電子計算技術

1．掌握計算機的基本理論、基本知識；

2．掌握計算機系統的分析和設計的基本方法；

3．具有研究開發計算機軟、硬體的基本能力；

4．了解與計算機有關的法規；

5．了解計算機科學與技術的發展動態；

6．掌握文獻檢索、資料查詢的基本方法，具有獲取信息的能力。

《芝加哥先驅報》電子報只有4名工作人員。電子報刊將改變印刷版報刊面貌。電子報刊可提供當天報刊的全部內容，還可以提供電腦遊戲，報刊在過去曾發表的文章，各類廣告，讀者與新聞人物，以及讀者與讀者之間的對話等。美國大部分主要報刊正在嘗試電子報刊這一全新的辦報形式。日本電氣公司也研製成功了攜帶型電子書籍放像機的樣機。電子書籍放像機是用黑白液晶屏幕顯示，有磁碟型和晶元卡型兩種。晶元卡式電子書籍放像機由於不使用驅動器，其重量僅230克，而磁碟式電子書籍放像機的重量則為650克。新興的電子報刊的發展前景是十分誘人的。

1946年2月15日，在美國賓夕法尼亞大學，世界上第一台電子計算器ENIAC正式投入了運行。在隆重的揭幕儀式上，ENIAC表演了它的〃絕招〃：在1秒鐘內進行5000次加法運算；在1秒鐘內進行500次乘法運算。這比當時最快的電器計算器的運算速度要抉1000多倍。全場起立歡呼，歡呼科學技術進入了一個新的歷史發展時期。

然而，從技術上講，ENIAC尚未正式運行也就幾乎過時了。因為在它正式運行之前，一份新型電子計算器的設計報告，又在計算器發展史上樹起了一座新的里程碑！這份設計報告的起草人，就是20世紀天才的數學大師之一、美籍匈牙利數學家馮．諾伊曼。

1903年12月28日，馮．伊曼誕生於匈牙利的布達佩斯市。他從小就顯示驚人的數學天賦，相傳在6歲時就能心算8位數學除法，8歲時就掌握了微積分，12歲時竟讀懂了一部高深的數學著作《函數論》的大意！後來，馮．諾伊曼在〃匈牙利數學之父〃費葉爾的指導下，接受了嚴格的訓練。18歲時，他與指導老師合作，在國外的雜誌上發表了第一篇數學論文。

1926年，馮．諾伊曼幾乎同時畢業於兩所大學：在蘇黎世高等技術學院獲得〃化學工程〃文憑；在布達佩斯大學獲得數學博士證書。

1930年，馮．諾伊曼到了美國，被聘為普林斯頓大學的訪問教授。3年之後，年僅30歲的馮．諾伊曼與大科學家愛因斯坦一道，成為普林斯頓高級研究院的首批常任成員。

與馮．諾伊曼一起工作過的人，一致公認他才智過人。他的老師、著名數學家波利亞說：〃馮．諾伊曼是我唯一感到害怕的學生，如果我在講演中列出一道難題，那幺當我講演結束時，他總會拿著一張潦草寫就的紙片說已把難題解出來了。〃有一次，一個數學家對一個題的5種情況分別用手搖計算器算了一個通宵，第二天去請教馮．諾伊曼，結果他只用7分鐘就算出了全部的答案，接著，馮．諾伊曼思考了半個小時，又發現了一種更好的簡捷演演算法。不過，馮．諾伊曼的妻子卻認為他〃一點幾何頭腦也沒有〃。有一次，她讓馮．諾伊曼去取一杯水，馮．諾伊曼在這幢房子里生活了17年，竟弄不清杯子放在什幺地方，他轉了半天，又走回來問妻子玻璃杯放在哪裡……。對生活瑣事的心不在焉，從另一個側面反映了他對科學研究的專註。馮．諾伊曼研究問題時精神高度集中，因而能敏銳地抓住問題的本質。

1940年以前，馮．諾伊曼對數學的頁獻集中在純粹數學方面。他曾研究〃運算元環〃領域達20年之久，一直是這個領域內無可爭辯的世界權威；他的另一項輝煌的科學成就，是部分解決了希爾伯特第5問題，為完全解決這著名數學難題作出了重大貢獻。

1940年，馮．諾伊曼積極投身於反法西斯戰爭的洪流，開始了由純粹數學家到傑出應用數學家的轉變過程。在戰爭年代，他先後被聘為美國海軍兵工局等許多單位的顧問，還直接參與了核武器的研製工作，為設計原子彈的最佳結構提出了許多重要建議。

馮．諾伊曼有一個突出的優點，就是善於把人們認為不能用數學處理的實際問題加以公理化、系統化，將抽象的數學理論巧妙地應用於實際生活領域。譬如一次幾十名商人參加的交易會，商人們都會謀求有利於自己的最優策略，其數學複雜程度遠遠超過了太陽系行星的運動，馮．諾伊曼敢於知難而進，用一系列的數學創造揭示這類現象的規律，從而奠定了對策論這門數學分支的基礎。

馮．諾伊曼對計算器科學的貢獻，尤其為人們所讚賞。有趣的是，將他引向這個領域卻純粹是一個偶然的機會。

1944年夏天，馮．諾伊曼在一個火車站候車時，偶然遇見ENIAC研製小組的負責人之一、數學家格爾斯坦中尉。當時，馮．諾伊曼正為原子彈實驗中遇到的大量計算問題而苦惱，譬如有關原子核裂變反應過程問題，需要進行數十億次初等算術運算，上百名女計算員用台式計算日夜不停地工作，仍然不能按時完成任務。在與格爾斯坦中尉閑聊中馮．諾伊曼聽到了ENIAC正在研製的消息，立刻理解了這項工作的深遠意義。不久，他就成了研製小組的常客，並對一些關鍵問題的解決作出了貢獻。

那時候，ENIAC的研製工作已經接近尾聲，馮．諾伊曼與大一起集中討論了ENIAC的不足處。1945年3月，他起草了一份〃離散變數自動電子計算器〃的設計報告，對ENIAC作了兩項重大的改進。

一項改進是將10進位改為2進位，從而大大簡化了計算器的結構和運算過程；另一項改進是將程序與數據一起存貯在計算器內，使得電子計算器的全部運算成為真正的自動過程。

這份設計報告是計算器結構思想一次最重要的改革，標誌著電子計算器時代的真正開始。連一向專搞理論的普林斯頓高級研究院，也破例批准了馮．諾伊曼的研製工作。從此，他那嶄新的設計思想，深深地烙記在現代電子計算器的基本設計之中。西方科學家們對馮．諾伊曼的工作給予了極高的評價，尊他為〃電子計算器之父〃。

後來，馮．諾伊曼又進一步研究了自動機理論，他用驚人的毅力克服癌症帶來的病痛，探索了計算器和人腦機制的類似現象。不幸的是，1957年2月8日，《計算器與人腦》的講搞尚未寫完，馮．諾伊曼便被骨癌奪去了生命。

馮．諾伊曼給世界留下了豐富的科學遺產。他是20世紀最多產的科學家之一，在理論物理學、經濟學、氣象學等許多科學領域，也都留有他辛勤耕耘的足跡。例如他早年撰寫的《量子力學的數學基礎》一書，首次將量子力學納入嚴格的數學系統，至今仍是理論物理學的經典著作。專家們指出：〃如果按年代先後去探討馮．諾伊曼的個人志向和學術成就，那就等於探討了過去30年來科學發展史的概要。〃

到1956年，全世界已經生產了幾千台大型電子計算機，其中有的運算速度已經高達每秒幾萬次。這些電子計算器都以真空管為主要組件，所以叫真空管計算器。利用這一代電子計算器，人們將人造衛星送上了天。這是第一代電子計算器。

第二代電子計算器是晶體管計算器。1956年，美國貝爾實驗室用晶體管代替真空管，製成了世界上第一台全晶體管管計算器Lepreachaun。它使計算器的體積、重量、耗電都大為減少。至60年代，世界上已產了3萬多台晶體管計算器，運算速度達到了每秒300萬次。

第三代電子計算器是中小規模集成電路計算器。1962年，美國得克薩斯公司與美國空軍合作，以集成電路為計算器的基本電子組件，製成了一台實驗性的樣機。在這時期，計算器的體積、功耗都進一步減少，可靠性卻大為提高，運算速度達到了每秒4000萬次。

第四代電子計算器是大規模集成電路計算器。一般認為這是1970年開始的事。現在，巨型機的運算速度已達到每秒幾億次，在科學研究和經濟管理中起著不可替代的作用；而微型機則使計算器的體積與成本大幅度減少，並滲透到工業生產和日常生活的各個角落。今天，要製造一台具有ENIAC同樣功能的計算器，體積只要有它的百萬分之一也就足夠了。

第五代電子計算器的研製工作已經開展多年了，無論是〃夢幻式〃的超導計算器，還是光計算器、生物計算器、人工智慧放大器，都已取得了一定的進展。這一代計算機的速度將達到每秒萬億次，能在更大程度上模擬人的智能，並在某些方面超過人的智能。

數學家把聰明給了電子計算器，電子計算器將使數學家變得更加聰明。而且電子計算器不僅是一種工具，它與其它的工具都不相同：電子計算器是人腦的一個側面的延伸。因為電子計算器不僅具有非凡的計算能力，速度之快令人望塵莫及，而且還能夠模擬人的某些思維功能，按照一定的規則進行邏輯判和邏輯推理，代替人的部分腦力勞動。1976年，數學家憑藉電子計算器去證明四色定理，〃依靠機器完成了人沒有能夠完成的事情〃，轟動了整個國際數學界。

電子計算器把人的思維更加有效地引向未知領域。僅僅從這個角度，也不難認識到電子計算器是一項多麼偉大的科學發明了。