從起點來思考:計算機的誕生和發展

2021-01-08 森中小小樹

我們口中的電腦,最初是稱為「計算機」的,因為本來就是為了計算而設計的。

人類從零走到現代計算機,這一過程究竟走得有多困難?

最早的計算工具,我們可以推測是人類自己的雙手。在原始社會,進化到了結繩、壘石。春秋戰國變為算籌,就是一根根同樣長短、粗細的小棍子,結合縱橫擺法來計算。等到了唐代末期,現在還可見的,經典的算盤就出現了。

不過,計算工具後期的發展,主要還是在外國。十七世紀,西方便逐漸出現了計算尺、齒輪式加法器、能進行四則運算的機械式計算機等。等到了近代,開始出現差分機、分析機。

直到1946年2月14日,在美國誕生第一臺電子計算機:ENIAC。不過,想像得到,初代產品總是很誇張的。這個初代電子計算機有多誇張呢?佔地160平,重30噸,需要功率150KW,17000多個電子管。不過,這時的計算器,還是只能每秒完成5000次加法,不能儲存,使用著十進位,且在機外用線路連接的方法來編排程序。

1952年,才有了第一臺「存儲式」計算機:EDVAC,速度是ENIAC的240倍。這時它的佔地縮減到了45.5平方米,重量降到了7.8噸,功率為56KW,採用了二進位,是一臺馮諾依曼結構的計算機了。

什麼是馮·諾依曼結構呢?是一種將程序指令存儲器和數據存儲器合併在一起的存儲器結構。具體則是指馮·諾依曼提出的計算機製造的三個基本原則:採用二進位邏輯、程序存儲執行以及計算機由五個部分組成(運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備)。

馮·諾伊曼

仔細想一下,現在的計算機都符合馮諾依曼結構,對不對?

有馮·諾依曼結構的理論基礎,隨著硬體的發展。如電子管變成電晶體,再到集成電路,最後到大規模和超大規模集成電路計算機,計算機的應用領域由軍事,擴大到工業,逐漸到了現在的個人。

計算機的整體發展趨勢也顯而易見:體積變小、性能提高、速度提高。

至此,是不是差點要忘了人類那些老古董計算工具了?甚至叫「電腦」習慣後,可能會逐漸忘掉「計算機」這個叫法。因為,你拿著電腦往往不是用來計算,而是做PPT、看電影、逛網站。

可是,計算機最核心的功能,永遠是計算。因為,計算以外的所有功能都是由優秀的計算發展而來的。沒有高速的運算,它運行不了那麼多程序,何談電腦程式的多種功能?

好了,這些就是以「計算」為中心的計算機誕生和發展。希望,使用計算機時,勿忘「計算」的初心。

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