EDVAC：现代计算机体系的奠基之作

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计算机的发展史上，EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，离散变量自动电子计算机）是一个至关重要的里程碑。它不仅是早期电子计算机的代表，更是冯·诺依曼体系结构的首次实践，为现代计算机的设计奠定了理论基础。

1. 历史背景

EDVAC的研发始于1944年8月，由宾夕法尼亚大学的电气工程师约翰·莫奇利（John Mauchly） 和普雷斯波·艾克特（J. Presper Eckert） 提出。这两位也是第一台通用电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）的建造者。EDVAC同样是为美国陆军阿伯丁试验场的弹道研究实验室研制，用于军事计算任务，如弹道测量、天气预报和核武器分析。

1944年，著名数学家约翰·冯·诺依曼（John von Neumann） 以技术顾问的身份加入EDVAC项目。他在1945年6月30日完成了《关于EDVAC的报告草案》（First Draft of a Report on the EDVAC），这份101页的报告首次提出了“存储程序”的概念和计算机的五大组成部分，奠定了现代计算机体系结构的基础。

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2. EDVAC的技术特点

EDVAC相较于ENIAC有两个重大改进：

• 采用二进制系统：EDVAC首次使用二进制而非十进制表示数据和指令。二进制简化了计算机的逻辑线路，提高了可靠性。
• 存储程序概念：程序和数据可以一起存储在内存中，计算机可以自动按顺序执行指令，无需人工干预。这是“冯·诺依曼架构”的核心思想。

EDVAC的物理结构包括五大组成部分：

1. 运算器（Arithmetic Unit）：负责执行算术和逻辑运算。
2. 控制器（Control Unit）：控制指令的执行流程。
3. 存储器（Memory）：使用汞延迟线作为主存储器，容量为1000个44位的字。
4. 输入设备（Input）：最初通过磁带记录仪输入，1953年添加了穿孔卡片输入。
5. 输出设备（Output）：结果通过输出设备展示。

EDVAC的性能特点：

• 速度：一条加法指令耗时约864微秒，乘法指令耗时2900微秒（2.9毫秒）。
• 物理特征：重达7850千克，占地45.5平方米，功耗56千瓦，使用了约6000个真空管和12000个二极管。
• 可靠性：到1960年，EDVAC平均每天运行超过20小时，平均无故障时间为8小时。

3. 重要意义与影响

EDVAC的报告草案提出了计算机设计的核心思想，这些原则至今仍在遵循：

• 二进制表示数据：利用电子元件的双稳特性，简化了逻辑电路设计。
• 存储程序：程序像数据一样存储在内存中，计算机可以自动执行。
• 五大组成结构：计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。

这些思想构成了所谓的“冯·诺依曼架构”，至今仍是绝大多数计算机设计的基础。冯·诺依曼也因此被西方誉为“计算机之父”。

EDVAC于1949年8月交付给弹道研究实验室，但直到1951年才开始正式运行。在其运行周期内（直到1961年被BRLESC取代），EDVAC被证明是一台可靠且可生产的计算机。

4. 争议

EDVAC的报告草案也引发了一些争议：

• 团队其他成员认为，公开报告草案可能阻碍了EDVac申请专利。
• 存储程序的概念是EDVAC设计团队集体智慧的结晶，但冯·诺依曼在报告中的单独署名导致功劳主要归于他一人。

尽管如此，报告草案的思想对计算机科学的发展产生了深远影响，激励了全球计算机科学家和工程师，如剑桥大学的莫里斯·威尔克斯（Maurice Wilkes）就深受其启发。

5. 原始论文出处

冯·诺依曼撰写的《First Draft of a Report on the EDVAC》（关于EDVAC的报告草案）是计算机科学史上的里程碑文献。

• 原始报告信息：
  • 作者: John von Neumann

结语

EDVAC不仅是计算机技术演进中的一个关键节点，更是人类智慧如何将理论构想转化为实践创新的典范✨。从它的设计和冯·诺依曼的报告草案中，我们看到了现代计算机的蓝图🧩。尽管历经近八十年的发展，计算机技术日新月异，但其核心架构仍深深烙印着EDVAC的影子🤖。理解EDVAC，有助于我们更好地把握计算机科学的精髓与未来方向🚀。

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