帕斯卡-pascal-莱布尼茨

计算机是怎样被发明出来的，我们中国人在这场发明中起到了哪些作用？

文昌笔记
2017-03-21
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自从1946年世界第一台计算机ENIAC问世到现在已历经了70多年，它已经彻底改变了我们的生活。计算机是怎样被发明出来的，我们中国人在这场发明中又起到了哪些作用？
发明这种机器的初衷是用它来做计算工具。人类最早的计算工具是手指。巫师掐指一算占卜未来，用的就是手指。后来人们用石头计算捕获的猎物，石头就是他们的计算工具。绳结木棍也曾经被用来做计数工具。中国北宋发明了算盘，用算盘计算称珠算，人们总结出许多计算口诀，依口诀，上下拨动算珠，进行计算。我母亲工作用算盘，就像我现在工作用电脑一样。
15世纪以后，随着天文、航海的发展，计算工作日趋繁重，迫切需要探求新的计算方法并改进计算工具。英国数学家纳皮尔（J.Napier）最早创立了对数概念，利用对数可以将乘方、开放运算化为乘除运算，将乘除运算化为加减运算。纳皮尔在他所著的书本里还介绍一种新的数字运算工具，既是后来被人们称为“纳皮尔计算尺”的计算工具。经过两百年的发展，于18世纪末，大名鼎鼎的蒸汽机发明家瓦特，成功地制出了第一把名副其实的计算尺。瓦特原来是一位仪表匠，他的蒸汽机工厂投产后，需要迅速计算蒸汽机的功率和气缸体积。瓦特设计的计算尺，在尺座上多了一个滑标，用来“存储”计算的中间结果，这种滑标很长时间被后人所沿用。上个世纪七十年代末，高中生的文具盒里还能见到计算尺。
第一台真正机械计算机是法国数学家帕斯卡 （B.Pascal）发明的，也叫加法机。帕斯卡1623年出生在法国一个数学家家庭，三岁丧母，由担任着税务官的父亲拉扯成人。从小，他就显示出对科学研究浓厚的兴趣。为了减轻父亲税务税款计算的麻烦，少年帕斯历时三年亲手制作了一台可以计算税款的机器，那一年他19岁。这台加法机是利用齿轮传动原理，通过手工操作来实现加、减运算的。机器中有一组轮子，每个轮子上刻着从0到9的10个数字。右边第一轮子上的数字表示个位数字，第二个轮子上的数字表示十位数字，依此类推。在两数相加时，先在加法机的轮子上拔出第一个数，再按照第二个数在相应的轮子上转动对应的数字，最后就会得到这两个数的和。如果某一位两个数字之和超过了10，加法机就会自动地通过齿进位。某一位的小轮转动了10个数字后，才迫使下一个小轮正好转动一个数字。计算所得的结果在加法机面板上的读数窗上显示，计算结束要把轮子逐个恢复到零位。帕斯卡发明成功后，一连制作了50台“帕斯卡加法器”，据说在中国的故宫博物院还保留着一台。 打开百度App，看更多图片 计算机领域的后来者，不会忘记帕斯卡在浑沌的计算机世界里点燃的亮光。1971年由瑞士Niklaus Wirth教授设计的编程语言──PASCAL语言，以帕斯卡命名来纪念这位先驱，使他的英名长留计算机时代里。我上大学学过这门课，过去快三十年，语法早已忘得烟消云散，但是PASCAL的大名永远留在了记忆里。物理界一个关于液体压强的“帕斯卡定律”是纪念他在物理学界做出的贡献。

帕斯卡英年早逝，死时年仅39岁，逝世后不久，有一个被《不列颠百科全书》称为“西方文明最伟大的人物之一”的人将机械计算机发扬光大。他就是德国大数学家莱布尼茨（G.Leibnitz）。这个名字同学们应该不陌生，他发明了微积分，沿用至今的微积分符号“∫”就是他启用的。帕斯卡的计算机只能做加减运算，遇到乘除运算只能用连加或连减的方法来解决，使用时要记住加减的次数，很不方便。莱布尼茨的计算机，加、减、乘、除四则运算一应俱全，适用方便。约有1米长，内部安装了一系列齿轮机构，除了体积较大之外，基本原理继承于帕斯卡。他为计算机增添了一种名叫“步进轮”的装置，步进轮是一个有9个齿的长圆柱体，9个齿依次分布于圆柱表面；旁边另有个小齿轮可以沿着轴向移动，以便逐次与步进轮啮合。每当小齿轮转动一圈，步进轮可根据它与小齿轮啮合的齿数，分别转动1/10、2/10圈……，直到9/10圈，这样一来，它就能够连续重复地做加法。随后他又为计算机提出了“二进制”数的设计思路，这一思想一直沿用至今。

帕斯卡的计算机经由莱布尼茨改进之后，人们又给它装上电动机以驱动机器工作，成为名符其实的“电动计算机”，并且一直使用到本世纪20年代，为人类服务了300年才退出舞台。尽管帕斯卡与莱布尼茨的发明还不是现代意义上的计算机，但它们是透出人类计算机史上的第一抹曙光。