1.1　電子計算機的誕生

在人類文明發展的歷史長河中，計算工具經歷了從簡單到復雜、從低級到高級的發展過程，例如，繩結、算籌、算盤、計算尺、手搖機械計算機、電動機械計算機等。它們在不同的歷史時期發揮了各自的作用，同時也孕育了電子計算機的雛形。

1946年2月，世界上第一臺數字電子計算機ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer，電子數字積分計算機）在美國的賓夕法尼亞大學誕生，如圖1-1所示。設計這臺計算機主要用于解決第二次世界大戰時軍事上彈道課題的高速計算。雖然它的運算速度僅為每秒完成5000次加、減法運算，但它把一個有關發射彈道導彈的運算題目的計算時間從臺式計算器所需的7～10h縮短到30s以下，這在當時是了不起的進步。制造這臺計算機使用了18800個電子管、1500多個繼電器、7000個電阻器，占地面積約170m2，質量達30t，功率為150kW。它的存儲容量很小，只能存儲20個字長為10位的十進制數；另外，它采用線路連接的方法來編排程序，因此每次解題都要靠人工改接連線，準備時間大大超過實際計算時間。

雖然這臺計算機的性能在今天看來微不足道，但在當時確實是一種創舉。ENIAC的研制成功為以后計算機科學的發展奠定了基礎，具有劃時代的意義。它的成功，使人類的計算工具由手工到自動化產生了質的飛躍，為以后計算機的發展提供了契機，開創了計算機的新時代。

ENIAC采用十進制進行計算，它的存儲量很小，程序是用線路連接的方式來表示的。由于程序與計算兩相分離，程序指令存放在機器的外部電路中，每當需要計算某個題目時，首先必須人工接通數百條線路，往往為了進行幾分鐘的計算要很多人工作好幾天的時間做準備。針對ENIAC的這些缺陷，美籍匈牙利數學家馮·諾依曼（John von Neumann）提出了把指令和數據一起存儲在計算機的存儲器中，讓機器能自動地執行程序，即“存儲程序”的思想。

馮·諾依曼指出計算機內部應采用二進制進行運算，應將指令和數據都存儲在計算機中，由程序控制計算機自動執行，這就是著名的存儲程序原理。“存儲程序式”計算機結構為后人普遍接受，此結構又稱為馮·諾依曼體系結構，此后的計算機系統基本上都采用了馮·諾依曼體系結構。馮·諾依曼還依據該原理設計出了“存儲程序式”計算機EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，離散變量自動電子計算機），并于1950年研制成功，如圖1-2所示。這臺計算機總共采用了2300個電子管，運算速度卻比ENIAC提高了10倍，馮·諾依曼的設想在這臺計算機上得到了圓滿的體現。

圖1-1　第一臺電子計算機ENIAC

圖1-2　馮·諾依曼設計的計算機EDVAC

世界上首臺“存儲程序式”電子計算機是1949年5月在英國劍橋大學研制成功的EDSAC（Electronic Delay Storage Automatic Computer，電子延遲存儲自動計算機），它是劍橋大學的威爾克斯（Wilkes）教授于1946接受了馮·諾依曼的存儲程序計算機結構后開始設計研制的。