電子數值積分計算機

電子數值積分計算機是世界上第一臺通用計算機。它是圖靈完全的電子計算機，能夠重新程式設計，解決各種計算問題。ENIAC為美國陸軍的彈道研究實驗室所使用，用於計算火炮的火力表。ENIAC在1946年公佈的時候，就被當時的新聞讚譽為“巨腦”。它的計算速度比機電機器提高了一千倍。這是一個飛躍，之前沒有任何一臺單獨的機器達到過這個速度。它的數學能力和通用的可程式設計能力，令當時的科學家和實業家非常激動。發明它的人為了進一步推廣這些新思想，舉辦了一系列關於計算機體系結構的講座。在二戰期間，美國陸軍資助了ENIAC的設計和建造。建造合同在1943年6月5日簽訂，實際的建造在7月以“PX專案”為代號秘密開始，由賓夕法尼亞大學進行。建造完成的機器在1946年2月14日公佈，並於次日在賓夕法尼亞大學正式投入使用。建造這臺機器花費了將近五十萬美元。1946年7月，它被美國陸軍軍械兵團正式接受。為了翻新和升級儲存器，ENIAC在1946年11月9日關閉，並在1947年轉移到了馬里蘭州的阿伯丁試驗場。1947年7月，它在那裡重新啟動，繼續工作到1955年10月2日晚上11點45分。ENIAC是賓夕法尼亞大學的約翰·莫奇利。ENIAC在1987年被評為IEEE里程碑之一。描述.ENIAC是模組化計算機，由執行不同功能的獨立面板組成。其中二十個模組是累加器，這些累加器不僅能做加減運算，還能儲存十位十進位制數。當數被呼叫的時候，它們透過一些通用的匯流排在這些單元間傳遞。為了實現高速，面板需要獨立完成傳送和接受數、計算、儲存結果、觸發下一個操作，這一系列的操作都不需要任何移動部件。它的多功能性關鍵在於“分支”的能力——能根據計算結果的符號觸發不同的操作。除了速度之外，ENIAC最引人注目的就是它的體積和複雜性。ENIAC包含了17468個真空管、7200個晶體二極體、1500個繼電器、10000個電容器，還有大約五百萬個手工焊接頭。它的重量達27噸可將這些卡片用於離線產生輸出。ENIAC使用十位儲存數字，每個數字使用36個真空管，其中10個是雙三極體，它們組成了環形計數器的觸發器。算數運算透過對環形計數器脈衝的計數進行，如果計數器被脈衝“環繞”了，則產生一個進位脈衝。“環繞”的思想在電子領域模擬了機械加法機數字滾輪的操作。ENIAC有20個帶符號的十位累加器，它們使用10的補碼錶示方法，每秒可在它們和數字源進行5000次簡單加減操作。因為幾個累加器可以同時執行，所以潛在的速度峰值由於這種併發操作而比上述數字高得多。透過將兩個累加器用線連線起來，可以實現雙精度計算，不過累加器進行電路時序控制，這阻止了三個或更多的累加器被連線起來讓精度更高的擴充可能。ENIAC中的四個累加器被一個特殊的“乘法器”單元所控制，每秒可進行385次乘法操作。還有五個累加器被一個特殊的“除法器/平方-平方根器”單元，每秒可進行四十次除法運算或三次求平方根運算。ENIAC中其他九個單元是“初始化單元”、“常數傳送器”，還有三個“函式表”。羅哈斯和Hashagen如果結果的位數不足10，則速度更快。可靠性.ENIAC使用普通的八腳電子管，十進位制累加器用6SN7觸發器製成，6L7、6SJ7、6SA7，和6AC7用於邏輯功能。無數的6L6和6V6用作線路驅動器，驅動著脈衝從機架元件間透過電纜傳遞。當時，一些電子方面的專家預言管件會經常壞，導致機器根本沒法使用。這個預言後來被部分證實了：每天都有幾個管件燒壞，使ENIAC有差不多一半的時間功能受損。1948年以前並沒有特殊的高可靠性管件。然而，這些損壞多數時候發生在預熱和冷卻時期，在這兩個時期，管件加熱器和陰極承受著最大的壓力。於是，工程師採用了一種簡單但是代價昂貴的手段，就是永遠不把機器關掉，由此把ENIAC的管件損壞頻率降低到了可接受的程度——每兩天損壞一個管件。根據1989年對Eckert的採訪，不斷損壞管件的故事因此幾乎成了一個神話：“我們每兩天就有一個管件壞掉，但是我們能在15分鐘內定位到問題出現的地方。”1954年，沒有損壞持續運作最長的時間是116小時。程式設計.雖然彈道研究實驗室是ENIAC的發起者，但是直到這個三年的專案進行了一年以後，約翰·馮·諾伊曼才注意到這臺計算機，當時他在洛斯阿拉莫斯國家實驗室研究氫彈。這個實驗室隨後深入參與了ENIAC專案，以至於對ENIAC的第一次測試執行是計算氫彈相關資料，而不是火力表。這次測試的輸入、輸出資料是一百萬張卡片。ENIAC可以程式設計，執行復雜的操作序列，可以包含迴圈、分支和子程式。獲取一個問題並把問題對映到機器上是一個複雜的任務，通常要用幾個星期的時間。當問題在紙上搞清楚之後，透過操作各種開關和電纜把問題“弄進”ENIAC還要用去幾天的時間。然後，還要有一個驗證和測試階段，由機器的“單步執行”能力協助測試。當時在ENIAC程式設計方面做得最多的六位女士，1997年入選國際科技名人堂。根據她們在1946年互相的稱呼，她們是凱·麥克納爾蒂。珍妮弗·S.·萊特的文章《當計算機是女人》記錄和闡述了操作ENIAC的女士們的角色，以及歷史上對女性在計算機科學歷史中角色的遺漏或淡化。ENIAC程式設計師的角色也在2010年的一個紀錄片中被正視。ENIAC是個獨一無二的設計，從來沒被複製過。1943年設計的凍結意味著，計算機設計缺乏創新，發展得不好，尤其是缺乏儲存程式的能力。Echert和Mauchly開始了一個新的設計工作，後來被稱為EDVAC，這個設計不但更簡單，而且更強大了。特別是在1944年，Eckert寫了他對於儲存單元的描述的興趣。從1948年期，ENIAC進行了若干次升級，其中就包括原始的只讀程式儲存機制。這個機制以函式表作為程式的只讀儲存器，由理查德·Clippinger博士提出，幷包含在了ENIAC的專利中。Clippinger向馮·諾伊曼詢問實現什麼樣的指令集。Clippinger想出了一種三地址結構，而馮·諾伊曼提出了一地址結構，因為實現起來更簡單。一個累加器的，即使因為上述修改，速度降低了之後仍然是這樣。1952年的早些時候，ENIAC上添加了一個高速移位器，在五個因素上提高了移位速度。1952年7月，添加了一個100字的核心儲存擴充套件，此儲存體採用BCD碼和Excess-3數字表示。為了支援這個擴充套件儲存器，ENIAC配備了一個新函式表選擇器、一個儲存器地址選擇器、脈衝整形電路，還給程式設計機制增加了三個新指令。與其他早期計算機的比較.機械和電子計算機器從19世紀就開始出現了，但是20世紀30、40年代被看作是現代計算機時代的開端。ABC、ENIAC和巨人計算機都使用真空管。ENIAC的暫存器採用十進位制運算，而不是像Z3或ABC那樣的二進位制運算。1948年以前，ENIAC像巨人計算機一樣，重新程式設計的時候需要重新佈線。儲存程式，以及儲存器既用於儲存程式，又用於儲存資料的思想在開發ENIAC的時候就構想出來了，不過在ENIAC沒有初步實現，因為二戰需要這臺機器儘快完成投入使用，並且ENIAC的20個儲存位置也太小了，不足以同時儲存資料和程式。公眾認知.Z3和巨人計算機都是獨立於彼此，並且獨立於ABC和ENIAC開發的。Z3計算機毀於1943年盟軍轟炸柏林。巨人計算機是英國戰爭成就的一部分。它們的存在直到1970年才為公眾所知，雖然它們的能力仍然只有開發它們的英國相關人員以及被邀請的美國人才知道。這些機器中，只有兩臺一直在英國政府通訊總部使用到了1960年，其餘的都在1945年毀壞了#重定向專利.莫齊利曾經擁有ENIAC的專利。1973年，經過法院宣判，因莫齊利對於ENIAC的設計思想部分約翰·阿塔納索夫和克利福德·貝里設計的ABC計算機，所以專利被認定為無效，ENIAC的發明被放入公有領域。然而，公眾領域內普遍將ENIAC認定為世界上第一臺電子計算機，將莫齊利認定為電子計算機之父。為此，20世紀90年代初，時年87歲的ABC計算機發明者阿塔納索夫寫信給當時的美國總統老布什，希望公眾能承認他自己才是電子計算機之父。於是，老布什向他頒發了一個美國國家工藝技術金質獎章，以表彰他發明了世界上第一臺電子數字計算機。展覽的部件.賓夕法尼亞大學工程和應用科學學院擁有ENIAC原始的四十個面板中的四個，和三個函式表中的一個。史密森尼學會在美國國家歷史博物館擁有五個面板。倫敦科學博物館展覽著一個面板。密歇根大學在Ann Arbor校園擁有阿瑟·伯克斯搶救的四個面板。位於美國馬里蘭州阿伯丁試驗場的美國陸軍軍械博物館，也就是ENIAC使用的地方，擁有一個函式表。另外還有一個面板在位於美國得克薩斯州普萊諾市的佩羅系統展覽。1997年，製作了一塊邊長8毫米的矽制方形晶片，其功能與佔了一大間屋子的ENIAC相同。雖然這個20MHz的晶片比ENIAC快多了，但是仍然比20世紀90年代後期的現代微處理器慢很多。