计算机早期历史：从算盘到机械计算机的演变

计算机早期历史：从算盘到机械计算机的演变

计算机科学的发展历程是一部人类智慧的进化史。从古老的算盘到现代的电子计算机，人类的计算能力经历了数千年的发展。本文将带你穿越时空，回顾计算机科学的早期历史，了解那些改变世界的伟大发明和创新思想。

1. 古代的计算工具

1.1 算盘

公元前 2500 年，美索不达米亚地区发明了算盘，这是已知最早的计算工具。算盘可以帮助人们进行加减法运算，并且能存储计算的中间状态，类似于现代计算机中的内存。

1.2 其他计算工具

此后的 4000 多年里，人类又发明了许多其他计算工具，如用于计算纬度的星盘、辅助乘除运算的计算尺，以及各种计算日出时间、潮汐和天体位置的时钟等。这些工具大大降低了复杂计算的门槛，提升了人类的计算能力。

2. “Computer”一词的起源

“Computer”一词最早出现在 1613 年 Richard Braithwait 的著作中，当时指的是一个职业 —— 专门负责计算的人，而不是机器。直到 19 世纪末，“Computer”才开始指代计算机器。

3. 早期机械计算机

3.1 Gottfried Leibniz 的步进计算器

1694 年，德国博学家 Gottfried Leibniz 设计了步进计算器（Step Reckoner），这是首台能够进行四则运算（加减乘除）的机械计算机。但当时这类机械计算机造价昂贵，且每次计算都需要大量的时间，因此实用性有限。

3.2 Charles Babbage 的差分机和分析机

1823 年，英国数学家 Charles Babbage 开始设计差分机（Difference Engine），目标是用机械装置来计算多项式。但由于技术限制，这个由 2.5 万个零件组成的庞大装置最终没有完成。

在设计差分机期间，Babbage 又构想了一台更加复杂的通用计算机 —— 分析机（Analytical Engine）。分析机可以输入数据并按顺序执行一系列操作，具有内存和打印装置。虽然分析机也没有制造成功，但其设计理念影响了此后一代计算机科学家，使 Babbage 被誉为“计算机之父”。而为分析机编写程序设计的 Ada Lovelace 则被认为是世界上第一位程序员。

4. 统计制表机与 IBM 的诞生

4.1 1890 年美国人口普查的难题

19 世纪末，美国人口快速增长，1880 年的人口普查用了 7 年时间才完成，而 1890 年的普查预计需要 13 年。这对宪法规定的每 10 年一次的人口普查来说是一个严峻的挑战。

4.2 Hollerith 的打孔卡片制表机

为了解决这一难题，人口普查局求助于 Herman Hollerith 发明的打孔卡片制表机。该机器采用打孔卡片来输入数据，通过电路控制的机械装置来自动统计各类数据。使用打孔卡片制表机后，1890 年的人口普查只用了 2 年半就完成了，为政府节省了大量经费。

4.3 制表机器公司与 IBM 的成立

商业界很快意识到了统计制表机的巨大价值。为了满足日益增长的数据处理需求，Hollerith 成立了制表机器公司，该公司后来与其他几家企业合并，在 1924 年成立了国际商业机器公司（IBM）。

电子机械的“商业机器”极大地提升了政府和企业的数据处理效率，但随着 20 世纪中期世界人口的爆炸式增长和全球贸易的兴起，人们开始需要更快、更灵活的数据处理工具，这为电子计算机的发展奠定了基础。

5. 总结

• 从古代算盘到 19 世纪的机械计算机，人类计算能力经历了漫长的发展历程。

• “Computer”一词最初指的是专门从事计算的人，而不是机器。

• Charles Babbage 设计的分析机奠定了现代计算机的理论基础，Ada Lovelace 则被誉为第一位程序员。

• 19 世纪末的美国人口普查难题推动了统计制表机的应用与发展，Hollerith 的制表机器公司后来演变为 IBM 公司。

• 20 世纪的人口增长和全球贸易催生了对更高效数据处理工具的需求，为电子计算机的发展创造了条件。