計算工具的變化

1、計算工具的變化1 比例規(guī)比例規(guī):伽利略發(fā)明了比例規(guī)，它的外伽利略發(fā)明了比例規(guī)，它的外形像圓規(guī)，兩腳上各有刻度，可任意開合形像圓規(guī)，兩腳上各有刻度，可任意開合，是利用比例的原理進行乘除比例等計算，是利用比例的原理進行乘除比例等計算的工具。的工具。 2 算籌或稱算子，是中國古代一種十進制計算工具算籌或稱算子，是中國古代一種十進制計算工具。起源于商代的占卜。商代占卜盛行，用現(xiàn)成的。起源于商代的占卜。商代占卜盛行，用現(xiàn)成的小木棍做計算，這就是最早的算籌。古代籌、策小木棍做計算，這就是最早的算籌。古代籌、策、算三字都帶竹頭，表示用竹制成。策為束字加、算三字都帶竹頭，表示用竹制成。策為束字加竹頭，表示手握

2、一束豎立的算策，作為占卜之用竹頭，表示手握一束豎立的算策，作為占卜之用。籌可能代表周易八卦橫向排列時用的陰陽竹，?；I可能代表周易八卦橫向排列時用的陰陽竹，算籌橫豎二式，可能來源于此。算籌橫豎二式，可能來源于此。3 算盤，又作祘盤，是漢族勞動人民發(fā)明創(chuàng)造的一種簡便的算盤，又作祘盤，是漢族勞動人民發(fā)明創(chuàng)造的一種簡便的計算工具。中國是算盤的故鄉(xiāng)，在計算機已被普遍使用的計算工具。中國是算盤的故鄉(xiāng)，在計算機已被普遍使用的今天，古老的算盤不僅沒有被廢棄，反而因它的靈便、準今天，古老的算盤不僅沒有被廢棄，反而因它的靈便、準確等優(yōu)點，在許多國家方興未艾。因此，人們往往把算盤確等優(yōu)點，在許多國家方興未艾。因此，

3、人們往往把算盤的發(fā)明與中國古代四大發(fā)明相提并論，北宋名畫的發(fā)明與中國古代四大發(fā)明相提并論，北宋名畫清明上清明上河圖河圖中趙太丞家藥鋪柜就畫有一架算盤。由于珠算盤運中趙太丞家藥鋪柜就畫有一架算盤。由于珠算盤運算方便、快速，幾千年來一直是漢族勞動人民普遍使用的算方便、快速，幾千年來一直是漢族勞動人民普遍使用的計算工具，即使現(xiàn)代最先進的電子計算器也不能完全取代計算工具，即使現(xiàn)代最先進的電子計算器也不能完全取代珠算盤的作用。聯(lián)合國教科文組織剛剛在阿塞拜疆首都巴珠算盤的作用。聯(lián)合國教科文組織剛剛在阿塞拜疆首都巴庫通過，珠算正式成為人類非物質文化遺產。這也是我國庫通過，珠算正式成為人類非物質文化遺產。這也

4、是我國第第30項被列為非遺的項目。項被列為非遺的項目。4 納皮爾籌又叫納皮爾籌又叫納皮爾計算尺納皮爾計算尺，它是由十根木條組成的，它是由十根木條組成的，每根木條上都刻有數碼，右邊第一根木條是固定的，其余每根木條上都刻有數碼，右邊第一根木條是固定的，其余的都可根據計算的需要進行拼合或調換位置。納皮爾只不的都可根據計算的需要進行拼合或調換位置。納皮爾只不過是把格子乘法里填格子的工作事先做好而已，需要哪幾過是把格子乘法里填格子的工作事先做好而已，需要哪幾個數字時，就將刻有這些數字的木條按格子乘法的形式拼個數字時，就將刻有這些數字的木條按格子乘法的形式拼合在一起。納皮爾籌與中國的算籌在原理上大相徑庭，

5、它合在一起。納皮爾籌與中國的算籌在原理上大相徑庭，它已經顯露出對數計算方法的特征。已經顯露出對數計算方法的特征。 納皮爾籌也傳到過中國，北京故宮博物院里至今還有珍藏納皮爾籌也傳到過中國，北京故宮博物院里至今還有珍藏品。品。5 計算尺計算尺:在在1614年，對數被發(fā)明以后，乘除運算可以化為年，對數被發(fā)明以后，乘除運算可以化為加減運算，對數計算尺便是依據這一特點來設計。加減運算，對數計算尺便是依據這一特點來設計。1620年年，E.岡特最先利用對數計算尺來計算乘除。岡特最先利用對數計算尺來計算乘除。1632年，奧特年，奧特雷德發(fā)明了有滑尺的計算尺，并制成了圓形計算尺。雷德發(fā)明了有滑尺的計算尺，并制成

6、了圓形計算尺。1652年，年，R.比薩克制成了有固定尺身和滑尺的計算尺。比薩克制成了有固定尺身和滑尺的計算尺。1850年年，V.曼南在計算尺上裝上光標，因此而受到當時科學工作曼南在計算尺上裝上光標，因此而受到當時科學工作者，特別是工程技術人員所廣泛采用。者，特別是工程技術人員所廣泛采用。 6 機械計算器機械計算器:機械式計算器是與計算尺同時出現(xiàn)的，是計機械式計算器是與計算尺同時出現(xiàn)的，是計算工具上的一大發(fā)明。席卡德算工具上的一大發(fā)明。席卡德1623是最早構思出機械式是最早構思出機械式計算器，他在給天文學家計算器，他在給天文學家J.開普勒的信開普勒的信1623，1624上描上描述了他發(fā)明的四則計

7、算器，但并沒有成功制成。而能成功述了他發(fā)明的四則計算器，但并沒有成功制成。而能成功創(chuàng)制第一部能計算加減法的計算器是創(chuàng)制第一部能計算加減法的計算器是B.帕斯卡帕斯卡1642，在，在1671年，年，G.W.萊布尼茨發(fā)明了一種能作四則運算的手搖計萊布尼茨發(fā)明了一種能作四則運算的手搖計算器，是長算器，是長1米的大盒子。自此以后，經過人們在這方面米的大盒子。自此以后，經過人們在這方面多年的研究，特別是經過多年的研究，特別是經過L.H.托馬斯，托馬斯，W.奧德內爾等人的奧德內爾等人的改良后，出現(xiàn)了多種多樣的手搖計算器，并風行全世界。改良后，出現(xiàn)了多種多樣的手搖計算器，并風行全世界。于于17世紀末，這種計算

8、器傳入了中國，并由中國人制造了世紀末，這種計算器傳入了中國，并由中國人制造了12位數的手搖計算器，獨創(chuàng)出一種算籌式手搖計算器。位數的手搖計算器，獨創(chuàng)出一種算籌式手搖計算器。 7 差分機，差分機，1822年出現(xiàn)模型，能提高乘法速度和改年出現(xiàn)模型，能提高乘法速度和改進對數表等數字表的精確度。進對數表等數字表的精確度。1834年，巴貝奇就年，巴貝奇就已經提出了一項新的更大膽的設計并稱之為分析已經提出了一項新的更大膽的設計并稱之為分析機。另外威廉機。另外威廉吉布森和布魯斯吉布森和布魯斯斯特林斯特林 于于1991年年寫了小說寫了小說差分機差分機。小說主人公是歷史上實有。小說主人公是歷史上實有其人的英國數

9、學家巴貝奇。其人的英國數學家巴貝奇。8 穿孔卡片有許多種類。按處理手段可分為手工穿孔卡片和穿孔卡片有許多種類。按處理手段可分為手工穿孔卡片和機器穿孔卡片。還可以按穿孔部位、孔洞形狀、編碼方法機器穿孔卡片。還可以按穿孔部位、孔洞形狀、編碼方法等特征來分類。種由薄紙板制成，用孔洞位置或其組合表等特征來分類。種由薄紙板制成，用孔洞位置或其組合表示信息，通過穿孔或軋口方式記錄和存儲信息的方形卡片示信息，通過穿孔或軋口方式記錄和存儲信息的方形卡片。是手工檢索和機械化情報檢索系統(tǒng)的重要工具。是手工檢索和機械化情報檢索系統(tǒng)的重要工具。 18世紀末，西方一些國家已將穿孔卡片應用于紡織業(yè)，用世紀末，西方一些國家

10、已將穿孔卡片應用于紡織業(yè)，用來貯存紡織機工作過程控制的信息。后來，其應用領域擴來貯存紡織機工作過程控制的信息。后來，其應用領域擴展到統(tǒng)計工作中，如美國展到統(tǒng)計工作中，如美國1890年的人口普查就使用了穿孔年的人口普查就使用了穿孔卡片，即卡片，即Hollerith制表機。制表機。20世紀世紀4060年代，它得到了西年代，它得到了西方情報檢索界的重視和應用。方情報檢索界的重視和應用。9 此后，由于電力技術有了很大的發(fā)展，電此后，由于電力技術有了很大的發(fā)展，電動式計算器便慢慢取代以人工為動力的計動式計算器便慢慢取代以人工為動力的計算器。在算器。在1880年，美國的年，美國的H.霍勒里斯與霍勒里斯與J

11、.S.比林斯發(fā)明了電動穿孔卡片式計算器，能比林斯發(fā)明了電動穿孔卡片式計算器，能機械化地處理數據。后來他們更開創(chuàng)了第機械化地處理數據。后來他們更開創(chuàng)了第一家制造電子計算器的公司一家制造電子計算器的公司-國際商業(yè)機器國際商業(yè)機器公司公司簡稱簡稱IBM。10分析機分析機(AnalyticalEngine)算得上是世界上第一臺計算機。算得上是世界上第一臺計算機。十九世紀三十年代，英國數學家、發(fā)明家查爾斯十九世紀三十年代，英國數學家、發(fā)明家查爾斯巴貝爾設計了分析巴貝爾設計了分析機。分析機采用的一些計算機思想延用至今。分析機包括的存儲和碾機。分析機采用的一些計算機思想延用至今。分析機包括的存儲和碾磨，就非

12、常類似于今天計算機中采用的內存和處理器。輸入和輸出都磨，就非常類似于今天計算機中采用的內存和處理器。輸入和輸出都采用打孔卡采用打孔卡(十九世紀十九世紀Jacquard發(fā)明的一種卡片發(fā)明的一種卡片)進行。巴貝爾進行。巴貝爾1834年年開始進行分析機的研究工作。他把分析機制造成了由黃銅配件組成，開始進行分析機的研究工作。他把分析機制造成了由黃銅配件組成，用蒸汽驅動的機器。當時，分析機的出現(xiàn)并沒有帶來石破天驚的震撼用蒸汽驅動的機器。當時，分析機的出現(xiàn)并沒有帶來石破天驚的震撼，也沒有被廣泛的接受。分析機，也沒有被廣泛的接受。分析機一直要到一直要到1890年，同樣利用打洞卡為基礎，美國統(tǒng)計學家赫曼年，同

13、樣利用打洞卡為基礎，美國統(tǒng)計學家赫曼霍勒霍勒瑞斯瑞斯(HermanHollerith)因應美國人口普查局的需要所發(fā)明的電動制表因應美國人口普查局的需要所發(fā)明的電動制表機機(Electric Tabulating Machine)，才開始應用在實務的信息處理上。，才開始應用在實務的信息處理上。巴貝爾的工作得到了巴貝爾的工作得到了AdaAugusta-拉弗拉斯伯爵夫人的大力支持，拉弗拉斯伯爵夫人的大力支持，Ada被廣泛認為是世界上第一個程序員。她設計了一個打孔卡片程序被廣泛認為是世界上第一個程序員。她設計了一個打孔卡片程序用來計算貝努力數列。用來計算貝努力數列。倫敦科學館的復制品分析機是由英國數學

14、家查爾斯倫敦科學館的復制品分析機是由英國數學家查爾斯巴貝奇設計的一巴貝奇設計的一種機械式通用計算機。從種機械式通用計算機。從1837年首次提出這種機器的設計，一直到他年首次提出這種機器的設計，一直到他去世的去世的1871年，由于種種原因，這種機器并沒有被真正的制造出來。年，由于種種原因，這種機器并沒有被真正的制造出來。但它本身的設計邏輯卻非常的先進，是大約但它本身的設計邏輯卻非常的先進，是大約100年后電子通用計算機年后電子通用計算機的先驅。的先驅。11 1941年，德國的楚澤采用了繼電器，制成年，德國的楚澤采用了繼電器，制成了第一部通用過程控制計算器，實現(xiàn)了了第一部通用過程控制計算器，實現(xiàn)了

15、100多年前巴貝奇的理想。多年前巴貝奇的理想。 12 20世紀初期。隨著機電工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些世紀初期。隨著機電工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些具有控制功能的電器元件，并逐漸為計算工具所具有控制功能的電器元件，并逐漸為計算工具所采用。采用。1925年，美國麻省理工學院由布什年，美國麻省理工學院由布什(Vannever Bush)領導的一個小組制造了第一臺機領導的一個小組制造了第一臺機械模擬式計算機。械模擬式計算機。1942年，又制成了采用繼電器年，又制成了采用繼電器、速度更快的模擬式計算機。、速度更快的模擬式計算機。1944年，艾肯年，艾肯(HowardAiken)在美國國際商用機器公司在美國國際商

16、用機器公司(IBM)的贊的贊助下領導研制成功了世界上第一臺數字式自動計助下領導研制成功了世界上第一臺數字式自動計算機算機Mark I，實現(xiàn)了當年巴貝奇的設想。這臺機，實現(xiàn)了當年巴貝奇的設想。這臺機器使用了三千多個繼電器，故有繼電器計算機之器使用了三千多個繼電器，故有繼電器計算機之稱。稱。13 20世紀初，電子管的出現(xiàn)，使計算器的改革有了新的發(fā)展，并由于世紀初，電子管的出現(xiàn)，使計算器的改革有了新的發(fā)展，并由于二次大戰(zhàn)的迫切的軍事需要，美國賓夕法尼亞大學和有關單位在二次大戰(zhàn)的迫切的軍事需要，美國賓夕法尼亞大學和有關單位在1946年制成了第一臺電子計算器年制成了第一臺電子計算器-電子數字積分儀與計算

17、器電子數字積分儀與計算器ENIAC，由由J.W.莫利和莫利和J.P.埃克特等主要設計，而?？颂氐戎饕O計，而J.馮馮.諾伊曼亦曾參與改進工作諾伊曼亦曾參與改進工作。ENIAC使用了使用了18000個電子管，占地個電子管，占地170平方米，功率平方米，功率150千瓦。千瓦。 在在ENIAC產生之前，英國的產生之前，英國的A.M.圖靈已提出了理想計算器的理論圖靈已提出了理想計算器的理論，并探討了制造通用數字計算器的可能性。，并探討了制造通用數字計算器的可能性。1943年實際上制造出破譯年實際上制造出破譯密碼的計算器，但由于軍事保密，外人未知其詳。密碼的計算器，但由于軍事保密，外人未知其詳。 電子計算器電子計算器又稱計算機又稱計算機在在40多年得到高速的發(fā)展，其使用的組件亦多年得到高速的發(fā)展，其使用的組件亦已經歷了四代的變化。包括第一代的電子管、第二代的晶體管、第三已