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转载 硅谷传奇:计算机发展简史 一 (附录)  

2016-05-15 14:35:50|  分类: 电脑密籍 |  标签: |举报 |字号 订阅

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硅谷传奇:计算机发展简史 (附录)

发表于 2016 04 18 老钱

人类的进步主要由两个部分组成:一是人类的组织原则和组织结构的进步,另一个是科学技术的进步。近代以来,人类在组织原则和组织结构方面的进步相对比较缓慢。但是,科学与技术则有了翻天覆地的变化。用理工科的说法就是,以往的世代里,科技进步是线性的,近代以来则是以指数形式在发展。近代的科技发展,赋予了人类无以伦比的力量。这么说吧,要是把人类和地球上其他物种进行比较的话,今天人类的能力堪比上帝。

十八世纪的第一次工业革命给我们带来了蒸汽机,人类在力量、速度、和距离上开始主宰世界,这是力学与热学综合应用的产物。十九世纪和二十世纪初的第二次工业革命,给我们带来了新能源,电力、石油、化工等等新兴产业主宰了我们的日常生活,尽管这次工业革命也带来了一场世界性的农业革命,但从此人们对土地的依赖越来越弱了。这是热力学、电磁学、化学综合应用的产物。到了二十世纪末,一场彻底改变人类传统生活方式的工业革命发端了。这是以技算机、互联网、无线通讯兴起的产业革命。这是以量子力学为代表的近代物理的综合应用的产物。

在今天的世界里,对人们日常生活影响最大的技术发明非计算机莫属。其实,人们从开始计数的那一天起,就有了用某种人工装置来代替人脑来从事计算的想法。人类历史上第一台计算机是德国人契克卡德(Wilhelm Schickard)在1623年制造的,这台机器能够进行六位数的加减运算。

  

 

 

        契克卡德                           契克卡德的计算机

近代计算机的历史从法国伟大的数学家、物理学家帕斯卡(Blaise Pascal)发端。帕斯卡发明制作了人类历史上第一台真正意义上的计算机——加法器。德国天才数学家莱布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz)知道了帕斯卡的加法器后,对此进行了深入的研究,他发明并制造出了乘法器。莱布尼兹的乘法器用到了二进制。据说,莱布尼茨的二进制想法来自康熙给德国皇帝的八卦图。莱布尼茨不但为计算机引入了二进制,他还是二值数理逻辑的创始人。从此,人们可以用数字来表示逻辑的真假了。帕斯卡和莱布尼茨的计算机都是机械装置,他们的计算机是人类试图制造思维的辅助工具的最初尝试。这些计算机现在还能在博物馆里见到。

               帕斯卡                                               帕斯卡的计算机

计算机的发展分为理论、结构、设计、工艺、应用等方面。经过几个世纪的发展,计算机从计算工具演化成了人脑和思维的辅助工具,计算所占的比重也越来越小了。但是,人类在计算机这一领域里,从未停止过探索。直到上个世纪七十年代,人类在这一领域探索的结果,酝酿出了一次真正的革命——第三次工业革命。它给人类的生活方式和价值观带来的冲击超出了以往任何一次技术革命。人们从此进入了所谓的后工业时代。

            莱布尼茨                         莱布尼茨的二进制计算机

真正现代意义上的计算机是1822年,由英国科学家巴贝兹(CharlesBabbage)制造出来的第一台差分机,它能处理3个不同的5位数,计算精度达6位小数。在计算机结构上,巴贝兹于1834年给出现代计算机的基本结构:堆栈、处理器、控制器。不久,巴贝兹就按照这一结构理念造出了一台计算机。这台计算机也是第一台需要软件来控制的计算机,他的助手,英国著名诗人拜伦的独生女阿达·奥古斯塔(Ada Augusta)为这台计算机编制了人类历史上的第一批软件程序。阿达和巴贝奇为近代计算机奠定了坚实的基础,他们的计算机结构理念,比当时的人超前了一个世纪。堆栈、处理器、控制器、和软件的概念一直沿用至今。阿达当年编制的软件中的一些算法也被沿用至今,为了纪念这位计算机和软件先驱,美国军方发明的一种计算机语言就是以她的名字阿达命名的。

尽管巴贝兹的理想中的计算机未能正式问世,但他为后人留下了一份极为宝贵的遗产,那是数十种十分超前的设计方案,和面对困难不屈不挠的精神。

                                              阿达·奥古斯塔

                  巴贝兹的差分机                                                                  巴贝兹                          

现代电子计算机的发展由几个组成部分:一是计算机理论,即计算机的可能性,以及计算机功能的界限;二是基础器件,即最小的计算器件,或者说最小的物理操作步骤,如今通用的最小计算器件是晶体管,它是一个最简单的开关电路;三是电路设计,即如何用晶体管开关电路实现逻辑功能;四是人机界面,即操作系统;然后是应用软件,即计算机语言和应用程序。

1847年,英国数学家布尔(George Boole)发表了数值逻辑的奠基性著作《逻辑的数学分析》(The Mathematical Analysis of Logic)。数值逻辑从此成了一门精确的数学学科。1854年,布尔发表了名著《思维规律的研究——逻辑与概率的数学基础》(The Laws of Thoughts),创立了一门全新的学科-布尔代数(Boolean Algebra),它是数字计算机设计中开关电路设计的数学方法和理论基础。

                         布尔

真正把布尔代数应用到电路设计上来,要到1938年。这一年,麻省理工(MIT)的年轻教授克劳德·艾尔伍德·香农(Claude Elwood Shannon)发表了他的硕士论文《继电器和开关电路的符号分析》(A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits),他把开关电路建立在布尔代数的基础上,证明了继电器这一简单的开关电路可以实现所有以布尔代数为基础的逻辑运算,并给出了实现四则运算的电路设计。该论文是为开关与逻辑电路理论和设计的开山之作。

1895年,英国工程师弗莱明(John Ambrose Fleming)利用爱迪生效应发明了人电子管。从此,人类进入了微电子时代。1912年,美国发明家德·福雷斯特(Lee de Forest)在加州的帕洛·阿托(Palo Alto)市发现了电子管的放大作用,为电子工业奠定了基础。1913年,麻省理工的教授万尼伐尔·布什(Vannevar Bush)制造出了第一台模拟式计算机微分分析仪。该计算机靠电机驱动,并利用齿轮转动的角度来进行模拟计算。

              万尼伐尔·布什                  克劳德·艾尔伍德·香农               


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