最新电脑史话汇编.docx
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1、电脑史话(1)计算机始祖,已历经了50多个春华秋实。具。英语里“Calculus”(计算)一词来源于拉丁语,既有“算法”的含义,也有肾脏或胆囊里的“结石”的意思。不知何时,许多国家的人都不约而同想到用“筹码”来改进工具,其中要数中国的算筹最有名气。商周时代问世的算筹,实际上是一种竹制、木制或骨制的小棍。古人在地面或盘子里反复摆弄这些小棍,通过移动来进行计算,从此出现了“运筹”这个词,运筹就是计算,后来才派生出“筹”的词义。中国古代科学家祖冲之最先算出了圆周率小数点后的第6位,使用的工具正是算筹,欧洲人发明的算筹与中国不尽相同,他们的算筹是根据“格子乘法”的原理制成。例如要计算1248456,可
2、以先画一个矩形,然后把它分成32个小格子,在小格子边依次写下乘数、被乘数的各位数字,再用对角线把小格子一分为二,分别记录上述各位数字相应乘积的十位数与个位数。把这些乘积由右到左,沿斜线方向相加,最后就得到乘积。1617年,英国数学家纳皮尔把格子乘法表中可能出现的结果,印刻在一些狭长条的算筹上,利用算筹的摆放来进行乘、除或其他运算。纳皮尔算筹在很长一段时间里,是欧洲人主要的计算工具。算筹在使用中,一旦遇到复杂运算常弄得繁杂混乱,让人感到不便,于是中国人又发明了一种新式的“计算机”世界文明的四大发源地黄河流域、印度河流域、尼罗河流域和幼发拉底河流域先后都出现过不同形式的算盘,只有中国的珠算盘一直沿
3、用至今。珠算盘最早可能萌芽于汉代,定型于南北朝。它利用进位制记数,通过拨动算珠进行运算:上珠每珠当五,下珠每珠当一,每一档可当作一个数位。打算盘必须记住一套口诀,口诀相当于算盘的“软件”。 15世纪以后1630年,英国数学家奥特雷德使用当时流行的对数刻度尺做乘法运算,突然萌生了一个念头:若采用两根相互滑动的对数刻度尺,不就省得用两脚规度量长度吗?奥特雷德是理论数学家,对这个小小的计算尺并不在意,也没有打算让它流传于世,此后二百年,他的发明未被实际运用。18世纪末,以发明蒸汽机闻名于世的瓦特,成功地制出了第一把名副其实的计算尺。瓦特原来就是一位仪表匠,他的蒸汽机工厂投产后,需要迅速计算蒸汽机的功
4、率和气缸体积。瓦特设计的计算尺,在尺座上多了一个滑标,用来“存储”计算的中间结果,这种滑标很长时间一直被后人所沿用。1850年以后,对数计算尺迅速发展,成了工程师们必不可少的随身携带的“计算机”,直到20世纪五、六十年代,它仍然是代表工科大学生身份的一种标志。命。电脑史话(2)第一抹曙光第一台真正的计算机是著名科学家帕斯卡(B.Pascal)发明的机械计算机。帕斯卡1623年出生在法国一位数学家家庭,他三岁丧母,由担任着税务官的父亲拉扯他长大成人。从小,他就显示出对科学研究浓厚的兴趣。少年帕斯卡对他的父亲一往情深,他每天都看着年迈的父亲费力地计算税率税款,很想帮助做点事,可又怕父亲不放心。于是
5、,未来的科学家想到了为父亲制做一台可以计算税款的机器。19岁那年,他发明了人类有史以来第一台机械计算机。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。帕斯卡发明成功后,一连制作了50台这种被人称为“帕斯卡加法器”的计算机,至少现在还有5台保存着。比如,在法国巴黎工艺学校、英国伦敦科学博物馆都可以看到帕斯卡计算机原型。据说在中国
6、的故宫博物院,帕斯卡是真正的天才,他在诸多领域内都有建树。后人在介绍他时,说他是数学家、物理学家、哲学家、流体动力学家和概率论的创始人。凡是学过物理的人都知道一个关于液体压强性质的“帕斯卡定律”,这个定律就是他的伟大发现并以他的名字命名的。他甚至还是文学家,其文笔优美的散文在法国极负盛名。可惜,长期从事艰苦的研究损害了他的健康,1662年英年早逝,死时年仅39岁。他留给了世人一句至理名言:“人好比是脆弱的芦苇,但是他又是有思想的芦苇。”全世界“有思想的芦苇”,尤其是计算机领域的后来者,都不会忘记帕斯卡在浑沌中点燃的亮光。1971年发明的一种程序设计语言PASCAL语言,就是为了纪念这位先驱,使
7、帕斯卡的英名长留在电脑时代里。帕斯卡逝世后不久,与法兰西毗邻的德国莱茵河畔,有位英俊的年轻人正挑灯夜读。黎明时分,青年人站起身,揉了一下疲乏的腰部,脸上流露出会心的微笑,一个朦胧的设想已酝酿成熟。虽然在帕斯卡发明加法器的时候,他尚未出世,但这篇由帕斯卡亲自撰写的关于加法计算机的论文,却使他似醍醐灌顶,勾起强烈的发明欲。他就是德国大数学家、被不列颠百科全书称为“西方文明最伟大的人物之一”的莱布尼茨(G.Leibnitz)。莱布尼茨早年历经坎坷。当幸运之神降临之时,他获得了一次出使法国的机会。帕斯卡的故乡张开臂膀接纳他,为他实现计算机器的夙愿创造了契机。在巴黎,他聘请到一些著名机械专家和能工巧匠协
8、助工作,终于在1674年造出一台更完美的机械计算机。莱布尼茨发明的新型计算机约有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,这样一来,它就能够连续重复地做加法。稍熟悉电脑程序设计的人都知道,连续重复计算加法就是现代计算机做乘除运算采用的办法。莱布尼茨的计算机,加、减、乘、除四则运算一应俱全
9、,也给其后风靡一时的手摇计算机铺平了道路。不久,因独立发明微积分而与牛顿齐名的莱布尼茨,又为计算机提出了“二进制”数的设计思路。有人说,他的想法来自于东方中国。大约在公元1700年左右某天,友人送给他一幅从中国带来图画,名称叫做“八卦”,是宋朝人邵雍所摹绘的一张“易图”。莱布尼茨用放大镜仔细观察八卦的每一卦象,发现它们都由阳()和阴(-)两种符号组合而成。他挠有兴趣地把8种卦象颠来倒去排列组合,脑海中突然火花一闪这不就是很有规律的二进制数字吗?若认为阳()是“1”,阴(-)是“0”,八卦恰好组成了二进制000到111共8个基本序数。正是在中国人睿智的启迪下,莱布尼茨最终悟出了二进制数之真谛。虽
10、然莱布尼茨设计的计算机用的还是十进制,但他率先系统提出了二进制数的运算法则,直到今天,二进制数仍然左右着现代电脑的高速运算。帕斯卡的计算机经由莱布尼茨的改进之后,人们又给它装上电动机以驱动机器工作,成为名符其实的“电动计算机”,并且一直使用到本世纪20年代才退出舞台。尽管帕斯卡与莱布尼茨的发明还不是现代意义上的计算机,但它们毕竟昭示着人类计算机史里的第一抹曙光。电脑史话(3)“编织”的程序顾名思义,提花编织机具有升降纱线的提花装置,是一种能使绸布编织出图案花纹的织布机器。应该是,提花编织机最早出现在中国。在我国出土的战国时代墓葬物品中,就有许多用彩色丝线编织的漂亮花布。据史书记载,西汉年间,钜
11、鹿县纺织工匠陈宝光的妻子,能熟练地掌握提花机操作技术,她的机器配置了120起一部分经线,真正成功的改进是在80那是举世瞩目的法国大革命的年代攻打巴士底狱,虽然杰卡德在1790年,考文垂附近的乡村里就有了600台,”(杰卡德)一词的词条下,英语和汉语的意思居然都是“提花机”杰卡德提花机的原理,街头巷尾小作坊里使用的手工绒线编织机,其基本结构仍与杰卡德编织机大体相似。此外,杰卡德编织机“千疮百孔”的穿孔卡片,不仅让机器编织出绚丽多彩的图案,而且意味着程序控制思想的萌芽,穿孔纸带和穿孔卡片也广泛用于早期电脑以存储程序和数据。或许,我们现在把“程序设计”俗称为“编程序”,就引申自编织机的“编织花布”的
12、词义。电脑史话(4)失败的英雄今天出版的许多计算机书籍扉页里,都登载着巴贝奇(C.Babbage)的照片:起。18这件事也许就是巴贝奇萌生研制计算机构想的起因。巴贝奇在他的自传一个哲学家的生命历程里,”巴贝奇的第一个目标是制作一台“差分机”。所谓“差分”的含义,是把函数表的复杂算式转化为差分运算,用简单的加法代替平方运算。,差分机设计闪烁出了程序控制的灵光它能够按照设计者的旨意,自动处理不同函数的计算过程。巴贝奇耗费了整整十年光阴,于1822位小数,当即就演算出好几种函数表。着自己的机器制作出准确无误的数学用表,造工厂里触上了“暗礁”。第二台差分机大约有25000个零件送进伦敦皇家学院博物馆供
13、人观赏。电脑史话(5)携手共赴难1842年,在巴贝奇的一生中是极不平常的一年。忆里打下了较深的印记。他赶紧请阿达入座,并欣然同意与这位小有名气的数学才女共同研制新的计算机器。就这样,在阿达27今天我们再回首看看巴贝奇的设计,分析机的思想仍然闪烁着天才的光芒。由于巴贝奇晚年因喉疾几乎不能说话,介绍分析机的文字主要由阿达替他完成。),其基本原理与帕斯卡的转轮相似,用齿轮间的啮合、旋转、平移等方式进行数字运算。为了加快运算速度,他改进了进位装置,使得50位数加50众所周知,年,这种语言被正式命名为ADA贫困交加,无休止的脑力劳动,使阿达的健康状况急剧恶化。1852年,怀着对分析机成功的美好梦想,软件
14、才女英年早逝,死时年仅36岁。阿达去世后,巴贝奇又默默地独自坚持了近20年1871年,先驱者巴贝奇,终于满怀着对分析机无言的悲怅,孤独地离开了人世。败了。,分析机的设想超出了他们所处时代至少一个世纪!社会发展的需求和科学技术发展的可能,使得他们注定要成为的悲剧人物。.电脑史话(6)穿孔制表机 将国外出版的多媒体百科全书光盘插入电脑,然后键入“Punched card”(穿孔卡)作为关键词搜索。你会发现,电脑屏幕将从“Jacquard”(杰卡德)条目开始,连带着显示出早期计算机发展简史。紧靠着“杰卡德”词条的,是另外一个姓名“H.Hollerrith”。 该词条解释说,穿孔卡是早期计算机输入信息
15、的设备,通常可以储存80列数据。它是一种很薄的纸片,)的伟大发明。公元1880霍列瑞斯博士是德国侨民,早年毕业于美国哥伦比亚大学矿业学院,学的是采矿专业。大学毕业后来到人口调查局,从事的第一项工作就是人口普查。他曾与同事们一起,深入到许多家庭,填表征集资料,深知每个数据都来之不易;他也曾终日埋在数据堆里,用手摇计算机“摇”得满头大汗,一天下来,也统计不出几张表格的数据。人口普查需要大量处理的是数据,如年龄、性别等用调查表采集的项目,并且还要统计出每个社区有多少儿童和老人,有多少男性公民和女性公民等等。这些数据是否也可由机器自动进行统计?采矿工程师霍列瑞斯想到了纺织工程师杰卡德80年前发明的穿孔
16、纸带。杰卡德提花机用穿孔纸带上的小孔,主要用来控制提花操作的步骤,即编写程序,霍列瑞斯则进一步设想要用它来储存和统计数据,发明一种自动制表的机器。人口调查局的业务异常繁忙,一个行政机构也不可能提供时间和经费让公务员搞什么科学研究。两年后,霍列瑞斯博士离开了人口局,到专利事务所工作过一段时间,也曾任教于麻省理工学院,一边工作,一边致力于自动制表机的研制。霍列瑞斯首先把穿孔纸带改造成穿孔卡片,以适应人口数据采集的需要。由于每个人的调查数据有若干不同的项目,如性别、籍贯、年龄等等。霍列瑞斯把每个人所有的调查项目依次排列于一张卡片,然后根据调查结果在相应项目的位置上打孔。例如,穿孔卡片“性别”栏目下,
17、有“男”和“女”两个选项;“年龄”栏目下有从“0岁”到“70直到1888人工作,全国的数据统计仅用了1公司兼并。1924杰卡德和霍列瑞斯分别用开创了程序设计和数据处理之先河。以历史的目光审视他们的发明,正是这种程序设计和数据处理,构成了电脑“软件”的雏形。电脑史话(7)继往与开来巴贝奇巨星陨落后,世人已逐渐将他淡忘,20世纪已经来临。计算机的历史等待着,等待着巴贝奇式的人物再世,等待着人类划时代的壮举。 大约在1936三年之后,正如莱布尼茨在书里“找到”帕斯卡一样,艾肯也是在图书馆里“发现”的巴贝奇和阿达。巴贝奇和阿达的论文,令年轻人心摇旌动。70多年过去后,巴贝奇仿佛还在对他娓娓而谈:“任何
18、人如果不接受我失败的教训,还仍然下决心去研制一台把数学分析的全部工作都包括在内的机器的话,我不怕把自己的名誉交给他去作出应有的评价,因为只有他才完全了解我工作的性质及其成果的价值”。以艾肯所处时代的科技水平,也许已经能够完成巴贝奇未竞的事业,造出通用计算机。为此,他写了一篇自动计算机的设想的建议书,提出要用机电方式,而不是用纯机械方法来构造新的“分析机”。海军中尉想到了制表机行业的IBM公司。艾肯从他一位老师口中得知IBM艾肯说完了该说的话, 沃森摆了摆手,打断了艾肯的话头,拿起笔来,在报告上划了几下。张纸,随即低头一瞅,顿时喜上眉稍沃森的大笔一挥,批给了计算机100号”(Mark艾肯设计的马
19、克1”;释放则断开电路,代表“0年参加到哈佛大学计算机研究工作,她说:“我成了世界上第一台大型计算机Mark的第三名程序员。”霍波博士后来还为第一台储存程序的商业电子计算机UNIVAC写过程序,又率先研制成功第一个编译程序A-O和计算机商用语言COBOL系统中的调试程序,程序名称就叫DEBUG。1944年2月,马克1次以上的运算。它可以作23秒多的时间。只是它运行起来响声不绝于耳,有的参观者说:“就象是挤满了一屋子编织绒线活的妇女”,也许你会联想到,马克1年,编出的数学用表我们至今还在使用。1946年,艾肯和霍波联袂发表文章说,这台机器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。电
20、脑史话(8)真空驯电子1883年一个晚上,为人类社会贡献了二千多项发明的美国发明家爱迪生(T.Edison),正在实验室紧张地忙碌着。他面前放着各种灯泡,除了灯丝的材料不同外,这些灯泡都被抽成了真空。爱迪生拾起一只烧坏的碳丝灯泡,发现碳丝似乎比原先细了许多,而在灯泡上部隐约沾着一些碳灰,看来是由于温度高使碳丝蒸发成碳灰。 怎么才能阻止碳丝蒸发呢?爱迪生找来一小截铜丝,把它靠在碳丝附近然后一起封装到一只新玻璃壳里,抽去空气,然后把它接在电路上。实验结果使爱迪生大失所望,碳丝发光后依然变细。爱迪生叹了口气,无意间用电流表探头触了触铜丝外露的端头。 奇怪的事发生了,电流表的指针竟摆动了一个角度。爱迪
21、生简直不敢相信,这铜丝并没有接触通电发光的碳丝,哪来的电流呢?连续实验了几次,情况都没有变化,爱迪生把它记录在案,作为一项发明申请了专利,年,为了解决无线电讯号的检波问题,弗莱明在实验室重新摆弄起爱迪生的“电灯泡”来。他故意把碳丝做得细一些,而把铜丝加粗加宽,变成一块薄铜板,并把铜板弯曲成圆筒状,把碳丝整个儿包起来。当他把“灯泡”连接在交流电回路后,弗莱明兴奋地看到自己的预想变成了现实:交流电讯号被整流为单向流动的直流电。于是,弗莱明以“热离子阀”为名在英国申请了专利。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
22、,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, 1912年,伴随着随时可能被捕入狱的阴云,德福雷斯特和两名助手来到美国西部加利福尼亚,在帕洛阿托小镇坚持不懈地改进他的三极管。在爱默生大街913号一座小木屋里,他们发现了比他们原来期望更多的东西。在用铜线重新缠绕三极管的栅极过程中,德福雷斯特突然想到可以用这种玻璃管制作更强大的放大器。他们把若干个三极管连接起来,并与电话机的话筒、耳机相互连接,再将德福雷斯特那只“走时相当准确的英格索尔手表”放在话筒前方,结果,被放大的手表“滴哒”声,几乎要把德福雷斯特的耳朵震聋。
23、在帕洛阿托市的德福雷斯特故居,至今依然矗立着一块小小的纪念牌,以市政府名义书写着一行文字:“德福雷斯特在此发现了电子管的放大作用。”用来纪念德福雷斯特的伟大发明为新兴电子工业所奠定的基础。德福雷斯特发明电子管几十年后,这里竟变成世界电脑产业腾飞的硅谷。 电子管主要在无线电装置里充当检波、整流、放大和振荡元件,它的诞生为通讯、广播、电视等相关技术的生长、发展铺平了道路。可是,人们不久后就发现,按照不同的电路形式,真空三极管除了可以处于“放大”状态外,还可分别处于“饱和”与“截止”状态。“饱和”即从阴极到屏极的电流完全导通,相当于开关开启;“截止”即从阴极到屏极没有电流流过,相当于开关关闭;两种状
24、态可以由栅极进行控制,其控制速度要比艾肯的继电器快10000倍。 发明家们在世纪之交的年代驯服了电子,采用电子器件制作计算机已经水到渠成,呼之欲出。电脑史话(9)电脑创世全世界在隆隆的炮火声中迎来了1943)端坐在主席的位置,关键会议关键时刻,他却装聋作哑,闭口不言。他的身旁,是普林斯顿高级研究院的韦伯伦(O.Veblen)教授。教授此时,仍在耐心地翻阅提交给会议的那份报告。应该说,西蒙上校对这份报告最有发言权,因为他领导的阿贝丁试炮场,担负着美国陆军新式火炮的试验任务。早些时,军械部曾派出青年军官戈德斯坦(H.Glodstine)中尉,从宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院召集来一批研究队伍,帮助
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