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第一部實用的電子計算機

Herman Goldstein設定ENIAC功能表的開關。

我擔任國立陽明交通大學資訊學院院長時,學院有不少老舊的大型電腦設備。根據學校流程,這些舊設備應該報廢,以免佔據空間。我當時覺得這些電腦代表計算機科學的演進,應該予以保存,而有了成立電腦歷史博物館的念頭。

經過十幾年後,這個構想才由彭文志系主任實現,在資訊學院的地下室成立博物館。

當初我擔任院長時,國外友人願意捐出一部ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer;ENIA)部分零件,然而物換星移,最後沒成功,相當可惜。

ENIAC是首部實用的電子計算機。第二次世界大戰時,美國陸軍軍械部(Army Ordnance Department)為了量測槍砲的彈道,出資給賓州大學的摩爾學院(Moore School of Electrical Engineering),研製能進行大量計算的機器,以填寫彈道表格。

當時軍方的聯絡人是Herman Goldstine少尉,而賓州大學計畫主持人是John Brainerd教授,團隊成員包括2位學生John Mauchly, 以及Presper Eckert。關於Brainerd對ENIAC的貢獻,鮮少人提及。IEEE有文章溢美Brainerd,說:「Under Dr. Brainerd's inspiration, leadership, and supervision the ENIAC was conceived and built.」。但是,其他文件卻顯示Brainerd曾阻撓ENIAC的發展。

Mauchly首先於1942年提出程式(Program)這個名詞,並寫了一份7頁的提案 《The Use of High-Speed Vacuum Tube Devices for Calculation》,建議發展電子設備(Electronic Device)取代機械式計算設備 (Mechanical Calculation Device),認為可藉此大幅加速計算。然而Brainerd懷疑其可行性,將之存檔,束之高閣。幸好Goldstine看到這份報告,直接要求Mauchly正式提案,由軍方提供經費。

1943年,發展ENIAC的計畫由Mauchly主導觀念性的設計,Eckert負責硬體工程。這個計畫被列為最高機密,代號為「PX」。ENIAC由18,000 個真空管及1,500個繼電器組成,重量約30公噸,佔地1,500平方呎,消耗140千瓦電力,需要2部12匹馬力的吹風機散熱。ENIAC程式設定為外接式,全由手工在接線板上設定完成之。

ENIAC的高速計算能力遠勝於過去機械方式,可以在一秒鐘內做5,000個加法或357個十位數的乘法運算。除了用來計算彈道外,ENIAC也用於發展原子彈的計算。傳說這部機器一運轉,費城(Philadelphia)西區的燈光會變暗。維持此機器正常連轉著實不易,大約每2天就有1個真空管故障。

ENIAC服役10年後,於1955年10日月2日正式退役。

1945年,ENIAC升級改善,增加程式儲存的功能(Stored-Program),命名為EDVAC。

Eckert發明一種特殊記憶體「水銀音波延遲線」(Mercury Delay Line Memory),同時儲存數據(Data)及程式(Program)。這是一個創新做法。此時數學奇才John von Neumann正於賓州大學擔任顧問,參與EDVAC計畫的相關討論。von Neumann寫了一份EDVAC的內部報告《First Draft of a Report on the EDVAC》。因為von Neumann是超級大牌人物,Goldstein將這份報告送到和von Neumann往來的軍事單位,以宣傳EDVAC計畫的卓越。

問題是,Goldstein刻意將報告中提到Mauchly和Eckert的部分刪除(大概嫌他們不夠大牌)。讀到這份von Neumann報告的人,對於報告中EDVAC這種創新的計算機架構都大感驚豔,稱之為「von Neumann Architecture」。現代計算機的設計幾乎都遵循von Neumann Architecture。例如劍橋大學的Maurice Vincent Wilkes,根據這份報告造出第一部儲存程式的計算機EDSAC(Electronic Delay Storage Automatic Calculator)。Mauchly和Eckert吃了悶虧,未能得到應有的功勞。

von Neumann非掠奪之人,從未宣稱他是這個架構的發明人。

Mauchly一直活躍於電腦界,是ACM(Association for Computing Machinery)共同發起人,後來並成為ACM的總裁。我因為資訊技術(Information Technology)貢獻,有幸於2003年被選為ACM會士(Fellow),為全球第十七位華人獲此殊榮者,深感榮幸。

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

現為國立陽明交通大學資工系終身講座教授暨華邦電子講座,曾任科技部次長,為ACM Fellow、IEEE Fellow、AAAS Fellow及IET Fellow。研究興趣為物聯網、行動計算及系統模擬,發展出一套物聯網系統IoTtalk,廣泛應用於智慧農業、智慧教育、智慧校園等領域/場域。興趣多元,喜好藝術、繪畫、寫作,遨遊於科技與人文間自得其樂,著有<閃文集>、<大橋驟雨>。