電子計算機的發明過程

吳國發

（2021年11月24日）

内容提要：本文簡明扼要地介紹了世界上第一台電子計算機的發明過程，說明電子計算機之父是美國愛阿華大學教授約翰•文森特·阿塔那索夫（John Vincent Atanasoff）。

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電子計算機的發明不是一個天才發明家的心血來潮、一蹴而就，而是從1642年到1946年，經曆了300餘年的時間，十多個卓越的科學家、工程師共同努力的結果。那十多個科學家、工程師提出理論基礎、理論構想、計算模型，再從事工程設計、制作實踐、實際操作，從而由制成很簡單的手搖機械計算器，到發明制造非常複雜的電子計算機，建造了劃時代的技術革命裡程碑。

1642年，法國科學家布萊士·帕斯卡（Blaise Pascal，1623-1662）發明了第一台機械計算器Pascaline。當時，帕斯卡年僅19歲。這台手搖齒輪進位式計算器能夠完成六位數的加減法計算。

1673年，德國科學家戈特弗裡德·威廉·萊布尼茲（Gottfried Wilhelm Leibniz，1646-1716）對帕斯卡發明的Pascaline進行改進，制成了具有加減乘除功能的手搖式機械計算器。萊布尼茲是微積分發明人之一（另一個發明人是牛頓）。

1822年，英國劍橋大學教授查爾斯·巴貝奇（Charles Babbage，1792-1871）設計制造了“差分機”（Difference Engine），能夠用多項式計算有限差分。1833年，巴貝奇對差分機進行改進，設計了“分析機”（Analytical Engine）。他的分析機由“存儲部分”、“計算部分”、“輸入與控制部分”和“輸出部分”四個部分組成。但是，巴貝奇沒有制成分析機。

1854年，英國數學家喬治·布爾（George Boole）出版了《布爾代數》，為電子計算機采用二進制表示數據（廣義的數據，包括數字、字母、數學符号等）、進行計算奠定了理論基礎。

1911年，IBM公司，即國際商業機器公司（International Business Machines Corporation，IBM）成立。IBM不僅是世界上第一個計算機公司（當然還沒有電子計算機），而且占據世界“最大計算機公司”的寶座80多年。

1937年，英國數學家艾倫·麥席森·圖靈(Alan Mathison Turing，1912-1954)在論文《關于可計算的數及其對判定問題的應用》提出了一種計算模型，後人稱之為“圖靈機”。這就是現代電子計算機的理論模型。因此，計算機界有些人，例如約翰•馮•諾依曼（John Von Neumann），說圖靈是“計算機之父”。這當然是不正确的。

艾倫·麥席森·圖靈(Alan Mathison Turing）

1966年，為了紀念圖靈對計算機科學技術的傑出貢獻，美國計算機協會（Associative Computing Machine-ACM）設立了“圖靈獎（A. M. Turing Award）”。“圖靈獎”是國際計算機科學技術的最高獎，相當于計算機領域的“諾貝爾獎”。

圖靈獎一般每年隻獎勵一名計算機科學家。從1966年至2019年，圖靈獎的獲獎者共計72名。華人學者僅有2000年圖靈獎得主姚期智（現為清華大學教授）。

1938年，德國大學生康拉德·朱斯（Konrad Zuse）制造了第一台二進制計算機Z-1。後來，朱斯又制成了Z-1、Z-3。Z-3是通用程序控制機電式計算機，其開關器件為繼電器。

1939年，美國愛阿華大學的物理學教授約翰•文森特·阿塔那索夫（John Vincent Atanasoff，1903-1995）在他的研究生克利福特·貝瑞（Clifford E. Berry ，1818—1963）的幫助下研制發明了人類曆史上第一台電子計算機。他在國際計算機界被稱為“電子計算機之父”。

第一台電子計算機的發明人是約翰•文森特·阿塔那索夫（John Vincent Atanasoff），這是美國的法院在1973年10月19日判定的。

世界第一台電子計算機的試驗樣機于1939年10月開始運轉。這台計算機幫助愛阿華大學的教授和研究生們解算了若幹複雜的數學方程。阿塔那索夫把這台機器命名為ABC（Atanasoff- Berry-Computer），其中，A、B分别取倆人姓氏的第一個字母，C即“計算機”的首字母。

約翰•文森特·阿塔那索夫（John Vincent Atanasoff）

1990年，美國總統布什在白宮授予阿塔納索夫國家自然科學獎，以表彰他發明電子計算機的成就。

關于誰是“電子計算機之父”，我們将在《世界電子計算機之父是約翰·文森特·阿塔那索夫》做詳細說明。

1946年，美國籍匈牙利裔科學家約翰·馮·諾依曼（John Von Neumann，1903-1957）與他的同事在普林斯頓大學設計了“離散變量自動電子計算機(EDVAC)”。順便說一下：按照發音，Neumann讀音不是“諾依曼”，而是“紐曼”，所以，Neumann應該譯為“紐曼”。在設計EDVAC時，Neumann提出了“存儲程序（Stored Program）”理念。盡管紐曼沒有制成EDVAC，但是，“存儲程序”設計理念對于後來的計算機發展産生了深遠的影響。因此，大多數中國出版的書籍上說，Neumann（諾依曼，紐曼）是“現代計算機之父”。 Neumann本人否定他是“計算機之父”。

約翰·馮·諾依曼（John Von Neumann）

1946年2月14日，通用電子計算機 ENIAC（埃尼阿克）在美國賓夕法尼亞大學問世了。1943年，美國軍方定制 “電子數字積分計算器”（Electronic Numerical And Calculator- ENIAC）。ENIAC是專門為美國奧伯丁武器試驗場計算彈道需要而研制的。

ENIAC計算機

ENIAC計算機使用了17840支電子管，大小為80英尺×8英尺；重達28噸，功耗為170 千瓦。ENIAC的運算速度為每秒5000次的加法運算。ENIAC的造價約為487000美元。ENIAC是第一台使用了多年、而且被保存下來的電子計算機。

ENIAC的研制者是賓夕法尼亞大學的物理學教授莫奇利(J. W. Mauchley)和工程師埃科特(J. P. Echert)。

1996年2月14日，ENIAC問世50周年之際，美國副總統戈爾再次啟動了這台計算機，以此昭示ENIAC的重要性。這也是對莫奇利和埃克特的表彰。

莫奇利和埃克特

1946年，在制造了ENIAC之後，莫奇利和埃克特電子控制公司（Electronic Control Corporation，ECC），這是世界第一家電子計算機公司。

1947年，ECC開始研制“通用自動計算機”UNIVAC-I（Universal Automatic Computer）。從此，Computer成為電子自動計算的機器的專用英文詞，中文稱為“計算機”。 UNIVAC-I系統被制造了48套。UNIVAC-I是世界上第一款批量生産的電子計算機。

中國有些計算機書籍說莫奇利和埃克特是“電子計算機之父”、“第一台電子計算機發明人”，盡管不正确，但是也有一定道理。

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