1.1　电子计算机的诞生

在人类文明发展的历史长河中，计算工具经历了从简单到复杂、从低级到高级的发展过程，例如，绳结、算筹、算盘、计算尺、手摇机械计算机、电动机械计算机等。它们在不同的历史时期发挥了各自的作用，同时也孕育了电子计算机的雏形。

1946年2月，世界上第一台数字电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer，电子数字积分计算机）在美国的宾夕法尼亚大学诞生，如图1-1所示。设计这台计算机主要用于解决第二次世界大战时军事上弹道课题的高速计算。虽然它的运算速度仅为每秒完成5000次加、减法运算，但它把一个有关发射弹道导弹的运算题目的计算时间从台式计算器所需的7～10h缩短到30s以下，这在当时是了不起的进步。制造这台计算机使用了18800个电子管、1500多个继电器、7000个电阻器，占地面积约170m2，质量达30t，功率为150kW。它的存储容量很小，只能存储20个字长为10位的十进制数；另外，它采用线路连接的方法来编排程序，因此每次解题都要靠人工改接连线，准备时间大大超过实际计算时间。

虽然这台计算机的性能在今天看来微不足道，但在当时确实是一种创举。ENIAC的研制成功为以后计算机科学的发展奠定了基础，具有划时代的意义。它的成功，使人类的计算工具由手工到自动化产生了质的飞跃，为以后计算机的发展提供了契机，开创了计算机的新时代。

ENIAC采用十进制进行计算，它的存储量很小，程序是用线路连接的方式来表示的。由于程序与计算两相分离，程序指令存放在机器的外部电路中，每当需要计算某个题目时，首先必须人工接通数百条线路，往往为了进行几分钟的计算要很多人工作好几天的时间做准备。针对ENIAC的这些缺陷，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼（John von Neumann）提出了把指令和数据一起存储在计算机的存储器中，让机器能自动地执行程序，即“存储程序”的思想。

冯·诺依曼指出计算机内部应采用二进制进行运算，应将指令和数据都存储在计算机中，由程序控制计算机自动执行，这就是著名的存储程序原理。“存储程序式”计算机结构为后人普遍接受，此结构又称为冯·诺依曼体系结构，此后的计算机系统基本上都采用了冯·诺依曼体系结构。冯·诺依曼还依据该原理设计出了“存储程序式”计算机EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，离散变量自动电子计算机），并于1950年研制成功，如图1-2所示。这台计算机总共采用了2300个电子管，运算速度却比ENIAC提高了10倍，冯·诺依曼的设想在这台计算机上得到了圆满的体现。

图1-1　第一台电子计算机ENIAC

图1-2　冯·诺依曼设计的计算机EDVAC

世界上首台“存储程序式”电子计算机是1949年5月在英国剑桥大学研制成功的EDSAC（Electronic Delay Storage Automatic Computer，电子延迟存储自动计算机），它是剑桥大学的威尔克斯（Wilkes）教授于1946接受了冯·诺依曼的存储程序计算机结构后开始设计研制的。