在106年前的今天,1912年6月23日,“計算機科學(xué)之父”艾倫?圖靈誕生。今天,我們就來聊一聊,是誰發(fā)明了世界上第一臺計算機!
如果讓計算機自己來回答“第一臺計算機”是什么時候誕生的,只要打開搜索引擎輸入這個問題,就會看到各種各樣的答案,其中大多是:世界上第一臺計算機是1946年在美國誕生的電子數(shù)值積分計算機,簡稱ENIAC。
其實這個題目并沒有標準答案,ENIAC只是其中一個答案而已。在歷史上人們很早就開始嘗試制造可以自動計算的機器了,經(jīng)過多年的發(fā)展,才有了計算機今天的模樣。很多種類的計算機都可以算作是“第一臺計算機”,這要看你如何定義“計算機”。
如果能幫我們做算術(shù)的東西就能稱得上是計算機的話,古代的算盤應(yīng)該也稱得上是一種計算機,不過它完全是手動的。在17世紀到20世紀的幾百年間,曾經(jīng)出現(xiàn)過一批不帶電的計算機,這些計算機里面沒有電路板,只有一堆機械齒輪。
17世紀法國有一位“全能超人”帕斯卡,他是數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家,也是哲學(xué)家、流體動力學(xué)家,還是概率論的創(chuàng)始人之一。帕斯卡造出了一個內(nèi)部裝著一堆齒輪的盒子,只要旋緊發(fā)條,它就可以轉(zhuǎn)起來。不過,這個“第一臺機械式計算機”只能進行簡單的加減運算,其水平大概只相當于幼兒園小朋友。后來,德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨制造出了一臺可以進行加減乘除運算的機械式計算機,它的計算能力達到了小學(xué)生的水平。英國數(shù)學(xué)家巴貝奇在19世紀20年代制造出的差分機,則會計算一些數(shù)學(xué)函數(shù)了。雖然巴貝奇夢想著制造出一臺功能更齊全的第二代差分機,但他最后并沒有成功。
后來人們意識到,如果只使用機械齒輪進行計算,計算能力是極其有限的,要想讓計算機擁有更強的計算能力,只有另辟蹊徑。于是,電子計算機被制造出來了。依靠電力來工作比依靠齒輪工作速度更快,因此電子計算機有更強的計算能力。在第二次世界大戰(zhàn)期間,戰(zhàn)場上飛機、炮彈的飛行軌跡需要大量復(fù)雜的計算來獲取,這讓電子計算機有了一展身手的機會。以世界上第一臺大型自動數(shù)字計算機“馬克1號”為例,它可以儲存72組數(shù)據(jù),每組數(shù)據(jù)有23位小數(shù)。進行加法運算一次需300毫秒,乘法運算一次需6秒,除法運算一次需15.3秒,盡管現(xiàn)在看起來這個速度比較慢,但是它實現(xiàn)了計算技術(shù)歷史性的突破,幫助人們完成了大量計算任務(wù)。
那么,電子計算機的發(fā)明者是誰呢?也有好幾種答案。1936年英國數(shù)學(xué)家圖靈首先提出了一種以程序和輸入數(shù)據(jù)相互作用產(chǎn)生輸出的計算機構(gòu)想,后人將這種機器命名為通用圖靈機。1938年出現(xiàn)了首臺采用繼電器進行工作的計算機“Z-1”,但繼電器有機械結(jié)構(gòu),不完全是電子器材。1942年阿坦那索夫和貝利發(fā)明了首臺采用真空管的計算機,以他們倆名字的首字母命名為ABC。不過ABC只能求解線性方程組,不能干其他的工作。在圖靈指導(dǎo)下,第一臺可以編寫程序執(zhí)行不同任務(wù)的計算機COLOSSUS則到了1943年才在英國誕生,用于密碼破譯。
公認的人類歷史上第一臺現(xiàn)代電子計算機是1946年在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生的ENIAC。盡管它比前面提到的那些機器晚誕生了一段時間,但它擁有了今天計算機的主要結(jié)構(gòu)和功能,是通用計算機,并且是第一臺與通用圖靈機等效的計算機。雖然在今天看來,ENIAC的計算能力恐怕連小小的計算器、智能手機都比不上,但當時稱得上是功能強大。ENIAC體積非常龐大,占滿好幾個房間,全身上下?lián)碛幸淮蠖牙p繞的電線和真空管。它的耗電量也非常驚人,工作的時候,全城的人都知道,因為家家戶戶的電燈都變暗了。最初ENIAC的程序設(shè)置需靠人工移動開關(guān)、連接電線來完成,改動一次程序要花一星期時間。為了提高效率,工程師們設(shè)想將程序與數(shù)據(jù)都放在存儲器中。數(shù)學(xué)家馮·諾依曼將這個思想以數(shù)學(xué)語言系統(tǒng)闡述,提出了存儲程序計算機模型,后人稱之為馮·諾依曼機。
現(xiàn)在,人們普遍認同現(xiàn)代計算機理論最重要的奠基人是圖靈與馮·諾依曼。前者建立了圖靈機的理論模型,發(fā)展了可計算理論;而后者確定了現(xiàn)代計算機的基本結(jié)構(gòu)。不過,計算機的發(fā)展很難簡單地歸功于某一個人或某一臺機器,歷史上每一臺迸發(fā)出創(chuàng)新火花的計算機都有資格稱得上計算機歷史上的第一,它是人類智慧的共同結(jié)晶。