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电子计算机

一般认为世界上第一台电子计算机是美国1946年研制出的“电子数值积分计算机”(ENIAC)。但英国争辩说:第一台电子计算机的桂冠应属于英国1940年研制出来的“巨人”计算机。第二次世界大战前,德国发明了一种机械式密码编码机“ENIC-MA(谜)”,它能够编制出无数种同一系列的密码。这种密码十分复杂,德国人对它的保密性能十分自信,认为它所编制的密码几乎是不可破译的,因此在军队的高级保密通信中广泛使用由它所编制的密码。

英国情报机关从战前就开始注意到了“谜式”密码,经过窃听和谍报人员、破译人员的长时间努力,窃得了“谜式”密码的秘密,终于可以用人工破译出其中部分内容了。但破译一种用“谜”式密码机编制的新密码都要耗费很长时间,难以满足作战的需要。
英国情报机关与数学、电子学专家合作,组成了以数学家阿兰·丘利姆为首的研究小组,研制出了一种使用2000多只电子管的大型电子运算装置,被称作“巨人”机,专门用于对德国“谜式”密码的解析和破译。从此人类可以对密码进行机器破译了,并且大幅度提高了破译的成功率和速度。英国把这种通过电子窃听、电子破译“谜式”密码得来的情报定为国家最高级机密情报,命名为“超级机密(ULTRA)”情报。

在抵抗德国空袭英国的“不列颠战役”中,“超级机密”适时地发挥了作用。英国空军通过“超级机密”,事先就得到了德国空军的空袭计划、攻击目标及作战要领等许多重要情报,及时调配战斗机和高射炮等防空力量,在最佳时间和地点拦截德国轰炸机群,使数量处于劣势的英国空军掌握了空战的主动权。

后来,由于德军在空中攻势受挫,始终无法获得制空权,希特勒不得不放弃了进攻英国本土的“海狮”计划。英国首相丘吉尔也正是通过“超级机密”获得了这一情报,而长长地舒了一口气。

英国为保守“超级机密”的秘密,付出了沉重的代价。1940年11月12日清晨,英国情报机关通过“超级机密”获悉:德国空军在14日夜间和15日凌晨,将出动500多架轰炸机空袭英国的重要工业城市考文垂。可以预料,考文垂市将受到多么巨大的损失。

除了可以使用战斗机和高射炮迎击德国飞机外,要不要通知考文垂市居民紧急疏散呢?这样做固然可以减少许多人员伤亡,但也意味着英国通过某种渠道得到了德国的秘密计划,这就有可能暴露“超级机密”,导致这条重要情报来源的中断,造成以后更大的损失。丘吉尔作为英国首相,怀着沉重的心情断然地下了决心:为了今后的利益和战争的需要,考文垂市的居民们将不得不付出巨大的牺牲。结果,15 000枚燃烧弹和1400枚其它炸弹落在了毫无防备的考文垂市民头上。550人死亡,约5000人受伤,50 000间房屋被毁坏,12家工厂受到严重破坏。

英国付出了沉重代价,但它使德国人直到第二次世界大战结束也未能知道“超级机密”的秘密,保证了这条情报来源的畅通。希特勒经常使用“谜式”密码与在北非的德军统帅隆美尔进行通信联络。据说,驻北非英军司令蒙哥马利有时比隆美尔还要先看到希特勒的电文。正是由于英国对“超级机密”的严密保密措施,它才一直不为世人所知,“巨人”机也长期扮演着“无名英雄”。

第二次世界大战后期,美国宾夕法尼亚大学受美国陆军委托研制电子化的通用计算机“ENIAC(埃尼阿克)”,目的在于计算炮弹及火箭、导弹武器的弹道轨迹。36岁的物理学家莫克利是主要设计者,24岁的埃克特担任总工程师。经过两年多的艰苦努力,“埃尼阿克”终于在1945年底制造完成,1946年初做了公开展示。“埃尼阿克”是个庞然大物,整个机器使用18000只电子管、6000个继电器、7000个电阻、10 000个电容:总重30吨,机房面积170平方米,耗电150千瓦,耗资约为50万美元。这部计算机每秒钟可做5000次加法或500次乘法或50次除法,比人工计算快20万倍。用“埃尼阿克”计算炮弹弹道只要3秒钟。“埃尼阿克”于1955年“退役”,现陈列在华盛顿家博物馆里。

“埃尼阿克”有两大缺点,一是没有内存储器,二是要由人像搭积木一样,将大量运算部件搭配成各种解题布局,每算一题就要重搭一次,又费时,又麻烦。有的题只要计算1秒钟,准备工作却要花上几十分钟。对“埃尼阿克”的改进应归功于匈牙利裔美国数学家冯·诺依曼。

冯·诺依曼有非凡的数学才能,曾被誉为“万能数学家”。1930年,他到美国普林斯顿大学任教,曾担任过美国陆军弹道研究所、海军兵器研究所等单位的顾问,参与了研制第一批原子弹的曼哈顿计划。1944年夏,冯·诺依曼正在负责研制核武器,需要进行大量高速 的计算。他偶然听说“埃尼阿克”小组正在研制计算机,喜出望外,立即参加进去,担任小组顾问。那时“埃尼阿克”的研制已接近尾声,为了克服已经意识到的“埃尼阿克”的缺点,通过与小组成员共同研讨,冯·诺依曼提出一个全新的存储程序通用电子计算机方案,方案明确规定,新机器有五个组成部分:运算器、控制器、存储器、输出和输入。此外,新方案还有两点重大改进,一是采用二进数制,简化了计算机结构;二是建立存储程序,将指令和数据放进存储器,加快了运算速度。新机器EDVAC于1952年研制成功。冯·诺依曼概念被认为是计算机发展史上的一个里程碑,它标志着电子计算机时代的真正开始。

电子计算机的诞生使人类第一次拥有了能够部分代替人脑对信息进行加工处理的机器。电子计算机自问世迄今,已经历了五代发展历程:1946-1957年的第一代电子管计算机时代;1958-1964年的第二代晶体管电子计算机时代;1965-1970年的集成电路计算机时代;1970年开始的向大规模集成电路计算机过渡的第四代,目前正在向第五代智能化计算机迈进。今天,每秒运算速度达到上万亿次的巨型计算机已经投入运转。便携式微型计算机的体积、重量只有“埃尼阿克”的万分之一,运算速度却是“埃尼阿克”的上千倍。计算机不仅在工业、农业、商业、医学、军事、科研等领域发挥着巨大的作用,并通过正在实现网络化,深人人们的家庭和日常生活。

总的来看,电子计算机今后的发展趋势,主要将向两极发展:巨型机标志着一个国家的科学技术水平,微型机的生产和应用则体现个社会的科技现代化程度。

我国第一台电子管计算机诞生于1958年,是由科学家吴儿康设计的。1997年6月19日,“银河100”百亿次巨型计算机系统问世。它采用了大规模并行计算技术,运算速度为130亿次/秒,标志着中国计算机制造技术已进人世界先进行列。


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