电子计算机由来与发展
—纪念冯·诺依曼计算机问世五十年

国家智能计算机研究开发中心

李国杰 院士

 

电子计算机是二十世纪最伟大的发明,五十年来,电子计算机的飞速发展改变了人类的生产与生活方式,人类已经进入以计算机为基础的信息时代。回顾计算机发展的历史,展望信息时代的美好未来,我们对高技术的发展规律会有更清醒的认识。

在冯·诺依曼计算机诞生之前,人类为探索用机器实现自动计算甚至模拟部分人脑的功能已进行了几百年甚至两千年的努力。从古希腊的柏拉图(公元前427-347)时代开始,人类已开始研究思维的模拟实现,维也特(1540-1630)提出运用符号进行计算,刻卜勒1623年发明了8位计算器,莱布尼兹(1646-1716)发明了二进制,丘奇于1930年在数理逻辑中引进了λ希腊字母演算,图灵于1936年提出了计算的抽象模型—图灵机。1946年在美国宾夕法尼亚大学莫尔电机学院由EckertMauchly领导研制成功了世界上第一台电子计算机ENIAC。这台计算机由18000多个电子管和1500多个继电器组成。每秒钟可实现5000次加减法。ENIAC还不算是一台真正的计算机,因为它还没有软件,每算一道题,要人工把各个部件用硬线连起来,算一秒钟,准备工作至少要15分钟。冯·诺依曼针对ENIAC“执行快,计划慢”的缺点,天才地提出了把程序也象数据一样放在计算机中的光辉思想,即所谓“存储程序”概念,引起了计算机发展史上划时代的变化。冯·诺依曼在莫尔学院做顾问时,设计了第一台程序存储计算机EDVAC。后来英国剑桥大学(Wilkes领导下)研制成功了世界上第一台存储程序计算机EDSAC,这台计算机包括1024字主存(录延迟线)4600字外存(磁鼓),于1949年正式运行。虽然由于莫尔学院EckertMauchly两位主要工程师“下海”办自己的公司,使得EDVAC计算机的研制受到严重影响,但冯·诺依曼的创造性贡献不可磨灭,以后人们常把存储程序型的计算机叫做冯·诺依曼计算机。

EDVAC开始,计算机已经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路四代,正在向超大规模和智能化计算机过渡。由于器件与体系结构不断进步,计算机的速度和主存容量提高了将近9个数量级,但迄今人们广泛使用的计算机仍然是存储程序型的冯·诺依曼计算机。有些学者喜欢把并行计算机或对传统计算机稍做改进的计算机称为非冯·诺依曼计算机,其实冯·诺依曼本人就是并行处理的先驱,他设计的细胞自动机就是并行机。

近几年兴起的神经网络计算机以样本学习改变互连权重与结构,可能是对“存储程序”概念的真正冲击。与冯·诺依曼计算机的诞生需要几百年研究成果的积累一样,智能计算机的发展也需要经过漫长地探索与努力。这五十年来电子计算机发展日新月异,使人目不暇接,但从历史的长河来看,这五十年的进步只是计算机发展的一个序曲。再过五十年或一百年,那时的人们会像我们今天觉得十六世纪的计算技术怎么那么落后一样,感叹二十世纪的计算机怎么那么愚笨!

 

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