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计算机的发展史

要知道,世界上的第一台计数设备是原始人发明的,他们使用木棍、石头以及骨头作为计数工具。

随着人类文明和科技的进步,先后涌现了大量的计数设备。本节挑选了一些各时间段具有代表性的计数设备,带领大家感受计算机的发展史。

一,算盘

谈到计算机的发展史,还是从算盘讲起。据说,中国人早在 4000 多年以前就发明了算盘。
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从上图可以看到,算盘外形是一个木制的方形架子,内部嵌有多个串联等量珠子(算珠)的木棒或金属棒。

算盘的使用也很简单,只需按照一定规则移动算盘上的算珠,即可进行计算。到目前为止,在中国、俄罗斯以及日本等一些国家,仍然可以看到有人在使用算盘。

二,纳皮尔骨筹

纳皮尔骨筹是一种手动计算设备,由约翰·纳皮尔(John Napier,1550-1617) 发明,它也是第一台使用小数点的机器。
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“骨筹”这一名称的由来,是因为纳皮尔在这套计算设备中,使用了 9 种不同的象牙骨头,将其制作成条状并标上数字。

三,帕斯卡林

帕斯卡林被公认为是世界上第一台自动的机械式计算器,它又可以被称为算法器或者加法器,是由法国数学家、哲学家布莱斯·帕斯卡(Biaise Pascal)在 1642-1644 年之间发明的。

帕斯卡的父亲是一名税务会计师,帕斯卡发明计算器的直接原因是想帮助他的父亲征税。

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如上图所示,从外形上看,帕斯卡林计算器就是一个装有很多齿轮的箱子,当一个齿轮转动时,会带动相邻轮子转起来。每个轮子顶部都设有一个窗口,用来读取数值。

四,莱布尼茨步进计算器

1673 年,德国数学家、哲学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibnitz)对帕斯卡林计算机做了改进,发明了莱布尼茨步进计算器。
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和帕斯卡林计算机一样,莱布尼茨步进计算器也属于机械式计算机。不同之处在于,改进后的莱布尼茨步进计算器不仅可以完成加法、减法运算,还能完成乘法、除法以及自乘运算。

五,差分机

1820 年代初期,查尔斯·巴贝奇(Charles Babbage,被誉为“现代计算机之父”)设计发明了差分机。
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差分机也属于机械式计算机,比较特殊的一点是,它采用蒸汽作为动力。

差分机可以提高乘法运算的效率,主要用来改进一些数字表(比如对数表)的精确度。

六,分析机

继发明差分机之后,在 1830 年查尔斯·巴贝奇又研发出了一种计算机——分析机。
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分析机也是由蒸汽驱动的机械式计算机,用户使用打孔卡向分析机中输入数据。分析机可以解决任何数学问题,更重要的是它还能将数据永久存储起来。

七,制表机

1890 年,美国统计学家赫尔曼·霍列瑞斯博士(Herman Hollerith)发明了一种计算机,称为制表机。
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后期,霍列瑞斯博士还成立了制表机公司,该公司在 1924 年发展成为 IBM。

制表机也属于机械式计算机,采用打孔卡作为输入设备,它可以将统计到的信息制作成表格,还可以对数据进行排序。此类型计算机曾在 1890 年美国人口普查时大显身手。

八,微分分析机

1930 年,由美国麻省理工学院范内瓦·布什(Vannevar Bush)教授领导,在一些工程技术人员的协助下,设计制造了世界上第一台电子计算机,又称微分分析机。
在这里插入图片描述微分分析机通过真空管来转换电信号,从而执行计算,该类型计算机可以在几分钟内完成 25 次计算。

九,Mark I 计算机

1937 年是计算机发展的又一个重要时刻,当时就读于哈弗大学的霍华德·艾肯(Howard Aiken)计划制造一种可进行大量数值计算的计算机。

1939 年艾肯与 IBM 合作,并最终与 1944 年成功设计制造了 Mark I 计算机,该计算机是世界上第一台可编程的数字计算机。
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十,五代计算机

在 1946 年,电路被成功设计出来,它取代了之前计算机中用来计数的齿轮等其它机械组件。由此开始至今,计算机的发展共经历了 5 代,每一代计算机内部的电路都比上一代更微型化、更先进。有关这 5 代计算机的介绍,如下表所示。

计算机的发展
计算机类别特 点
第一代计算机(1946~1959)采用真空管作为 CPU 和内存的基本组件,体积庞大,价格昂贵,运行缓慢。
第二代计算机(1959~1965)真空管被晶体管替代,结构紧凑、价格便宜、运行效率更高。
第三代计算机(1965~1971)晶体管被集成电路(简称 IC)替代,单个 IC 就可以封装大量的晶体管,体积更小、价格更低、运行效率更高。
第四代计算机(1971~1980)采用超大规模集成电路(简称 VLSI)代替 IC,计算机体积更小、价格更合理,运行效率也更高。
第五代计算机(1980 至今)特大规模集成电路(简称 ULSI)取代了 VLSI 技术,这一代计算机的体积更好,功能更强大,且价格更合理。
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