计算机发展史故事【1】

谁都知道，电脑的学名叫做电子计算机。以人类发明这种机器的初衷，它的 始祖应该是计算工具。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。远古的人们用石头来计算捕 获的猎物，石头就是他们的计算工具。著名科普作家阿西莫夫说，人类最早的计 算工具是手指，英语单词“Dight”既表示“手指”又表示“整数数字”；而中 国古人常用“结绳”来帮助记事，“结绳”当然也可以充当计算工具。石头、手 指、绳子……，这些都是古人用过的“计算机”。 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，这个结果 即使用笔算也很不容易求得。 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1248×456，可以先画一个矩形，然后把它分成3×2 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”。 著名作家谢尔顿在他的小说《假如明天来临》里讲过一个故事：骗子杰夫向 经销商兜售一种袖珍计算机，说它“价格低廉，绝无故障，节约能源，十年中无 需任何保养”。当商人打开包装盒一看，这台“计算机”原来是一把来自中国的 算盘。、 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”。算盘本身还可以存储数字，使 用起来的确很方便，它帮助中国古代数学家取得了不少重大的科技成果，在人类 计算工具史上具有重要的地位。 15 世纪以后，随着天文、航海的发展，计算工作日趋繁重，迫切需要探求 新的计算方法并改进计算工具。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？他的这个设想导致了“机械化”计算尺的诞 生。 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。 凝聚着许许多多科学家和能工巧匠智慧的早期计算工具，在不同的历史阶段 发挥过巨大作用，但也将随着科学发展而逐渐消亡，最终完成它们的历史使命。

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，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。据说在中国的故宫博物院，也保存着两台 铜制的复制品，是当年外国人送给慈僖太后的礼品，“老佛爷”哪里懂得它的奥 妙，只把它当成了西方的洋玩具，藏在深宫里面。 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，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。