从算盘到计算机

1、 机械计算机 布莱士布莱士帕斯卡帕斯卡（Blaise PascalBlaise Pascal，1623年6 月19日1662年8月19日）法国数学家、物理 学家、宗教哲学家。 机械计算机 1642年 帕斯卡发明第一台真正意义上的加法器，可进行加减运算。帕斯卡的计算 机是一种系列齿轮组成的装置，外形像一个长方盒子，用儿童玩具那种钥匙旋紧发 条后才能转动，只能够做加法和减法。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。 机械计算机 戈特

2、弗里德戈特弗里德威廉威廉莱布尼茨（莱布尼茨（Gottfried Gottfried Wilhelm LeibnizWilhelm Leibniz，16461646年年7 7月月1 1日日17161716年年1111 月月1414日），日），德意志哲学家、数学家，历史上 少见的通才，被誉为17世纪的亚里士多德。 机械计算机 莱布尼茨在1674年造出一台更完美的机械计算机, 计算机约有1米长，内部安装了 一系列齿轮机构，除了体积较大之外，基本原理继承于帕斯卡。不过，莱布尼茨技 高一筹，他为计算机增添了一种名叫“步进轮”的装置。步进轮是一个有9个齿的 长圆柱体，9个齿依次分布于圆柱表面；旁边另有个小

3、齿轮可以沿着轴向移动，以 便逐次与步进轮啮合。每当小齿轮转动一圈，步进轮可根据它与小齿轮啮合的齿数， 分别转动1/10、2/10圈，直到9/10圈。 机械计算机 查尔斯查尔斯巴贝奇（巴贝奇（Charles Babbage，1792 1871），），数学家。 机械计算机 巴贝奇耗费了整整十年光阴，于1822年完成了第一台差分机。 巴贝奇的分析机大 体上有三大部分： 其一是齿轮式的“存贮库”，巴贝奇称它为“仓库”（Store），每个齿轮可贮存 10个数，齿轮组成的阵列总共能够储存1000个50位数。 第二个部件是所谓“运算室”，它被巴贝奇命名为“作坊”（Mill），其基本原 理与帕斯卡的转轮相似，

4、用齿轮间的啮合、旋转、平移等方式进行数字运算。 第三部分巴贝奇没有为它具体命名，其功能是以杰卡德穿孔卡中的“0”和“1” 来控制运算操作的顺序，类似于电脑里的控制器。 机电计算机 霍列瑞斯博士（霍列瑞斯博士（H.Hollerith）美国统计专家）美国统计专家 为了美国的人口普查数据统计，霍利瑞斯于1888年制作完成了穿孔制表机。虽 然制表机只能完成统计数据表格，但是它引入了二进制统计数据，同时采用继 电器处理数据，使计算机进入机电时代。 机电计算机 约瑟夫约瑟夫亨利亨利 （Joseph Henry 1797-1878Joseph Henry 1797-1878） 美国科学家。他是以电感单位“亨

5、利”留名 的大物理学家。被认为是本杰明富兰克林 之后最伟大的美国科学家之一，对于电磁学 贡献颇大。 机电计算机 克劳德克劳德艾尔伍德艾尔伍德香农（香农（Claude Elwood Claude Elwood ShannonShannon，19161916年年4 4月月3030日日20012001年年2 2月月2626日）日） 美国数学家、电子工程师和密码学家，被誉 为信息论的创始人。 1938年，当时还在麻省理工大学的香农完成了自己的硕士毕业论文继电器 和开关电路的符号分析，在这篇论文中，香农首次用布尔代数对开关电路 进行了相关的分析，并证明了可以通过继电器电路来实现布尔代数的逻辑运 算，同时

6、明确地给出了实现加，减，乘，除等运算的电子电路的设计方法。 正是这篇论文，开创了开关电路理论。正是这篇论文，使得我们现在的 大学中出现了一门崭新的课程数字电路。由此，电子管电路、计算机控 制、全自动生产线等应用开始逐渐走入工业领域。 机电计算机 霍华德霍华德艾肯（艾肯（Howard Hathaway AikenHoward Hathaway Aiken） (1900-1973)(1900-1973)，因在20世纪四十年代成功地研 制出世界上第一台大型自动数字计算机Mark 获1980年IEEE计算机先驱奖。 1944年，艾肯设计了马克1号计算机。马克1号是一种电动的机器，它借助电流 进行运算，

7、最关键的部件，用的是普通电话上的继电器。马克1号上大约安装了 3000个继电器，每一个都有由弹簧支撑着的小铁棒，通过电磁铁的吸引上下运 动。吸合则接通电路，代表“1”；释放则断开电路，代表“0”。继电器“开 关”能在大约1/100秒的时间内接通或是断开电流，当然比巴贝奇的齿轮先进得 多。 马克1号代表着自帕斯卡以来， 人类所制造的机械计算机或电动计算机之顶尖 水平，当时就被用来计算原子核裂变过程。标志着人类进入电子时代。 机电计算机 约翰约翰安布罗斯安布罗斯弗莱明弗莱明 （John Ambrose John Ambrose FlemingFleming ）（）（18641864年年1111月月

8、2929日日19451945年年4 4月月1818 日），日），英国电机工程师、物理学家。 1895年，为了解决无线电讯号的检波问题，弗莱明在“爱迪生效应”的基础 上发明了“热离子阀” 。弗莱明的发明，正是世界上第一只电子管，也就是 人们后来所说的“真空二极管”。 弗莱明把他发明的东西叫做“热离子阀”， “阀”就是开关，电子管确实是计算机理想的开关元件，然而，弗莱明的真 空二极管尚未达到电脑高速开关的要求。20世纪初，在弗莱明开创的事业的 基础上，一位美国青年发明家德福雷斯特（L. De Forest）在真空中再次 驯服了电子。 机电计算机 德福雷斯特德福雷斯特 （De Forest Lee

9、De Forest Lee ）美国发明家。 1906年，为了提高真空二极管检波灵敏度，德福雷斯特在弗莱明的玻璃管内 添加了一种栅栏式的金属网，形成电子管的第三个极。他惊讶地看到，这个 “栅极”仿佛就像百叶窗，能控制阴极与屏极之间的电子流；只要栅极有微弱 电流通过，就可在屏极上获得较大的电流，而且波形与栅极电流完全一致。也 就是说，德福雷斯特发明的是一种能够起放大作用的真空三极管器件。开关 速度为继电器的10000倍。 电子计算机 1946年2月14日，宾夕法尼亚大学默契利、埃克特默契利、埃克特研发世界上第一台电子计算机埃 历阿克。 总共安装了17468只电子管，7200个二极管，70000多电

10、阻器，10000多 只电容器和6000只继电器，电路的焊接点多达50万之巨。在机器表面，则布满电 表、电线和指示灯，占地面积为170平方米左右，总重量达到30吨，堪称为空前绝 后的“巨型机”。 它能在1秒钟内完成5000次加法，也可以在3/1000秒时间内做 完两个10位数乘法，其运算速度超出马克1号至少在1000倍以上。埃历阿克标志着 电子计算机的创世，人类社会从此大步迈进了电脑时代的门槛。 电子计算机 在埃历阿克尚未投入运行前，冯诺依曼就已开始着手起草一份新的设计报告， 要对这台电子计算机进行脱胎换骨的改造。他把新机器的方案命名为“离散变量 自动电子计算机”，英文缩写译音是“埃德瓦克”（E

11、DVAC）。1945年6月， 冯诺依曼与戈德斯坦、勃克斯等人，为埃德瓦克方案联名发表了一篇长达101页 纸洋洋万言的报告，即计算机史上著名的“101页报告”。这份报告奠定了现代电 脑体系结构坚实的根基。报告明确规定出计算机的五大部件，并用二进制替代十 进制运算，大大方便了机器的电路设计。埃德瓦克方案的革命意义在于“存储程 序”程序也被当作数据存进了机器内部，以便电脑能自动依次执行指令，再 也不必去接通什么线路。 冯冯诺依曼（诺依曼（John von NeumannJohn von Neumann，1903195719031957），）， 20世纪最重要的数学家之一，在现代计算机、博 弈论、核武

12、器和生化武器等诸多领域内有杰出建 树的最伟大的科学全才之一，被后人称为“计算 机之父”和“博弈论之父”。 电子计算机 1936年，伦敦权威的数学杂志又收到图林一篇论文。这篇论文后来永远载入了计 算机的发展史册，照耀着现代电脑的前进方向。外行人看来，这篇论文论 可计算数及其在判定问题中的应用似乎与电脑没有什么联系，然而，它确 是阐明现代电脑原理的开山之作，因此，有人把论文的名称改称为理想计算 机。这篇论文里论述了一种“图林机”，与巴贝奇的作法截然相反，图林的计 算机完全是纸上谈兵。“图林机”的特点是只要为它编好程序，它就可以承担其 他机器能作的任何工作。当世界上还没人提出通用计算机的概念前，图林

13、已经在 理论上证明了它存在的可能性。 艾伦艾伦麦席森麦席森图灵（图灵（Alan Mathison TuringAlan Mathison Turing， 19121912年年6 6月月2323日日19541954年年6 6月月7 7日），日），英国数学家、 逻辑学家，被称为计算机之父，人工智能之父。 电子计算机 1947年12月23日，布拉顿和巴丁终于在圣诞节的前夜创造出了世界上第一只半导体 放大器件，为人类电子事业的发展献上了一份丰厚的礼物。他们决定把这种器件命 名为“晶体管”。1948年，美国专利局批准了贝尔实验室关于晶体管的发明专利。 然而，专利书上的发明人只列着布拉顿和巴丁。肖克利看后

14、，一笑置之，他毫不气 馁。在同伴成功的激励下，肖克利快刀斩乱麻，一举攻克晶体管中的另一座“堡垒” 他发明了一种“结型晶体管”，离布拉顿和巴丁发明“点接触型晶体管”的时间仅 隔一年。人们后来知道，结型晶体管才是现代晶体管的始祖，它不仅预示着半导体 技术的发展方向，而且是肖克利坚韧不拔的精神体现，以致有人恢谐地给它起了个 绰号叫“肖克利坚持管”。 沃尔特沃尔特布拉顿布拉顿， 美国物理学家。 约翰约翰巴丁巴丁 (John Bardeen) 美国物理 学家，电气工程师。 威廉威廉肖克利肖克利 （ Shockley,William Bradford），物理 学家。 电子计算机 1954年，贝尔实验室乘热

15、打铁，使用800支晶体管组装成功人类有史以来第一台晶 体管计算机TRADIC。 1958年，美国的IBM公司制成了第一台全部使用晶体管的计算机RCA501型。由于第 二代计算机采用晶体管逻辑元件，及快速磁芯存储器，计算速度从每秒几千次提高 到几十万次，主存储器的存贮量，从几千提高到10万以上。 1959年，IBM公司又生产出全部晶体管化的电子计算机IBM7090。晶体管计算机 19581964年，晶体管电子计算机经历了大范围的发展过程。从印刷电路板到单元 电路和随机存储器，从运算理论到程序设计语言，不断的革新使晶体管电子计算机 日臻完善。 1961年，世界上最大的晶体管电子计算机ATLAS安装

16、完毕。 1964年，中国制成了第一台全晶体管电子计算机441B型。 电子计算机 罗伯特诺伊斯，麻省理工物理学博士。 1957年10月，诺依斯等人离开肖克利实验室，来到仙童半导体公司，在这里他 们首创的发明晶体管制造方法，他们先在透明材料上绘好晶体管结构，然后用 拍照片的办法，把结构显影在硅片表面氧化层上，腐蚀去掉不需要的图形后， 再把那些具有半导体性质的微粒扩散到硅片上。 氧化、照相、刻蚀、扩散，半 导体平面处理技术仿佛为“仙童”们打开了一扇奇妙的 大门，集成电路。 电子计算机 1968年，集成电路的发明人诺伊斯、莫尔、格罗夫成立了INTEL公司，集成电子 的意思。 1971年1月，INTEL霍夫研制小组终于制成了能够实际工作的微处理器4004。在 大约12平方毫米的芯片上，共集成了2250个晶体管。后来又研制8008、8051等。 电子计算机 1937年10月28日生于美国纽约州的罗切斯特。他的家有着浓厚的科学气氛，在 这种氛围中，霍夫养成了良好的学风。他1959年毕业于斯坦福大学，获硕士学 位，1962年获博士学位。19621967年在该校计算机研究所任职，1968年进入 英特尔公司。霍夫在美国英特尔公司研制可编程计算器用集成电路时 ，提出微 处理器设想 ，