ch02计算机史前史

计算机硬件史前史

计算机史前史1946年以前的世界 1946年以前的世界

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1. 算盘时代算筹——它是中国古代普遍采用的一种计算 算筹——它是中国古代普遍采用的一种计算 工具。算筹不仅可以替代手指来帮助计数， 工具。算筹不仅可以替代手指来帮助计数， 而且能做加减乘除等数学运算。 而且能做加减乘除等数学运算。 中国古代数学家正是以“算筹计算机” 中国古代数学家正是以“算筹计算机”为工 运筹帷幄，殚精竭虑， 具，运筹帷幄，殚精竭虑，写下了数学史上 光辉的一页。 光辉的一页。

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1. 算盘时代祖冲之(公元 祖冲之(公元 429~500年) 429~500年)借助算筹作为计 算工具， 成功地 将圆周率π 将圆周率π值计算 到小数点后的第7 到小数点后的第7 位，比法国数学 家韦达的相同成 就早了1100多年。 就早了1100多年。

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2. 算盘时代算盘 通过“口诀” 通过“口诀”即“算法”进行快速运算。 算法” 其特点是：通过手动完成从低位到高位的数字 传送(十进位传送),数字由算珠的数量表示， 数位则由算珠的位置来确定，执行运算就是按 照一定的规则移动算珠的位置。

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2.机械时代——机械(契克卡德)计算机 .机械时代 机械( 卡德) 1623年 契克卡德( 1623年，契克卡德(W. Schickard) Schickard)为开普勒(Kepler)制作了一种机械计算机。 为开普勒(Kepler)制作了一种机械计算机。 契克卡德计算机能做6位数加减法， 契克卡德计算机能做6位数加减法，或许设置 了某种“溢出”响铃装置； 了某种“溢出”响铃装置；机器上部附加一套 圆柱型“纳皮尔算筹” 圆柱型“纳皮尔算筹”,因此也能进行乘除运 算。

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2.机械时代——机械加法器 .机械时代

1642至1643年， 1642至1643年，法国人帕斯卡(Blaise ( Pascal)为了帮助做收税员的父亲，他就发 Pascal)为了帮助做收税员的父亲，他就发 明了一个用齿轮运作的加法器。这个 “Pascalene” 有八个可动的刻度盘，最 Pascalene” 多可把八位长的数字加起来。

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帕斯卡小传布莱斯·帕斯卡，1623年 法国人。 布莱斯·帕斯卡，1623年，法国人。 三岁丧母，八岁随父迁居巴黎。 三岁丧母，八岁随父迁居巴黎。12岁独自发现了 “三角形的内角和等于 12岁独自发现了 180度 180度”后，开始师从父亲学习数学。 开始师从父亲学习数学。 1639年 帕斯卡撰写论文《 1639年，帕斯卡撰写论文《论圆锥曲 数学家德札尔格 德札尔格把这个曲线命名 线》,数学家德札尔格把这个曲线命名 帕斯卡神秘六线形” 为 “帕斯卡神秘六线形”,并亲自担任 了帕斯卡的教师。 了帕斯卡的教师。 帕斯卡还发明了注射器 改进了气压计 注射器， 气压计，

帕斯卡还发明了注射器， 改进了气压计， 创造出水压机 水压机。 创造出水压机。

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帕斯卡小传文笔优美的科学文章和散文 文笔优美的科学文章和散文在法国极 散文在法国极 负盛名。 负盛名。 1662年英年早逝 死时年仅39岁 1662年英年早逝，死时年仅39岁。 年英年早逝，

国际单位制规定“压强”单位为 国际单位制规定“压强”单位为 帕斯卡” “帕斯卡”,是因为他率先提出了描 述液体压强性质的“帕斯卡定律” 述液体压强性质的“帕斯卡定律” 。 1971年面世的 1971年面世的PASCAL语言，也 年面世的PASCAL语言 语言， 是为了纪念这位先驱， 是为了纪念这位先驱，

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2.机械时代——乘法器 .机械时代

莱布尼茨——乘法器 莱布尼茨——乘法器，约1米长， 乘法器， 米长，内部安装了一系列齿轮机构，基本原理继承 内部安装了一系列齿轮机构， 于帕斯卡。 于帕斯卡。 步进轮”的装置。 增添了 “步进轮”的装置。步进轮是一个 个齿的长圆柱体， 有9个齿的长圆柱体，9个齿依次分布于圆 柱表面； 柱表面；旁边另有个小齿轮可以沿着轴向移 以便逐次与步进轮啮合。 动，以便逐次与步进轮啮合。每当小齿轮转 动一圈， 动一圈，步进轮可根据它与小齿轮啮合的齿 分别转动1/10、2/10圈……, 数，分别转动1/10、2/10圈……,直到 9/10圈 这样一来， 9/10圈，这样一来，它就能够连续重复地 做加减法，在转动手柄的过程中， 做加减法，在转动手柄的过程中，使这种重 复加减转变为乘除运算。 复加减转变为乘除运算。

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莱布尼茨公元1700年左右 公元1700年左右，莱布 年左右， 尼茨从一位友人送给他的 中国“易图” 八卦) 中国“易图”(八卦)里 受到启发， 受到启发，最终悟出了二 进制数之真谛。 进制数之真谛。虽然莱布 尼茨的乘法器仍然采用十 进制， 进制，但他率先为计算机 的设计，系统提出了二进 的设计，系统提出了二进 制的运算法则。 制的运算法则。在著名的 不列颠百科全书》 《不列颠百科全书》里， 莱布尼茨被称为“ 莱布尼茨被称为“西方文 明最伟大的人物之一” 明最伟大的人物之一”。

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2.机械时代—— .机械时代

1847 至1849年Babbage完作二 1849年Babbage完作二 十一幅差分机改良版的构图，可以 操作第七阶相差(7th 操作第七阶相差(7th order) 相差 及31 位数宇。但因没有人赞助， 所以这台机器并没有完成。

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编织机编织程序提花编织机具有一种升降纱线的装置， 提花编织机具有一种升降纱线的装置，能编 织图案花纹绸布。 织图案花纹绸布。 西汉年间的纺织工匠已能熟练掌握提花机技 机器配置了120根经线 平均60天即 根经

线， 术，机器配置了120根经线，平均60天即 可织成一匹花布. 可织成一匹花布. 花布都是用经线(纵向线)和纬线(横向线) 花布都是用经线(纵向线)和纬线(横向线) 编织，若要织出花样， 编织，若要织出花样，织工必须按照预先设 计的图案，在用人手在适当位置反复“ 计的图案，在用人手在适当位置反复“提” 起一部分经线，以便让滑梭牵引着不同颜色 起一部分经线，以便让滑梭牵引着不同颜色 通过， 的纬线通过 的纬线通过，

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提花编织机(中国) 提花编织机(中国)

布乔( Bouchon) 法国) 布乔(B. Bouchon)(法国)

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穿孔纸带1725年，法国纺织机械师布乔(B. 1725年，法国纺织机械师布乔(B. Bouchon) Bouchon)想出了 “穿孔纸带” 。 穿孔纸带”首先设法用一排编织针控制所有的经线运动 首先设法用一排编织针控制所有的经线运动 然后取来一卷纸带，根据图案打出一排排小 然后取来一卷纸带，根据图案打出一排排小 孔，并把它压在编织针上 ，并把它压在编织针上 启动机器后，正对着小孔的编织针能穿过去 启动机器后，正对着小孔的编织针能穿过去 钩起经线，其它则被纸带挡住不动。 布乔的“思想”“传递” 布乔的“思想”“传递”给了编织机，编织 图案的“程序”也就“储存” 图案的“程序”也就“储存”在穿孔纸带的 小孔之中。

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杰卡德(J.Jacquard) 杰卡德(J.Jacquard)1801:法国机械师，完成了“ 1801:法国机械师，完成了“自动提花编 织机”的设计制作。 织机”的设计制作。杰卡德在1790年就基本形成了自动提花机设 杰卡德在1790年就基本形成了自动提花机设 计构想，参加法国大革命，直到19世纪到来之 计构想，参加法国大革命，直到19世纪到来之 杰卡德的机器才得以组装完成。 后，杰卡德的机器才得以组装完成。

杰卡德的机器遭到织工们的强烈反对，因为 杰卡德的机器遭到织工们的强烈反对， 他们害怕机器会砸掉他们的饭碗。 他们害怕机器会砸掉他们的饭碗。 自动编织机被人们普遍接受， 自动编织机被人们普遍接受，还派生出一种 新的职业——打孔工人 新的职业——打孔工人可以视为最早的“程序录入员” 可以视为最早的“程序录入员”。

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编织机打孔机

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2.机械时代——Babbage .机械时代

杰卡德提花机奏响了机器 自动化的序曲 巴贝奇(Babbage)对杰卡 巴贝奇(Babbage)对杰卡 德提花机， 德提花机，特别是对穿孔 卡片控制机器运转的天才 设计十分神往。 设计十分神往。 巴贝奇的第一个目标是制 作一台“差分机” 作一台“差分机”。

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Babbage1820:创建剑桥大学分析学会； 1820:创建剑桥大学分析

学会； 1827:出版了从1 108000的对数表 1827:出版了从1到108000的对数表； 的对数表； 1831:领导建立英国科学进步协会； 1831:领导建立英国科学进步协会； 1832:出版《机械制造经济学》; 1832:出版《机械制造经济学》; 1834:创立伦敦统计学会； 1834:创立伦敦统计学会； 1864:出版《一个哲学家的生命历程》。 1864:出版《一个哲学家的生命历程》。 发明——铁路排障器 功率计； 铁路排障器； 发明——铁路排障器；功率计；统一邮 资规范；格林威治时间信号； 资规范；格林威治时间信号；日光摄影 光学望远镜等等。 光学望远镜等等。

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2.机械时代——差分机 .机械时代

Babbage1822年开始设计及 1822年开始设计及 1832年制造差分机。 1832年制造差分机。 用蒸气激活的而且体 积十分庞大， 有一贮存程序，可以 进行计算并把结果自 动地印出来。 可以计算平方表及函 数数值表。

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2.机械时代——分析机 .机械时代

Babbage——1833至1835年设计分析机 Babbage——1833至1835年设计分析机

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