第一代计算机

第一代计算机诞生于20世纪40年代至50年代之间，标志着计算机时代的开端。由于广泛使用真空管，这些计算机产生大量的热量。它们的运营成本高昂，耗电量巨大。由于机器频繁出现故障，需要持续不断的维护。为第一代计算机编程是一项挑战，因为它们使用的是机器语言。

什么是真空管？

电子管，也称为真空管或阀门，是一种在电极之间存在高真空时，通过施加电势来调节电流的装置。第一代计算机的计算就是使用真空管进行的。

第一代计算机使用了真空管技术，该技术由李·德富雷斯特（Lee De Forest）于1906年发明。真空管的发明者李·德富雷斯特是一位电气工程师。第一代计算机使用真空管作为电路和磁鼓的存储器，占用了很大的空间。

第一代计算机依赖于最低级的编程语言，即机器语言，计算机（第一代）用它来执行不同类型的操作。它无法执行多任务工作，一次只能解决一个问题。

ENIAC 是第一台可操作的电子通用计算机，其全称为电子数字积分计算机（Electronic Numerical Integrator and Computer）。ENIAC 于1943年开始建造，使用了18000个真空管。它是在宾夕法尼亚大学摩尔工程学院利用政府资金建造的。

设计ENIAC（电子数字积分计算机）的主要功劳归于约翰·W·莫奇利（John W. Mauchly，1907-1980）和J·普雷斯珀·埃克特（J. Presper Eckert, Jr.，1919-1995）。它包含二十个10位寄存器用于临时计算，其长度约为30.5米（100英尺）。

ENIAC 是通过插接板布线进行编程的。它使用穿孔卡片和纸带进行输入和输出。它的速度并不快，计算速度为每秒1900次加法。ENIAC 的主要用途是与战争相关的计算，例如，它在计算方面帮助建造了原子弹，并用于构建弹道射表。此外，在这些年间建造的巨人计算机（Colossus，英国机器）是另一台帮助二战的机器。

UNIVAC 是通用自动计算机（Universal Automatic Computer）的缩写，是第一代计算机中另一台存储程序机器。这台计算机由莫奇利和埃克特设计，是第一台成功交付给商业客户的商用计算机。

它采用磁带进行批量存储。它使用了超过5000个真空管进行设计。它被广泛用于选举预测、精算表计算和会计等任务。

UNIVAC 的第一个程序于1949年运行。与 ENIAC 相比，它每秒能够执行的多次加法运算能力是 ENIAC 的十倍。UNIVAC 的价格换算成现代美元为4,996,000美元。此外，IBM 在此期间发货了第一台计算机。第一代计算机的其他一些例子包括：EDVAC、IBM-650 和 IBM-701。

起源与早期

第一代计算机的起源可以追溯到像艾伦·图灵、约翰·冯·诺依曼等杰出人物的努力，他们构思了可编程数字计算机的概念。这些努力的动机是创造能够自动化复杂计算的机器。第一台计算机，电子数字积分计算机（ENIAC），于1945年在宾夕法尼亚大学问世。

ENIAC 在当时是一个奇迹，占据了整个房间，拥有超过17,000个真空管。它的目的是在第二次世界大战期间为炮弹弹道表进行计算。尽管具有开创性，ENIAC 也有局限性，例如需要大量的手动重新编程。

架构和组件

第一代计算机的特点是其独特的结构，以真空管作为基本构建模块。真空管作为电子开关，操纵电信号来表示二进制数据。这些管子产生大量热量，需要庞大的冷却系统，使得计算机体积庞大、笨重，并且容易出现常见故障。

这些计算机系统的结构通常基于冯·诺依曼结构，以数学家和计算机科学家约翰·冯·诺依曼的名字命名。这种结构具有中央处理器（CPU）、内存和输入/输出设备。指令和数据存储在同一个内存单元中，这一设计原则在后续的计算机世代中得以延续。

编程挑战

为第一代计算机编程是一项艰巨的任务，因为当时没有像我们今天所熟悉的那样具体的编程语言。相反，程序员需要使用高级语言或汇编语言，编码适合二进制系统（0和1）。这个过程要求高且耗时，需要对计算机的结构有深入的了解。

计算机科学先驱格蕾丝·霍珀在开发第一个编译器方面发挥了至关重要的作用，编译器是一种将复杂编程语言翻译成机器代码的软件。她的工作启发了未来几代计算机，使编程变得更便捷、更高效。

进步与里程碑

尽管存在局限性，第一代计算机还是取得了相当大的里程碑。由J·普雷斯珀·埃克特和约翰·莫奇利设计的 UNIVAC I（通用自动计算机I）成为第一台商业化生产的计算机，并被用于多种应用，包括商业数据处理和科学计算。

磁带和磁盘存储系统的发展标志着数据存储的重大进步。这些创新使得大量数据的存储和检索成为可能，促进了计算机应用从科学和军事领域向外扩展。

主要的第一代计算机

第一代计算机的发明发生在20世纪40年代到50年代初期。这些计算机体积巨大，消耗大量电力。在第一代计算期间，真空管和基本编程都投入了使用。尽管这些计算机有各种局限性，它们运行速度慢，能力有限。尽管存在性能缺陷，这些机器仍为技术进步做出了贡献。在此期间，许多关键计算机的诞生使创新者能够构建更先进的未来设计。早期的计算机系统开启了通往我们今天使用的现代机器的进化之路。

1. ENIAC（电子数字积分计算机）- 1946年

ENIAC 是第一台通用电子计算机，由开发人员于1946年创建。宾夕法尼亚大学的约翰·普雷斯珀·埃克特和约翰·莫奇利将 ENIAC 设计为一台军事应用机器。在第二次世界大战期间，ENIAC 的主要功能是为美国陆军计算弹道导弹的飞行轨迹。

2. EDSAC（电子延迟存储自动计算器）- 1949年

莫里斯·威尔克斯于1949年在剑桥大学建造了 EDSAC。它是最早采用存储程序体系结构的计算机之一。简单来说，它不需要在每次使用后重新布线，因为它可以将指令保存到其内存中。

3. EDVAC（电子离散变量自动计算机）- 1951年

开发人员于1951年创建了 EDVAC，作为原始 ENIAC 机器的升级版。该机器引入了存储程序技术作为其主要创新之一。计算机科学先驱约翰·冯·诺依曼是其设计者之一。

4. UNIVAC I（通用自动计算机）- 1951年

约翰·普雷斯珀·埃克特和约翰·莫奇利通过他们在1951年的设计，开发了 UNIVAC I，成为美国第一台商业上可用的计算机。创造者专门为商业企业而非学术机构或军事目的设计了 UNIVAC I。

5. IBM 701 - 1952年

IBM 701 于1952年发布，是 IBM 开发的第一台大型计算机。这是他们的第一台计算机，他们试图进入电子市场。IBM 701 不像它的前辈那样是用于实验的计算机，而是为科学和军事领域的实际应用而设计的。

第一代计算机的优缺点

第一代计算机具有使其与后代计算机不同的特征。尽管第一代计算机在战争时期很有帮助，但第一代计算机的功能是不足的。例如，第一代制造的所有计算机都无法计算大量数据，而且速度很慢。

此外，由于它们不可靠，减少了输入和输出设备，这使得使用起来非常耗时。而且，由于技术和计算机的尺寸，它们非常昂贵，这意味着只有大型和成熟的组织才能购买它们。

下面是一个表格，包含了第一代计算机的所有优缺点

挑战和局限性

第一代计算机面临的挑战是严峻的。对真空管的依赖导致了问题，例如频繁的故障和过度的功耗。计算机产生大量热量，需要新的冷却系统来防止过热。

此外，这些机器的建造和维护成本高昂，限制了它们的可及性。实时处理的概念在这一时期成为了一个梦想。这些早期的计算机无法多任务处理，其处理速度仅为现代计算机系统的一小部分。第一代计算机的局限性凸显了为应对这些挑战而需要进一步改进的必要性。

结论

然而，第一代计算机的缺点多于优点。但其重要性不容忽视。在第一代计算机发布之后，第二代计算机随之诞生。第一代计算机彻底改变了技术世界。

常见问题解答：第一代计算机

1. 第一代计算机使用了什么技术？

第一代计算机（20世纪40年代-50年代）利用真空管进行运算，使用磁鼓进行处理。真空管充当电子开关，但它们体积庞大、耗电量大，并产生大量热量。这些计算机还使用穿孔卡片进行输入/输出，并使用有线插接板进行编程。

2. 第一代计算机有哪些例子？

• ENIAC（电子数字积分计算机）
• UNIVAC I（通用自动计算机）
• IBM 701
• EDVAC

3. 第一代计算机的主要局限性是什么？

• 体积庞大（例如，ENIAC 重约30吨，占地约1800平方英尺）
• 耗电量过大，同时产生过多热量，需要冷却系统。
• 处理能力极低（ENIAC 每秒能进行5000次加法运算，速度很慢）
• 它是单任务的，无法多任务处理问题。
• 维护成本高昂，因此只有公共部门和大型公司才能使用。

4. 第一代计算机如何影响社会？

它们改变了：

• 军事行动，例如在二战期间计算炮兵角度或破解密码。
• 科学研究，包括核物理研究和预测软件开发。
• 商业流程的自动化，如 UNIVAC 的工资单和人口普查数据处理。
• 尽管它们在许多方面效率低下，但它们为现代计算做好了准备。