亲爱的信息化筑基基地的基友们,你们好!今天,让我们一起踏上时光机,探索计算机的发展历程。这不仅仅是一段技术史,更是一部人类智慧的进化史。
计算机的发展流程大致可以分为:计算工具、机械计算机、电子计算机。
一、计算工具早期,人类使用手指进行计算,这是很自然的方式,因为人有十个手指,也由此产生了十进制记数法。但手指计数有明显不足,当数字变大后,手指个数不够,且无法长时间保持计数状态。于是,人们开始使用石头计数,不过石头笨重不便携带。后来又出现了用绳子计数的方法,更加轻松方便,英语单词 “cord”(绳子)和 “record”(记录)就体现了两者的渊源。
1.算筹
随着时间的推移,最原始的人造计算工具算筹出现了。算筹是若干根相同长短和粗细的小棍子,一般长约13~14cm,径粗约0.2~0.3cm,算筹多用竹子制成,也有木头、兽骨、象牙、金属等材料的。它采用十进制记数法,有纵式和横式两种摆法,可以表示任意大的自然数。算筹在春秋战国时期已非常普遍。
2.算盘算盘是计算工具发展史上的一次重大改革,由算筹演变而来。算盘利用进位制计数,使用时需配合口诀,好比计算机的软件。它能存储数字,使用方便,在元代后期取代算筹成为主流计算工具。在阿拉伯数字出现前,算盘是世界广为使用的计算工具。
二、机械计算器
1.帕斯卡计算器进入机械计算机时代,1642 年,法国数学家布莱士・帕斯卡发明了加法机,即帕斯卡加法器。这是世界上第一台机械式计算机,利用齿轮的转动实现加减法计算。如果某一位上数字之和大于 9,加法机就会自动通过齿轮进位。
2.莱布尼茨乘法器德国数学家莱布尼茨在帕斯卡加法器的基础上进行改进,发明了新型计算机,增添了 “莱布尼茨轮”,实现了数据输入的功能。在1673年,莱布尼茨设计了一架可以进行乘法,最终答案可以最大达到16位。莱布尼茨是现代机器数学的先驱,他在帕斯卡加、减法机械计算机的基础上进行改进,使这种机械计算机能进行乘法、除法、平方的演算。他造出的计算器样机达到了可以进行四则运算的水平。
三、电子计算机
1946 年 2 月 ,世界上第一台电子数字计算机 “ENIAC” 在美国宾夕法尼亚大学诞生。它主要由大量电子管组成,用于科学计算。ENIAC 体积庞大,占地 150 平方米,重达 30 吨,使用18000个电子管、70000个电阻、10000个电容、1500个继电器和6000多个开关,耗电功率约150 千瓦,每秒可进行 5000 次运算。
第一代电子管计算机(1946 - 1957),主要特征是采用电子管元件作基本器件,用光屏管或汞延时电路作存储器,输入域输出主要采用穿孔卡片或纸带,体积大、耗电量大、速度慢、存储容量小、可靠性差、维护困难且价格昂贵。在软件上,通常使用机器语言或者汇编语言,主要用于科学计算。
第二代晶体管计算机(1958 - 1964),基本逻辑元件为晶体管,内存大量使用磁性材料制成的磁芯,外存采用磁盘和磁带。体积小,重量轻,速度快,逻辑运算功能强,可靠性大大提高。同时程序语言也相应出现了,如 Fortran,Cobol 等计算机高级语言。晶体管计算机被用于科学计算的同时,也开始在数据处理、过程控制方面得到应用。
第三代中小规模集成电路计算机(1965 - 1971),基本逻辑元件为中小规模集成电路,内存大量使用半导体存储器,外存大量使用高速磁盘。体积更小,功耗减小,可靠性提高,运行速度提高,内存容量大,价格低。在软件方面,有了标准化的程序设计语言和人机会话式的 Basic 语言,其应用领域也进一步扩大。
第四代大规模和超大规模集成电路计算机(1971 - 至今),基本逻辑元件为大规模和超大规模集成电路,内存采用半导体存储器,外存则采用大容量磁盘和光盘。计算机速度达到每秒几百万次至上亿次。软件系统工程化、理论化,程序设计自动化。微型计算机在社会上的应用范围进一步扩大,几乎所有领域都能看到计算机的 “身影”。
计算机的发展从最初的简单计算工具,到机械计算机,再到电子计算机,经历了漫长的历史过程,每一个阶段的发展都离不开科学家们的创新和努力。随着技术的不断进步,计算机的性能越来越强大,应用领域也越来越广泛。未来,计算机技术将继续发展,为人类带来更多的便利和创新。