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第一部实用的电子计算机

Herman Goldstein设定ENIAC功能表的开关。

我担任国立阳明交通大学信息学院院长时,学院有不少老旧的大型电脑设备。根据学校流程,这些旧设备应该报废,以免占据空间。我当时觉得这些电脑代表计算机科学的演进,应该予以保存,而有了成立电脑历史博物馆的念头。

经过十几年后,这个构想才由彭文志系主任实现,在信息学院的地下室成立博物馆。

当初我担任院长时,国外友人愿意捐出一部ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer;ENIA)部分零件,然而物换星移,最后没成功,相当可惜。

ENIAC是首部实用的电子计算机。第二次世界大战时,美国陆军军械部(ARMy Ordnance Department)为了量测枪炮的弹道,出资给宾州大学的摩尔学院(Moore School of Electrical Engineering),研制能进行大量计算的机器,以填写弹道表格。

当时军方的联络人是Herman Goldstine少尉,而宾州大学计划主持人是John Brainerd教授,团队成员包括2位学生John Mauchly, 以及Presper Eckert。关于Brainerd对ENIAC的贡献,鲜少人提及。IEEE有文章溢美Brainerd,说:「Under Dr. Brainerd's inspiration, leadership, and supervision the ENIAC was conceived and built.」。但是,其他文件却显示Brainerd曾阻挠ENIAC的发展。

Mauchly首先于1942年提出程序(Program)这个名词,并写了一份7页的提案 《The Use of High-Speed Vacuum Tube Devices for Calculation》,建议发展电子设备(Electronic Device)取代机械式计算设备 (Mechanical Calculation Device),认为可借此大幅加速计算。然而Brainerd怀疑其可行性,将之存档,束之高阁。幸好Goldstine看到这份报告,直接要求Mauchly正式提案,由军方提供经费。

1943年,发展ENIAC的计划由Mauchly主导观念性的设计,Eckert负责硬件工程。这个计划被列为最高机密,代号为「PX」。ENIAC由18,000 个真空管及1,500个继电器组成,重量约30公吨,占地1,500平方尺,消耗140千瓦电力,需要2部12匹马力的吹风机散热。ENIAC程序设定为外接式,全由手工在接线板上设定完成之。

ENIAC的高速计算能力远胜于过去机械方式,可以在一秒钟内做5,000个加法或357个十位数的乘法运算。除了用来计算弹道外,ENIAC也用于发展原子弹的计算。传说这部机器一运转,费城(Philadelphia)西区的灯光会变暗。维持此机器正常连转着实不易,大约每2天就有1个真空管故障。

ENIAC服役10年后,于1955年10日月2日正式退役。

1945年,ENIAC升级改善,增加程序储存的功能(Stored-Program),命名为EDVAC。

Eckert发明一种特殊存储器「水银音波延迟线」(Mercury Delay Line Memory),同时储存数据(Data)及程序(Program)。这是一个创新做法。此时数学奇才John von Neumann正于宾州大学担任顾问,参与EDVAC计划的相关讨论。von Neumann写了一份EDVAC的内部报告《First Draft of a Report on the EDVAC》。因为von Neumann是超级大牌人物,Goldstein将这份报告送到和von Neumann往来的军事单位,以宣传EDVAC计划的卓越。

问题是,Goldstein刻意将报告中提到Mauchly和Eckert的部分删除(大概嫌他们不够大牌)。读到这份von Neumann报告的人,对于报告中EDVAC这种创新的计算机架构都大感惊艳,称之为「von Neumann Architecture」。现代计算机的设计几乎都遵循von Neumann Architecture。例如剑桥大学的Maurice Vincent Wilkes,根据这份报告造出第一部储存程序的计算机EDSAC(Electronic Delay Storage Automatic Calculator)。Mauchly和Eckert吃了闷亏,未能得到应有的功劳。

von Neumann非掠夺之人,从未宣称他是这个架构的发明人。

Mauchly一直活跃于电脑界,是ACM(Association for Computing Machinery)共同发起人,后来并成为ACM的总裁。我因为信息技术(Information Technology)贡献,有幸于2003年被选为ACM会士(Fellow),为全球第十七位华人获此殊荣者,深感荣幸。

John Mauchly(1907~1980)。
Presper Eckert(1919~1995)。

现为国立阳明交通大学资工系终身讲座教授暨华邦电子讲座,曾任科技部次长,为ACM Fellow、IEEE Fellow、AAAS Fellow及IET Fellow。研究兴趣为物联网、移动计算及系统模拟,发展出一套物联网系统IoTtalk,广泛应用于智能农业、智能教育、智能校园等领域/场域。兴趣多元,喜好艺术、绘画、写作,遨游于科技与人文间自得其乐,着有<闪文集>、<大桥骤雨>。