世界现代后期科技史-第9章
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电子技术作为20世纪信息技术、通讯技术和控制技术的基础是在19世
纪末20世纪初产生和发展起来的，而电子元件则是电子技术迅速发展的主
要前提，电子元件的每一项重要发明，都引起了电子技术的重大突破。这个
时期诞生的电子管，带来了电子技术的第一次重大突破，促进了无线电通讯
和广播技术的迅速发展，导致一系列新技术的出现，而更重要的是，为以电
子管为主要元件的第一代电子计算机的诞生打下了基础。和其他新生事物一
样，电子管的诞生经历了一番曲折的道路。
（1）爱迪生效应和“弗莱明管”
1883年，美国大发明家爱迪生（1847—1931）发明了白炽灯。然而，谁
也没有想到，电灯的出现竟孕育着一项更加伟大的发明。
为了让“光明的使者”更明亮，寿命更长，爱迪生对白炽灯不断进行着
改进和试验。一次试验中，他在灯泡中与灯丝相对的地方封入一个金属片。
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他惊奇地发现，当灯丝发热、发亮时，金属片的表面会发出淡蓝色的亮光，
如果在灯丝和铜片之间联上一个电流计，然后接通电源，电流计上的指针将
发生偏转，这就是说，电路上流动着电流。灯丝与铜片之间是一段电流无法
逾越的真空，按常规理解，电路上不可能产生电流。那么，电流是如何飞越
真空的呢？爱迪生无法解释这一奇怪的现象，也没有作深入的探究，他只是
把这种现象作为一种效应记录了下来，并申请了专利。这个效应就是著名的
爱迪生效应。
用实验确证了电子的存在的英国物理学家J．J．汤姆逊后来对爱迪生效
应进行了研究，证明这种效应是一种热电子发射现象，是真空灯泡中的炽热
灯丝的负电辐射。
事实上，显示爱迪生效应的那只灯泡就是世界第一只电子管。因此，从
这个意义上说，爱迪生发现的这一效应是他对科学进步、世界文明的又一伟
大贡献，但这中间又包含着这位发明大王未能发现电子和认识到电子管价值
的最大遗憾。
英国科学家弗莱明 （1849—1945）熟悉无线电发展的状况，深知检波管
的改进是无线电面临的一个突破口。他对爱迪生效应深感兴趣，并试图利用
这种效应研制新型的检波器。
弗莱明制造了一个与众不同的真空灯泡。他用圆桶形的金属片把灯丝包
围起来，组成一个板极。在板极和灯丝之间加上一个交变电压，同时使灯丝
通电加热。他发现，板极带正电时，灯丝和板极之间有电流通过；而当板极
带负电时，就没有电流通过。这显然是一种新型的电器元件，它只允许电流
向一个方向流动，能把交流电变成直流电。这种新的电器元件，后来被称作
二极管，又称“弗莱明管”，它可以用来检波、整流。二极管很快被应用在
无线电上，用它来检波，灵敏度大大提高了。
二极管是第一个真正的电子元件，它的出现对电子技术的发展起了很大
作用，为三极管的产生奠定了基础。由于二极管不能控制电子流的大小，不
能放大信号，人们又开始努力寻求控制二极管中电子流的方法。德国物理学
家利本（1817—1913）首先提出了在二极管内两极中间加一个筛状穿孔板以
控制二极管中的电子流的设想。三极管在孕育中。
（2）德福雷斯特制成第一个三极管
三极管是由电子工业的鼻祖、无线电之父德福雷斯特（1873—1961）发
明的。德福雷斯特出生在美国的伊利诺斯州，从小喜欢机械，大学的专业是
机械工程，但他又是个无线电爱好者。
1899年秋，国际快艇比赛在美国举行。意大利科学家马可尼 （1874—
1937）接受邀请来到美国，用他的无线电装置报道比赛情况。在此之前，马
可尼已经成功地使无线电信号跨越英吉利海峡，从英国传到了欧洲大陆。这
一次在美国的无线电通讯表演，自然震动不小。德福雷斯特闻讯也赶到表演
现场，当他挤到人群前仔细观察发报机并对其中的金属粉末检波器发问时，
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恰被马可尼听见。德福雷斯特自我介绍后，两个人就无线电谈得十分投机。
马可尼告诉他，自己正设法提高无线电接收机的灵敏度，而检波器看来是关
键。
与无线电发明家马可尼的偶遇和交谈，使德福雷斯特对无线电产生了浓
厚的兴趣，他决心从事检波器的研究，并从此开始了一个无线电发明家的艰
难生涯。
德福雷斯特用了两年的时间研究改进检波器，成效不大。当时，他还不
知道爱迪生效应，实验中的思路虽与弗莱明不谋而合，但不能象弗莱明那样
可以站在前人的肩上，加快发明的步伐。当弗莱明抢先一步发明了二极管的
消息传来时，德福雷斯特又高兴又沮丧，但并没有就此止步。他决心要在弗
莱明工作的基础上发明一种信号放大器。
德福雷斯特制造了一种真空管，外表上与二极管几乎一模一样。不同的
是，他在灯丝和板极之间加进一个炉栅形的白金丝，形成第三极（栅极）。
他发明，在第三极上加一个不大的信号，就可以改变板极电流的大小，第三
极微小的变化就能使板极电流发生较大的变化。这就是世界上第一支三极
管，是一种能控制电子流大小，能放大电子信号的新的电子元件。这种元件
的诞生才真正实现了爱迪生效应的最大价值。然而，它的面世却不是一帆风
顺的。
三极管的进一步研究和改进需要经费，但德福雷斯特这时几乎已身无分
文。他只好到几家大公司去游说、宣传三极管的神奇作用，希望争取他们的
资助。谁知，几家公司都不相信眼前这个衣着破烂的青年会作出什么重要发
明，把他赶了出来，一家公司干脆把他扭送到警察局。1906年春，美国纽约
联邦法庭对一桩所谓“没有价值的玻璃管”的离奇案件进行了公开审理。被
告德福雷斯特在法庭上慷慨陈辞，他从无线电说到检波器，从二极管说到三
极管，威严的法庭成了他宣传科学的课堂。法官们终于理解了他的发明，听
众们则为他的探索精神所感动。德福雷斯特被无罪释放。这次公开审理反而
大大提高了这位发明家的知名度，也为三极管的研究和推广铺平了道路。
1906年6月26日，三极管获得了专利权。
三极管的栅极控制电流开闭的速度，比继电器快了一万倍。三极管可以
放大电信号，使无线电通讯的距离和可靠性大大增加；三极管还能产生高频
震荡，使电子技术从长波区域向短波、超短波区域发展，大大地扩大了电子
技术的应用范围，出现了广播、雷达、电视等新的技术。
1919年，爱克尔斯和乔丹把一对三极管连接起来制成了第一个电子触发
器，这一关键发现引起了电子线路理论和应用的蓬勃发展，为计算工具由机
电时代迈入电子时代提供了关键的技术。
后来的电子计算机正是用触发器为基本元件，来体现二进制数的。这种
简单的电子装置，具有1和0的两种输出。一系列触发器连接成适当的逻辑
模式，就形成了计算机内部的大部分电子部件，完成计算、逻辑运算、数据
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存储等功能。
3．第一台电子计算机的诞生
计算工具的不断革新进步，在程序自动控制、系统结构、数据的输入输
出以及存储等方面为现代计算机的产生奠定了技术基础。电子管的问世以及
电子线路理论与应用技术的突破，又为电子计算机的产生提供了必要的理论
和技术条件。然而，和霍勒瑞斯统计分析机一样，第一台电子计算机ENIAC
诞生的直接动因也来自社会需要，特别是第二次世界大战中军事技术发展的
需要。
（1）阿塔纳索夫的探索
制造电子计算机的努力其实开始于30年代的后期，也就是说，与机电
计算机的研制几乎是同时并进的。
继电器的开断响应虽较齿轮的拨动要大大加快了速度，但开断的实现仍
没有超越机械动作，这无疑限制了继电器计算机的速度。
电子管技术出现后，一些有远见的学者便想到利用电子器件来代替继电
器作为基本元件，提高计算机运行速度的可能性。因为，继电器完成一次闭
合需要百分之一秒，而电子管完成一次导通和截止变换只需百万分之一秒，
而且，电子管的体积和重量小，也是非常突出的优点。
在研究制造电子计算机的早期探索者中有美国依阿华州立学院的美籍
保加利亚学者阿塔纳索夫 （1903—）。和艾肯一样，这位数学物理教授也是
在求解数学物理方程遇到计算困难，而对计算技术和计算机的设计产生了兴
趣。他曾热心于模拟计算机的研制。1937年，在对美国工程师布什的微分分
析机进行了深入的考察后，他认识到了模拟机的局限性，并开始设想将电子
器件用于计算工具中。辛勤探索加灵感的启迪，阿塔纳索夫终于解决了引进
电子技术到计算工具中的关键电路问题。他激动万分，即刻找到同事倍利，
两人决定马上着手制造一台能求解30个未知数的线性代数方程组的电子计
算机。但是，他们当时只争取到600美元的经费。他们制成了计算机的一个
部件后，便因资金困难不得不中断研制计划。
1941年1月15日，《德孟内斯论坛报》上曾刊登了倍利手持他们制成
的计算机部件的照片，证明了阿塔纳索夫和他的助手进行过电子计算机的研
制工作。报上预告他们的电子计算机将于这一年年底完成，机器将使用300
多个电子管。这一预告最终没有实现，因为战事，资助阿塔纳索夫的依阿华
州立学院的农业实验站不再提供资助，而且阿塔纳索夫也因战事转入军队服
务。阿塔纳索夫对电子计算机的早期探索就此搁浅。但《德孟内斯论坛报》
的照片说明，阿塔纳索夫的设计方案是电子计算机的最早方案。第一个取得
成功的电子计算机的设计方案是美国科学家莫希莱 （1907—）提出的。据阿
塔纳索夫称，1941年，莫希莱拜访他时，曾借阅过包含着他的电子计算机设
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计思想的笔记本。这一点，后来给ENIAC的发明专利权问题带来了争论。美
国的有关法院于70年代最后作出判决，撤消了ENIAC的专利权。
这一时期，曾最早研制了继电器计算机的朱斯和许莱尔也在计划制造一
台有1500个电子管、每秒能运算一万次的通用计算机。这台计算机的某些
部件于1942年完成。但由于政府拒绝支持，整个计划也未能实现。
阿塔纳索夫和朱斯等人对电子计算机的探索说明了，科学上的重大发明
都是时代进步的结果。而他们研制计划的夭折和后来第一台电子计算机
ENIAC的成功又说明了现代科学技术发展的鲜明的社会化特征。制造电子计
算机不可能再象帕斯卡加法机、莱布尼兹计算机和巴贝吉差分机那样，可以
靠某个杰出的科学家个人的努力，它需要雄厚的技术基础，需要大量的资金
投入，需要多学科的科学家、工程技术人员和科技管理人员的密切配合，需
要国家政府的全面支持，才有可能成功。
（2）第一台电子计算机——ENIAC的诞生
第二次世界大战中，后方的一些研究机构象前方战场一样的紧张繁忙。
美国宾夕法尼亚大学莫尔学院电工系与阿伯丁弹道研究实验室共同负责制
造火力表。他们每天要为陆军提供6张火力表，每张火力表都要计算几百条
弹道。一个熟练的计算员用台式计算机计算一条飞行时间为60秒的弹道，
要花20个小时的时间，用大型的微分分析机也需要很长的时间。实验室聘
用了200名计算员，但计算速度还是跟不上需要。计算任务紧迫、繁重，战
事信息处理量的需要与计算工具的运算速度之间产生了尖锐的矛盾。
当时负责阿伯丁弹道研究实验室与莫尔学院电工系联系的军方代表是
年轻的格德斯坦中尉。他的朋友莫希莱正好这时也在莫尔学院电工系任职，
这位物理学家在30年代曾制成了一种模拟计算装置 （谐波分析机）和一台
不大的专用计算机。1942年8月，莫希莱写了一份《高速电子管计算装置的
使用》的备忘录。这份备忘录实际上成为第一台电子计算机ENIAC的初始方
案。23岁的研究生艾克特看过这份备忘录后，产生了极大的兴趣，并相信一
定能研制成电子计算机。后来，艾克特成为第一台电子计算机研制计划的重
要工程师。当莫希莱向格德斯坦介绍了他关于研制电子计算机的设想后，思
维敏捷、颇有数学头脑的格德斯坦马上意识到这台设想中的机器的巨大价
值，而最直接的、重要的意义是，机器研制成功将克服火力表制作的困难。
格德斯坦马上向上级作了汇报，很快得到了支持，但要求莫尔学院草拟一份
为阿伯丁弹道实验室制造一台电子数字计算机的发展计划。1943年初，艾克
特和莫希莱重新起草了建造新式计算机的报告，艾克特还对机器的制造提出
了更加具体的建议。1943年4月2日，莫尔学院正式呈报了制造第一台电子
数字计算机的发展计划。
这一项重大计划提出后才一周，即1943年4月9日这一天，阿伯丁实
验室负责人西蒙上校和他的科学顾问、数学家维伯伦博士听取了格德斯但及
莫尔学院的莫希莱和艾克特等的简单汇报。维伯伦听后，沉思片刻，便果断
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地表示了他希望西蒙支持这个计划的意见。这次会议就这样促成了第一台电
子计算机E…NIAC的降生。
1943年6月5日，莫尔学院与军械部正式签定合同，拨款40万美元，
开始实施ENIAC方案。1945年底，第一台电子计算机的研制工作全部完成。
这台机器使用了18000多支电子管，7万多个电阻，1万多个电容，1500个
继电器，重达30吨，占地面积170平方米，功率150千瓦，耗资48万美元。
这一项历时两年多的浩大工程，集中了一批不同学科的青年科技精英。
30刚出头的年轻物理学家莫希莱承担总体设计。年仅24岁的艾克特担任总
工程师，负责解决制造过程中出现的各种复杂的工程技术问题。格德斯坦中
尉具有很强的科研组织能力，而且在数学方面还能提出独到的建议。在朝气
勃勃的青年学者中，还有年轻的逻辑学家勃克斯。他们群策群力，共同培育
出了人类历史上一朵最灿烂的智慧之花。
新式计算机在开始建造前就被命名为“电子数值积分机和计算机”
（Electronic Num
