军事需求催生现代电子计算机

1941年12月，日本偷袭珍珠港，美国对日本宣战。为了计算炮弹弹道的轨迹，美国陆军的弹道研究实验室（Ballistic Research Laboratory，BRL）征调了位于费城（Philadelphia）的宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院（以下简称莫尔学院）的微分分析机[2]（见图1-1）。

由于每天需要计算的弹道轨迹多达几千条，微分分析机远远满足不了炮兵部队的胃口。对大规模数学计算的需求变得非常迫切，制造一台计算机的想法，从科学家的头脑中来到军方领导的心头。

1942年秋天，由于设备的计算能力跟不上计算需求的持续增长，美国陆军弹道研究实验室的计算工作陷入了危机。1943年春，该实验室的芝加哥大学数学博士、陆军上尉赫尔曼·戈德斯坦（Herman H.Goldstine），找到了莫尔学院的工程师约翰·莫奇利（John W.Mauchly）。莫奇利对制造电子计算机抱有“传教士般的热情”，两人一拍即合。在戈德斯坦的举荐下，莫奇利撰写了一份研制电子计算机的报告，并将报告提交给美国军方。同年4月9日，莫奇利的这份报告获得了美国军方的批准，美国军方与莫尔学院签订了制造计算机的合同。制造世界上第一台电子计算机——埃尼亚克（ENIAC）的工作，就在莫尔学院紧锣密鼓地开始了。

1944年初夏的一天，在美国陆军著名的武器试验场——“阿伯丁试验场”外的火车站月台上，发生了一次足以载入史册的偶遇。时任“曼哈顿计划”科学顾问的著名数学家冯·诺依曼[3]，与埃尼亚克项目的军方负责人戈德斯坦相遇了。“小上尉”戈德斯坦主动走向“大人物”冯·诺依曼，并向他提起他们正在做的一件大事——研制一台每秒进行300次乘法运算的电子计算机。冯·诺依曼对此非常感兴趣，向戈德斯坦表示，希望进一步了解这个项目的情况。

于是，在戈德斯坦的安排下，冯·诺依曼专程赶往费城参观调研。

矗立在冯·诺依曼面前的埃尼亚克（见图1-2），是一个占地170m2的庞然大物，它有30个操作台、6000多个开关。埃尼亚克看起来就像一个巨型的八爪鱼，数以百计的转接线把计算机的不同单元连接在一起。

冯·诺依曼看到，埃尼亚克在工作过程中面临着一个难题：每当要计算一道新的问题时，必须针对这个问题进行专门的编程。在埃尼亚克上编程，可不像我们现在用键盘敲几行代码那么简单，而是需要重新部署计算机不同单元之间的转接线。

对于在埃尼亚克上编程这件事，《天才的拓荒者——冯·诺依曼传》中有一段非常形象的描写：计算机操作员跑来跑去，重新把转接线的插头插好，设定每个计算单元控制器的机械开关，甚至还要搬动设备。

如何解决这个令人困扰的难题呢？埃尼亚克的设计团队将期盼的目光投向了冯·诺依曼。

离开费城后，冯·诺依曼陷入了沉思：到底应该如何设计一台更先进、更完备的计算机呢？