計(jì)算機(jī)發(fā)展史

1、計(jì)算機(jī)發(fā)展史無(wú)處不在、無(wú)所不能的電腦，已歷經(jīng)了50多個(gè)春華秋實(shí)。50余年在人類(lèi)的歷史長(zhǎng)河中只是一瞬間，電腦卻徹底改變了我們的生活?；仡欕娔X發(fā)展的歷史，并依此上溯它的起源，真令人驚嘆滄海桑田的巨變；歷數(shù)電腦史上的英雄人物和跌宕起伏的發(fā)明故事，將給后人留下了長(zhǎng)久的思索和啟迪。請(qǐng)讀者隨著我們的史話倒轉(zhuǎn)時(shí)空，從電腦最初的源頭說(shuō)起。誰(shuí)都知道，電腦的學(xué)名叫做電子計(jì)算機(jī)。以人類(lèi)發(fā)明這種機(jī)器的初衷，它的始祖應(yīng)該是計(jì)算工具。英語(yǔ)里“Calculus”（計(jì)

2、算）一詞來(lái)源于拉丁語(yǔ)，既有“算法”的含義，也有腎臟或膽囊里的“結(jié)石”的意思。遠(yuǎn)古的人們用石頭來(lái)計(jì)算捕獲的獵物，石頭就是他們的計(jì)算工具。著名科普作家阿西莫夫說(shuō)，人類(lèi)最早的計(jì)算工具是手指，英語(yǔ)單詞“Dight”既表示“手指”又表示“整數(shù)數(shù)字”；而中國(guó)古人常用“結(jié)繩”來(lái)幫助記事，“結(jié)繩”當(dāng)然也可以充當(dāng)計(jì)算工具。石頭、手指、繩子……，這些都是古人用過(guò)的“計(jì)算機(jī)”。不知何時(shí)，許多國(guó)家的人都不約而同想到用“籌碼”來(lái)改進(jìn)工具，其中要數(shù)中國(guó)的算籌最有名

3、氣。商周時(shí)代問(wèn)世的算籌，實(shí)際上是一種竹制、木制或骨制的小棍。古人在地面或盤(pán)子里反復(fù)擺弄這些小棍，通過(guò)移動(dòng)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，從此出現(xiàn)了“運(yùn)籌”這個(gè)詞，運(yùn)籌就是計(jì)算，后來(lái)才派生出“籌”的詞義。中國(guó)古代科學(xué)家祖沖之最先算出了圓周率小數(shù)點(diǎn)后的第6位，使用的工具正是算籌，這個(gè)結(jié)果即使用筆算也很不容易求得。歐洲人發(fā)明的算籌與中國(guó)不盡相同，他們的算籌是根據(jù)“格子乘法”的原理制成。例如要計(jì)算1248456，可以先畫(huà)一個(gè)矩形，然后把它分成32個(gè)小格子，在小格子

4、邊依次寫(xiě)下乘數(shù)、被乘數(shù)的各位數(shù)字，再用對(duì)角線把小格子一分為二，分別記錄上述各位數(shù)字相應(yīng)乘積的十位數(shù)與個(gè)位數(shù)。把這些乘積由右到左，沿斜線方向相加，最后就得到乘積。1617年，英國(guó)數(shù)學(xué)家納皮爾把格子乘法表中可能出現(xiàn)的結(jié)果，印刻在一些狹長(zhǎng)條的算籌上，利用算籌的擺放來(lái)進(jìn)行乘、除或其他運(yùn)算。納皮爾算籌在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，是歐洲人主要的計(jì)算工具。算籌在使用中，一旦遇到復(fù)雜運(yùn)算常弄得繁雜混亂，讓人感到不便，于是中國(guó)人又發(fā)明了一種新式的“計(jì)算機(jī)”。著名作

5、家謝爾頓在他的小說(shuō)《假如明天來(lái)臨》里講過(guò)一個(gè)故事：騙子杰夫向經(jīng)銷(xiāo)商兜售一種袖珍計(jì)算機(jī)，說(shuō)它“價(jià)格低廉，絕無(wú)故障，節(jié)約能源，十年中無(wú)需任何保養(yǎng)”。當(dāng)商人打開(kāi)包裝盒一看，這臺(tái)“計(jì)算機(jī)”原來(lái)是一把來(lái)自中國(guó)的算盤(pán)。世界文明的四大發(fā)源地──黃河流域、印度河流域、尼羅河流域和幼發(fā)拉底河流域──先后都出現(xiàn)過(guò)不同形式的算盤(pán)，只有中國(guó)的珠算盤(pán)一直沿用至今。珠算盤(pán)最早可能萌芽于漢代，定型于南北朝。它利用進(jìn)位制記數(shù)，通過(guò)撥動(dòng)算珠進(jìn)行運(yùn)算：上珠每珠當(dāng)五，下珠每

6、珠當(dāng)一，每一檔可當(dāng)作一個(gè)數(shù)位。打算盤(pán)必須記住一套口訣，口訣相當(dāng)于算盤(pán)的“軟件”。算盤(pán)本身還可以存儲(chǔ)數(shù)字，使用起來(lái)的確很方便，它幫助中國(guó)古代數(shù)學(xué)家取得了不少重大的科技成果，在人類(lèi)計(jì)算工具史上具有重要的地位。15世紀(jì)以后，隨著天文、航海的發(fā)展，計(jì)算工作日趨繁重，迫切需要探求新的計(jì)算方法并改進(jìn)計(jì)算工具。1630年，英國(guó)數(shù)學(xué)家?jiàn)W特雷德使用當(dāng)時(shí)流行的對(duì)數(shù)刻度尺做乘法運(yùn)算，突然萌生了一個(gè)念頭：若采用兩根相互滑動(dòng)的對(duì)數(shù)刻度尺，不就省得用兩腳規(guī)度量長(zhǎng)度

7、嗎？他的這個(gè)設(shè)想導(dǎo)致了“機(jī)械化”計(jì)算尺的誕生。奧特雷德是理論數(shù)學(xué)家，對(duì)這個(gè)小小的計(jì)算尺并不在意，也沒(méi)有打算讓它流傳于世，此后二百年，他的發(fā)明未被實(shí)際運(yùn)用。18世紀(jì)末，以發(fā)明蒸汽機(jī)聞名于世的瓦特，成功地制出了第一把名副其實(shí)的計(jì)算尺。瓦特原來(lái)就是一位儀表匠，他的蒸汽機(jī)工廠投產(chǎn)后，需要迅速計(jì)算蒸汽機(jī)的功率和氣缸體積。瓦特萊布尼茨早年歷經(jīng)坎坷。當(dāng)幸運(yùn)之神降臨之時(shí)，他獲得了一次出使法國(guó)的機(jī)會(huì)。帕斯卡的故鄉(xiāng)張開(kāi)臂膀接納他，為他實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)器的夙愿創(chuàng)造

8、了契機(jī)。在巴黎，他聘請(qǐng)到一些著名機(jī)械專家和能工巧匠協(xié)助工作，終于在1674年造出一臺(tái)更完美的機(jī)械計(jì)算機(jī)。萊布尼茨發(fā)明的新型計(jì)算機(jī)約有1米長(zhǎng)，內(nèi)部安裝了一系列齒輪機(jī)構(gòu)，除了體積較大之外，基本原理繼承于帕斯卡。不過(guò)，萊布尼茨技高一籌，他為計(jì)算機(jī)增添了一種名叫“步進(jìn)輪”的裝置。步進(jìn)輪是一個(gè)有9個(gè)齒的長(zhǎng)圓柱體，9個(gè)齒依次分布于圓柱表面；旁邊另有個(gè)小齒輪可以沿著軸向移動(dòng)，以便逐次與步進(jìn)輪嚙合。每當(dāng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，步進(jìn)輪可根據(jù)它與小齒輪嚙合的齒數(shù)，

9、分別轉(zhuǎn)動(dòng)110、210圈……，直到910圈，這樣一來(lái)，它就能夠連續(xù)重復(fù)地做加法。稍熟悉電腦程序設(shè)計(jì)的人都知道，連續(xù)重復(fù)計(jì)算加法就是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)做乘除運(yùn)算采用的辦法。萊布尼茨的計(jì)算機(jī)，加、減、乘、除四則運(yùn)算一應(yīng)俱全，也給其后風(fēng)靡一時(shí)的手搖計(jì)算機(jī)鋪平了道路。不久，因獨(dú)立發(fā)明微積分而與牛頓齊名的萊布尼茨，又為計(jì)算機(jī)提出了“二進(jìn)制”數(shù)的設(shè)計(jì)思路。有人說(shuō)，他的想法來(lái)自于東方中國(guó)。大約在公元1700年左右某天，友人送給他一幅從中國(guó)帶來(lái)圖畫(huà)，名稱叫做“

10、八卦”，是宋朝人邵雍所摹繪的一張“易圖”。萊布尼茨用放大鏡仔細(xì)觀察八卦的每一卦象，發(fā)現(xiàn)它們都由陽(yáng)（—）和陰（）兩種符號(hào)組合而成。他撓有興趣地把8種卦象顛來(lái)倒去排列組合，腦海中突然火花一閃──這不就是很有規(guī)律的二進(jìn)制數(shù)字嗎？若認(rèn)為陽(yáng)（—）是“1”，陰（）是“0”，八卦恰好組成了二進(jìn)制000到111共8個(gè)基本序數(shù)。正是在中國(guó)人睿智的啟迪下，萊布尼茨最終悟出了二進(jìn)制數(shù)之真諦。雖然萊布尼茨設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)用的還是十進(jìn)制，但他率先系統(tǒng)提出了二進(jìn)制數(shù)的

11、運(yùn)算法則，直到今天，二進(jìn)制數(shù)仍然左右著現(xiàn)代電腦的高速運(yùn)算。帕斯卡的計(jì)算機(jī)經(jīng)由萊布尼茨的改進(jìn)之后，人們又給它裝上電動(dòng)機(jī)以驅(qū)動(dòng)機(jī)器工作，成為名符其實(shí)的“電動(dòng)計(jì)算機(jī)”，并且一直使用到本世紀(jì)20年代才退出舞臺(tái)。盡管帕斯卡與萊布尼茨的發(fā)明還不是現(xiàn)代意義上的計(jì)算機(jī)，但它們畢竟昭示著人類(lèi)計(jì)算機(jī)史里的第一抹曙光。要讓機(jī)器聽(tīng)人類(lèi)的話，按人類(lèi)的意愿去計(jì)算，就要實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器之間的對(duì)話，或者說(shuō)，要把人類(lèi)的思想傳送給機(jī)器，讓機(jī)器按人的意志自動(dòng)執(zhí)行。說(shuō)來(lái)也怪，實(shí)現(xiàn)

12、人與機(jī)器對(duì)話的始作俑者卻不是研制計(jì)算機(jī)的那些前輩，而是與計(jì)算機(jī)發(fā)明毫不相干的兩位法國(guó)紡織機(jī)械師。他們先后發(fā)明了一種指揮機(jī)器工作的“程序”，把思想直接“注入”到了提花編織機(jī)的針尖上。顧名思義，提花編織機(jī)具有升降紗線的提花裝置，是一種能使綢布編織出圖案花紋的織布機(jī)器。應(yīng)該是，提花編織機(jī)最早出現(xiàn)在中國(guó)。在我國(guó)出土的戰(zhàn)國(guó)時(shí)代墓葬物品中，就有許多用彩色絲線編織的漂亮花布。據(jù)史書(shū)記載，西漢年間，鉅鹿縣紡織工匠陳寶光的妻子，能熟練地掌握提花機(jī)操作技術(shù)