备忘录

　　All things comes to an end.计算机历史的教程到此已经结束了，万物联网时代已经来临，但我们应该记得，我们是从哪里出发的。

电子计算机的父辈

　　中国东汉发明的十进位计数法；宋朝发明了珠算盘。

　　1617年，苏格兰发明家约翰·奈皮尔（John Napier）用骨制工具进行除法、减法以及加法和乘法的混合运算，发明了计算尺。

　　1622年英格兰的威廉·奥特雷得（William Oughtred）发明了滑动计算尺。

　　在开普勒的积极参与下，谢克哈特终于在1624年在海德堡大学开始研制第一台有加减乘除四种运算功能的计算器（计算钟），可惜在建造中样机模型毁于一场大火。

　　1642年，帕斯卡（Blaisc Pascal，1623-1662，法国数学家）发明了一台手动计算机器。

　　1673年，莱布尼茨（G.W.Leibnitz，1646-1716，德国伟大的数学家）建造了一台能进行四则运算的机械计算机器，轰动了整个欧洲。他的机器在进行乘法运算时采用进位-加（shift-add）的方法，这种方法后来演化为二进制，也被现代电子计算机采用。

　　1822年，英国数学家查尔斯·巴贝奇（Charles Babbage，1791-1871）设计了一台差分机的模型，可以执行算术运算。具有六位数的计算能力，更重要的是能够计算到二次方的任何函数。

　　1854年，乔治·舒尔茨（George Scheutz）和他学机械工程的儿子爱德华建成了世界上第一台全操作性的差分机。

　　1884年，美国工程师赫尔曼·霍勒雷斯（Herman Hollerith，1860-1929）制造了第一台电动计算机。在1890年，他用电磁继电器代替一部分机械元件来控制穿孔卡片，在美国人口普查时大显身手，是人类第一台机电式自动计算机。

　　1937年，德国的康拉德·朱斯（Konrad Zuse,1910-1995）建造了Z-1机电式计算机；1941年11月5日，Z-3研制成功，这是完全由程序控制的机电式计算机，全部使用继电器，所有材料耗资25000马克（当时合6500美元）。

　　从1939年4月开始，于1940年1月8日建成，这台名为复数计算机器（Comples Number Calculator）像一台高级的桌面计算器。

　　1944年5月，美国哈佛大学的应用数学教授霍华德·阿肯建成了“哈佛IBM自动序列控制计算机”，后来称为“马克1号”，它的元件还是继电器。

　　1942年，爱荷华州立学院数学系教授文森特·阿特纳索夫（Vincent Atanasoff，美籍保加利亚人）和他的学生贝利设计的机器模型诞生。它有300个电子管，能做加法和减法运算，以鼓状电容器来存储300个数字。这是有史以来第一台用电子管为元件的有再生存储功能的数字计算机。后来他们设计的模型就以他们俩的名字命名，叫“阿特纳索夫-贝利计算机”（Atanasoff-Berry Computer），简称ABC。在数字时代门槛上的ABC，真有点象征意义。

第一台电子计算机的诞生

　　1946年2月10日，美国陆军军机械部和摩尔学院共同举行新闻发布会，宣布了第一台电子计算机“爱尼亚克”研制成功的消息。它有5种功能：1、每秒5000次加法运算；2、每秒50次乘法运算；3、平方和立方计算；4、sin和cos函数数值运算；5、其他更复杂的计算。2月15日，又在学校休斯敦大会堂举行盛大的庆典，由美国国家科学院院长F·朱维特博士宣布“爱尼亚克”。然后一同去摩尔学院参观那台神奇的“电子脑袋”。

　　出现在人们面前的“爱尼亚克”不是一台机器，而是一屋子机器，密密麻麻的开关按钮，东缠西绕的各类导线，忽明忽暗的指示灯，人们仿佛来到一间控制室，它就是“爱尼亚克”。这一庞然大物有8英尺高，3英尺宽，100英尺长，装有16种型号的18000个真空管，1500个电磁继电器，70000个电阻器，18000个电阻器，18000个电容器，总重量有30吨之巨。起初，军方的投资预算为15万美元，但事实上，连翻跟斗，总耗资达48.6万美元，合同前前后后修改过二十余次。

　　1946年底，“爱尼亚克”分装启运，运往阿伯丁军械试验场的弹道实验室。开始了它的计算生涯，除了常规的弹道计算外，它后来还涉及诸多的领域，如天气预报、原子核能、宇宙结、热能点火、风洞试验设计等。其中最有意思的，是在1949年，经过70个小时的运算，它把圆周率π精密无误地推算到小数点后面2037位，这是人类第一次用自己的创造物计算出的最周密的值。

　　1955年10月2日，“爱尼亚克”功德圆满，正式退休。自1945年正式建成以来，这一人类的第一台“电子脑袋”实际运行了80223个小时。这十年间，它的算术运算量比有史以来人类大脑所有运算量的总和还要来得多，来得大。

世界上第一台存储程序计算机

“爱达赛克”（1949年5月，英国）

人物：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。

　　1944年月他到摩尔学院来看“爱尼亚克”的研制，9月份以后，他就成了摩尔学院的常客，与莫齐利和埃克特他们一同研究出现的问题。刚好，“爱尼亚克”碰上程序存储的问题。对于冯·诺依曼来说，人类第一台电脑造了一半时才知道消息，的确有些晚了，多少有些“我来迟了”的遗憾，但是，他刚好在程序存储问题上摇摆不定的关键时刻出现，恰逢其时。这时，他那种删割枝蔓直奔要害的洞察力实在厉害，他明确指出：一定要彻底实现程序由外存储向内存储的转化，所有程序指令都用内在记忆的方式存储在磁带上以电子的速度运行。原有的设计必须作修改，经费不够再追加。在冯·诺依曼的影响下，整个研制工作取得了突破性的进展，军方也信心倍增，一口气追加了10万美元的投资。而冯·诺依曼自己也倾注了大量的心血，似乎忘了自己是美国政府举足轻重的高级科学顾问和著名科学家，而成了“爱尼亚克”研制小组的一员，当他因其他要事暂时缺席时，都常以信函的方式提出自己的意见。冯·诺依曼提出了一个新的改进方案，一是用二进制代替十进制，进一步提高电子元件的运算速度，二是存储程序（Store Program），即把程序放在计算机内部的存储器中，换言之，把能进行数据处理的程序放在数据处理系统内部，程序和该程序处理的数据用同样的方法储存，也即把程序本身当作数据来对待。后一点，真是拨云而见青天，这样，那6000根导线拔上拔下、插来插去等等枝蔓纠葛的问题可望得到解决。冯·诺依曼妙手回春，治愈了那患健忘症的神童。冯·诺依曼的改进方案称为“爱达法克”（EDVAC），是离散变量自动电子计算机（Electronic Discrete Variable Computer)的简称。

　　1945年6月，他写了一篇题为《关于离散变量自动电子计算机的草案》的论文，长达101页，第一次提出了在数字计算机内部的存储器中存放程序的概念（Stored Program Concept）。这是所有现代电子计算机的范式，被称为“冯·诺依曼结构”，按这一结构建造的电脑称为存储程序计算机（Stored Program Computer），又称为通用计算机。时至今日，所有的电脑都逃脱不了冯·诺依曼的掌心，我们所有的电脑，都有一个共同的名字，“叫冯·诺依曼机器”，它超越了品牌、国界、速度和岁月。

人物：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。

　　英国现代计算机的起步的是从纳粹德国的“谜”开始的。“谜”（Enigma）是一种密码电报机，由德国人在一战和二战之间研制成功。“谜”能把日常语言变为代码，通过无线电或电话线路秘密传送。它是一个木箱子，配有一台打字机，箱上有26个闪烁不停的小灯泡，与打字机键盘的26个字母相对应。“谜”的设计无懈可击，有一套极精密的解码设置，非一般的电报密码所能比拟。在内行人看来，平白如话，但在旁人，又是无从索解的天书。因此，这台看似平常的机器，有了“谜”的称号。这样，德国的“谜”引起了英国情报部门高度的兴趣。常规的解码方式奈何不了“谜”，怎么办？

　　这时，天才的数学家图灵出现了。1931年图灵进入剑桥大学国王学院，开始了他的数学天涯。一到那里，图灵开始崭露头角，毕业后去美国普林斯顿大学攻读博士学位，在那里就发明过一个解码器（Encipher），二战爆发后回到剑桥。

　　在剑桥，图灵是一个妇孺皆知的怪才，常有出人意表的举动。他每天骑自行车到离公寓3公里的一个叫布雷奇莱公园（Bletchley Park）的地方上班，因常患过敏性鼻炎，一遇花粉，鼻涕不止，图灵就常戴防毒面具骑车上班，招摇过市，成为剑桥的一大奇观。

　　他的自行车链条经常在半道上掉落，要是换了别人，早就去车铺修理了。而图灵偏不，他在琢磨，发现这链条总是踏到一定的圈数时下滑，图灵在骑车时就特别留心计算，于是能做到在链条下滑前一刹那戛然停车！让旁人叹服不已，以为是在玩杂耍。后来他居然在踏脚旁装了一个小巧的机械计数器，到圈数时就停，好换换脑筋想些别的问题。图灵的脑袋转得比自行车飞轮还快。

　　用图灵的脑袋来破译德国的“谜”看来不是什么难事。二战爆发后，图灵成为英国外交部通信部门战时公务员，主要负责解码。他果然不负众望，成功破译了“谜”。而德国人还蒙在鼓里，还以为他们的“谜”能一直迷下去，照用不误，泄露了大量的核心机密，在战事上屡屡遭挫，战后，图灵被授予帝国勋章。至于图灵如何破译“谜”的，由于英国政府严格的保密法令，一直没有公之于世。所以图灵破译“谜”也成为一个“谜”。

　　早在30年代初，图灵就发表了一篇著名的论文《论数字计算在决断难题中的应用》，他提出了一种十分简单但运算能力极强的理想计算装置，用它来计算所有能想象得到的可计算函数。它由一个控制器和一根假设两端无界的工作带组成，工作带起着存储器的作用，它被划分为大小相同的方格，每一格上可书写一个给定字母表上的符号。控制器可以在带上左右移动，控制带有一个读写头，读写头可以读出控制器访问的格子上的符号，也能改写和抹去这一符号。

　　这一装置只是一种理想的计算模型，或者说是一种理想中的计算机。正如飞机的真正成功得力于空气动力学一样，图灵的这一思想奠定了整个现代计算机的理论基础。这就是电脑史上与“冯·诺依曼机器”齐名的“图灵机”。

转载本站内容时，请务必注明来自W3xue，违者必究。