????前言：本文介紹了世界上第一臺計算機(jī)ENIAC研發(fā)過程和用到的各種技術(shù)：如電子管技術(shù)，馮.諾依曼架構(gòu)、愛迪生效應(yīng)、瑞查森定律等。深入淺出，通俗易懂。

????恩格斯說過：“社會一旦有技術(shù)上的需要，比十所大學(xué)更能推動社會的進(jìn)步?！?/span>

????電子計算機(jī)就是第二次世界大戰(zhàn)的技術(shù)需要產(chǎn)生的結(jié)果。二戰(zhàn)期間，美國為取得對德國的技術(shù)優(yōu)勢，從而盡快結(jié)束戰(zhàn)爭，美軍決定設(shè)計和制造更有殺傷力的火炮，火炮的研究需要大量的計算，在前方戰(zhàn)斗白熱化的情況下，用計算尺和手搖計算機(jī)慢慢計算顯然不符合戰(zhàn)爭的要求。

????美國陸軍決定建造一個”超級大腦”來完成火炮開發(fā)的計算問題。這個任務(wù)最終輾轉(zhuǎn)交給賓夕法尼亞大學(xué)的莫奇利博士(John Mauchly,1907-1980)和他的學(xué)生?？颂?John Eckert,1919-1995)來完成，給了在當(dāng)時是一筆不菲的預(yù)算經(jīng)費(fèi)，50萬美元。

????莫奇利和?？颂厥褂秒娮庸軐?shí)現(xiàn)數(shù)字開關(guān)電路，從而將計算機(jī)電子化，并將設(shè)備取名為：Electronic Numerial Integrator and Calculator（電子數(shù)值積分計算器）, 簡稱ENIAC。

????莫奇利負(fù)責(zé)設(shè)計，?？颂刎?fù)責(zé)工程實(shí)現(xiàn)，他們用電子管實(shí)現(xiàn)開關(guān)電路，速度非?？欤h(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械計算機(jī)。

????在ENIAC建造啟動一年后，正在研制氫彈的馮.諾依曼 聽說了此項(xiàng)目，他也要解決計算問題，就參與到研制隊伍中。

????1946 年 2 月，世界上第一臺通用電子數(shù)字計算機(jī) ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer) 即“電子數(shù)字積分計算機(jī)”在美國賓西法尼亞大學(xué)研制成功。

這是世界上公認(rèn)的第一臺 電子計算機(jī)。ENIAC 結(jié)構(gòu)龐大，占地約 167m2，重達(dá) 27 噸，使用了 17468個電子管、7200個晶體二極管，耗電 150 KW，（導(dǎo)致有傳言說，每當(dāng)這臺計算機(jī)啟動的時候，費(fèi)城的燈都變暗了）。IBM的卡片閱讀器用于輸入，打卡器用于輸出。從 1946 年 2 月投入使用，到 1955 年 10 月最后切斷電源。雖然它每秒只能進(jìn)行 5000 次加、減法或 400 次乘法運(yùn)算，但ENIAC用電子的快速運(yùn)動代替了機(jī)械的運(yùn)動，標(biāo)志著電子計算機(jī)時代的到來，人類文明從此進(jìn)入了一個嶄新時代。

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????但ENIAC有兩個致命問題：

????????1、 電子管穩(wěn)定性差、發(fā)熱功耗和體積大，還很容易損壞，平均幾十分鐘要壞一個，找壞掉的電子管又要花幾個小時。

????????2、每次運(yùn)行一個計算程序都要花費(fèi)大量時間重新改變電路。一道計算題目可能只需要幾分鐘或十幾分鐘，但重新連線可能要花幾小時或幾天時間。

????第一個問題產(chǎn)生的原因很大程度是因?yàn)樽孍NIAC進(jìn)入電子時代的關(guān)鍵元器件-電子管。

????電子管的歷史可追溯到 愛迪生。他在研究白熾燈的壽命時，在燈泡的碳絲附近焊上一小塊金屬片。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一個奇怪現(xiàn)象：金屬片雖沒有與燈絲接觸，但如果在它們之間加上電壓，燈絲就會產(chǎn)生一股電流，趨向附近的金屬片。這股神秘的電流是從哪里來的？愛迪生也無法解釋，但他不失時機(jī)地將這一發(fā)明注冊了專利，并稱之為“愛迪生效應(yīng)”。

????一直到1901年，歐文·瑞查森提出：“從受熱金屬線放射出來的電子，其電流量與金屬線的溫度成指數(shù)關(guān)系?！?，這就是瑞查森定律：

其中：s是飽和電流，A是與金屬線有關(guān)的瑞查森常數(shù)，T是金屬線的絕對溫度，W是金屬線的功函數(shù)，k是波茲曼常數(shù)。

????通過瑞查森定律，瑞查森獲得了1928年的諾貝爾物理獎。

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????基于“愛迪生效應(yīng)“和瑞查森定律， 約翰·弗萊明在1904年發(fā)明了真空二極管。真空二極管就是利用燈絲對熱電極進(jìn)行加熱，在接負(fù)電的情況下，熱電極會激發(fā)電子到冷電極，實(shí)現(xiàn)單向電流傳輸，如果接正電，則不能形成電流，這就實(shí)現(xiàn)了真空二極管單向?qū)щ姷奶匦浴?/p>

????1906年，美國發(fā)明家李·德佛瑞斯特（De Forest Lee），在真空二極管的燈絲和板極之間巧妙地加了一個柵板，從而發(fā)明了第一只真空三極管。 ?真空三極管能夠通過改變柵極的電壓來，決定電子是否在三極管中流通，也就是能通過柵極電壓確定三極管的開關(guān)問題，從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的功能特性。

????電子管都有一個加熱燈絲，需預(yù)熱，額外的功耗很大。同時存在體積大，易破碎等問題。

還好電子管的存續(xù)時間不長，晶體管和集成電路迅速替換了電子管廣泛應(yīng)用于電子計算機(jī)中。

????我們再看ENIAC的第二個問題：通用性差。

在????ENIAC研制過程中馮.諾依曼就發(fā)現(xiàn)了ENIAC的設(shè)計，導(dǎo)致其無法進(jìn)行其它計算的通用性問題，但設(shè)計已完成并開始建造，只能按照原來的設(shè)計做下去。

為了解決計算機(jī)不通用的問題，美國陸軍決定按照馮.諾伊曼的想法再造一臺新的計算機(jī)，這樣馮.諾依曼、莫奇利和?？颂匾黄鹛岢隽艘环N全新的設(shè)計方案，通過計算機(jī)結(jié)構(gòu)來解決計算機(jī)不通用的問題。此方案的計算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計就是直至今天計算機(jī)都使用的--“馮.諾依曼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（Von Neumann Architecture）”。

????馮.諾依曼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是什么呢：簡單來說就是一臺自動的計算機(jī)應(yīng)包括：算術(shù)/邏輯運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，它是由程序來控制的。

????他們建造了的第一臺基于馮.諾依曼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機(jī)，命名為電子離散變量自動計算機(jī)，簡稱EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer） ，EDVAC是真正的當(dāng)今所有基于馮.諾依曼架構(gòu)的計算機(jī)的鼻祖。

????它于1949年8月交付給彈道研究實(shí)驗(yàn)室，但直到1951年EDVAC才開始運(yùn)行，延遲的原因是莫奇利和?？颂貜馁e夕法尼亞大學(xué)離職，組建了莫奇利-?？颂仉娮佑嬎銠C(jī)公司并帶走了大部分高級工程師。

????從此以后，馮.諾依曼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就成為電子計算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，讓電子計算機(jī)走向輝煌。

????今天就先寫到這里，下期我們繼續(xù)了解電子計算機(jī)的發(fā)展史。