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算機為什么是今天這樣子？本文將用一氣呵成的方式，把計算機發展歷史快速縷一遍。

小時候，見過計算器，能很快完成計算，當時心想，計算器真厲害，能提前把所有結果存儲下來。

后來，吵著鬧著要買小霸王學習機，最后如愿變成游戲機，經典游戲“超級瑪麗”和“坦克大戰”至今歷歷在目。

后來，讀初中，有了象征意義上的電腦課，穿著鞋套去電腦室，完全不會操作。有一次，把電腦弄死機了，嚇得不輕，梅老師瞪了我一眼，直接把電源關了。

然后，他回到他自己的電腦上，瀟灑地聽著任賢齊唱“讓我悲也好，讓我醉也好......”。那時，我知道了電腦還能唱歌。對電腦的屏幕畫面，也只有個模糊的印象：

那時的電腦顯示器，真的很丑陋，在很長一段時間內，我一直誤以為，這一大坨東西就是電腦的全部。其實，它只是顯示器而已，遠非核心部件。

廣義上講，上面提到的電子計算器、小霸王學習機和初中見到的那些電腦，都是計算機。你現在拿在手上用于閱讀的手機，也是計算機。總之，計算機無處不在。

要了解計算機，就應該了解它的發展過程，去探索歷史上那些精彩的瞬間。本文從宏觀的角度，浮光掠影般了解一下計算機歷史。我們將以下圖的框架目錄來展開簡述：

一. 手動計算機

這里講的手動計算機，是從遠古時代到17世紀初。很久很久以前，女同志白天忙采集，男同志白天忙打獵，昨日獵回幾只羊，今朝逮回幾只兔，都需要計數，這涉及到數的表示。

計數的歷史

遠古時代的人，也有十個手指，所以采用手指來計數，是很順其自然的事情，這也就是十進制的來源。小時候，我們學習十以內數字的加減，就是用手指來計數，來看常見表示：

我們來看下牛津詞典對digit的解釋，手指和數字的關系，一目了然。digit既有手指的意思，也有數字的意思。我們也順便學會了digit, digital, bit(binary digit)這幾個單詞。

想一下，手指計數有哪些不足？很顯然，當數字變大后，手指個數不夠了。而且，古代的人也需要吃飯， 某天逮回3只羊，用手指記錄下來，吃飯時還得保持手指計數的姿勢。

至于睡覺，那也睡不好，睡醒之后，手指松了，一切都忘了，這就尷尬了。得想其他辦法，很自然地，不要用手指這樣的“活物”來計數，用石頭吧，畢竟石頭不需要吃飯睡覺：

我們來看下calculus這個單詞。容易看到，石頭和計算也聯系在一起，歷史淵源，原來如此。順便地，很輕松地學了單詞，下次看到calculator, calculation, 豈會陌生?

想象一下，要把石頭從北京帶到深圳，該多麻煩。石頭太笨重了，還是不好，得想其他辦法。于是，人們想到用繩子來計數，輕松多了，攜帶也更加方便了。

英語單詞cord就是繩子的意思，record就是記錄的意思，用繩子來記錄嘛。從詞源學來看，cord和record還是很有淵源的，很多東西聯系起來就簡單了。

用結繩計數的人，可能會深刻理解李煜說的“剪不斷，理還亂”，“別是一般滋味在心頭”。我曾遇到過多次解不開結而苦惱的場景，相信你肯定也有，看著就頭大頭暈。

而且，繩子計數沒法處理篡改的問題。昨天我從你那里借了3只兔，在繩子上打3個結，晚上回家偷偷解開其中的1個結，這就尷尬了，可見，要防止單方面偷偷篡改。

于是，古人采用了刻痕計數，有了刻痕，雙方立下契約，劈成兩半，每人一份，防止單方篡改。在商朝時，甲骨文很流行。前幾年，還有人在高考作文中用甲骨文呢。

我們提到的手指、石子、繩子和刻痕，主要用來計數，有了計數后，我們得對它進行加減乘除運算，這就涉及計算。接下來，我們簡要聊聊計算方法和工具的發展。

計算的歷史

中國的算籌，歷史悠久。也有很多詞語中包含籌，如觥籌交錯，運籌帷幄等，現代管理學中還有一門“運籌學”的課程。所謂籌，就是竹子，跟擺弄火柴棍差不多。

來看算盤，估計很多人見過，我家就有這個東西，“三下五除二”貌似盡人皆知。樓下培訓機構有個“珠心算課程”，曾經探頭去看了一眼，不怎么火熱，來看看算盤：

再來看納皮爾籌，我琢磨了一下，道理很簡單，本質就是“九九乘法表”。比如，要計算125*8的值，預期結果是1000，具體是怎么計算的呢？我試了一下，如圖：

???????????????????????????????????????????????????????????納皮爾發明了對數，大家在高中肯定學過。???????????????????????????????????????????????????????????大家應該記得這個符號：logN, 那個N不僅僅指代正整數，也指代納皮爾名字中的N，表示對這位計算先驅的紀念。

后來，拉普拉斯說：對數的發明，以其節省勞力，而使天文學家的壽命增加一倍。伽利略說：給我空間、時間和對數，我就能創造宇宙。對數的本質是降維。

什么意思呢？對數可以把乘法除法轉化為加法減法。類似的做法是非常普遍的，傅里葉級數，傅里葉變換，拉普拉斯變換，Z變換，都是如此，降維降級處理。

以常用的傅里葉變換為例，它把卷積運算降維為乘法運算，實現了積分向乘法的轉換，使得計算復雜度大大降低，學過《信號與系統》的朋友，應該深有感悟。

再來看看由對數引出的滑尺計算，這個尺子是按照對數來制作的。很容易看出2*3=6，直接用尺子得到了結果，其背后的數學邏輯便是對數，log2+log3=log6, 所以2*3=6

那年國慶節，看了核潛艇之父黃旭華老先生獲得了共和國勛章獎，在他的一個視頻，有一把計算尺，在那個年代，就是靠類似的計算尺完成核潛艇計算的，挺不容易。

無論是算籌、算盤、納皮爾籌還是滑尺，都需要人參與具體過程和計算細節。那么有沒有這樣的工具：輸入3和4，讓工具自動得到7呢？那就來看自動計算的工具吧。

二. 機械計算機

機械計算機時代是從17世紀初到19世紀末。契克卡德是德國人，他制作了一個計算鐘，能實現簡單自動計算，當時的工藝肯定沒有下圖這么精美，下圖是后人做的復制品：

法國的帕斯卡，就是搞壓強的那個物理學家。著名編程語言Pascal之名，正是取自帕斯卡，以紀念這位計算機先驅。帕斯卡制作了加法器，看著那些齒輪，真想去擰一擰：

德國的數學家萊布尼茨，就更有名了，也是個非常自負的家伙。大學高等數學中的“牛頓-萊布尼茨”公式，應該熟悉吧，還有萊布尼茨對于交錯級數是否發散的判定方法。

他敢跟牛頓爵爺叫板，還是有幾把刷子的。另外，據說，萊布尼茨對二進制的發明，也有較大的貢獻，這是現代計算機計算的基礎。萊布尼茨當時做了個機器，能做乘法：

在計算機發展史上，上面都是鋪墊，直到巴貝奇差分機，才有了一些現代計算機理念的感覺。作為現代計算機的鼻祖，巴貝奇為計算機奮斗一生的精神，一直鼓勵著很多人：

巴貝奇分析機更是思維超前，雖然最終沒有實際制造出來，但閃爍著天才般的智慧和火花，很多理念與現代計算機原理非常相似，來看下巴貝奇分析機模型，感覺挺炫酷的：

巴貝奇帶著遺憾離開人世，但給后人留下了寶貴遺產。1832年，17歲的Ada參觀了巴貝奇差分機，深深著迷。在巴貝奇去世后，Ada繼續發揚光大巴貝奇的工作，為機器編程。

Ada被認為是計算機歷史上的第一個程序員，是個女程序員哈。美國國防部曾經花了10年時間研發了一種編程語言，在命名時，他們想到了Ada, 并以此來命名，這就是Ada語言。

Ada的父親，是英國著名詩人拜倫，可曾記得他那經典的話：命運要我去流浪的地方還不少，去時還帶著多少可嘆的記憶；但我唯一的慰藉的事情是：最不幸的遭遇也不足為奇。

扯遠了，回歸正題。可以看到，在機械計算機時代，人們用各種方式來制造精巧的機器，讓機器完成簡單的計算，這是很大的飛躍， 因為它把人從具體的計算過程中解放出來了。

三. 機電計算機

機電計算機是從19世紀末到20世紀40年代。機械和機電的差別，從名字上就可以看出來。自18世紀中葉以來，電學蓬勃發展，一些機器開始可以用電來驅動了。

美國憲法中這樣一條規定：每10年需要做一次人口普查。1880的人口普查，花了7年的時間才得到結果。這就尷尬了，3年后，也就是1890年，還得再次普查。

隨著美國人口越來越多，會出現這樣的問題：前一輪還沒普查完，后一輪又要開始。于是，開始想辦法盡量實現自動化，霍爾瑞斯發明了制表機，并脫穎而出。

1890年的人口普查數據，是1880年的兩倍，但總共卻只耗時2年左右。當時，霍爾瑞斯制表機沒有選擇二進制，原因：二進轉換困難，二進制機器制作困難。

人口普查后，霍爾瑞斯名聲大振。在1896年，他開了個制表機公司。在1924年，公司改名為IBM, 響當當的名字，快100年了，IBM在每個時代，幾乎都不落伍。

在第二次世界大戰中，各國基于軍事需要，大力投入了計算機的研究，但是，德國似乎不怎么看好計算機，希特勒更相信武器本身的威力，更相信密集式地狂轟亂炸。

祖斯，德國著名的計算機先驅，在1935-1945這十年左右的時間，先后建成了Z1/Z2/Z3/Z4計算機，這些計算機時運不濟，命途多舛，要么不被重用，要么被戰火吞噬。

祖斯的Z1/Z2/Z3/Z4都很有創造性，比如，Z1驗證了機器計算的可行性，Z2是第一臺電磁式計算機，Z3可以用二進制控制Z4能用穿孔紙袋輸入輸出，甚至是處理條件。

在第二次世界大戰中，德國不怎么重視計算機， 但美國就不一樣了，各類計算機相關的研究如火如荼地進行。也就是從這時開始，美國在信息領域的領先地位開始建立。

史蒂比茲在自己的廚房，用二進制做實驗，驗證二進制的可行性。很多書上能看到Model K, 這個K就是kitchen，是廚房的意思，他老婆取名Model K，挺有意思的哈。

貝爾實驗室的Model是一個系列，有很多不同的機型，比如Model I, 能完成遠程通信，畢竟電話與通信是貝爾實驗室的強項，這也為后來計算機網絡的發展奠定了基礎。

哈佛大學也不甘落后，與IBM合作制作了哈佛Mark系列，不過其總設計師艾肯卻宣稱哈佛Mark I是他一個人搞起來的，IBM的小沃森自然很惱火，最終不得不分道揚鑣：

哈佛Mark II是當時最大的繼電器是計算機，有13000多個繼電器。我們來看看繼電器長啥樣子。我還記得，在讀初三時，物理課上，老師深入講解過繼電器：?????????????????????????????????????

?????????????????????????????????????

1947年9月9日，那是一個秋季的九九艷陽天，一個蛾子飛進了哈佛Mark II的一個繼電器，導致繼電器失效，機器無法正常工作，這就是歷史上有名的bug事件。

如今的軟件開發中，大家常說的軟件bug, 就是指軟件缺陷或者漏洞，實際上，其實說的就是1947年的那只該死的蛾子。工作之后，我天天抓bug，抓得不亦樂乎。

四. 電子計算機

電子計算機從20世紀40年代至今，一直方興未艾。 繼電器雖然可以用來做計算機零件，但并不完美，它是機械的，反復移動，容易斷裂，而且速度還很慢。

于是出現了電子管，也稱真空管，繼電器能做的二進制功能邏輯，電子管都能做，而且速度更快，快1000倍。來看看電子管長啥樣，我覺得挺好看，顏值不錯：

當時，很多機電計算機由繼電器構成，但到了1945年，電子管計算機基本上取代了機電計算機，線路亂七八糟，操作計算機的方式就是插電線， 拔電線。

那時的操作員，相當于今天的程序員，都是“編程”。不同之處是，那時工作很繁瑣，需要耐心，有很多女孩子加入，于是，男孩子也不愁找不到女朋友了。

不像今天，程序員找個女朋友，費勁得很，可能是因為女程序員太少了。不久之前，有個男程序員就跟我聊天，吐槽這件事情，我就聽聽，然后樂呵笑了。

電子管計算機固然快，但很昂貴，而且還受到“愛迪生效應”的影響：電子管工作的時候，容易發熱，動不動就被燒壞，這對于穩定性來說，是很致命的呢。

比方說，好不容易寫好一篇公眾號文章，辛辛苦苦花了一周時間，結果某個電子管燒壞了，整個計算機失靈，文章丟失，肯定要罵人，丟過文章的人都知道。

鑒于電子管的缺點，人們開始研究新的器材。1947年，晶體管誕生了，學過模擬電路的朋友，應該很熟悉這個東西，我的專業就與此相關。話不多說，來看下晶體管外形：

1956年，肖克利因發明了晶體管而獲得了諾貝爾物理學獎，晶體管改變了世界。肖克利本人名利雙收，但想搞更多的錢，于是開始開公司，可是他智商很高，情商太低。

于是，肖克利手下的八個人，先后離開了他。肖克利自然不滿，給這八個人扣了一個大帽子，即“八叛逆(The Traitorous Eight)”，這可是很厲害的八個人哦，一起來看看：

1957年，這八個人接受一家公司資助，成立了后來很有名的仙童半導體公司，上圖的的字母F, 就是Fairchild, 意思就是仙童。學電子電路的朋友，應該基本都聽說過這個公司，它被譽為是硅谷的西點軍校。

喬布斯就曾將其比作成熟的蒲公英，只要風一吹，其創新的精神，就像蒲公英的種子那樣，四處飛揚，生根發芽。然而，天下沒有不散的筵席，他們又陸續離開仙童公司，于是有了Intel和AMD, 是不是很熟悉?

大家電腦中的CPU, 基本都是這兩家的搞出來的。這里順便說一下，摩爾是Intel的創始人之一，他提出了著名的摩爾定律，至今仍有效，并支配著硬件的發展。貌似扯遠了，我們來繼續看當時的晶體管計算機：

盡管晶體管使計算機簡化了很大，但計算機仍然是龐然大物，還能繼續進行壓縮嗎？1958年，就職于德州儀器公司的杰克基爾比，發出疑問：為什么不在一塊硅片上，制造多個晶體管呢？這就是集成電路。

1959年，肖克利八弟子之一的羅伯特諾依斯(Intel創始人之一)， 也想到了同樣的方法。他們后來為誰先發明集成電路而爭論不休，現在普遍的觀點是：他們獨立發明了集成電路，可以說都是集成電路之父。

說到羅伯特諾依斯，在喬布斯的“Stay Hungry, Stay Foolish”演講中，他說自己被趕出蘋果公司后，曾去找過羅伯特諾依斯和HP創始人之一的戴維帕卡德，估計是一起喝酒吐槽。來看下集成電路芯片吧：

然而，這種集成度還遠遠不夠，能不能在更小的芯片上集成更多的晶體管和電子元件呢？當然可以，這就是大規模和超大規模集成電路。一塊芯片，指甲那么大，居然集成了上億個晶體管和電子器件，而且還要正常穩定工作，每每想到此，就不寒而栗了。

當年占據整個房間大小的計算機，如今竟然被集成得這么小， 而且功能遠遠超過當時的計算機。這背后是數學、物理、化學、微電子學、電磁學、光學和量子力學等學科的功勞。難怪華為任總說：搞芯片，砸錢是不行的，要砸數學家，物理學家和化學家。

講到這里，似乎把計算機發展簡史敘述了一遍，但僅僅是從計算機硬件角度進行的，并不是計算機發展歷史的全部，甚至只能算作是冰山一角。

從計算機科學上看，沒有講到計算機科學之父——阿蘭圖靈，沒有講到現代計算機之父——馮諾依曼，沒有講到信息論之父——克勞德香農。此外，對于計算機型號、計算機公司、軟件發展、操作系統、編譯器、各種編程語言、數據庫、計算機網絡等等都沒有講到。所以這篇文章是不完整的，也不可能在一篇文章中把所有的東西介紹完畢，畢竟浩如煙海。

轉載內容僅代表作者觀點

不代表中科院物理所立場

來源：濤歌依舊

編輯：牧魚

自英國的 Ink 工作室和攝影師 Docubyte 完成了下面這組名為“Guide to Computing”（計算機之旅）的作品。他們利用數位記錄的方式精心將 10 臺頗具歷史意義的計算機記錄其中，像 IBM1401 還有艾倫·圖靈的 Pilot ACE 這些經典計算機都包括在內。

該組作品源于對計算機美學的熱愛，就像在蘋果電腦出現之前的人們普遍都對計算機外觀設計并不重視一樣。你會看到五顏六色的背景上那些過去計算機的復雜物理特質和獨一無二的機械構造被展現的淋漓盡致。現在的人們拿著可隨身攜帶的筆記本電腦，那些過去大到可以在上面走動的巨型計算機時代也已經一去不復返了。

IBM 726：50年代末誕生，主要用于數據的大規模存儲，而負責存儲這些數據的是巨大的磁帶據稱展開后全長可達 2400 英尺，寬度則為 10.5 英寸。

ICL 2：70 年代后期，ICL 公司發布了該系列計算機，成為了當時商用機的典范。該計算機可選擇金屬或木質框架，搭載8英寸軟盤機。為了減小該機散熱時的噪音和振動，設計師還專門打造了一個支撐電腦的消音支架（加了泡沫）。經過多年的發展，該款計算機甚至可以運行吃豆人、小蜜蜂等游戲了。

Pilot ACE 1：Pilot ACE 是最早期的通用電子計算機之一，1950 年 5 月運行了第一個程序。圖靈參與了該計算機的設計，不過該機未完成他就離開了英國國家物理研究所。（該計算機現存于倫敦科學博物館。）

HDR 75：這款計算機來自當時處于社會主義陣營的東德，是一臺體型小巧的模擬計算機，由德累斯頓工業大學的研究人員們打造。

EAI Pace：最早的臺式電腦之一，相比較前幾代產品，其體積已有大幅縮小，它只有 2 英尺高。NASA 曾利用它模擬了阿波羅登月計劃。

ControlData 6600：Control Data 6600 可以算得上是世界上第一臺真正意義的超級電腦。它在 1964-1969 年間一直霸占著世界最快計算機的頭銜。

Endim 1：Endim 2000 也出自東德研究人員之手，不過該計算機相當短命，據傳僅僅只生產了 20 臺。

IBM 1401：誕生于 1959 年上市后銷量異常火爆，使得 IBM 完全亂了陣腳，因為 5 周時間內就收到了 5200 個訂單，大大超過該公司的預期。在其 12 年的使用生命周期中，共賣出超過 12000 臺，而其當時售價高達 2500 美元。

Meda：Meda 可以算是模擬計算機的絕唱，于70年代誕生于捷克斯洛伐克，曾是東歐蘇維埃陣營國家的主力計算設備。

Dekatron 1：這臺電腦是世界上最古老的數字計算機（后更名為 Witch），它于 1951 年正式服役。全重高達 2.5 噸，擁有 828 個十進計數管，480 個繼電器，和一堆紙帶閱讀機，可以存儲數據并執行一些基本的運算。