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目录

一. 手动计算机(远古时代—17世纪初)

二. 机械计算机(17世纪初—19世纪末)

三. 机电计算机(19世纪末—20世纪40年代)

四. 电子计算机(20世纪40年代—至今)  

     小时候，见过电子计算器，能很快完成计算，当时心想，计算器真是厉害，能提前存下所有数字的加减乘除结果。现在想来，很傻很天真。

      后来，吵着闹着要买小霸王学习机，最后如愿变成游戏机，经典游戏“超级玛丽”和“坦克大战”至今历历在目：

      后来，读初中，有了象征意义上的电脑课，穿着鞋套去电脑室，完全不会操作。有一次，把电脑弄死机了，吓得不轻，毫无耐心的梅老师，瞪了我一眼，直接把电源关了，然后回到他自己的电脑上，潇洒地听着任贤齐唱“让我悲也好，让我醉也好……”。那时，我知道了，电脑还能唱歌。对电脑的屏幕画面，也只有个模糊的印象：

      那时的电脑显示器，真的很丑陋，在很长一段时间内，我一直误以为，这一大坨东西就是电脑的全部。其实，它只是显示器而已，远非核心部件。

      高中以前，听到的概念都是电脑，大概是到了高中，才第一听说计算机这个名词，其实，他们就是一回事。有一次，我去一家互联网公司面试，司机指着我要去的那栋楼说: 里面都是搞电脑的有钱人。我挺诧异的，有没有钱我不知道，但那些搞计算机的互联网人，是搞电脑的吗？是修电脑的吗？

      广义上讲，上面提到的电子计算器、小霸王学习机和初中见到的那些电脑，都是计算机。你现在拿在手上用于阅读的手机，也是计算机。总之，计算机无处不在。

      要了解计算机，就应该了解计算机的发展过程， 去探索历史上那些精彩的事件和瞬间。本文仅从宏观角度，和大家一起，浮光掠影般了解一下计算机历史。

      文中的部分图片来源于我的CSDN博客，部分来源于其他网络媒体，在此深表感谢。我们将以下图的框架来展开简述：

一. 手动计算机(远古时代—17世纪初)

      很久很久以前，女同志白天忙采集，男同志白天忙打猎，昨日猎回几只羊，今朝逮回几只兔，都需要计数，这涉及到数的表示(即下一篇文章要讲到的编码)。

      远古时代的人，也有十个手指，所以采用手指来计数，是很顺其自然的事情，这也就是十进制的来源。

      小时候，我们学习十以内数字的加减，就是用手指来计数的，来看常见的表示：

     我们来看下牛津词典对digit的解释：

     手指和数字的关系，一目了然，我们也顺便学会了digit, digital, bit(binary digit)这几个单词。

      想一下，手指计数有哪些不足？很显然，当数字变大后，手指个数就不够了。而且，古代的人，也需要吃饭睡觉， 某天逮回3只羊，用手指记录下来，吃个饭，还得保持手指计数的姿势，睡一觉后，手指松了，一切都忘了，这就尴尬了，得想其他办法。

     很自然地，不要选用手指这样的“活物”来计数，用石头吧，毕竟石头不需要吃饭睡觉：

     我找到了一个新东方的网页，介绍calculus这个单词，内容如下：

      历史渊源，原来如此。顺便地，我们又很轻松地学了与数学、医学和计算机相关的单词，下次看到calculator, calculation, 岂会陌生?

      想象一下，要把石头从北京带到深圳，该多麻烦。石头太笨重了，还是不好， 得想其他办法。

     于是，人们想到用绳子来计数：

     英语单词cord就是绳子的意思， record就是记录的意思，用绳子来记录嘛。从词源学来看，cord和record还是很有渊源的。这些单词，“总是看了不能忘”，卓依婷如是说。

     用结绳计数的人，可能会深刻理解李煜说的“剪不断，理还乱”，“别是一般滋味在心头”：

     不仅如此，绳子计数没法处理篡改的问题。昨天我从你那里借了3只兔，在绳子上打3个结，晚上回家后，我再偷偷解开其中的1个结。1个月后，我只还你2只兔子，你肯定不乐意的。这里的问题就在于， 你我双方没有可以用来核对的借条契约。

     于是，古人采用了刻痕计数，有了刻痕，双方立下契约，劈成两半，每人一份，防止单方篡改：

      上面我们提到的手指、石子、绳子和刻痕，主要用来计数，有了计数后，我们得对它进行加减乘除运算。有东西要表示，就涉及到计数，有数量需要变化，就涉及计算。

      接下来，我们简要了解一下历史上那些有名的计算方法和工具。

      中国的算筹，历史悠久。也有很多词语中包含筹，如觥筹交错，运筹帷幄等，现代管理学中还有一门“运筹学”的课程。所谓筹，就是竹子，就跟摆弄火柴棍差不多。算筹的具体算法不难，我们也无需做过多了解。图中那个挠头的人，是计算时遇到困难了吗？

      再来看算盘，估计很多人见过，我家就有这个东西，“三下五除二”貌似尽人皆知。我虽然懂算盘算法原理和步骤，但不熟练。楼下培训机构有个“珠心算课程”，曾经探头去看了一眼，不怎么火热。来看看算盘长啥样子：

      再来看纳皮尔筹，我琢磨了一下，道理很简单，本质就是“九九乘法表”，比如计算125*8，结果是1000，符合预期：

      纳皮尔这个人，发明了对数，大家在高中肯定学过。大家应该记得这个符号：logaN, 那个N不仅仅指代正整数，也指代纳皮尔名字中的N. 后来，拉普拉斯说：对数的发明，以其节省劳力，而使天文学家的寿命增加一倍。伽利略说：给我空间、时间和对数，我就能创造宇宙。

      对数的本质就是降维，把乘法除法转化为加法和减法。类似的做法是非常普遍的，傅里叶级数，傅里叶变换，拉普拉斯变换，Z变换，都是如此。以最常用的傅里叶变换为例，它把卷积运算降维为乘法运算，实现了积分向乘法的转换，使得计算复杂度大大降低，学过《信号与系统》的朋友，应该深有感悟。

      稍微多想一下，是不是很多地方都类似呢？泰勒、麦克劳林都是深谙此道的高手。“狗哥”曾在他的博客中，也用大量的篇幅描述了“降维”。

      再来看看由对数引出的滑尺计算，这个尺子是按照对数来制作的。很容易看出2*3=6，直接用尺子得到了结果，其背后的数学逻辑便是对数，log2+log3=log6, 所以2*3=6

      今年国庆节，看了核潜艇之父黄旭华老先生获得了共和国勋章奖，在他的一个视频，有一把计算尺，在那个年代，就是靠类似的计算尺完成核潜艇计算的，挺不容易，挺打动人的。  

      无论是算筹、算盘、纳皮尔筹还是滑尺，都需要人参与具体的过程，参与每个计算细节。累就一个字，我只说一次。有没有这样一个工具：输入3和4，让工具自动得到7呢？没有，那就来制造这样的自动工具吧。

二. 机械计算机(17世纪初—19世纪末)

     契克卡德是德国人， 他制作了一个计算钟，能实现自动计算，当时的工艺肯定没有下图这么精美，下图是后人做的复制品：

      对于契克卡德计算钟，我们不做详细介绍，总之，它是个机器，里面有各种零件，能完成自动计算。

     法国的帕斯卡，大家应该比较熟悉，就是搞压强的那个物理学家。著名的编程语言Pascal之名，正是取自帕斯卡，以纪念这位计算机先驱。帕斯卡自己制作了一个加法器，看着那些齿轮，真想去拧一拧：

      德国的数学家莱布尼茨，就更有名了，也是个非常自负的家伙。大学高等数学中的“牛顿-莱布尼茨”公式，应该熟悉吧。还有莱布尼茨对于交错级数是否发散的判定方法，更是绝佳的思维。他敢跟牛爵爷叫板，还是有几把刷子的。另外，据说，莱布尼茨是受了中国阴阳太极哲学的启发，发明了二进制(下一篇文章会讲到)，这是现代计算机计算的基础。莱布尼茨当时做了个机器，能做乘法：

     在计算机发展史上，上面都是铺垫，直到巴贝奇差分机，才有了一些现代计算机理念的感觉。我们今天无需对巴贝奇差分机做详细了解和介绍，但作为现代计算机的鼻祖，巴贝奇为计算机奋斗一生的精神，一直鼓励着很多人。来看下巴贝奇差分机：

      巴贝奇分析机更是思维超前，虽然最终没有实际制造出来，但闪烁着天才般的智慧和火花，很多理念与现代计算机原理非常相似，来看下巴贝奇分析机模型：

      巴贝奇带着遗憾离开了人世，但给后人留下了宝贵的遗产。1832年，17岁的Ada参观了巴贝奇的差分机，并为之深深着迷。在巴贝奇去世后，Ada继续发扬光大巴贝奇的工作，为机器编程。Ada被认为是计算机历史上的第一个程序员，是个女程序员哈。美国国防部曾经花了10年时间研发了一种编程语言，在命名时，他们想到了Ada, 并以此命名，这就是Ada语言。Ada的父亲，是英国著名诗人拜伦，可曾记得他那经典的话：命运要我去流浪的地方还不少，去时还带着多少可叹的记忆；但我唯一的慰藉是我知道：最不幸的遭遇也不足为奇。

      扯远了，回归正题。可以看到，在机械计算机时代，人们用各种方式来制造精巧的机器，让机器完成简单的计算，这是很大的飞跃， 因为它把人从具体的计算过程中解放出来了。以计算3+4=7为例， 人只需要关注输入的3和4，以及输出的结果7就可以了，具体的计算过程，由机器完成。

三. 机电计算机(19世纪末—20世纪40年代)

     机械和机电的差别，从名字上就可以看出来。我们之前介绍的机械设备，都不是用电来驱动的。自18世纪中叶以来，物理学中的电学蓬勃发展，一些机器开始可以用电来驱动了。

     美国宪法中这样一条规定：每10年需要做一次人口普通。1880的人口普查，花了7年的时间才得到结果。这就尴尬了，3年后，也就是1890年，还得再次普查。想一下，随着美国人口越来越多，会出现怎样的问题：前一轮还没普查完毕，后一轮又要开始了。

     于是，他们开始想办法，尽量实现自动化，霍尔瑞斯发明的制表机，在众多方案中脱颖而出：

     1890年的人口普查数据，是1880年的两倍，但总共却只耗时2年左右。当时，霍尔瑞斯的制表机并没有选择二进制，原因是：二进转换困难，二进制机器制作困难(下一篇文章将会讲二进制)。

      人口普查后，霍尔瑞斯名声大振。在1896年，他开了个制表机公司。后来在1924年，公司改名为IBM,  响当当的名字，快100年了，IBM在每个时代节点，几乎都不落伍。有个师兄，在IBM工作，据说很高大上。

      在第二次世界大战中，各国基于军事需要，大力投入了计算机的研究，但是，德国似乎不怎么看好计算机，希特勒更相信武器本身的威力。

      祖斯(也有书翻译为楚泽)，是德国著名的计算机先驱，在1935-1945这十年左右的时间，先后建成了Z1/Z2/Z3/Z4计算机，这些计算机时运不济，命途多舛，要么不被重用，要么被战火吞噬。

     祖斯的Z1/Z2/Z3/Z4都很有创造性，比如，Z1验证了机器计算的可行性， Z2是第一台电磁式计算机， Z3可以用二进制控制，Z4能用穿孔纸袋输入和打印输出，甚至是处理条件分支。今天，我们很难再看到有关Z1/Z2/Z3/Z4的介绍了，在被历史尘封之前，让我们来看一眼Z1复制机的容颜：

      在第二次世界大战中，德国不怎么重视计算机， 但美国就不一样了，各类计算机相关的研究如火如荼地进行。

      史蒂比兹在自己的厨房，用二进制做实验，验证了二进制的可行性。我们在很多书上能看到Model K, 这个K就是kitchen，也就是厨房的意思，他老婆取名Model K. 实际上，他捣鼓的就是下面这个小实验(后面文章中，我们也会做类似的实验)：

    贝尔实验室的Model是一个系列，有很多不同的机型，比如Model I, 能完成远程通信，毕竟电话与通信是贝尔实验室的强项。这也为后来计算机网络的发展，奠定了关键的基础。关于Model系列，就不再介绍了。

     哈佛大学也不甘落后，与IBM合作，制作了哈佛Mark系列，不过其总设计师艾肯却宣称哈佛Mark I是他一个人搞起来的，IBM的小沃森自然很恼火，最终不得不分道扬镳。来看下哈佛Mark机型之一：

     哈佛Mark II是当时最大的继电器是计算机，有13000多个继电器。我们来看看继电器长啥样(读初三时，已经学过了，继电器的原理)：

     1947年9月9日，那是一个秋季的九九艳阳天，一个蛾子飞进了哈佛Mark II的一个继电器，导致继电器失效，机器无法正常工作，这就是历史上有名的bug事件，来看看柯林斯词典对于bug的解释：

     在如今的软件开发中，大家常说的软件bug, 就是指软件有问题、缺陷或者漏洞，实际上，说的就是1947年的那只该死的蛾子。

四. 电子计算机(20世纪40年代—至今)  

     继电器虽然可以用来做计算机零件，但并不完美，它是机械的，反复移动，容易断裂，而且速度还很慢。于是出现了电子管(也称真空管)，继电器能做的二进制功能逻辑，电子管都能做， 而且速度更快，快1000倍。来看看电子管长啥样：

      当时，很多机电计算机由继电器构成，但到了1945年，电子管计算机基本上取代了机电计算机，来看看电子管计算机：

      线路乱七八糟，操作计算机的方式就是插电线， 拔电线。那个时候的操作员，相当于我们今天的程序员，都是“编程”，操作计算机。不同之处是，那时候的操作工作很繁琐，需要耐心， 有很多女孩子加入其中，这样一来，男孩子也不愁找不到女朋友了。不像今天，程序员找个女朋友，费劲得很，可能是因为女程序员太少了。

      电子管计算机固然快，但很昂贵，而且了解“爱迪生效应”的朋友，应该知道，电子管工作的时候，容易发热，动不动就被烧坏，这对于稳定性来说，是致命的。你好不容易写好一篇公众号文章，结果某个电子管烧坏了，整个计算机失灵，文章丢失，你要骂娘的。

      鉴于电子管的缺点，人们开始研究新的器材。1947年，晶体管诞生了，学过模拟电路的朋友，应该很熟悉这个东西。来看下晶体管外形：

      1956年，肖克利等人因为发明了晶体管而获得了诺贝尔物理学奖，当之无愧，晶体管改变了世界。肖克利本人名利双收，但想搞更多的钱，于是开始开公司，可是他属于那种智商很高，情商不咋地的人。肖克利手下的八个人，先后离开了他。肖克利自然不满，给这八个人扣了一个大帽子，即“八叛逆(The Traitorous Eight)”，来看下这八个大牛：

      1957年，这八个人接受一家公司资助，成立了后来很有名的仙童半导体公司，上图的的字母F, 就是Fairchild, 意思就是仙童，学电子电路的朋友，应该基本都听说过这个公司，它被誉为是硅谷的西点军校，乔布斯就曾将其比作成熟的蒲公英，只要风一吹，其创新的精神，就像蒲公英的种子那样，四处飞扬，生根发芽。

      然而，天下没有不散的筵席，他们后来又陆续离开了仙童半导体公司，进行新的创业，于是有了现在的Intel和AMD, 是不是很熟悉?  大家电脑中的CPU, 基本都是这两家的搞出来的。这里顺便说一下，摩尔是Intel的创始人之一，他提出了著名的摩尔定律，至今仍有效，并支配着硬件的发展。

      貌似扯远了，让我们来继续看当时的晶体管计算机：

      可以看到，尽管晶体管使计算机简化了很大，但图中的计算机仍然是庞然大物， 还能继续进行压缩压缩再压缩吗？得想想其他出路了。

     1958年，就职于德州仪器公司的杰克基尔比，发出这样的疑问：为什么不在一块硅片上，制造多个晶体管和电子元件呢？这就是集成电路。1959年，肖克利八弟子之一的罗伯特诺依斯(Intel创始人之一)， 也想到了同样的方法。他们后来为谁先发明集成电路而争论不休，现在普遍的观点是：他们独立发明了集成电路，可以说都是集成电路之父。

     说到罗伯特诺依斯，背诵过乔布斯“Stay Hungry, Stay Foolish”的朋友应该记得，当年乔布斯被赶出苹果公司后，曾去找过罗伯特诺依斯和HP创始人之一的戴维帕卡德，估计是在一起喝喝酒，吐吐槽。

     还是来看下集成电路芯片吧：

      然而，这种集成度还远远不够，能不能在更小的芯片上集成更多的晶体管和电子元件呢？当然可以，这就是大规模和超大规模集成电路。

      一块芯片，指甲那么大，居然集成了上亿个晶体管和电子器件，而且还要能正常稳定工作，每每想到此，就有种不寒而栗的感觉。当年占据整个房间大小的计算机，如今竟然被集成得这么小， 而且功能远远超过当时的计算机。这背后是数学、物理、化学、微电子学、电磁学、光学和量子力学等学科的功劳。难怪华为任总说：搞芯片，砸钱是不行的，要砸数学家，物理学家和化学家。

      曾经在一次面试中，面试官问：怎么证明你对科研有兴趣？我说我经常看《半导体物理》杂志，然后双方又就纳米技术blabla了一番。我现在做着跟当时专业基本无关的东西，回想起自己学过的电子通信方面的知识，还是能唤起心中的涟漪。

      曾经在知乎上看到一个问题：为什么硬件工程师的工资，整体不如软件工程师？里面给了一些很现实的原因，我觉得很有道理。虽然我现在不做硬件了，但心中始终有些硬件的情怀，拿着一个单片机开发板，就有种莫名的兴奋，看到FPGA板子，一定要去摸一下，买到了树莓派，玩得不亦乐乎。那些执着在硬件行业，执着于国产芯片研发的公司和人员，值得我们尊敬。我也始终相信，国产芯片必有出头之日，也必须要这样。老东家，好样的

     讲到这里，似乎把计算机发展简史叙述了一遍，但仅仅是从计算机硬件角度进行的，并不是计算机发展历史的全部，甚至只是冰山一角。

     从计算机科学上看，居然没有讲到计算机科学之父—阿兰图灵，没有讲到现代计算机之父—冯诺依曼，没有讲到信息论之父—克劳德香农。

     从计算机型号上看，居然没有讲到ABC计算机，没有讲到ENIAC计算机, 没有讲到EDVAC计算机。

     从计算机公司上看，居然没有讲到乔布斯创建的苹果，没有讲到比尔盖茨创建的微软，没有讲到坦福大学一对夫妇创建的思科。

     从计算机整体上看，居然没有讲到软件发展，没有讲到操作系统，没有讲到Windows和Linux，没有讲到编译器和各种编程语言。

     对了，连计算机网络这么的重要东西，也没有讲到。所以这篇文章是不完整的，也不可能在一篇文章中把所有的东西介绍完毕。有兴趣的朋友，可以去看一些书籍，了解更多精彩纷呈的计算机发展史料。我曾看过的计算机发展相关书籍和博文内容，主要如下:

1.《计算机: 一部历史》

2.《软件工程通史: 1930-2019》

3.《编码: 隐匿在计算机软硬件背后的语言》

4.《穿越计算机的迷雾》

5.《浪潮之巅》

6.《计算机文化》

7.《硅谷之火》

8.《信息简史》

9.  简书“逸之”系列:

https://www.jianshu.com/u/af8d5ddcb7c5

      如果大家有好书，也请帮忙推荐给我。关于计算机发展的历史，先聊到这里了，我们下次见。