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公元前3000年的古埃及人用結(jié)繩來記錄土地面積和收獲的谷物。
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進制計數(shù)法有許多種,人們最常用的是十進制,而古代瑪雅人則使用二十進制。
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公元前2000年的美索不達(dá)米亞人用泥板計數(shù),這塊泥板上的楔形文字代表25。
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最古老的計算工具:算籌
我國春秋時期出現(xiàn)的算籌是世界上最古老的計算工具。計算的時候擺成縱式和橫式兩種數(shù)字,按照縱橫相間的原則表示任何自然數(shù),從而進行加、減、乘、除、開方以及其它的代數(shù)計算。負(fù)數(shù)出現(xiàn)后,算籌分紅黑兩種,紅籌表示正數(shù),黑籌表示負(fù)數(shù)。這種運算工具和運算方法,在當(dāng)時世界上是獨一無二的。
據(jù)《漢書·律歷志》記載:算籌是圓形竹棍,它長23.86厘米、橫截面直徑是0.23厘米。到公元六、七世紀(jì)的隋朝,算籌長度縮短,圓棍改成方的或扁的。根據(jù)文獻(xiàn)記載,算籌除竹籌外,還有木籌、鐵籌、玉籌和牙籌。
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中國人發(fā)明算盤
隨著計算技術(shù)的發(fā)展,在求解一些更復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題時,算籌顯得越來越不方便了。于是在大約六、七百年前,中國人發(fā)明了算盤,它結(jié)合了十進制計數(shù)法和一整套計算口訣并一直沿用至今,被許多人看作是最早的數(shù)字計算機。
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算籌與圓周率
算籌為人類文明做出過巨大貢獻(xiàn),我國古代著名的數(shù)學(xué)家祖沖之,就是借助算籌計算出圓周率的值介于3.1415926和3.1415927之間;中國古代的天文學(xué)家也運用算籌,總結(jié)出了精密的天文歷法。
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算盤的變化
明朝以后,算盤在世界各地流傳開來,并出現(xiàn)了許多變種
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我們熟悉的常用語“三下五除二”、“七上八下”等,就是起源于珠算口訣,這是最早的體系化算法。
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達(dá)·芬奇
歐洲文藝復(fù)興時期的偉人達(dá)·芬奇是一位曠世奇才,他在科學(xué)方面的造詣絲毫不亞于其藝術(shù)成就,他很早就提出過計算工具的設(shè)想。后人在達(dá)·芬奇的手稿中,發(fā)現(xiàn)了關(guān)于機械式計算工具設(shè)計方案的記錄。
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后人根據(jù)達(dá)芬奇的手稿仿制出了機械式計算器。
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岡特計算尺
1621年,英國人岡特發(fā)明計算尺,這是世界上最早的模擬計算工具。17世紀(jì)的文獻(xiàn)詳細(xì)記載了岡特發(fā)明這種計算工具的過程。
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希克爾德的創(chuàng)意
德國科學(xué)家希克爾德被許多人認(rèn)為是世界上真正的第一臺計算機的發(fā)明人,后人在他的手稿中發(fā)現(xiàn)了他對計算機的設(shè)計草圖和詳盡的文字描述,并在1960年根據(jù)其方案成功仿制了一臺機械式計算機。
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帕斯卡加法機
1642年,法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和思想家帕斯卡發(fā)明加法機,這是人類歷史上第一臺機械式計算機,其原理對后來的計算機械產(chǎn)生了持久的影響。
帕斯卡從加法機的成功中得出結(jié)論:人的某些思維過程與機械過程沒有差別,因此可以設(shè)想用機械模擬人的思維活動。
1971年瑞士人沃斯把自己發(fā)明的高級語言命名為Pascal,以表達(dá)對帕斯卡的敬意。
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萊布尼茲乘法機
1673年,德國數(shù)學(xué)家萊布尼茲發(fā)明乘法機,這是第一臺可以運行完整的四則運算的計算機。萊布尼茲同時還提出了“可以用機械代替人進行繁瑣重復(fù)的計算工作”的偉大思想,這一思想至今鼓舞著人們探求新的計算機。
萊布尼茲因獨立發(fā)明微積分而與牛頓齊名,并被《不列顛百科全書》列為“西方文明最偉大的人之一”。 據(jù)記載,萊布尼茲曾把自己的乘法機復(fù)制品送給康熙皇帝。
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八卦
萊布尼茲認(rèn)為,中國的八卦是最早的二進制計數(shù)法。在八卦圖的啟迪下,萊布尼茲系統(tǒng)地提出了二進制運算法則。
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巴貝奇差分機
1822年,英國數(shù)學(xué)家巴貝奇發(fā)明差分機,專門用于航海和天文計算。這是最早采用寄存器來存儲數(shù)據(jù)的計算機,體現(xiàn)了早期程序設(shè)計思想的萌芽。 第一臺差分機從設(shè)計到制造完成,花費了整整十年。它可以處理3個5位數(shù),計算精度達(dá)到6位小數(shù)。
巴貝奇是一位偉大的天才,他因為遠(yuǎn)遠(yuǎn)超前于他的時代而注定要成為一位悲劇偉人。
巴貝奇分析機采用了三個具有現(xiàn)代意義的裝置:保存數(shù)據(jù)的寄存器(齒輪式裝置);從寄存器取出數(shù)據(jù)進行運算的裝置,并且機器的乘法以累次加法來實現(xiàn);控制操作順序、選擇所需處理的數(shù)據(jù)以及輸出結(jié)果的裝置。
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赫爾曼·霍勒斯博士發(fā)明穿孔卡片,這是電腦軟件的雛形。
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赫爾曼·霍勒斯制表機
1888年,美國人赫爾曼·霍勒斯發(fā)明了制表機,它采用穿孔卡片進行數(shù)據(jù)處理,并用電氣控制技術(shù)取代了純機械裝置。
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1890年,美國人口普查全部采用了霍勒斯制表機。在1900年美國人口普查中,由于采用了制表機,全部統(tǒng)計處理工作只用了1年零7個月時間。
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從CTR到IBM
霍勒斯于1896年創(chuàng)立了制表機公司,1911年該公司并入CTR(計算制表記錄)公司,這就是著名的IBM公司的前身。1924年,托馬斯·沃森一世把CTR更名為IBM。
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二極管
1904年,英國人弗萊明發(fā)明真空電子二極管。電子管的誕生,是人類電子文明的起點。
弗萊明真空二極管的發(fā)明得益于愛迪生發(fā)現(xiàn)的“愛迪生效應(yīng)”。
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三極管
1906年,美國人德弗雷斯特發(fā)明電子三極管,并在研究中發(fā)現(xiàn),三極管可以通過級聯(lián)使放大倍數(shù)大增,這使得三極管的實用價值大大提高,從而促成了無線電通信技術(shù)的迅速發(fā)展。
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三極管的發(fā)明最初居然被指控為商業(yè)詐騙,并被法官判定為一個“毫無價值的玻璃管”。
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德弗雷斯特因發(fā)明三極管而被稱為“無線電之父”。
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朱斯的Z系列計算機
1938年,德國科學(xué)家朱斯制造出Z-1計算機,這是第一臺采用二進制的計算機。在接下來的四年中,朱斯先后研制出采用繼電器的Z-2、Z-3和Z-4。
Z-3使用了2600個繼電器,它在1944年美軍對柏林進行的空襲中被炸毀。
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“巨人”計算機
1943年,英國科學(xué)家研制成功第一臺“巨人”計算機,專門用于破譯德軍密碼。“巨人”算不上真正的數(shù)字電子計算機,但在繼電器計算機與現(xiàn)代電子計算機之間起到了橋梁作用。
第一臺“巨人”有1500個電子管,5個處理器并行工作,每個處理器每秒處理5000個字母。二戰(zhàn)期間共有10臺“巨人”在英軍服役,平均每小時破譯11份德軍情報。
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艾肯研制MARK-1的靈感來自一個世紀(jì)以前巴貝奇留下的思想精華。
艾肯的MARK—I 1944年,美國科學(xué)家艾肯在IBM的支持下,研制成功機電式計算機MARK-I。這是世界上最早的通用型自動機電式計算機之一,它取消了齒輪傳動裝置,以穿孔紙帶傳送指令。
MARK-1外殼用鋼和玻璃制成,長15米,高2.4米,自重31.5噸,使用了15萬個元件和800公里電線,每分鐘進行200次運算。
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