事情”,在整个国际数学界引起了轰动。

电子计算器更有效地把人的思维引向未知领域。仅从这个角度来看,不难理解电子计算器是一项多么伟大的科学发明。