少年百科知識(shí)文庫電腦先驅(qū)者的足跡（上卷）計(jì)算機(jī)史

1、第一章早期的計(jì)算工具一、算籌與算盤全世界都公認(rèn)，在世界計(jì)算工具的早期開展史上，東方的炎黃子孫所作出的奉獻(xiàn)尤為突出。難怪有人說：“在古老計(jì)算工具的寶庫中，最古老的藏品屬于古老的中國。早在商代，中國就開始使用十進(jìn)制記數(shù)法了，領(lǐng)先世界長達(dá)一千余年。周朝，算籌問世了。算籌是中國獨(dú)特的一種計(jì)算工具。算籌是一種竹制、木制或骨制的小棍，在棍上刻有數(shù)字。把算籌放在地面或盤中，就可以一邊擺弄小棍，一邊進(jìn)行運(yùn)算，“運(yùn)籌帷幄中的“運(yùn)籌就是指移動(dòng)籌棍，當(dāng)然運(yùn)籌還含有籌劃的意思。用籌進(jìn)行計(jì)算籌算很方便，在古代中國使用得也很普遍，秦始皇及張良等政治家都親自進(jìn)行過布籌計(jì)算。算籌是當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的一種計(jì)算工具。籌算使我國數(shù)

2、學(xué)家創(chuàng)造出了卓越的數(shù)學(xué)成果，使我國古代數(shù)學(xué)曾長期處于世界領(lǐng)先地位?；I算的規(guī)那么得到了開展，同時(shí)算籌本身的缺點(diǎn)也暴露出來了。為了便于使用，人們盡管對算籌作了改良，把它從圓柱形變?yōu)榉叫危问缴系囊恍└牧?，仍不能適應(yīng)運(yùn)算步驟的開展，念歌訣擺弄算籌時(shí)，往往能“得心但不“應(yīng)手，特別是當(dāng)計(jì)算較為復(fù)雜時(shí)，算籌擺弄既不方便又會(huì)弄得十分繁亂，因此這種計(jì)算工具到非改革不可的時(shí)候了。算籌最終被新一代計(jì)算工具珠算盤取代了。在人類以往所用過的計(jì)算工具中，珠算盤是一種既古老，又仍充滿青春活力的計(jì)算裝置。在世界文明的四大發(fā)源地，即黃河流域、印度河流域、尼羅河流域及幼發(fā)拉底河流域，都曾經(jīng)出現(xiàn)過形式各異的“算盤。但沿用至今的

3、，卻只有這一種“珠算盤了，這種計(jì)算工具目前在我國及亞洲一些國家仍然較為流行。珠算盤是計(jì)算工具史上的第一項(xiàng)重大變革。它最早可能萌芽于漢代，到南北朝時(shí)已定型。珠算是由算籌演變而來的。在籌算時(shí)，上面每一根籌當(dāng)五，下面每一根籌當(dāng)一，這與珠算盤上檔一珠當(dāng)五，下檔每一珠當(dāng)一完全一致，由于在打算盤時(shí)，會(huì)遇到某位數(shù)字等于或超過十的情況，所以珠算盤采用上二珠下五珠的形式。珠算利用進(jìn)位制記數(shù)，通過撥動(dòng)算珠進(jìn)行運(yùn)算，而且算盤本身能存貯數(shù)字，因此可以邊算邊記錄結(jié)果。打算盤的人，只要熟記運(yùn)算口訣，就能迅速算出結(jié)果，進(jìn)行加減比用電子計(jì)算器還快。由于珠算盤結(jié)構(gòu)簡單，操作方便迅速，價(jià)格低廉又便于攜帶，在我國的經(jīng)濟(jì)生活中長期發(fā)

4、揮著重大作用，并盛行不衰，在電子計(jì)算器出現(xiàn)以前，是我國最受歡迎、使用最普遍的一種計(jì)算工具。在電子計(jì)算器日益普及的今天，美國、日本等國有遠(yuǎn)見的數(shù)學(xué)教育家，念念不忘中國的珠算盤，在不少地方的小學(xué)開設(shè)了珠算課。他們認(rèn)為，算盤不僅是一種計(jì)算工具，還是開發(fā)兒童智力的教具。打算盤時(shí)既動(dòng)手指又動(dòng)腦，能促進(jìn)兒童思維能力的開展。現(xiàn)在，合珠算盤與電子計(jì)算器于一體的電子算盤也早已問世，古老的算盤，在現(xiàn)代社會(huì)的開展中，仍在繼續(xù)發(fā)揮它應(yīng)有的作用。在計(jì)算工具的大千世界里，算盤這一中國古老的算具，仍占有一席之地。二、鋪地錦與納皮爾算籌1617年，因首先提出對數(shù)概念聞名的英國數(shù)學(xué)家納皮爾在他所著的一本書中，介紹過一種計(jì)算工具

5、，后來人們把它稱為納皮爾算籌。它是根據(jù)一種稱為“格子乘法的原理制成的。“格了乘法是用筆算進(jìn)行乘法時(shí)使用的一種方法。它又稱為“寫算，據(jù)說最早起源于印度，后來傳到中亞細(xì)亞，到15世紀(jì)傳到我國，由于格子及斜線組成的圖象猶如織錦，在中文書中亦稱為“鋪地錦。后人對納皮爾算籌在各方面加以改良，例如1668年，德國一位信仰基督都的數(shù)學(xué)家加斯帕特·朔特，為了便于使用，提出采用刻有數(shù)字的圓柱形棍來代替棒形的納皮爾算籌。據(jù)說他就是把納皮爾算籌傳到中國的兩名基督教徒之一。我國清朝康熙年間，制造過一些籌式計(jì)算機(jī)，在它們的圓柱形籌滾上、貼有用象牙制的中式納皮爾算籌，籌上每一豎行的數(shù)字，正好能從一個(gè)矩形孔中露出

6、來。看來，這種圓柱形籌滾，與朔特的圓柱形籌棍有異曲同工的作用。納皮爾創(chuàng)造納皮爾算籌的目的，是使乘法、開平方、開立方，甚至一些三角計(jì)算實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。在很長一段時(shí)間里，一些國家把它作為一種計(jì)算工具，許多學(xué)者屢次加以改良。后來奧特雷德研究出更加方便、實(shí)用的計(jì)算工具計(jì)算尺，納皮爾算籌就逐漸被人冷落了。當(dāng)納皮爾算籌剛流傳到我國時(shí)，曾引起過一些學(xué)者的興趣，還有人使用過并進(jìn)行了研究。但是由于它操作起來不如算盤方便，因此，在中國廣泛流行的計(jì)算工具，仍然是算盤。三、對數(shù)與計(jì)算尺15世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易事業(yè)的開展，及金融業(yè)和航運(yùn)業(yè)的繁榮，需要進(jìn)行大量、繁重的復(fù)雜計(jì)算，這就迫切需要改良數(shù)字計(jì)算的方法。許多數(shù)學(xué)家還

7、曾設(shè)法創(chuàng)造先進(jìn)的計(jì)算裝置，來完成令人煩惱的計(jì)算任務(wù)。那時(shí)大量的計(jì)算問題，與天文、航海和占星術(shù)有關(guān)，這些問題促使16世紀(jì)的許多數(shù)學(xué)家，專心致力于三角學(xué)的研究。蘇格蘭數(shù)學(xué)家納皮爾，在探索新計(jì)算方法方面取得了引人注目的成就。這就是，在1614年他提出了對數(shù)概念，并發(fā)表了一個(gè)對數(shù)表。1614年，納皮爾的著作的?奇妙對數(shù)表的說明書?出版了，書上發(fā)表了對數(shù)概念，公布了由他編制的正弦函數(shù)的對數(shù)表。除了納皮爾之外，還有其他學(xué)者也提出過對數(shù)概念，例如瑞士的數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家比爾吉，也曾獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了對數(shù)，時(shí)間也許還早于納皮爾，可惜他遲于1620年發(fā)表，而那時(shí)納皮爾早已因提出對數(shù)慨念，在歐洲名噪一時(shí)了。對數(shù)表對當(dāng)時(shí)科學(xué)

8、的沖擊，就如同電子計(jì)算機(jī)對現(xiàn)代科技的沖擊一樣。對數(shù)與電子計(jì)算機(jī)有類似的作用，能大大簡化例行的計(jì)算，從而使人們在進(jìn)行計(jì)算時(shí)所花費(fèi)的大量繁瑣、重復(fù)的勞動(dòng)大大減輕。納皮爾發(fā)表對數(shù)概念后，立即引起了倫敦格雷沙姆學(xué)院數(shù)學(xué)教授布里格斯的重視。他最先意識(shí)到對數(shù)是一個(gè)非常重要的概念。1616年，他專程前往蘇格蘭，拜訪納皮爾，并向納皮爾建議改用以十為底的“常用對數(shù)，以便于計(jì)算。不幸在第二年納皮爾溘然長逝，于是年過半百的布里格斯，竭盡晚年的全部精力，單獨(dú)編制出從1到2萬，從9萬到10萬的十位常用對數(shù)表，并于1624年公開發(fā)表。布里格斯的工作，很自然地引起同校一位同事岡特的興趣。岡特是一位非常注重實(shí)際應(yīng)用的數(shù)學(xué)、天

9、文學(xué)教授。岡特1581年生于英國哈福德郡，1605年在牛津大學(xué)獲得碩士學(xué)位，1619年在格雷沙姆學(xué)院任教授。岡特對天文、航海和日晷制造等感興趣，這些領(lǐng)域都需要大量的三角計(jì)算。由于布里格斯所編制的對數(shù)表還不能滿足需要，于是岡特親自完成相隔為角度一分的七位正弦對數(shù)表和正切對數(shù)表，并于1620年出版。這本數(shù)表的問世，使在進(jìn)行與航海有關(guān)的三角計(jì)算時(shí)，工作量大大減少。岡特早年還研制過計(jì)算裝置，當(dāng)時(shí)常用的一種計(jì)算裝置是比例規(guī)，他曾為改良這種裝置的主要設(shè)計(jì)作出過努力。比例規(guī)是利用比例線段及比例規(guī)的尺身上的各種刻度，進(jìn)行乘除、求比例中項(xiàng)、開方、開立方等運(yùn)算的一種數(shù)學(xué)儀器，外形同兩腳規(guī)相仿。岡特經(jīng)常用兩腳規(guī)在比

10、例規(guī)上測量長度，這些經(jīng)驗(yàn)促使他萌發(fā)出對數(shù)進(jìn)行相加的一種革新方法。1621年，他在一根長約60厘米的木尺上，標(biāo)上對數(shù)刻度對數(shù)坐標(biāo)紙上所用的就是這種刻度制造出第一把對數(shù)刻度尺。岡特是這種刻度尺的首創(chuàng)者，因此后人把它稱為岡特尺。利用兩腳規(guī)，就可以在岡特尺上實(shí)現(xiàn)對數(shù)的加減，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)的乘除了。使用岡特尺，給數(shù)的乘除帶來了方便。這樣既可免去查對數(shù)表的手續(xù)，又能夠不用花時(shí)間口算來作加減。他的這種巧妙方法很快傳遍了英倫三島。由于數(shù)學(xué)家溫蓋特15961656的宣傳，而聞名于全歐洲。奧特雷德約15741660是英國當(dāng)時(shí)第一流的數(shù)學(xué)家。他在劍橋大學(xué)畢業(yè)后，先后擔(dān)任過牧師、主教等宗教職務(wù)，但是他只顧鉆研數(shù)學(xué)，幾乎把

11、可以利用的全部時(shí)間都花在數(shù)學(xué)上了，有時(shí)甚至一個(gè)晚上只睡兩、三個(gè)小時(shí)。按現(xiàn)在的說法，奧特雷德應(yīng)該算是一位根底數(shù)學(xué)家。他雖然不大重視計(jì)算，但對當(dāng)時(shí)流行的數(shù)學(xué)儀器卻很熟悉。在1610年他訪問過布里格斯。他還與岡特會(huì)見，并同岡特一起對數(shù)學(xué)儀器進(jìn)行過仔細(xì)的探討。1631年，他編寫了一本后來廣為流傳的算術(shù)和代數(shù)教科書，書中首先倡導(dǎo)用“×作為乘號(hào)，并一直沿用至今。奧特雷德了解，在使用岡特的對數(shù)刻度尺進(jìn)行乘法時(shí)，刻度尺上的長度要用一把兩腳規(guī)去測量。不久之后，在1621年的一天，奧特雷德突然萌發(fā)起一個(gè)念頭，要是做出兩根對數(shù)刻度尺，讓它們相互滑動(dòng)，不就省得用兩腳規(guī)去一度量了嗎！于是使乘除計(jì)算實(shí)現(xiàn)“機(jī)械化

12、的直尺型計(jì)算尺就這樣問世了。以后，他又靈機(jī)一動(dòng)，想出另一種方法：做兩個(gè)圓盤，一個(gè)比另一個(gè)稍大些，再沿每個(gè)圓盤的邊緣標(biāo)上對數(shù)刻度，在圓心處把它們固定起來，然后讓它們相互轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣也能取得與兩根相互滑動(dòng)的，直線形對數(shù)刻度尺同樣的效果。但是這位熱衷于純理論的數(shù)學(xué)家，對數(shù)學(xué)儀器不屑一顧，認(rèn)為公開去說明怎樣把岡特的對數(shù)刻度尺改良為計(jì)算尺，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，是不值得的。然而，他卻把自己的想法透露給自己的一個(gè)學(xué)生德拉曼。在1630年，奧特雷德的另一名學(xué)生福斯特偶爾提起，在使用岡特的對數(shù)刻度尺時(shí)，為了到達(dá)高的精確度，他曾改用一根長約2米的刻度尺，這樣測量長度就得選用長腳規(guī)了。奧特雷德建議，只要改用兩根彼此滑動(dòng)的對數(shù)

13、刻度尺，就可以不用長腳規(guī)了。奧特雷德還向這個(gè)學(xué)生展示了自己在1622年創(chuàng)造的“比例圓，一種在圓盤的一個(gè)個(gè)同心圓上，刻有對數(shù)刻度的數(shù)學(xué)儀器。福斯特覺得老師的這些設(shè)想和創(chuàng)造很有價(jià)值，懇切請求老師發(fā)表這些創(chuàng)造，但是奧特雷德覺得，對于一個(gè)真心搞數(shù)學(xué)的人來說，重要的是研究數(shù)學(xué)理論，為這些雕蟲小技去費(fèi)心是不值得的。因此最初他并不理會(huì)福斯特的請求。但是在1632年他聽說，學(xué)生德拉曼發(fā)表了著作，并在書中自為圓盤形計(jì)算尺創(chuàng)造者的時(shí)候，奧特雷德才決定公開自己的創(chuàng)造，他正式利用兩根相互平行滑動(dòng)的對數(shù)刻度尺做出了能進(jìn)行計(jì)算的裝置，這就是計(jì)算尺的雛形。奧特雷德還要福斯特把自己所寫的拉丁文著作譯成英文，以便能讓書中的內(nèi)容

14、更廣泛地傳播。以創(chuàng)造蒸汽機(jī)聞名于世的瓦特，在18世紀(jì)末期成功地制造出一把名符其實(shí)的計(jì)算尺。他原來是一名儀器匠，精通在儀表上準(zhǔn)確標(biāo)示刻度的技術(shù)。他在蒸汽機(jī)工廠投產(chǎn)后，迫切需要一種計(jì)算裝置，來迅速算出蒸汽機(jī)的功率和氣缸體積。當(dāng)他設(shè)計(jì)計(jì)算尺時(shí)，在尺座上增加了一個(gè)滑標(biāo)，以便用來“存貯計(jì)算的中間結(jié)果，使計(jì)算更迅速、更方便。他所創(chuàng)造的這種滑標(biāo)，長久地為后人沿用。由于瓦特的刻度十分準(zhǔn)確，因此其他制造廠紛紛要求瓦特為他們復(fù)制。為此瓦特曾有過幾年從事計(jì)算尺生產(chǎn)的經(jīng)歷。計(jì)算尺的制造業(yè)，到1850年才迅速開展。當(dāng)時(shí)19歲的法國炮兵軍官曼海姆設(shè)計(jì)出一種很簡單的，類似于瓦特所設(shè)計(jì)的單面計(jì)算尺。曼海姆所作的改良，是增加了

15、可移動(dòng)的雙側(cè)滑標(biāo)，成為后來流行計(jì)算尺的不可缺少的部件，它使相當(dāng)復(fù)雜的計(jì)算，在一把做工精巧的計(jì)算尺上就能很方便地完成。曼海姆的這種設(shè)計(jì)，曾被法國炮兵選定為計(jì)算尺的標(biāo)準(zhǔn)。幾年之后，曼海姆式的樣尺已流傳到國外好幾個(gè)國家。在歐洲流行了較長一段時(shí)間后，直到1888年才傳入北美，此后才逐步在北美流行起來，但到1901年，美國普及計(jì)算尺的工科院校仍然只有一半。此后，許多不同型號(hào)的計(jì)算尺，由一些工廠制造出來。其中最重大的進(jìn)展，是在1891年開始使用雙面標(biāo)尺，計(jì)算尺最終具有了后來流行的形式。后來盡管計(jì)算尺的構(gòu)造再也沒有發(fā)生什么改變，但標(biāo)尺的數(shù)量卻與日俱增。質(zhì)量上乘的計(jì)算尺，竟開展到備有18至20條不同的標(biāo)尺。這

16、種計(jì)算尺兩面都能使用，滑尺也可以更換或翻過來使用，非常靈活，經(jīng)過組合能實(shí)現(xiàn)更多的功能，各種專用計(jì)算尺也層出不窮地涌現(xiàn)。有人為了提高計(jì)算尺的精確度，甚至還改變了計(jì)算尺的模樣。他們把對數(shù)刻度等刻在圓柱體上，或螺旋線上。1879年，英國創(chuàng)造家富勒試制出一咱具有螺旋狀刻度的圓柱形計(jì)算尺，后來人們把它稱為富勒計(jì)算尺。這種能握在手中的計(jì)算尺，雖然體積不大，但相當(dāng)于一把尺身為25米的直尺形標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算尺，精確度可到達(dá)4位，有時(shí)甚至高達(dá)5位。進(jìn)入20世紀(jì)后，計(jì)算尺曾經(jīng)被看作為是20世紀(jì)技術(shù)進(jìn)步的一種象征。在20世紀(jì)上半葉，它是工程師必不可少，隨身攜帶的一種計(jì)算工具，還曾是50年代、60年代工科大學(xué)生身份的一種標(biāo)志

17、，不過它只是一種短暫的標(biāo)志。因?yàn)?，?dāng)70年代中葉袖珍電子計(jì)算器出現(xiàn)之后，計(jì)算尺的身價(jià)就一落千丈了。計(jì)算工具有兩種，一種是模擬式，即通過長度、面積、電流強(qiáng)度等物理量來表示數(shù)值，因此它的準(zhǔn)確度依賴于模擬物理量的精確度。另一種是數(shù)字式，即以數(shù)字表示數(shù)值，因此它的準(zhǔn)確度取決于計(jì)算工具所能處理數(shù)字的數(shù)量。計(jì)算尺屬于前面那種，是一種模擬計(jì)算裝置；而算盤那么屬于后面那種，它是一種數(shù)字計(jì)算工具。模擬計(jì)算裝置，由于在通用性和精度方面有很大的局限性，最終必然被數(shù)字計(jì)算裝置取代。20世紀(jì)中葉，數(shù)字計(jì)算機(jī)取代了模擬計(jì)算機(jī)。最終，計(jì)算尺也未能逃脫被電子計(jì)算器取代的命運(yùn)。四、稅務(wù)官之子的杰作首先成功地利用齒輪傳動(dòng)原理，實(shí)

18、現(xiàn)加法運(yùn)算的計(jì)算機(jī)，是由法國科學(xué)家帕斯卡研制成的加法機(jī)。帕斯卡1623年生于法國克萊蒙費(fèi)朗。他的父親是一名稅務(wù)官，而且博學(xué)多才，與當(dāng)時(shí)著名的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家聯(lián)系很密切。由于父親的悉心指導(dǎo)，帕斯卡的才能很早就顯示出來了，他16歲就寫出了一本名為?圓錐曲線論?的書。此后在數(shù)學(xué)、流體力學(xué)等很多領(lǐng)域中又作出了重大的理論奉獻(xiàn)，流體力學(xué)中著名的帕斯卡定律就是由他首先提出來的。帕斯卡還在計(jì)算工具的改革上作出了重要的奉獻(xiàn)。1640年，他的父親繼續(xù)擔(dān)任稅務(wù)方面的職務(wù)，計(jì)算稅款的工作十分繁重，為了減輕父親在計(jì)算上的辛勞，他決心研制出計(jì)算機(jī)來報(bào)答父親的養(yǎng)育之恩。在1642年，即他19歲時(shí)，世界上第一臺(tái)機(jī)械式數(shù)字計(jì)算

19、機(jī)加法機(jī)設(shè)計(jì)出來了。帕斯卡為了制作這臺(tái)機(jī)器，總共花了三年時(shí)間，到1645年才完工。在研制過程中，他夜以繼日地埋頭苦干，以致使他的健康過早地受到了損害。這臺(tái)加法機(jī)的外殼是一個(gè)不大的黃銅盒子，內(nèi)部是齒輪傳動(dòng)裝置，通過手工操作，能進(jìn)行加減運(yùn)算。這種加法機(jī)是怎樣進(jìn)行加法運(yùn)算的呢？原來，機(jī)器中有一組輪子，在每個(gè)輪子上各自刻著從0到9的10個(gè)數(shù)字。右邊第一個(gè)輪子上的數(shù)字表示個(gè)位數(shù)字，第二個(gè)輪子上的數(shù)字表示十位數(shù)字依此類推，在兩數(shù)相加時(shí)，先在加法機(jī)的輪子上撥出第一個(gè)數(shù)，再按照第二個(gè)數(shù)在相應(yīng)的輪子上轉(zhuǎn)動(dòng)對應(yīng)的數(shù)字，最后就會(huì)得到這兩個(gè)數(shù)的和，如果某一位兩個(gè)數(shù)字之和超過了10，加法機(jī)就會(huì)自動(dòng)地通過齒輪進(jìn)位，計(jì)算所

20、得的結(jié)果在加法機(jī)面板上的讀數(shù)窗上顯示，計(jì)算完畢要把輪了逐個(gè)恢復(fù)到零位。帕斯卡的加法機(jī)，雖然只能做簡單的加、減運(yùn)算，但是這一項(xiàng)創(chuàng)造當(dāng)時(shí)卻在法國國內(nèi)引起了轟動(dòng)。在機(jī)器展出時(shí)，前往盧森堡宮參觀的人川流不息，觀眾異口同聲地稱贊這位文武雙全、年輕有為的科學(xué)家的杰作。法國為帕斯卡的這項(xiàng)創(chuàng)造而自豪，這種加法機(jī)的五臺(tái)樣機(jī)，至今仍保存在巴黎國立工業(yè)學(xué)院內(nèi)的藝術(shù)和手工藝品博物館里。五、關(guān)心實(shí)用技術(shù)的哲學(xué)家帕斯卡的加法機(jī)，曾引起許多人的興趣。德國著名數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家萊布尼茨，就是其中之一。在他聞?dòng)嵑?，就立即寫信給他在法國的一個(gè)朋友，詢問加法機(jī)的詳情。這位后來與牛頓共同為微積分奠基的科學(xué)家，對計(jì)算設(shè)備這一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)也十

21、分關(guān)注。萊布尼茨在1646年生于德國的萊比錫，他的父親是一位倫理學(xué)教授。在萊布尼茨6歲時(shí)，他的父親就不幸去世了。在母親的精心培育下，萊布尼茨從小養(yǎng)成了勤奮好學(xué)的良好習(xí)慣，他父親遺留下的豐富藏書，開闊了萊布尼茨的眼界。拓萊布尼茨本人后來回憶，他在10歲之前，就已把家中的幾乎全部藏書都閱讀過了他的童年似乎是在圖書館里度過的。通過博覽群書和悉心鉆研，為他后來在學(xué)術(shù)上取得卓越成就，奠定了堅(jiān)實(shí)的根底。萊布尼茨15歲時(shí)，進(jìn)入萊比錫大學(xué)學(xué)習(xí)法律，但課余還涉獵自然科學(xué)、哲學(xué)等方面的名著，還攻讀了歐幾里得的?幾何原本?和亞里士多德的邏輯學(xué)。他17歲時(shí)就從大學(xué)畢業(yè)了。20歲那年，萊比錫大學(xué)以他年齡太小為理由不肯授

22、予他博士學(xué)位。1666年2月，他的法學(xué)論文在附近的阿爾特多夫大學(xué)獲得通過，取得了博士學(xué)位。1672年1月，萊布尼茨用一個(gè)木制的機(jī)器模型，向英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員們進(jìn)行了演示，這個(gè)模型只能說明原理，但不能正常運(yùn)行。萊布尼茨許諾在技術(shù)上作一些改良，使它能夠正常運(yùn)行后，再在下次會(huì)議上進(jìn)行展示。但是，皇家學(xué)會(huì)的秘書后來并未向他發(fā)出參加下一次會(huì)議的邀請，而寫信建議萊布尼茨為他們提供一臺(tái)能操作的樣機(jī)來進(jìn)行演示。1672年，萊布尼茨以外交官的身份出使巴黎，當(dāng)時(shí)巴黎是歐洲科學(xué)文化的中心，在那里他結(jié)識(shí)了許多著名科學(xué)家和哲學(xué)家，吸收到最新的科學(xué)思想。由于在當(dāng)時(shí)的德國難于找到手藝高超的工匠和制造計(jì)算機(jī)的理想材料，他為了加

23、快研制計(jì)算機(jī)的進(jìn)程，從1672年起在巴黎定居四年。在巴黎，萊布尼茨物色到一位手藝精湛的、著名釧表匠奧利韋。萊布尼茨只需對奧利韋作一些簡單的說明，實(shí)際的制造工作就全部由這位鐘表匠單獨(dú)去完成。最后定型的那臺(tái)機(jī)器，就是由奧利韋一人裝配而成的，這臺(tái)機(jī)器在1674年夏天安裝完畢，現(xiàn)在仍存放在德國漢諾威的國立圖書館里。1673年，萊布尼茨設(shè)計(jì)的樣機(jī)，先后在巴黎、倫敦展出。由于他在計(jì)算設(shè)備上的出色成就，同年被選為英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1700年被選為巴黎科學(xué)院院士。1673年他構(gòu)思出一種微積分體系，但直到1684年才發(fā)表。萊布尼茨對計(jì)算機(jī)開展還作出了另一項(xiàng)更重要的奉獻(xiàn)，這就是系統(tǒng)地提出了二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算法那么。他

24、是第一個(gè)認(rèn)識(shí)到二進(jìn)制記數(shù)法重要性的學(xué)者。二進(jìn)制對二百多年后計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的開展，產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。六、早出世一百年的鼻祖在計(jì)算機(jī)開展的歷史長河中，有一位名垂青史的風(fēng)云人物，他就是計(jì)算機(jī)先驅(qū)者的鼻祖之一巴貝奇。早在現(xiàn)代數(shù)字計(jì)算機(jī)問世之前一百年，他就對這種計(jì)算機(jī)的主要組分局部和它們的功能提出了卓越的預(yù)見。盡管他的先進(jìn)思想在一百多年后才得以實(shí)現(xiàn)，但他的這一預(yù)見對以后計(jì)算機(jī)的研制產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。巴貝奇在1791年12月26日生于英國倫敦市郊的一個(gè)小鎮(zhèn)，他以孩提時(shí)體弱多病，但好奇心強(qiáng)，富于創(chuàng)造精神。1810年10月他考入劍橋大學(xué)三一學(xué)院攻讀數(shù)學(xué)與化學(xué)。巴貝奇是一位在學(xué)術(shù)上有很深造詣的數(shù)學(xué)家，在1828

25、年他榮獲劍橋大學(xué)盧卡斯講座數(shù)學(xué)教授的職位。他是這個(gè)講座繼巴羅牛頓的老師、牛頓之后的第三任教授。巴貝奇又是一位具有廣泛興趣的學(xué)者，但是自從他立志建造計(jì)算機(jī)之后，就把自己的全部精力集中在計(jì)算設(shè)備的研制上了。他是一位完美主義者，他首先關(guān)心的是計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確無誤。他認(rèn)為為此必須對當(dāng)時(shí)機(jī)械式計(jì)算機(jī)的性能加以改良。因此，他長期冥思苦想，對新穎計(jì)算機(jī)進(jìn)行周密的考慮和構(gòu)思，甚至到達(dá)了入迷的程度。1812年后不久，巴貝奇就開始走上設(shè)計(jì)制造差分機(jī)的生涯。當(dāng)時(shí)人們在編制數(shù)表時(shí)是利用所謂的“差分表來進(jìn)行的。利用差分表，就可以把多項(xiàng)式數(shù)表的計(jì)算，化為一系列簡單的加法。而任何比多項(xiàng)式復(fù)雜的“函數(shù)都可以用多項(xiàng)式來近似，因此

26、利用差分，可以編制任何函數(shù)的數(shù)表。巴貝奇從用差分表計(jì)算數(shù)表這種做法中得到啟發(fā)，想到設(shè)計(jì)出一種代替人工進(jìn)行加減計(jì)算，來完成數(shù)表編制的自動(dòng)計(jì)算裝置的，因此他把這種計(jì)算機(jī)稱為差分機(jī)。他不僅設(shè)計(jì)出供計(jì)算數(shù)表首先是航海中用的數(shù)表用的小型差分機(jī)，在1822年還試制出一臺(tái)樣機(jī)。這臺(tái)差分機(jī)可以保存3個(gè)5位的十進(jìn)制數(shù)并進(jìn)行加法運(yùn)算，還能打印結(jié)果。雖然它只是一種特地供制表人員使用的專用機(jī)，但是它能按照設(shè)計(jì)者的控制自動(dòng)完成一連串的運(yùn)算，這實(shí)際上是“程序設(shè)計(jì)思想的萌芽。巴貝奇用這臺(tái)樣機(jī)計(jì)算平方表及其他一些表格取得初步成功，證明了這種差分機(jī)對編制天文和航海表來說是很適合的。就在當(dāng)年的6月，巴貝奇正式向皇家天文學(xué)會(huì)提出要

27、制造一臺(tái)更大的差分機(jī)，用于計(jì)算天文學(xué)、導(dǎo)航方面數(shù)表的建議，同時(shí)他還向政府申請研制經(jīng)費(fèi)。由于這種機(jī)器對政府特別是海軍很有實(shí)用價(jià)值，政府決定提供資助。到1842年，政府終于決定停止資助，第2年1843年巴貝奇這臺(tái)未完工的機(jī)器，連同全部圖紙，只好被送進(jìn)倫敦的皇家學(xué)院博物館去保存。巴貝奇試制大型差分機(jī)的失敗，并不僅僅是由于技術(shù)條件不完全具備所造成的。因?yàn)楫?dāng)時(shí)有一個(gè)與巴貝奇同時(shí)代的瑞典人塞尤茨，他對巴貝奇差分機(jī)的設(shè)計(jì)略加改良后，在瑞典科學(xué)院的資助下，從1852年起只化了兩年時(shí)間就制造出了一臺(tái)差分機(jī)，并在1855年巴黎博覽會(huì)上榮獲金獎(jiǎng)。巴貝奇的首創(chuàng)精神有目共睹，但他在工程方面的組織能力略為遜色。然而盡管他

28、在研制過程屢經(jīng)挫折，試制差分機(jī)的愿望最終未能實(shí)現(xiàn)，但他追求自己預(yù)定奮斗目標(biāo)的熱情絲毫沒有減退。在差分機(jī)的研制工作不得不終止時(shí)，他的心又飛向另一個(gè)更引人入勝的目標(biāo)設(shè)計(jì)一種可能控制運(yùn)算程序的通用數(shù)字計(jì)算機(jī)。至今，差分機(jī)還陳列在倫敦南肯辛頓科學(xué)博物館里。七、現(xiàn)代通用數(shù)字計(jì)算機(jī)的前身1834年，巴貝奇完成了一項(xiàng)新計(jì)算裝置的構(gòu)思。他考慮到，為了能使這種裝置有廣泛的應(yīng)用，計(jì)算裝置應(yīng)該具有通用性，能解決數(shù)學(xué)上的各種問題。利用它不僅可以進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算，而且還能夠進(jìn)行邏輯運(yùn)算，巴貝奇把這種裝置命名為“分析機(jī)，它是現(xiàn)代通用數(shù)字計(jì)算機(jī)的前身。巴貝奇曾為他的分析機(jī)先后提出過大約30種不同的方案，并對各種方案都繪制出了圖

29、紙，圖紙上零件的個(gè)數(shù)多達(dá)幾萬。為了集中全部精力投入到分析機(jī)的研制中去，巴貝奇在1839年毅然辭去了劍橋大學(xué)盧卡斯講座數(shù)學(xué)教授的職務(wù)。1840年，巴貝奇前往意大利，向人們介紹分析機(jī)的設(shè)計(jì)思想。意大利政治家梅納布雷亞對他的創(chuàng)見非常贊賞。當(dāng)時(shí)對巴貝奇事業(yè)的意義充分理解的只有三個(gè)人，除了梅納布雷亞他在1867年中選為意大利總理，他的兒子亨利·巴貝奇外還有著名詩人拜倫的獨(dú)生女艾達(dá)Ada·拜倫。艾達(dá)既是一位作家，又是一名卓越的數(shù)學(xué)家，她自從在1833年結(jié)識(shí)巴貝奇后，始終對巴貝奇的研究工作給予支持。梅納布雷亞為了使人們了解巴貝奇在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方面的思想，把巴貝奇的演講和談話記錄編輯成書，在

30、1842年用法文出版。在這本書出版后，艾達(dá)為了“使人們知道怎樣命令分析機(jī)做事，告訴巴貝奇她打算把書譯成英文。巴貝奇建議她，除了把書稿譯成英文外，最好再寫一些有獨(dú)創(chuàng)見解的文章。按照巴貝奇的建議，艾達(dá)在1843年把245頁的原稿譯成英文，連同她自己所寫的297頁評注，聚集成書在英國出版了。艾達(dá)的評注指出了分析機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能，還闡述了自己在計(jì)算機(jī)理論方面的精辟見解。這本書可以稱為程序設(shè)計(jì)的第一本專門著作，她的思想為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的程序設(shè)計(jì)奠定了根底。她還親自為分析機(jī)編制造函數(shù)表的計(jì)算程序，并建議分析機(jī)由十進(jìn)制編碼改為二進(jìn)制編碼。她作為世界上第一位程序設(shè)計(jì)師，是當(dāng)之無愧的。為了紀(jì)念她的功績，在1978

31、年美國國防部把選定的一種通用程序設(shè)計(jì)語言命名為“Ada語言。遺憾的是，分析機(jī)到巴貝奇于1871年去世時(shí)始終也未能完成。在他逝世后，他的兒子亨利·巴貝奇還為分析機(jī)奮斗了好多年?，F(xiàn)在，分析機(jī)的一局部仍陳列在倫敦科學(xué)博物館里。巴貝奇的理想當(dāng)時(shí)未能實(shí)現(xiàn)，其原因除了在技術(shù)上不能滿足巴貝奇所設(shè)想的要求，而電子學(xué)又尚未形成等之外，更重要的是由于在那時(shí)社會(huì)對高速計(jì)算機(jī)的需要還不很迫切，巴貝奇幾乎完全是在孤軍奮斗。因而人們認(rèn)為，由于巴貝奇這位天才生不逢辰超前了100年，因此未能取得成功。直到他去世之后70年的20世紀(jì)40年代，由于馬克一號(hào)和ENIAC等計(jì)算機(jī)相繼問世，巴貝奇的預(yù)言才得以實(shí)現(xiàn)，他的天才思

32、想也終于得到了公認(rèn)。第二章來去匆匆的過客機(jī)電計(jì)算機(jī)在本世紀(jì)3040年代，由于在穿孔式計(jì)算技術(shù)主面取得的重要進(jìn)展，以及在某些技術(shù)領(lǐng)域例如在 自動(dòng)交換設(shè)備的研制中使用繼電器的成功經(jīng)驗(yàn)，一些科技人員，提出了幾種可以完成復(fù)雜計(jì)算工作的通用機(jī)電計(jì)算機(jī)的研制方案，巴貝奇分析機(jī)中由蒸汽驅(qū)動(dòng)的齒輪，已被繼電器取代。從而使巴貝奇未能實(shí)現(xiàn)的理想，在這時(shí)變成了現(xiàn)實(shí)。盡管機(jī)電計(jì)算機(jī)的研制在計(jì)算機(jī)開展史中僅占了短暫的一頁，但這些計(jì)算機(jī)的研制者們?yōu)楝F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的開展，揭開了序幕。他們以自己的聰明才智和堅(jiān)強(qiáng)毅力；為電子計(jì)算機(jī)的開展鋪平了道路。一、自費(fèi)研究起家的創(chuàng)造家最早的用繼電器進(jìn)行程序控制的機(jī)電計(jì)算機(jī)，在40年代上半葉由德

33、國和美國幾乎同時(shí)制成。這些計(jì)算機(jī)的主要研制者，在德國是楚澤，在美國是艾肯和斯蒂比茲。楚澤的工作稍早于美國學(xué)者，但在當(dāng)時(shí)美國的學(xué)者并不了解。他們是各自相互獨(dú)立地完成研制工作的。楚澤研制了一系列令人驚奇的計(jì)算機(jī)，與同一時(shí)期美國同行們制造的計(jì)算機(jī)相類似，而且有許多性能還超過了他們。楚澤在1910年生于維爾梅斯多夫，在東普魯士受到早期教育。東普魯士是一個(gè)比較保守的地方，為了離開這個(gè)閉塞的環(huán)境，楚澤進(jìn)入了一所比較開放的學(xué)校。在十幾歲時(shí)，楚澤就被工程科學(xué)迷住了。17歲時(shí)，他進(jìn)入柏林工業(yè)大學(xué)，經(jīng)過預(yù)科和本科八年的學(xué)習(xí)年，取得了土木工程學(xué)士的學(xué)位。大學(xué)畢業(yè)后，楚澤在柏林的一家飛機(jī)工廠中找到了工作，他的任務(wù)是對

34、飛機(jī)強(qiáng)度進(jìn)行分析。這項(xiàng)工作需要反復(fù)進(jìn)行冗長且令人生厭的計(jì)算，于是他產(chǎn)生了設(shè)法制造出一臺(tái)機(jī)器來自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算的念頭。楚澤后來回憶說，當(dāng)時(shí)的輔助計(jì)算工具只有計(jì)算尺，而計(jì)算任務(wù)日益繁重，要費(fèi)很多的時(shí)間。因此，我想改變這種狀況。1934年，楚澤開始擬訂研制方案，并于1936年開始執(zhí)行。他預(yù)料，重要的問題并不在于計(jì)算加減等本身，而是在于中間步驟，也就是中間結(jié)果的記錄和傳送，正像人工計(jì)算時(shí)，人腦“計(jì)算機(jī)必須把它們記在紙上一樣。楚澤意識(shí)到，他必須找到一種傳送中間結(jié)果的方法。最初，他想到利用一種穿孔卡系統(tǒng)來進(jìn)行傳送，但是由于這種系統(tǒng)安裝起來太費(fèi)力而放棄了這種打算。在楚澤設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)中，有存貯單元、運(yùn)算單元，連接

35、這兩個(gè)單元的選擇單元，以及利用穿孔帶來指揮的指揮單元?？刂茊卧芡ㄟ^傳送指令來選擇機(jī)械動(dòng)作并控制運(yùn)算單元的工作。1936年，當(dāng)楚澤對這些設(shè)想覺得很完善時(shí)，他就決定全力以赴，使這項(xiàng)研制方案付諸實(shí)施。1937年楚澤為自己設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)制造出一種可存貯64位數(shù)的機(jī)械存貯單元，在這個(gè)單元中，采用在細(xì)孔中移動(dòng)針尖位置來指明數(shù)字0或數(shù)字1的方法，從而把二進(jìn)制數(shù)表示出來，這樣就使楚澤制造出的存貯器非常緊湊，體積大約只有1立方米。在1938年，楚澤設(shè)法把這個(gè)存貯器同一個(gè)機(jī)械運(yùn)算單元連結(jié)起來。為此，他用鋼鋸把圓鋼鋸成數(shù)千片薄片，然后用螺栓把它們擰在一起，一臺(tái)機(jī)器就安裝起來了。這就是楚澤在朋友協(xié)助下試制成功的第一臺(tái)

36、二進(jìn)制計(jì)算機(jī)Z1型計(jì)算機(jī)。但Z1型仍然是一種純機(jī)械式的計(jì)算裝置，不僅運(yùn)算速度慢，可靠性也差，始終未能投入使用。由于Z1號(hào)性能并不理想，隨后楚澤就立即開始設(shè)計(jì)機(jī)械部件與電磁繼電器混用的計(jì)算裝置。楚澤的第二臺(tái)計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)上又朝前邁進(jìn)了一步。他的朋友幫助他儲(chǔ)存了一批從 公司更換下來的繼電器，于是這臺(tái)命名為Z2型的計(jì)算機(jī)很快就在1939年完工了。由于使用了繼電器，Z2型的可靠性比Z1型要差些，但是運(yùn)行卻很正常。這時(shí)楚澤被應(yīng)征入伍，研制工作面臨中斷的處境。他的朋友和合作者施賴爾博士向軍方提交書面材料，推薦楚澤研制工作的重要價(jià)值，使楚澤免服兵役。而同時(shí)楚澤的研究成果引起了德國飛機(jī)實(shí)驗(yàn)研究所的注意。這個(gè)研究

37、所迫切希望消除飛機(jī)在飛行時(shí)機(jī)翼出現(xiàn)的顫振，這需要進(jìn)行一系列十分復(fù)雜的運(yùn)算，他們看出計(jì)算機(jī)能促使解決機(jī)翼顫振問題所需要的大量計(jì)算快速完成，因此決定為楚澤計(jì)算機(jī)的研制提供經(jīng)費(fèi)。但是戰(zhàn)爭期間工廠從不休假，楚澤只能利用晚間進(jìn)行研制。楚澤在得到資助后，就立即投入到新型的繼電器計(jì)算機(jī)Z3型計(jì)算機(jī)的研制中去，不過試制工作仍在家里的客廳中進(jìn)行。在第二次世界大戰(zhàn)期間的1941年，楚澤的Z3型計(jì)算機(jī)開始運(yùn)行。Z3型計(jì)算機(jī)是世界上第一臺(tái)采用電磁繼電器進(jìn)行程序控制、穿孔帶作輸入的通用自動(dòng)計(jì)算機(jī)。Z3型計(jì)算機(jī)工作了三年。在1944年美軍對柏林的一次空襲中，楚澤的住宅和Z3型機(jī)都被炸毀。這時(shí)離德國法西斯的滅亡只有幾個(gè)月的

38、時(shí)間了。到1945年，楚澤又完成了Z4型機(jī)的研制，Z4型機(jī)是一種比Z3型機(jī)更先進(jìn)的機(jī)電式計(jì)算機(jī)，曾在V2型火箭的研制中發(fā)揮過作用。為了防止Z4型機(jī)被炸毀，楚澤三番五次在柏林把Z4型機(jī)搬來搬去。在德國戰(zhàn)敗后，楚澤飄泊到瑞士的一個(gè)荒涼的村莊。他一度對軟件很感興趣，最早提出了“程序設(shè)計(jì)的概念，這對后來軟件的開展有重要的影響。1949年楚澤創(chuàng)辦了“楚澤計(jì)算機(jī)公司，計(jì)算機(jī)研制工作不斷取得進(jìn)展。許多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)訂購楚澤研制的計(jì)算機(jī)。Z4型機(jī)于1949年在瑞士蘇黎世綜合技術(shù)學(xué)院安裝完畢，由于它的可靠性好，一直工作到1958年。1954年前在蘇黎世綜合技術(shù)學(xué)院運(yùn)行，1955年到1958年為法國國防部效勞。楚

39、澤公司最初研制的計(jì)算機(jī)是Z22型，1958年制造出電子管通用計(jì)算機(jī)Z22R型。到60年代初，楚澤公司已成了有千名雇員的大公司。但楚澤認(rèn)為“計(jì)算機(jī)的開展速度越來越快，我們跟不上開展的步伐。1966年，他主動(dòng)退出競爭，把自己創(chuàng)辦的公司出售給西門子公司。楚澤至今健在，仍以參謀的身份為西門子公司效勞。早在1938年研制出計(jì)算機(jī)的楚澤，被人遺忘了幾乎二十年才被公認(rèn)為計(jì)算機(jī)的創(chuàng)造者，1956年被柏林工業(yè)大學(xué)授予名譽(yù)博士?，F(xiàn)在他同夫人生活在一幢簡樸的住宅里，安貧樂道，計(jì)算機(jī)的創(chuàng)造并沒有使他富起來。在回憶他當(dāng)年的創(chuàng)造動(dòng)機(jī)時(shí)，他說：“我只是希望我的機(jī)器能夠減輕人們的繁瑣工作。但是世人不會(huì)忘記他的歷史功績。二、斯

40、蒂比北和繼電器計(jì)算機(jī)在20世紀(jì)30年代中葉，至少有三個(gè)利用繼電器的功能來構(gòu)思和研制計(jì)算裝置。他們就是德國的楚澤，紐約的斯蒂比茲和麻省理工學(xué)院的艾肯。盡管他們的研制工作，是在各自的環(huán)境中相互獨(dú)立地進(jìn)行的，所研制的機(jī)器，在許多方面都有很大的差異。但是有趣的是，他們?nèi)怂O(shè)計(jì)的這些機(jī)器，使用的元件和性能等方面有許多類似之處。每一種機(jī)器都是由控制的二進(jìn)制繼電器，和一些進(jìn)行數(shù)的存貯和運(yùn)算以及程序輸入的穿孔帶機(jī)電設(shè)備組成。而且每一種機(jī)器都能完成一系列的四那么運(yùn)算，還能按照計(jì)算的需要自動(dòng)存貯和取出中間結(jié)果。他們的研究成果，實(shí)現(xiàn)了巴貝奇建造分析機(jī)的理想。而使這個(gè)理想成為現(xiàn)實(shí)的條件，就是繼電器技術(shù)的運(yùn)用。繼電器

41、是一種電磁裝置，它利用一個(gè)電路的電流變化，去對另一個(gè)繼電器電路的電流進(jìn)行遙控或自動(dòng)控制。利用它能使一個(gè)回路保持接通，而使其他回路斷開，因此它是一種“開關(guān)裝置。最初，繼電器用來對電報(bào)收報(bào)機(jī)的電路進(jìn)行控制，后來又用于 中繼接線。當(dāng)電流切斷，電磁消失，繼電器就“閉合，一個(gè)閉合的斷電器就能讓一個(gè) 接通；而一個(gè)“斷工的繼電器，就不能接通 。斯蒂比茲對繼電器具有的邏輯功能很感興趣。他發(fā)現(xiàn)繼電器的閉合或斷開的“開關(guān)操作，與二進(jìn)制數(shù)之間有平行的對應(yīng)關(guān)系，于是想到，可以用繼電器的上述“開關(guān)操作來實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)的加減運(yùn)算。而一個(gè)用繼電器裝配的機(jī)器如果能進(jìn)行加減，那么它就能進(jìn)行乘除，這是因?yàn)槌嘶虺芊謩e轉(zhuǎn)化為一系列

42、的加或減，斯蒂比茲認(rèn)為這非常有趣，于是決定用繼電器來試裝計(jì)算裝置。在早期的機(jī)電式計(jì)算機(jī)中，繼電器用來作為一種開關(guān)裝置。但繼電器的開關(guān)速度大約為1100秒，使計(jì)算機(jī)的速度受到很大的限制。后來用電子管取代繼電器，所制成的就是電子管計(jì)算機(jī)。1937年，在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的數(shù)學(xué)家斯蒂比茲，制造出一種復(fù)數(shù)計(jì)算機(jī)，稱為K型計(jì)算機(jī)。由于這臺(tái)機(jī)器在廚房的餐桌上裝配起來的，而在英語中，“廚房的第一個(gè)字母為K，因此斯蒂比茲的妻子把這項(xiàng)小創(chuàng)造稱為K型機(jī)。斯蒂比茲把K型機(jī)中的繼電器與電池接通后，發(fā)現(xiàn)確實(shí)能進(jìn)行二進(jìn)制的加法。不過在當(dāng)?shù)厮救瞬]有意識(shí)到他的這一項(xiàng)創(chuàng)造居然是促使計(jì)算機(jī)時(shí)代到來的前奏?？墒牵?dāng)斯蒂比茲把自己研

43、制的K型機(jī)帶到貝爾實(shí)驗(yàn)室向同事們演示時(shí)，所得到的卻是同事們的暗自發(fā)笑。當(dāng)他提出整個(gè)計(jì)算機(jī)都能用繼電器制造出來的想法時(shí)。他的同事認(rèn)為這個(gè)主張是荒唐不經(jīng)的，對他使用古老的、令人費(fèi)解的二進(jìn)制表示法來搞這一項(xiàng)創(chuàng)造，覺得簡直不可思議。而且認(rèn)為，即使它能制造出來，就需要幾百個(gè)繼電器，這與當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室中所用的臺(tái)式計(jì)算機(jī)相比，既龐大又昂貴，毫無可取之處。但是斯蒂比茲本人并不認(rèn)為自己的想法是荒唐的。后來他又花了幾個(gè)星期來進(jìn)行周密的考慮和改良，從而使他的K型機(jī)更加完善了。但是，促使斯蒂比茲的創(chuàng)造成為正式產(chǎn)品的推動(dòng)力，是貝爾 公司本身對“復(fù)數(shù)進(jìn)行大量、復(fù)雜、準(zhǔn)確計(jì)算的需要。在30年代的貝爾實(shí)驗(yàn)室，為了滿足電路計(jì)算的需

44、要，配備了滿房間的女計(jì)算員，她們成天用臺(tái)式計(jì)算機(jī)來計(jì)算復(fù)數(shù)的乘積和商。兩個(gè)復(fù)數(shù)相乘，大約需要進(jìn)行6次四那么運(yùn)算，而兩個(gè)復(fù)數(shù)相除那么大約需要12次運(yùn)算。而且每次運(yùn)算都需要暫時(shí)存貯許多中間結(jié)果，麻煩得很。在1938年初，計(jì)算任務(wù)越來越繁重，貝爾實(shí)驗(yàn)室的工作人員提議，把兩個(gè)臺(tái)式計(jì)算機(jī)用機(jī)械方式連接在一起，來簡化復(fù)數(shù)的計(jì)算。在理論上，這樣確實(shí)能節(jié)省計(jì)算員的時(shí)間和勞動(dòng)，但這樣組合成的大型計(jì)算機(jī)，不僅難于制造，操作起來也不容易，正是在這種情況下，人們才想起了斯蒂比茲設(shè)計(jì)的用繼電器控制的K型機(jī)。1938年夏天，斯蒂比茲所在數(shù)學(xué)室的主管試探地向他詢問，他設(shè)計(jì)的那種小巧的繼電器計(jì)算機(jī)能否進(jìn)行復(fù)數(shù)的運(yùn)算？斯蒂比茲

45、肯定地答復(fù)說，可以作復(fù)數(shù)運(yùn)算，并說他已經(jīng)對這種計(jì)算機(jī)的大局部電路進(jìn)行過研究。斯蒂比茲很快就采用標(biāo)準(zhǔn)繼電器和一些通用元件，為這種能進(jìn)行復(fù)數(shù)運(yùn)算的計(jì)算機(jī)畫出了電路圖。他的初步設(shè)想是別出心裁，與眾不同的。一位電路專家看了他的電路圖后，肯定它們確實(shí)是有應(yīng)用價(jià)值的。于是這位電路專家對圖紙作了一些必要的修改，研制工作很快就于1938年9月正式開始了。經(jīng)過一年的努力，這一臺(tái)后來稱為貝爾實(shí)驗(yàn)室M1型機(jī)，在1939年9月制造成功。這臺(tái)計(jì)算機(jī)開始只能作復(fù)數(shù)的乘除，因?yàn)檫@兩種運(yùn)算最費(fèi)時(shí)間，而且這種計(jì)算機(jī)本來就是為了處理這種運(yùn)算而特意制造的。用M1型機(jī)進(jìn)行一次復(fù)數(shù)乘法大約只要花45秒鐘的時(shí)間。貝爾實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)小組的人

46、員在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)數(shù)乘除果然十分方便，于是就決定立即對M1型機(jī)加以改良，因?yàn)樗麄冞€想利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)數(shù)的加減。經(jīng)過兩天的艱苦努力，他們終于如愿以償，這樣，M型計(jì)算機(jī)就能進(jìn)行復(fù)數(shù)的四那么運(yùn)算了。1940年9月，美國數(shù)學(xué)會(huì)的一次地區(qū)性會(huì)議在新罕布夏州漢諾威的達(dá)特默思大學(xué)舉行。會(huì)議邀請貝爾實(shí)驗(yàn)室把他們的M1型機(jī)向與會(huì)人員作演示。在會(huì)議舉行前，電報(bào)線架設(shè)工使用電報(bào)線把M1型機(jī)所在地紐約與達(dá)特默思校園相連。在會(huì)議上，貝爾實(shí)驗(yàn)室人員用M1型機(jī)進(jìn)行了出色的表演。在會(huì)上當(dāng)場把一個(gè)數(shù)學(xué)問題打印出來并傳輸紐約，不到一分鐘，電傳打字機(jī)就開始打印出結(jié)果來了。M1型機(jī)安放在貝爾實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)房間里，人們在使用

47、計(jì)算機(jī)時(shí)，可以在很遠(yuǎn)的地方利用與它相連的三臺(tái)電傳打字機(jī)中的任何一臺(tái)進(jìn)行操作。斯蒂比茲把早年對農(nóng)場火爐進(jìn)行遙控的設(shè)想進(jìn)一步應(yīng)用到計(jì)算機(jī)上來了。演示結(jié)果說明，M1型這種復(fù)數(shù)計(jì)算機(jī)，它的運(yùn)算功能令人滿意，給人們留下了深刻的印象。M1型機(jī)在達(dá)特默思大學(xué)成功的表演，是計(jì)算機(jī)開展史上一件大事，它開創(chuàng)了人類對計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制的先河。至今，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通信已成為現(xiàn)實(shí)，遠(yuǎn)隔萬里的人們可以相互利用對方的計(jì)算機(jī)設(shè)備和所存貯的信息。達(dá)特默思校園的這次會(huì)議特別引人注目，還因?yàn)樗膮⒓诱咧杏胁簧偈敲绹钪臄?shù)學(xué)家和后來一些重要計(jì)算機(jī)研制工程的帶頭人，如馮·諾伊曼，莫奇利和維納等人。盡管復(fù)數(shù)計(jì)算機(jī)M1型只能對

48、復(fù)數(shù)進(jìn)行計(jì)算，但是在貝爾實(shí)驗(yàn)室里卻使用了好幾年。M1型機(jī)的成功，鼓勵(lì)斯蒂比茲制訂出進(jìn)一上的研制方案，其中包括用穿孔帶設(shè)備來改良計(jì)算機(jī)的性能。M1型機(jī)是這一系列中5種型號(hào)的第一種。它是唯一由貝爾實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造的機(jī)器。在它制成后，貝爾公司的負(fù)責(zé)人猛然發(fā)現(xiàn)它的全部試制費(fèi)用竟高達(dá)2萬美元，大吃一驚，決定不再研制其他計(jì)算機(jī)了。但是在1941年12月美國投入第二次世界大戰(zhàn)后，貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究轉(zhuǎn)入軍事工程，這些工程比和平時(shí)期的研究要涉及更多的計(jì)算。他們在戰(zhàn)時(shí)研制的大局部計(jì)算機(jī)，是模擬計(jì)算機(jī)。但是還制造了5臺(tái)軍用的數(shù)字繼電器計(jì)算機(jī)，再加上M1計(jì)算機(jī)和戰(zhàn)爭結(jié)束后自用的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)，總共有7臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)。在

49、5臺(tái)軍用數(shù)字計(jì)算機(jī)中，第一臺(tái)是1943年安裝在華盛頓特區(qū)的一種繼電器數(shù)字計(jì)算機(jī)，稱為M2型機(jī)，它主要用來解決與防空高炮火力指揮有關(guān)的問題。M2型機(jī)主要用于“內(nèi)插，由于“內(nèi)插是解決科學(xué)、工程問題一種很有用的數(shù)學(xué)運(yùn)算，所以在戰(zhàn)爭結(jié)束后仍忙于為其他部門效勞，它直到1961年才被撤除。M2型機(jī)是最早的可編程的計(jì)算機(jī)之一，它還能進(jìn)行誤差檢測，這是現(xiàn)代微電腦所具有一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)功能。在M2型機(jī)開始投入運(yùn)行之前，斯蒂比茲及同事們就著手準(zhǔn)備研制新的、更大的、功能更強(qiáng)的機(jī)器M3、M4型機(jī)了。M3與M4型機(jī)是性能根本上相同的兩種計(jì)算機(jī)，先后于1944年、1945年完成。它們與M2型機(jī)相類似，不過存貯器容量更大，除了能進(jìn)

50、行“內(nèi)插外，還能把描述目標(biāo)飛機(jī)和一些防空火包炮彈軌跡的彈道方程計(jì)算出來。雖然它們不是通用計(jì)算機(jī)，但在編程能力上已經(jīng)具有一定程度的通用性。它們還具有搜索信息的功能，正如現(xiàn)代微電腦能搜尋磁帶或磁盤上所存放的特定數(shù)據(jù)和程序一樣。M4型機(jī)比M3型機(jī)的功能稍多一些，例如它能計(jì)算某些三角函數(shù)等。由于斯蒂比茲卓有成效的努力，在不到十年的時(shí)間里，總共推出了M系列的5種型號(hào)的計(jì)算機(jī)。其中最大的一種計(jì)算機(jī)是M5型機(jī)。貝爾實(shí)驗(yàn)室為軍方制造了兩臺(tái)M5型機(jī)。一臺(tái)是為美國航空局設(shè)計(jì)的，另一臺(tái)那么是為阿伯丁彈道實(shí)驗(yàn)室而設(shè)計(jì)。三、艾肯和馬克型計(jì)算機(jī)在德國的楚澤開始研制機(jī)電計(jì)算機(jī)之后不久，美國也有人開始進(jìn)行類似的工作，除了前面

51、介紹過的斯蒂比茲外，還有一位，他就是麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家艾肯。1944年，由艾肯主持研制的馬克1號(hào)問世了。馬克1號(hào)及后來研制成的馬克2號(hào)，在計(jì)算機(jī)開展史上曾占有相當(dāng)重要的地位。在計(jì)算機(jī)先驅(qū)者的行列中，艾肯要算是大器晚成的了。艾肯在1900年出生于美國新澤西州的霍博肯。由于家庭貧困，他在上職業(yè)高中時(shí)就不得不半工半讀，以減輕家庭的負(fù)擔(dān)。畢業(yè)后他在麥迪遜煤氣公司找到一份工作，并爭取到一個(gè)進(jìn)入威斯康星大學(xué)學(xué)習(xí)的時(shí)機(jī)，在大學(xué)里他仍然堅(jiān)持一面工作，一面刻苦讀書。1923年他從大學(xué)畢業(yè)后，被麥迪遜公司任命為總工程師，工作之余，仍不忘繼續(xù)學(xué)習(xí)新知識(shí)。到35歲時(shí)，他毅然辭去待遇豐厚的工作，再次到大學(xué)去深造，先

52、在哥倫比亞大學(xué)攻讀，后來又進(jìn)入哈佛大學(xué)物理系當(dāng)博士研究生。他的博士論文的課題是有關(guān)電荷在空間傳播問題的研究。為此需要大量繁瑣的計(jì)算。正是由于這個(gè)原因，使艾肯在1937年就提出了研制新型自動(dòng)計(jì)算機(jī)的備忘錄，但是當(dāng)時(shí)的哈佛大學(xué)對這類應(yīng)用研究不感興趣。哈佛大學(xué)商學(xué)院建議艾肯同IBM國際商用機(jī)器公司聯(lián)系。這家公司的一名經(jīng)理曾經(jīng)看過麻省理工學(xué)院香農(nóng)的博士論文，對香農(nóng)在文中所提出的，利用開關(guān)電路模擬布爾邏輯的方法頗感興趣，因此認(rèn)為艾肯的設(shè)想很有價(jià)值。這時(shí)哈佛大學(xué)的兩位著名教授對艾肯的備忘錄也非常重視，并多方設(shè)法為艾肯爭取經(jīng)費(fèi)。最后，IBM公司的董事長老沃森同意向艾肯提供資助。IBM對這一項(xiàng)有希望取得成功的

53、研究工程很感興趣。雖然并不指望通過艾肯的研制方案得到直接的經(jīng)濟(jì)利益，但它希望通過對這一項(xiàng)研制工作的資助，為IBM公司獲得贊助美國最有名望大學(xué)的美名。艾肯在各方面的支持下，把自己原來的初步設(shè)想，逐步形成為完善的設(shè)計(jì)方案。1939年近40歲的艾肯取得了博士學(xué)位。這一年他與IBM公司正式簽訂研制合同，由美國海軍提供經(jīng)費(fèi)。IBM公司委派了4名有經(jīng)驗(yàn)的工程師與艾肯合作，“馬克1號(hào)的計(jì)算機(jī)正式開始研制了。經(jīng)過四年堅(jiān)持不懈的努力，在1943年，這臺(tái)程序控制的自動(dòng)計(jì)算機(jī)終于完工，1944年于哈佛大學(xué)投入運(yùn)行。馬克一號(hào)是一種完全機(jī)電式的計(jì)算機(jī)。它長15米，高米，大約同小火車頭那么大?？雌饋碛悬c(diǎn)像圖書館中大書架，

54、不過在架子上放的不是書，而一排排繼電器。在它運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)出咔嚓咔嚓的響聲。馬克一號(hào)有15萬個(gè)元件，其中許多是可以移動(dòng)的，此外還有800千米的導(dǎo)線。馬克一號(hào)是世界上最早的通用型自動(dòng)機(jī)電式計(jì)算機(jī)之一，其中用 繼電器代替了齒輪傳動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，一共使用了3千多個(gè)繼電器。機(jī)器采用十進(jìn)制，對23位的數(shù)加減，一次需要秒，乘法那么需要6秒。指令通過穿孔紙帶傳送。馬克一號(hào)在入場多方面可以說是巴貝奇分析機(jī)現(xiàn)代化的翻版，所不同的只不過用電來代替了蒸汽傳動(dòng)，但馬克一號(hào)的問世卻標(biāo)志了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)時(shí)代的開始。馬克一號(hào)每秒只能進(jìn)行3次運(yùn)算。因此艾肯在1947年又研制出了速度較快的馬克二號(hào)計(jì)算機(jī)。它同馬克一號(hào)一樣，仍是一種機(jī)械繼

55、電器計(jì)算機(jī)，但馬克二號(hào)中的繼電器體積很大而且特別貴當(dāng)時(shí)每個(gè)要15美元。馬克二號(hào)每秒能進(jìn)行8次加法運(yùn)算，如果開平方或求對數(shù)就要12秒鐘的時(shí)間，這同電子計(jì)算機(jī)相比是太慢了，但畢竟比馬克一號(hào)要快些。正當(dāng)艾肯和他的資助人在剪彩儀式上引起劇烈沖突之時(shí)，制造更好計(jì)算機(jī)的同樣愿望，也鼓勵(lì)著德國的工科大學(xué)生楚澤。楚澤在制造他的Z4型機(jī)時(shí)聽到有關(guān)馬克一號(hào)問世的消息。雖然楚澤的Z型系列機(jī)要早于馬克一號(hào)、二克，但由于美、英兩國對德國同行的工作毫無所知，因此馬克一號(hào)、二號(hào)對美、英等國后來計(jì)算機(jī)的開展產(chǎn)生了重要的影響，并在計(jì)算機(jī)開展史上占有重要的地位。直到馬克二號(hào)研制成功以后，艾肯才開始制造電子管計(jì)算機(jī)，為什么艾肯轉(zhuǎn)入

56、研制電子計(jì)算設(shè)備拖了這么長的時(shí)間呢？這是由于艾肯是一位非常小心謹(jǐn)慎的工程師，他最初對電子元件的可靠性沒有把握。盡管電子技術(shù)在迅速開展，但艾肯仍決定通過降低速度來增加可靠性，因此他早期的目標(biāo)是使計(jì)算設(shè)備實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，雖然他那時(shí)已意識(shí)到計(jì)算設(shè)備實(shí)現(xiàn)電子化是必由之路。直到他看到在一些設(shè)備中電子元件能可靠地工作時(shí)，才決定他也要來搞電子的設(shè)備。在1949年9月，艾肯研制出使用電子管的計(jì)算機(jī)馬克三號(hào)。馬克三號(hào)并沒有完全實(shí)現(xiàn)電子化，在最后定型的樣機(jī)中，不僅包含5000個(gè)電子管，還使用了許多機(jī)械部件2000個(gè)繼電器。馬克三號(hào)是艾肯研制的第一臺(tái)內(nèi)存程序的計(jì)算機(jī)，并在其中首先使用磁鼓作為數(shù)與指令的存貯器。從此以后磁

57、鼓成為第一代電子管計(jì)算機(jī)中最廣泛使用的一種存貯器。在馬克三號(hào)中，8個(gè)磁鼓能存貯16位的“字4350個(gè)，另一個(gè)磁鼓能存貯40000條左右的指令。在最初，馬克三號(hào)的可靠性不夠理想，運(yùn)行時(shí)經(jīng)常發(fā)出咔嚓咔嚓的聲音。后來研制人員采取了一些措施，它就能很好地運(yùn)行了，從而使它的可靠性與馬克一號(hào)二克不相上下。在馬克三號(hào)的根底上，艾肯主持研制的馬克四號(hào)在1952年完工，被廣泛地用于工程和科學(xué)方面的計(jì)算。在馬克四號(hào)完工后，艾肯不再研制新的計(jì)算設(shè)備，轉(zhuǎn)而培養(yǎng)訓(xùn)練計(jì)算機(jī)人才，其中有些人后來成為美國研制第二代晶體管電子計(jì)算機(jī)方面的科學(xué)家。在1961年艾肯辭去教職后開辦了艾肯實(shí)業(yè)公司，但在工作之余仍熱心從事教學(xué)工作，并幫助大學(xué)建立計(jì)算中心。直到1973年去世前，還始終為計(jì)算機(jī)事業(yè)的開展奉獻(xiàn)自己的力量。艾肯的主要奉獻(xiàn)不僅在于研制出馬克系列計(jì)算機(jī)，而且把哈佛大學(xué)變成一個(gè)著名的計(jì)算機(jī)培訓(xùn)基地，從而對二次大戰(zhàn)后計(jì)算機(jī)的開展產(chǎn)生了重大影響。而且他研制馬克型計(jì)算機(jī)的成功，激發(fā)起人們的創(chuàng)造熱情，使人們制造更多更好計(jì)算機(jī)的愿望更強(qiáng)烈了。第三章阿塔納索夫與ABC計(jì)算機(jī)至今許多對計(jì)算機(jī)感興趣的歐洲人，還都以為世界上第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)是“巨人號(hào)，它是由數(shù)學(xué)家圖林和他的同事們在英國設(shè)計(jì)和制造出來的。這個(gè)“巨人在1943年12月投入運(yùn)行，被用來破譯難解的