计科01:[计算机早期历史]

计算机早期历史

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1. 最早的计算设备：算盘

公认最早的计算设备是算盘，发明于“美索不达米亚”，大约公元前2500年。它是手动计算器，用来帮助加减数字，它存储着当前的计算状态，类似于如今的硬盘。

人们制造算盘是因为社会的规模已经超出个人心算的能力，例如一个村庄可能有上千个人和上万头牛，如此就需要一些计算工具辅助计算。

算盘有很多变种，最基础的如下所示：

每行代表10的不同次方，最底下一行，一个珠子代表10的0次方，也就是1。再上面一行是10的1次方(也就是10)，再往上就是10的2次方(以此类推)。

假设最底部的3颗珠子，代表3头牛，那么有4头牛，只需向右移动4个珠子，就能代表7头牛。但如果再有5头牛，那最底行珠子就不够用了。

所以把所有珠子移回左边，在把第二排的1颗珠子向右移动，代表10头牛，最底行移动2颗珠子，代表2头牛，合计就是12，如此就可以代表12头牛了。

在接下来4000年，人类发明了各种巧妙的计算设备。比如星盘，让船只可以在海上计算纬度；或计算尺，帮助计算乘法和除法。

人们还创造了上百种时钟，算日出、潮汐、天体位置，或者纯粹计时。

这些设备让原先很费力的事变得更快，更简单，也更精准。

2. Computer从指代职业变成指代机器

• 计算机先驱Charles Babbage说过：”随着知识的增长和新工具的诞生，人工劳力会越来越少。“

最早使用“计算机”一词的文献来自1613年的一本书，作者Richard Braithwait，但当时指的不是机器，而是一种职业。Braithwait 说：“我听说过的计算者里最厉害的，能把好几天的工作量大大缩减。”

那时，“Computer”指负责计算的人，“Computer”偶尔会用机器帮忙，但大部分时候靠自己。

这个职位一直到1800年代还存在，之后“Computer”逐渐开始代表机器。

3. 步进计算器

“步进计算器”，由德国博学家 戈特弗里德·莱布尼茨 建造于 1694 年。

莱布尼茨说过 “… 让优秀的人浪费时间算数简直侮辱尊严，农民用机器能算得一样准”。

步进计算器有点像汽车里的里程表，不断累加里程数，它有一连串可以转动的齿轮，每个齿轮有十个齿，代表数字0到9，每当一个齿轮转过 9，它会转回 0，同时让旁边的齿轮前进 1 个齿，就像算盘超过 10 一样。做减法时，机器会反向运作。

利用一些巧妙的机械结构，步进计算器也能做到乘法和除法。举例：17除以5，只要减5，减5，再减5，直到不能再减5，就知道了17=5x3+2。

步进计算器可以自动完成这种操作，它是第一台能做到“加减乘除”全部四种运算的机器，它的设计非常成功，以至于沿用了3个世纪。

4. 查表测距

不幸的是，即使有机械计算器，很多现实问题，仍然需要很多步，计算一个结果可能要几小时甚至几天。而且这些手工制作的机器非常昂贵，大部分人买不起。

所以在20世纪以前，大部分人会用预先算好的计算表，这些计算表由之前说的“人力计算器”编撰。如果你想知道867,5309的平方根，只需要再表中查找即可找到答案。

5. 差分机

Charles Babbage 在 1822 年写了一篇论文，向皇家天文学会指出了这个问题，标题叫：”机械在天文与计算表中的应用“。

Charles Babbage 提出了一种新型机械装置叫 “差分机”，一个更复杂的机器，能近似多项式。多项式描述了几个变量之间的关系，也可用于近似对数和三角函数。

Charles Babbage 在 1823 年开始建造差分机，并在接下来二十年，视图制造和组装25000个零件，总重接近15吨，不幸的是，该项目最终放弃了。

但在1991年，历史学家根据Charles Babbage 的草稿做了一个差分机，而且可以运行。

更重要的是，在差分机的建造期间，Charles Babbage 构想了一个更复杂的机器 - 分析机。

6. 分析机

不像差分机，步进计算器和以前的其他计算设备，分析机是“通用计算机”，它可以做很多事情，不只是一种特定运算。甚至可以给它数据，然后按顺序执行一系列操作。它有内存，甚至一个很原始的打印机，就像差分机一样，这台机器太超前了，所以没能键成。然而，这种“自动计算机”的概念思想：计算机可以自动完成一些操作。是个跨时代的概念，预示着计算机程序的诞生。

英国数学家 Ada Lovelace 给分析机写了假想的程序，她说：“未来会诞生一门全新的，强大的，专为分析所用的语言”，因此Ada被认为是世上第一位程序员。

分析机激励了第一代计算机科学家，这些计算机科学家把很多 Charles Babbage 的点子融入到他们的机器，所以Charles Babbage 经常被认为是 “计算之父”。

7. 打孔机

到了19世纪末，为了解决人口普查耗时太长的问题，美国人口普查找了Herman Hollerith，他发明了打孔卡片制表机。他的机器是“电动机械的”，用传统机械来计数，结构类似莱布尼茨的乘法器，但用电动结构连接其他组件。Hollerith 的机器用打孔卡，一种纸卡，上面有网格，用打孔来表示数据。Hollerith 的机器速度是手动的 10 倍左右！

企业开始意识到计算机的价值，可以提升劳动力以及数据密集型任务，来提升利润。为了满足这一需求，Hollerith 成立了制表机器公司。这家公司后来在1924年与其他机械制造商合并，成为了“国际商业机器公司”，简称IBM。