電子計算機(jī)發(fā)展歷程

電子計算機(jī)發(fā)展歷程電腦的學(xué)名叫做電子計算機(jī)。以人類發(fā)明這種機(jī)器的初衷，它的始祖應(yīng)該是計算工具。英語里“Calculus”（計算）一詞來源于拉丁語，既有“算法”的含義，也有腎臟或膽囊里的“結(jié)石”的意思。遠(yuǎn)古的人們用石頭來計算捕獲的獵物，石頭就是他們的計算工具。著名科普作家阿西莫夫說，人類最早的計算工具是手指，英語單詞“Dight”既表示“手指”又表示“整數(shù)數(shù)字”；而中國古人常用“結(jié)繩”來幫助記事，“結(jié)繩”當(dāng)然也可以充當(dāng)計算工具。石頭、手指、繩子……，這些都是古人用過的“計算機(jī)”。15世紀(jì)以后，隨著天文、航海的發(fā)展，計算工作日趨繁重，迫切需要探求新的計算方法并改進(jìn)計算工具。1630年，英國數(shù)學(xué)家奧特雷德使用當(dāng)時流行的對數(shù)刻度尺做乘法運(yùn)算，突然萌生了一個念頭：若采用兩根相互滑動的對數(shù)刻度尺，不就省得用兩腳規(guī)度量長度嗎？他的這個設(shè)想導(dǎo)致了“機(jī)械化”計算尺的誕生。奧特雷德是理論數(shù)學(xué)家，對這個小小的計算尺并不在意，也沒有打算讓它流傳于世，此后二百年，他的發(fā)明未被實際運(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的計算尺。瓦特原來就是一位儀表匠，他的蒸汽機(jī)工廠投產(chǎn)后，需要迅速計算蒸汽機(jī)的功率和氣缸體積。瓦特設(shè)計的計算尺，在尺座上多了一個滑標(biāo)，用來“存儲”計算的中間結(jié)果，這種滑標(biāo)很長時間一直被后人所沿用。1850年以后，對數(shù)計算尺迅速發(fā)展，成了工程師們必不可少的隨身攜帶的“計算機(jī)”，直到20世紀(jì)五、六十年代，它仍然是代表工科大學(xué)生身份的一種標(biāo)志。凝聚著許許多多科學(xué)家和能工巧匠智慧的早期計算工具，在不同的歷史階段發(fā)揮過巨大作用，但也將隨著科學(xué)發(fā)展而逐漸消亡，最終完成它們的歷史使命。第一臺真正的計算機(jī)是著名科學(xué)家帕斯卡（B.Pascal）發(fā)明的機(jī)械計算機(jī)。萊布尼茨早年歷經(jīng)坎坷。當(dāng)幸運(yùn)之神降臨之時，他獲得了一次出使法國的機(jī)會。帕斯卡的故鄉(xiāng)張開臂膀接納他，為他實現(xiàn)計算機(jī)器的夙愿創(chuàng)造了契機(jī)。在巴黎，他聘請到一些著名機(jī)械專家和能工巧匠協(xié)助工作，終于1725年，法國紡織機(jī)械師布喬（B.Bouchon）突發(fā)奇想，想出了一個“穿孔紙帶”的絕妙主意。布喬首先設(shè)法用一排編織針控制所有的經(jīng)線運(yùn)動，然后取來一卷紙帶，根據(jù)圖案打出一排排小孔，并把它壓在編織針上。啟動機(jī)器后，正對著小孔的編織針能穿過去鉤起經(jīng)線，其他的針則被紙帶擋住不動。這樣一來，編織針就自動按照預(yù)先設(shè)計的圖案去挑選經(jīng)線，布喬的“思想”于是“傳遞”給了編織機(jī)，而編織圖案的“程序”也就“儲存”在穿孔紙帶的小孔之中。真正成功的改進(jìn)是在80年后，另一位法國機(jī)械師杰卡德（J.Jacquard），大約在1805年完成了“自動提花編織機(jī)”的設(shè)計制作。那是舉世矚目的法國大革命的年代──攻打巴士底獄，推翻封建王朝，武裝保衛(wèi)巴黎，市民們高唱著“馬賽曲”，紛紛走上街頭，革命風(fēng)暴如火如荼。雖然杰卡德在1790年就基本形成了他的提花機(jī)設(shè)計構(gòu)想，但為了參加革命，他無暇顧及發(fā)明創(chuàng)造，也扛起來福槍，投身到里昂保衛(wèi)戰(zhàn)的行列里。直到19世紀(jì)到來之后，杰卡德的機(jī)器才得以組裝完成。杰卡德為他的提花機(jī)增加了一種裝置，能夠同時操縱1200個編織針，控制圖案的穿孔紙帶后來也換成了穿孔卡片。據(jù)說，杰卡德編織機(jī)面世后僅25年，考文垂附近的鄉(xiāng)村里就有了600臺，在老式蒸氣機(jī)噗嗤噗嗤的伴奏下，把穿孔卡片上的圖案變成一匹匹漂亮的花綢布。紡織工人最初強(qiáng)烈反對這架自動化的新鮮玩意的到來，因為害怕機(jī)器會搶去他們的飯碗，使他們失去工作，但因為它優(yōu)越的性能，終于被人們普遍接受。1812年，僅在法國已經(jīng)裝配了萬余臺，并通過英國傳遍了西方世界，杰卡德也因此而被受予了榮譽(yù)軍團(tuán)十字勛章和金質(zhì)獎?wù)隆?8世紀(jì)末，法蘭西發(fā)起了一項宏大的計算工程──人工編制《數(shù)學(xué)用表》，這在沒有先進(jìn)計算工具的當(dāng)時，是件極其艱巨的工作。法國數(shù)學(xué)界調(diào)集大批數(shù)學(xué)家，組成了人工手算的流水線，算得天昏地暗，才完成了17卷大部頭書稿。即便如此，計算出的數(shù)學(xué)用表仍然存在大量錯誤。據(jù)說有一天，巴貝奇與著名的天文學(xué)家赫舍爾湊在一起，對兩大部頭的天文數(shù)表評頭論足，翻一頁就是一個錯，翻兩頁就有好幾處。面對錯誤百出的數(shù)學(xué)表，巴貝奇目瞪口呆，他甚至喊出聲來：“天哪，這些計算錯誤已經(jīng)充斥彌漫了整個宇宙！”這件事也許就是巴貝奇萌生研制計算機(jī)構(gòu)想的起因。巴貝奇在他的自傳《一個哲學(xué)家的生命歷程》里，寫到了大約發(fā)生在1812年的一件事：“有一天晚上，我坐在劍橋大學(xué)的分析學(xué)會辦公室里，神志恍惚地低頭看著面前打開的一張對數(shù)表。一位會員走進(jìn)屋來，瞧見我的樣子，忙喊道：‘喂！你夢見什么啦？’我指著對數(shù)表回答說：‘我正在考慮這些表也許能用機(jī)器來計算！’”巴貝奇的第一個目標(biāo)是制作一臺“差分機(jī)”。所謂“差分”的含義，是把函數(shù)表的復(fù)雜算式轉(zhuǎn)化為差分運(yùn)算，用簡單的加法代替平方運(yùn)算。那一年，剛滿20歲的巴貝奇從法國人杰卡德發(fā)明的提花編織機(jī)上獲得了靈感，差分機(jī)設(shè)計閃爍出了程序控制的靈光──它能夠按照設(shè)計者的旨意，自動處理不同函數(shù)的計算過程。巴貝奇耗費(fèi)了整整十年光陰，于1822年完成了第一臺差分機(jī)，它可以處理3個不同的5位數(shù)，計算精度達(dá)到6位小數(shù)，當(dāng)即就演算出好幾種函數(shù)表。由于當(dāng)時工業(yè)技術(shù)水平極低，第一臺差分機(jī)從設(shè)計繪圖到機(jī)械零件加工，都是巴貝奇親自動手完成。當(dāng)他看著自己的機(jī)器制作出準(zhǔn)確無誤的《數(shù)學(xué)用表》，高興地對人講：“哪怕我的機(jī)器出了故障，比如齒輪被卡住不能動，那也毫無關(guān)系。你看，每個輪子上都有數(shù)字標(biāo)記，它不會欺騙任何人。”以后實際運(yùn)用證明，這種機(jī)器非常適合于編制航海和天文方面的數(shù)學(xué)用表。成功的喜悅激勵著巴貝奇，他連夜奮筆上書皇家學(xué)會，要求政府資助他建造第二臺運(yùn)算精度為20位的大型差分機(jī)。英國政府看到巴貝奇的研究有利可圖，破天荒地與科學(xué)家簽訂了第一個合同，財政部慷慨地為這臺大型差分機(jī)提供出1.7萬英鎊的資助。巴貝奇自己也貼進(jìn)去1.3萬英鎊巨款，用以彌補(bǔ)研制經(jīng)費(fèi)的不足。在當(dāng)年，這筆款項的數(shù)額無異于天文數(shù)字──有資料介紹說，1831年約翰·布爾制造一臺蒸汽機(jī)車的費(fèi)用才784英磅。然而，第二臺差分機(jī)在機(jī)械制造工廠里觸上了“暗礁”。第二臺差分機(jī)大約有25000個零件，主要零件的誤差不得超過每英寸千分之一，即使用現(xiàn)在的加工設(shè)備和技術(shù)，要想造出這種高精度的機(jī)械也絕非易事。巴貝奇把差分機(jī)交給了英國最著名的機(jī)械工程師約瑟夫·克萊門特所屬的工廠制造，但工程進(jìn)度十分緩慢。設(shè)計師心急火燎，從劍橋到工廠，從工廠到劍橋，一天幾個來回。他把圖紙改了又改，讓工人把零件重做一遍又一遍。年復(fù)一年，日復(fù)一日，直到又一個10年過去后，巴貝奇依然望著那些不能運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器發(fā)愁，全部零件亦只完成不足一半數(shù)量。參加試驗的同事們再也堅持不下去，紛紛離他而去。巴貝奇獨(dú)自苦苦支撐了第三個10年，終于感到無力回天。那天清晨，巴貝奇走進(jìn)車間，偌大的作業(yè)場空無一人，只剩下滿地的滑車和齒輪，四處一片狼藉。他呆立在尚未完工的機(jī)器旁，深深地嘆了口氣。在痛苦的煎熬中，他無計可施，只得把全部設(shè)計圖紙和已完成的部分零件送進(jìn)倫敦皇家學(xué)院博物館供人觀賞。1842年，在巴貝奇的一生中是極不平常的一年。英國政府宣布斷絕對他的一切資助，連科學(xué)界的友人都用一種怪異的目光看著他。英國首相譏諷道：“這部機(jī)器的唯一用途，就是花掉大筆金錢！”同行們譏笑他是“愚笨的巴貝奇”。皇家學(xué)院的權(quán)威人士，包括著名天文學(xué)家艾瑞等人，都公開宣稱他的差分機(jī)“毫無任何價值”……就在痛苦艱難的時刻，孤獨(dú)苦悶的巴貝奇意外地收到一封來信，寫信人不僅對他表示理解而且還希望與他共同工作。娟秀字體的簽名，表明了她不凡的身份──伯爵夫人。接到信函后不久，巴貝奇實驗室門口走進(jìn)來一位年輕的女士。她身披素雅的斗蓬，鬢角上斜插一朵白色的康乃馨，顯得那么典雅端莊。巴貝奇一時愣在那里，他與這位女士似曾相識，又想不起曾在何處邂逅。女士落落大方地作了自我介紹，正是那位寫信人?！澳€記得我嗎？”女士低聲問道，“十多年前