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计算机发展史计算机发展其实经历了很漫长的时间，也可以分为古代史，代代史。而现在我们所接触的刚大多数是从现代史开始的。电脑的史前史应该从计算工具发端，至少可以追溯到我们祖先用石头或手指帮助计数的远古时代。 （一）古代史远古时期的结绳纪事，算筹，直至现在还要的算盘，到后面所发明的各种和样的计算机工具。这些都是计算机古代史的成就。而帕斯卡所发明的加法器则第一次确立了计算机器的概念。在电脑史前史里，帕斯卡被公认为制造出机械计算机的第一人。自16岁开始， 帕斯卡就在构思一种计算机。1639年，帕斯卡的父亲受命出任诺曼底省监察官，负责征收税款。他看着年迈的父亲费力地计算税率税款，未来的科学家想到了要为父亲制做一台可以帮助计算的机器。为了这个梦想，帕斯卡日以继夜地埋头苦干，先后做了三个不同的模型，耗费了整整三年的光阴。他不仅需要自己设计图纸，还必须自己动手制造。从机器的外壳，直到齿轮和杠杆，每一个零件都由这位少年亲手完成。为了使机器运转得更加灵敏，帕斯卡选择了各种材料做试验，有硬木，有乌木，也有黄铜和钢铁。终于， 第三个模型在1642年， 帕斯卡19岁那年获得了成功，他称这架小小的机器为“加法器”。帕斯卡加法器是一种系列齿轮组成的装置，外壳用黄铜材料制作，是一个长20英寸、宽4英寸、高3英寸的长方盒子，面板上有一列显示数字的小窗口，旋紧发条后才能转动， 用专用的铁笔来拨动转轮以输入数字。 这种机器开始只能够做6位加法和减法。然而，即使只做加法，也有个“逢十进一”的进位问题。聪明的帕斯卡采用了一种小爪子式的棘轮装置。当定位齿轮朝9转动时，棘爪便逐渐升高；一旦齿轮转到0，棘爪就“咔嚓”一声跌落下来，推动十位数的齿轮前进一档。 父亲的上司、法国财政大臣来到他家，观看帕斯卡表演“新式的计算机器”， 并且鼓励他投入生产，大力推广这种“人类有史以来第一台计算机”。不久，帕斯卡“加法器”在法国引起了轰动，机器展出时，人们成群结队前往卢森堡宫参观。就连大数学家笛卡尔听说后， 也乘回国探亲的机会，亲自上门观看。帕斯卡后来总共制造了50台同样的机器， 有的机器计算范围扩大到8 位，其中有两台，至今还保存在巴黎国立工艺博物馆里。但在这之前所发明的机器都有一个不足缺乏程序控制的功能。富含戏剧的是，工业社会首次大规模应用程序控制的机器不是计算机，而是纺织行业中的提花编织机，然而，它对计算机程序设计的思想产生过巨大的影响力。杰卡德提花机奏响了机器自动化的序曲，它的发明还引出了计算机史上一位惊世骇俗伟大人物，他就是英国剑桥大学科学家巴贝奇（C.Babbage）。巴贝奇对杰卡德提花机，特别是对穿孔卡片控制机器运转的天才设计十分神往，他甚至收藏着一幅用24000张卡片编织而成的杰卡德本人的肖像， 并梦想着用类似的方法设计一台计算机。 18世纪末，法国数学界调集大批数学家，组成了人工手算的流水线，经过长期艰苦奋斗，终于完成了17卷数学用表的编制，但是，手工计算出的数据出现了大量错误。这件事情强烈刺激了巴贝奇，20岁那年，他着手开始计算机的研制工作。巴贝奇在他的自传一个哲学家的生命历程里，写到了发生在1812年的一件事：“有一天晚上，我坐在剑桥大学分析学会办公室里，神志恍惚地低头看着面前打开的一张对数表。一位会员走进屋来，瞧见我的样子，忙喊道：喂！你梦见什么啦？我指着对数表回答说：我正在考虑这些表也许能用机器来计算！”。巴贝奇耗费了整整10年时间，于1822年完成了第一台差分机，可以处理3个不同的5位数， 计算精度达到6位小数，当即就演算出好几种函数表。由于当时工业技术水平极低，第一台差分机从设计绘图到机械零件加工，都由巴贝奇亲自动手实施。成功的喜悦激励着巴贝奇，他上书英国皇家学会，要求政府资助他建造第二台运算精度达20位的大型差分机。 英国政府同意为这台机器提供1.7万英镑的资助。巴贝奇自己也投资1.3万英镑巨款，弥补研制经费的不足。 第二台差分机约有25000个零件， 零件误差要求不超过每英寸千分之一，用蒸汽机驱动。巴贝奇把机器交给了英国最著名的机械工程师约瑟夫?克莱门特所属工厂制造，但工程进度十分缓慢。第二个10年过去后，全部零件只完成了一半。参加试验的同事们纷纷离去，巴贝奇独自苦苦支撑第三个10年，最后只得把图纸和部分零件送进博物馆保存。 巴贝奇一共绘制了21张大型差分机设计图纸。1991年，为了纪念巴贝奇200周年诞辰，英国肯圣顿（Kensington）科学博物馆根据这些图纸重新建造了一台差分机。复制过程中，只发现图纸存在着几处小的错误。复制者特地采用18世纪中期的技术设备来制作，不仅成功地造出了机器，而且可以正常运转。他们猜想，当年巴贝奇没能完成大型差分机研制，或许不完全是技术方面的问题。（二）近代史电子管的发明使计算机进入了电子计算机。从弗莱明发明第一只电子管到公认的第一台电脑ENIAC问世，历经了近50年。事实上，这一时期早就有人试制过真正的电子计算机。 1973年10月19日， 美国一家地方法院经过135次开庭，当众宣布一项判决书：“莫契利和埃克特没有发明第一台计算机，只是利用了阿坦那索夫发明中的构思。”理由是阿坦那索夫早在1941年，就把他对电子计算机的初步设想告诉过ENIAC的发明人。 约翰阿坦那索夫 电子计算机之父尽管电脑史书上有各种不同的说法，但是，首先采用电子管研制数字计算机的荣誉，却无可争议地归功于约翰文森特阿坦那索夫（John V. Atanasoff ，1903-1995）。阿坦那索夫的发明过程颇具传奇色彩。在回忆那次难忘的“顿悟”经历时，他写到：“我还记得，1937年冬天我有点垂头丧气。当时自己的设想虽然有些眉目，但疑难问题一直没有解决，研究工作停滞不前。随着严冬来临，我的失望情绪与日俱增。在这种精神状态下能想出什么解决办法来呢？那天我决定什么事情也不干，独自开着汽车到高速公路上去兜风。我在公路上驱车好几个小时，一直跑到邻近的伊利诺斯州边境。由于这段时间全神贯注于开车，我的神经逐渐松弛了。我把汽车从高速公路开到一条小路上，进了路旁一个年久失修的小店。在店员为我上饮料时，我觉得已不像以前那样心灰意懒。我的精神振作起来，注意力不知不觉地又被吸引到计算机上去。现在连我自己也不知道，为什么那时思想一下子开了窍，而以前却是那么迟钝。或许是喝了两杯饮料后，思维变得活跃的原因，长期困惑不解的问题迎刃而解”阿坦那索夫没有写出他驱车200多里出来散心的真正原因。那一年，他34岁，在美国衣阿华州立大学物理系担任副教授。在给研究生讲量子力学课时，因为缺乏有效的计算工具，刚好学校里有一台IBM的小型制表机，但使用起来很不顺手。他决定作些改进，就把机器拆开仔细研究。不久，他收到IBM推销员的一封措辞强硬的信，说此机不属于衣阿华大学，而是IBM的财产，不得随意乱动。阿坦纳索夫十分生气，决心自己做一台计算机来实现自己的构想，但一系列难题的困扰又使他举步维艰。那一天，他再次受到IBM的警告，这事甚至引来同事的讥笑，一气之下，他驱车跑上公路，却阴错阳差地迎来了好运气。“梦里寻他千百度，蓦然回首”，灵感从天而至，阿坦那索夫一把抓过一叠餐巾纸，头也不抬地奋笔疾书。他首先想到的就是采用电子管取代机械装置或者继电器等元件。其次，他头脑中闪现出“逻辑电路”的思想火花，决定用二进制而不是十进制作为机器的运算基础，因为他已经隐约感到，逻辑运算规则完全由电子器件直接实现。关键的问题是如何解决二进制数的存储，他以前曾经考虑过用电容器，但电容器里保存的电荷很快就会因泄漏而消失殆尽阿坦那索夫皱着眉，把杯中剩下的饮料一饮而尽。店员走过来，往他的杯中添上一些水。阿坦那索夫看着杯中再次充满了水，心中豁然开朗：水喝完了可以补充，电容器里的电荷只要不断地刷新，存储的数据就不会消失“再生存储”的概念终于被阿坦那索夫给悟了出来。他弓着身开始描画设计草图：由自行车链条带动的滚筒旋转，滚筒上安装着许多电容器，这些电容器在旋转中扫过已经充电的刷子。只要这个过程不中断，电容器便周而复始存储某一种状态充电（1）或未充电（0）。电子管、二进制、逻辑电路、再生存储，阿坦那索夫继续奋笔疾书，餐巾纸一张张堆满了破旧的餐桌。就是在这个小店，就是用这些餐巾纸，阿坦那索夫创造了计算机史上的奇迹，他为计算机设计提出的一系列基本概念，对现代电脑产生了极其深远的影响。阿坦那索夫的灵感出自于驱车200公里后的“瞬间”，背后却有一个长达数十年之久的积累过程。1903年10月4日，阿坦那索夫生于美国马里兰州的哈密尔敦，在南部佛罗里达州渡过了童年。父亲是保加利亚侨民，在保加利亚得过最高级别的科学奖，到美国后担任矿山电气工程师。由于他母亲是数学教师，所以阿坦那索夫从小与电气和数学结下不解之缘。阿坦那索夫儿时兴趣爱好特别广泛，但是打棒球却用去了他大部分的精力，直到有一天父亲买回一把计算尺，他对棒球的狂热便消失得无影无踪。他恳求父亲教他使用方法，当看到父亲把尺子拉来拉去，很快算出一道有乘有除的数学题，阿坦那索夫惊异得瞪大了双眼。从此，他对计算尺的酷爱简直到了痴迷的程度，结果促使自己更努力去钻研数学。在母亲帮助下，阿坦那索夫中学时期就自学了大学数学课程，如数学原理和微积分等。1921年，阿坦那索夫进入佛罗里达大学，选择的专业与父亲相同，也是电气工程。在同学中间，他的数学成绩最好，而且是唯一学习过二进制数运算的人。1925年大学本科毕业，他进入衣阿华大学学习数学，拿到硕士学位再考进威斯康星大学，攻读物理学博士学位。1930年，当阿坦那索夫如愿以偿地戴上博士帽时，他所学的专业已经横跨了电气、数学和物理，广阔的知识面，不仅为他今后的发明创造打下坚实的基础，而且也为他点燃思想火花提供源源不断的“燃油”。返回衣阿华大学，阿坦那索夫又用了一年多时间，把那些餐巾纸上记录的构想，变成详细的设计和说明，然后给学校研究理事会书写了一份申请报告，希望得到一笔研究资金。衣阿华大学也真“慷慨”，经过反复研讨之后，终于批给他“一大笔”经费650美元。阿坦那索夫算了算，这些钱只够制造出一个部件。所幸的是，他找到了一个合作者，一个可以帮助他建造机器的工程师。阿坦那索夫学的大都是理科，偏重于理论设计，对制造机器的工艺并不在行。于是，他四处寻找合适的人选，终于在自己的学生里，发现了一位训练有素的小伙子克利夫贝瑞（Clifford E. Berry ，1818-1963）。贝瑞是一位文静腼腆的青年，个头不高，与阿坦那索夫一样，戴一副宽边眼镜。贝瑞出生在纽约，读小学就被同学称为“天才”，以各科全优的成绩高中毕业。他爱好无线电，是当地小有名气的业余发报员。他最大的特点是极强的动手能力，任何东西都做得细致而精巧。在衣阿华大学，他学的专业也是电气工程，听过阿坦那索夫副教授讲的几堂物理课。他一边读书，一边到当地一家电气公司兼任技术员。1939年，他以全班第一的成绩毕业，准备继续攻读硕士学位。当阿坦那索夫找来时，贝瑞高兴地同意担当副教授的研究助手。两个人在物理楼地下室里建立了一个简陋的制造车间。事实证明，贝瑞确实给阿坦那索夫餐巾纸上构思的蓝图注入了生命。他用最简陋的设备和元件，如自行车齿轮和链条制造了传动装置，由一台小电机驱动存储鼓旋转，储存鼓上则精细地装配了许许多多的电容器。为了解决数据输入，贝利找到了一台旧的IBM穿孔机，但他发现这种机器不好使，灵机一动想出了一个“电弧烧孔”的办法：用高压电产生电弧，给穿孔纸带烧出一个个小孔。1939年10月，第一台小型试验样机终于开始运转，帮助衣阿华的教授和研究生们解算了若干复杂的方程，尽管它只能对8位数进行运算，速度甚至比人工手算更慢。阿坦那索夫把这台机器命名为ABC（Atanasoff- Berry-Computer） ，其中，A、B分别取俩人名字的第一字母，C即“计算机”的首字母。这台机器一旦工作起来，整个物理大楼的人都可以听到自行车链条叮当作响和电弧丝丝声，也会闻到空中飘来烧纸的焦糊味。阿坦那索夫和贝瑞并不认为这台样机已研制成功。1940年秋，他们写了一份更详细的建议书，用300多个电子管组装一台正式的ABC电子计算机，将可以解出有30个未知数的联立方程。当时电子管是十分昂贵的物品，仅购买一只就需50美元。他们初步预算的结果，研制这台机器需要5000美元。保守的衣阿华大学认为这是浪费金钱，断然拒绝了他们的请求。阿坦那索夫和贝瑞只得自己想办法，因陋就简，继续改进他们的ABC计算机。阿坦那索夫的工作得不到学校的重视，却引起宾夕法尼亚大学一位叫莫契利的讲师极大的兴趣，他甚至亲自驱车来到衣阿华，实地参观并向阿坦那索夫详细请教ABC计算机的原理和结构。耳闻目睹，莫契利迷恋上了这台破破烂烂的机器。阿坦那索夫天才的思想，最终导致这位“世界第一台电子计算机发明人”于1946年成功研制出ENIAC电脑。可是，阿坦那索夫和贝瑞却没有获得成功的花环。1942年，日本袭击珍珠港，每一个爱国的科学家都准备上前线报效祖国。阿坦那索夫和贝瑞主动放下手中的研制计划，转向更紧迫的国防科研项目。1942年底，贝瑞前往洛杉矶参加一项国防承包工程，而阿坦那索夫则去华盛顿一个海军军械实验室工作，研究炸弹引信。从此，两人失去了联系。在阿坦那索夫和贝瑞离开之前，已有两台改进后的ABC计算机能够运行，它的主要部件基本定型，但毕竟未能最终完成。这两台ABC计算机被存放在衣阿华大学物理楼的储存室里，逐渐被人遗忘。1946年，由于物质短缺，两台机器都被人拆散，零件移作它用，唯一只留下的只有一个电容存储器部件。衣阿华大学没有为ABC计算机申请专利，也给电子计算机的发明权问题带来了旷日持久的法律纠纷。战争结束后，阿坦那索夫没有返回大学讲坛，陆续创办过几个军事和民用企业，并担任总裁和技术主管。他一生获得32项发明专利，于1965年6月15日逝世，终年91岁。冯诺依曼冯诺依曼（Von Neumann） 1903年出生于匈牙利的一个银行家庭，自小就表现出卓越的数学天才。11岁上中学后，他的老师就对他卓异的数学禀赋惊叹不已，向他父亲建议，让小诺依曼退学回家，聘请大家教授来当家庭教师。冯诺依曼（Von Neumann）19岁时就发表有影响的数学论文，后来又游学著名的柏林大学、洪堡大学和普林斯顿大学，成为德国大数学家大卫希尔伯特的得意门生。1933年，他被聘为美国普林斯顿大学高等研究院的终身教授，成为爱因斯坦最年轻的同事。冯诺依曼才华横溢，在数学、应用数学、物理学、博弈论的数值分析等领域都有不凡的建树。二战爆发后，他参与美国一些重大的科研项目，如著名的制造原子弹的“曼哈顿计划”。冯诺依曼的天才还表现在他极其透彻的分析能力上，他能在最短的时间内透过繁复芜杂的现象，单刀直入，抓住问题的核心和症结。有一次，一位优秀数学家通宵达旦，伏案完成了一项数学计算，次日见到冯诺依曼，提及此事，冯诺依曼仰视天花板，静默数分钟后，就得出了一模一样的结果，令所有在场的人大惊失色。阿兰图灵 （Alan Turing）正如美国电脑界有冯诺依曼一样，在英国电脑的进展中，也有一个有巨大影响力的天才，他就是阿伦图灵（Alan Turing）。此人对于电脑技术的发展，有着无可替代的影响。 1946年，霍波博士在发生故障Mark计算机里找到了一只飞蛾，这只小虫被夹扁在继电器的触点里，影响了机器运作。于是，霍波把它小心地保存在工作笔记里，并恢谐地把程序故障统称为“臭虫”（bug），这一奇怪的称呼，后来成为计算机领域的专业术语。艾肯与霍波等人研制出了电磁式计算机，他们曾联名发表文章说，Mark计算机能自动实现人们预先选定的系列运算，甚至可以求解微分方程。他们终于实现了巴贝奇分析机的夙愿，但是，这种机器从它投入运行的那一刻开始就已经过时，因为人类社会已经跨进了电子时代。近代史电子管的发明使计算机进入了电子计算机。从弗莱明发明第一只电子管到公认的第一台电脑ENIAC问世，历经了近50年。事实上，这一时期早就有人试制过真正的电子计算机。冯诺依曼逸闻一次，在一个数学聚会上，有一个年轻人兴冲冲的找到他，向他求教一个问题，他看了看就报出了正确答案。年轻人高兴地请求他告诉自己简便方法，并抱怨其他数学家用无穷级数求解的烦琐。冯诺依曼却说道：“你误会了，我正是用无穷级数求出的。”可见他拥有过人的心算能力。 据说有一天，冯诺依曼心神不定地被同事拉上了牌桌。一边打牌，一边还在想他的课题，狼狈不堪地“输掉”了10元钱。这位同事也是数学家，突然心生一计，想要捉弄一下他的朋友，于是用赢得的5元钱，购买了一本冯诺依曼撰写的博弈论和经济行为，并把剩下的5元贴在书的封面，以表明他 “战胜”了“赌博经济理论家”，着实使冯诺依曼“好没面子”。 另一则笑话发生在ENIAC计算机研制时期。 有几个数学家聚在一起切磋数学难题，百思不得某题之解。有个人决定带着台式计算器回家继续演算。次日清晨，他眼圈黑黑，面带倦容走进办公室，颇为得意地对大家炫耀说： “我从昨天晚上一直算到今晨4点半，总算找到那难题的5种特殊解答。它们一个比一个更难咧！”说话间，冯诺依曼推门进来，“什么题更难？”虽只听到后面半句话，但“更难”二字使他马上来了劲。有人把题目讲给他听，教授顿时把自己该办的事抛在爪哇国，兴致勃勃地提议道：“让我们一起算算这5种特殊的解答吧。” 大家都想见识一下教授的“神算”本领。只见冯诺依曼眼望天花板，不言不语，迅速进到“入定” 状态。约莫过了5分来钟，就说出了前4种解答，又在沉思着第5种。青年数学家再也忍不住了，情不自禁脱口讲出答案。冯诺依曼吃了一惊，但没有接话茬。又过了1分钟，他才说道：“你算得对！” 那位数学家怀着崇敬的心情离去，他不无揶揄地想：“还造什么计算机哟，教授的头脑不就是一台超高速计算机吗？”然而，冯诺依曼却呆在原地，陷入苦苦的思索，许久都不能自拔。有人轻声向他询问缘由，教授不安地回答说：“我在想，他究竟用的是什么方法，这么快就算出了答案。”听到此言，大家不禁哈哈大笑：“他用台式计算器算了整整一个夜晚！”冯诺依曼一愣，也跟着开怀大笑起来。计算机发展的三次飞跃计算机器件从电子管到晶体管，再从分立元件到集成电路以至微处理器，促使计算机的发展出现了三次飞跃。1、在电子管计算机时期(19461959)，计算机主要用于科学计算。主存储器是决定计算机技术面貌的主要因素。当时，主存储器有水银延迟线存储器、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓和磁心存储器等类型，通常按此对计算机进行分类。2、到了晶体管计算机时期(19591964)，主存储器均采用磁心存储器，磁鼓和磁盘开始用作主要的辅助存储器。不仅科学计算用计算机继续发展，而且中、小型计算机，特别是廉价的小型数据处理用计算机开始大量生产。3、1964年以后，在集成电路发展的同时，计算机也进入了产品系列化的发展时期。半导体存储器逐步取代了磁心存储器的主存储器地位，磁盘成了不可缺少的辅助存储器，并且开始普遍采用虚拟存储技术。随着各种半导体只读存储器和可改写的只读存储器的迅速发展，以及微程序技术的发展和应用，计算机系统中开始出现固件子系统。计算机的发展与应用1、计算机科学与技术的各门学科相结合 改进了研究工具和研究方法，促进了各门学科的发展。过去，人们主要通过实验和理论两种途径进行科学技术研究。现在，计算和模拟已成为研究工作的第三条途径。2、计算机与有关的实验观测仪器相结合 可对实验数据进行现场记录、整理、加工、分析和绘制图表，显著地提高实验工作的质量和效率。计算机辅助设计已成为工程设计优质化、自动化的重要手段。在理论研究方面，计算机是人类大脑的延伸，可代替人脑的若干功能并加以强化。古老的数学靠纸和笔运算，现在计算机成了新的工具，数学定理证明之类的繁重脑力劳动，已可能由计算机来完成或部分完成。3、计算和模拟作为一种新的研究手段，常使一些学科衍生出新的分支学科。例如，空气动力学、气象学、弹性结构力学和应用分析等所面临的“计算障碍”，在有了高速计算机和有关的计算方法之后开始有所突破，并衍生出计算空气动力学、气象数值预报等边缘分支学科。利用计算机进行定量研究，不仅在自然科学中发挥了重大的作用，在社会科学和人文学科中也是如此。例如，在人口普查、社会调查和自然语言研究方面，计算机就是一种很得力的工具。4、经营管理方面 计算机可用于完成统计、计划、查询、库存管理、市场分析、辅助决策等，使经营管理工作科学化和高效化，从而加速资金周转，降低库存水准，改善服务质量，缩短新产品研制周期，提高劳动生产率。在办公室自动化方面，计算机可用于文件的起草、检索和管理等，显著提高办公效率。5、计算机还是人们的学习工具和生活工具。借助家用计算机、个人计算机、计算机网、数据库系统和各种终端设备，人们可以学习各种课程，获取各种情报和知识，处理各种生活事务(如订票、购物、存取款等)，甚至可以居家办公。越来越多的人的工作、学习和生活中将与计算机发生直接的或间接的联系。普及计算机教育已成为一个重要的问题。