弹弓泥丸和钢珠的弹道(情人节，请对您的电脑好一点：多图回顾电子计算机发明史)

Posted 2023-05-25

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弹弓泥丸和钢珠的弹道(情人节，请对您的电脑好一点：多图回顾电子计算机发明史)

来源：世界风情画（ID：finkeeper）

作者：保镖哥

又是一年一度的2·14~~~

酒店、预制食品公司股价纷纷跃上高峰。

与此同时，无数单身旺要把自己埋在沙子里了。

所幸的是，就在76年前，即是1946年的这个情人节，单身旺也不用“斯人独憔悴”了，因为，给单身旺带来无穷乐趣的“电子计算机”在这一天问世。

别看不起当初这架体积大到好几件房子都装不下，但速度远不及现在智能手机的“大家伙”，没有了这玩意，单身旺们上网、刷小视频、聊天乃至运算、发内容，都无从谈起——

然而，又有多少人知道，电子计算机的发展经过了怎样的历程呢？

一、从结绳记事到机械运算

众所周知，自250万年至3万年前，人类于进化历程中至少经历了两次“走出非洲”。而使用火，氧化-还原反应带来的化学能，也就是人类第一种征服的自然界能量形式，是标志着人类成为高级智能生物的里程碑。

产生了智能就意味着必须记录经验和教训，并在前人基础上不断进步。

语音也就诞生了，早期，人类语音都是靠不同频率的叫声，如夹江两岸的猿啼，交流着采集和狩猎等信息。

但是随着接触的事物不断增多，口耳相传难免因为记忆等偏差而“走形”，尤其是关于数字（时间、数量、角度等）的信息。大约在旧石器时代，人类第一种记事方式诞生，那就是结绳记事。

在一些部落里，为了把本部落的风俗传统和传说以及重大事件记录下来，流传下去，便用不同粗细的绳子，在上面结成不同距离的结，结又有大有小，每种结法、距离大小以及绳子粗细表示不同的意思，由专人(一般是酋长和巫师)循一定规则记录，并代代相传。

由于结绳记事意味着人类开始使用机械方法记录信息，而数字信息又十分重要，且涉及运算，人类很快便发明了机械计算机。

目前能找到的比较早的机械计算机雏形就是算盘。最早的算盘出现在公元前2700年到2300年左右的苏美尔文明，最初只是一个有横隔的泥板，摆上泥丸或者石子，按位累加，放满清空，并在下一列加1——这就是进位制的最初起源。

到了巴比伦时代，它演变为一种60进制的记数系统。这是用手指计数的产物——用左手大拇指依次触击其余四指的三个关节，可以数到12，数完一遍，右手屈起一根指头，屈起5根手指就是60。这种手指记数尤其适合清点货物，这也是为什么12进制是世界各地常见的计量单位之一——

12进制及其衍生的60进制因为容易混淆61和2，故令老祖宗们走了不少弯路，于是，使用更方便记录所算的数字，将大数运算拆解成若干个小数运算，提高精确度就成了现实的需求。这一点，在古巴比伦时代留下的文物中有了体现。

19世纪考古学家，在希腊萨拉米斯岛挖掘出一块大约一米长的大理石石板，是大约公元前三世纪古巴比伦人使用的算板，这应该是最古老的的算板了。

值得一提的是，为了方便航海时计算日月星辰轨道和将来出现的位置，利于船只导航，古希腊人还使用了齿轮来作为计算机。1900年，希腊藉潜水员在希腊安提基瑟拉岛附近海底一艘沉没的古罗马货船残骸中发现了安提基瑟拉计算仪器是已知最早的古希腊青铜机械装置之一。

安提基瑟拉计算仪器处理的是阴历月份与年历之间的关系，其齿轮必须刻得刚刚好，才能精准反映其复杂关系，亦即十九个历年等于二百三十五个阴历月。透过这种齿轮机制，任何人都可以核对天空在过去或未来某一个时间点外观。它当初被人放在一个箱子内，前后门都有刻文，像是某种使用手册。前门内部有指针显示日期与日月、黄道带的位置，而后门则显示历年与阴历月的关系，甚至还可预测日蚀与月蚀。

2006年10月,来自英国、希腊、美国的科学家利用高清晰的X光断层扫描技术复制了它的一个模型。科学家们进一步地解密推断，安提基瑟拉计算仪器可以进行加、减、乘、除运算，并且是计算天体运行的工具，它能对于月球以及行星移动的定位进行说明。它有一个刻度盘，能够预测何时可能发生日食或月食。

另一方面，随着算盘的发明西传进入地中海地区，古希腊和古罗马将它改良成便携的青铜工具，拉丁语称为“abacus”（复数abaci）。

罗马式算盘采用一种双5进制，横档上，上1珠每珠当5，下4珠每珠当1，例外的是最右两列：θ列上1珠每珠当6，下5珠每珠当1，可以表示0到11的数字，专门用来处理罗马单位制中的12进制。

比如1磅（libra）=12盎司（uncia），1尺（pes）=12寸（uncia）。最右边一列是一档4珠，或者分成3档，分别嵌有1、1、2颗珠子，用来计算罗马的青铜货币阿斯（As，源自重量盎司），这种货币带有很多种分数币值，1/2、1/3、1/4、1/12等等，是一种混乱的混合进制。

上面两图图是两副罗马式算盘，现藏伦敦科学博物馆，上者最右档遗失2珠。

罗马算盘小巧灵活，为建筑师、工程师、商人提供了很大的方便，但是欧洲人长期使用的罗马数字却异常地蹩脚——他们为某些特殊值设立了符号，然后用左减右加的方式凑出需要的数值，结果让算术在形式上缺乏规律，25+5=30写作XXV+V=XXX，35+5=40写作XXXV+V=XL，要用这种数字系统思考就不得不记住大量的结果。

至于2000多年前的东亚，结合印度人发明的十进制（左右两只手手指总数），在最迟不晚于晚周战国（公元前453至公元前221年）时使用了算筹。

算筹可以通过不同的摆放方式，计算加减乘除。

后来，至迟到了公元11世纪的北宋时期，算盘传到了东亚大陆，进行了十进制改造，上图是现代东亚算盘和张择端《清明上河图》局部，其中就有了算盘的画面。

而到了中世纪后，欧洲也开始使用十进制计算方式。

到了16、17世纪，苏格兰数学家约翰•纳皮尔（John Napier，1550-1617）发明的“纳皮尔的骨头”（Napier's bones）。这套工具主要用来计算乘除法，计算时先用算码凑成一个因数，再根据行号读出与另一个因数每一位的乘积，最后在纸上相加，本质上就是一副活字九九表，如果加入其它扩充的算码还可以用来开方。中断千年的欧洲机械计算机历史又重开新章。

而到了工业革命时期，机械计算工具爆发式涌现——

更为轻便查询式计算尺成了那个时代的一大亮点。

而精密仪器制造业也从15世纪起崛起发展，最初只是一些商业城市用自鸣钟楼统一作息，以适应日趋工厂化的制造业，到17世纪发展成更加精密的座钟和怀表。

钟表指针的齿轮转动天然地具有进位功能。1642年，法国数学家、物理学家和化学家帕斯卡（Blaise Pascal，1623-1662）借此设计了一台“帕斯卡计算器”（Pascal&# 39;s calculator）。长方形的黄铜盒子上开有一列读数窗，下面对应着一行带辐条和指针的齿轮。操作时先像拨盘电话一样逐位输入一个加数，这将显示在上方的读数窗里；再用同样的方式输入另一个加数，读数窗里就会显示出和了。

上图即是昂贵但有实效的帕斯卡计算机。

德国数学家、物理学家、哲学家莱布尼茨也参与了“大炼计算机”热潮中。↑↑↑

到了19世纪70年代，机械计算机已经发展成熟。但科学、商业、艺术等方面需求已经要求更精密、更能够屏蔽人类错误的计算机器。

二、为什么是电子为计算赋能？

在蒸汽庞克（Steam's Punk）类文艺作品（ACG）中，有一类如管风琴般闪闪发亮，又因零件众多而令人望而生畏的机械是常客，那就是上图中的差分机。

据说这机器靠手摇和蒸汽便能计算出一切想知道的数学题答案。

（可谁会买这东西回家嘛？——杂杂妹）

差分机的发明者是活跃于十九世纪的英国数学家、发明家、机械工程师、管理学家查尔斯·巴贝奇，他也被称作是计算机之父。因为巴贝奇用机械零件的运动，证明了计算并非生命体独有的“灵性”功能，而是可以视为不同物质通过不同逻辑门路（“或”、“与”、“非”）最终汇集在一起得出的结果。

可惜的是，由于当年机械工业的局限，缺乏高精度的齿轮，故差分机乃至后来的“分析机”都没有造成。

与此同时，计算机的输入系统也有了长足的进步。1890年赫尔曼·何乐礼设计了一个打卡系统来帮助计算1890年美国人口普查。这台机器，省去了政府几年的计算，并为美国纳税人节省了大约500万美元，后来，哥伦比亚大学霍尔瑞斯成立了一家公司，最终将成为国际商业机器公司(IBM)。IBM打卡机，就为计算机输入系统构筑了现在的机械基础——键盘。

和蒸汽相比，电子颗粒度高、速度达到每秒30万千米。可以在极短时间里，由能源点发生出的极大量电子进入极多个逻辑回路中，故到了1930年代后，电子计算机成了发展的方向。

1941年，阿塔纳索夫和他的研究生克利福德·贝里设计了美国第一台数字电子计算机，名为阿塔纳索夫-贝里计算机。根据这本书，这标志着计算机第一次能够在其主存储器中存储信息，并且能够每15秒执行一次操作”初生计算机”。

而在阿塔纳索夫-贝里计算机的鼓舞下，美国宾夕法尼亚大学电工系的莫利奇和艾克特至于发明了第一款能够编程后进行指定目的运算（如破译密码、预测弹道等）的计算机。这就是ENIAC。它是一个庞然大物，用了18000个电子管，占地170平方米，重达30吨，耗电功率约为150千瓦每时，每秒钟可进行5000次的运算。