01_计算机发明史

在现代社会，计算机的应用十分广泛，人们已经离不开计算机了，那么计算机是如何一步一步被发明的呢？

古代计算方式

在古代社会，人类对于计算的需求比较少，一开始使用绳结计数。随着社会发展，物质增多，文明进步，人类需要更加复杂的计算方式，后来出现了算盘。算盘在中国使用了很长时间，在新中国建立之初，我国技术较为落后，很多工程中依旧使用算盘计算。近20年，电子设备逐渐普及，算盘才逐渐消失在了大众的视野中，但在很多影视作品中认可看到算盘的存在。算盘是依靠进制进行计算的，每列分别代表个位、十位、百位、千位、、、算盘还可以进行加减乘除的运算，现在会使用算盘的人已经越来越少了，十几年前的商店中，还可以看到老板使用算盘算账。

算盘图片

在航海中，为了确认航行位置，还发明星盘，通过星盘确认维度，帮助人类更好的探索海洋。

星盘图片

以及各种复杂巧妙的设备，用于在各行各业中进行计算。

机械计算方式

1613年，计算机（Computer）这个名词出现了。起初，计算机指的并不是机器，而是一类职业，就像服务员一样。他们的工作就是计算，跟我国古代的账房先生有点类似。直到19世纪，这类职业因为计算机器普及才逐渐消失。在17世纪，莱布尼茨就发明了机械式计算器——步进计算器（Stepped Reckoner），没错，就是和牛顿争夺微积分发明权的那位大佬，这个发明和他的其他成果相比简直不值一提，膜拜大佬，他发明这台计算机器的原因就是觉得人工计算太浪费时间了，额、、、计算原理和算盘有些类似，不过可以用于更加复杂的计算，内部是由齿轮等机械结构组成的。

步进计算器图片

这种计算机器使用了几百年，但是它有一个弊端，计算时间太久了，进行一次复杂计算往往需要大半天。比如在打仗时，大炮为了击中目标，需要根据距离、风速等状况计算射击角度，总不能打仗时跟对方说等我计算好角度再开始吧。所以当时计算机器很难在现场应用，一般都是提前计算好，制作成表，查询使用。

后来，巴贝奇(Babbage)试图制作一种更为先进的计算机器用于替代这些表——分析机，由于是一种纯机械结构，所以结构复杂（包含25000个零件）且庞大，最后由于当时制造水平和资金的限制，在巴贝奇花费几十年后这项发明以失败告终。但是，现代计算机的原理和巴贝奇机器的原理十分接近，不过将机械结构换成了集成电路。1991年，人们根据他的图纸复原了这一伟大机器，并且能够正常工作。虽然由于思想超前未能完成制作，但是其思想给予后来者很大灵感，所以巴贝奇被称为“通用计算机之父”。

分析机图片

19世纪末，何乐礼（Hollerith）发明了自动制表机用于人口普查，通过这种机器，极大地减少了普查时间和花费。至此，人们看到了计算机器的价值，何乐礼创建了列表机公司，后来和其他几家公司融合成立了IBM，至今仍是商业巨头。

制表机图片

电子计算方式

机械结构的计算方式进行计算时耗时较长，无法满足计算需求的问题日益加深。1944年，马克一号诞生了，这是世界上第一台自动按序控制计算机，正是由上文提到的IBM公司制造。马克一号包含76万个零件，300万个连接件，500英里电线组成。

马克一号图片

马克一号是由机电系统控制的，内部包含很多继电器。其原理为：当给控制电线供电时，线圈产生磁场，吸附开关闭合，反之开关则断开。 但是其缺点是无法快速闭合断开（电生磁有一个延时），当时能够做到的速度约为一秒钟开关四十多次，导致计算较慢。同时由于继电器有磨损，导致其故障率较高。

继电器原理图

1904年，真空管出现，在此基础上，1906年，真空管（三极）出现，增加一根电线控制真空管的通断，接通正极时，为通路，反之则为断路。至此，真空管可以替代继电器，磨损降低，同时开关频率也得到了较大的提高。

真空管（三极）原理图

早期的真空管易碎，会像灯泡一样烧坏，同时体积也比较大。

真空管图片

随着真空管的普及，机电计算方式逐步被电子计算方式所取代。第一次大规模使用真空管的计算机是巨像计算机，于1943年被建造完成，用于破译密码，这是第一台可编程电子计算机（两年前图灵使用机电结构机器做了同样的事情，并不是严格意义上的计算机，还有部电影讲述了这个故事《模仿游戏》）。1946年，世界上第一台通用可编程电子计算机问世（巨像计算机仅仅用于破译密码）——埃尼阿克。此时的计算机存在着体积大，真空管易烧坏的问题。

巨像计算机图片

埃尼阿克计算机图片

1947年，贝尔实验室发明了晶体管（三极管），一个新的时代到来了。晶体管没有易坏、体积大等缺点。

晶体管图片

1957年，计算机IBM 608问世。这是第一台由晶体管组成，可以在市面上买到的计算机。从此，计算机快速发展，体积越来越小，计算越来越快，逐步进入家用领域。

计算机IBM 608图片

晶体管和半导体的研发，大多发生于圣克拉拉谷，生产半导体的材料为硅，所以又被称为硅谷。