计算工具的发展简史
计算工具发展简史
计算工具发展简史张郭男北大哲学系2010级********************从最早有实物见证的计算工具-----算筹，到现在以快速，高效，智能，大容量存储，多媒体再现，网络共享和自动化处理为特点的功能强大的现代计算机的出现，计算工具已由人类手的延伸发展到脑的延伸，人类的信息处理技术发生了质的飞跃，走过了一条不平凡的路。
一个个激动人心的里程碑耸立在路旁，标记着当时人们的成就。
最早有实物见证的计算工具是诞生于中国的算筹，根据史书的记载和考古材料的发现，古代的算筹实际上是一根根同样长短和粗细的竹制小棍子，可以看做是它的硬件，而它的摆法便是其软件了。
由于它在运算时使用十进位制，又使其成为当时世界上最先进的软件运算系统，这个传统在相当程度上使中国古代的数学水平长期领先于其他民族。
后来算盘也被发明，成为西方计算工具传入前中国人计数的主要工具，两千余年的实践中算盘的计算口诀也发展到极成熟的地步，乃至一个熟练的使用算盘的会计有时可以在速度上击败使用计算器的工人，也就是说通过操纵者的熟练可以使运算速度达到惊人的水平。
这样的优势使中国的计算工具长期没有向西方的自动计算的，现代的方向发展，而是近于停滞不前。
而到了1642年，西方在计算工具方面取得了进展，第一台机械计算器-------加法器由19岁的帕斯卡制作成功。
加分器是对中国算盘式的主要凭借操纵者素质提高来提高运算速度的计算机模式的一个突破，它第一次确立了计算机器的概念。
后来，德国数学家莱布尼兹对加法器加以改良，发明了可以做乘除运算的计算器。
人类的计算工具开始趋向于自动化，现代计算机的出现于是具有了可能。
但加法器和乘法器的出现只是提供了一种不同于中国算盘的思路，创造出真正意义上的现代计算机还需时日。
下一个在人类计算工具发展历史上留下痕迹的，是巴贝奇设计的差分机。
1822年差分机的模型出现，"这台机器不论在可能完成的计算范围、简便程度以及可靠性与精确度方面，或者是计算时完全不用人参与这方面，都超过了以前的机器。
计算工具的演变与发展
计算工具的演变与发展计算工具是计算时所用的器具或辅助计算的实物。
人们从数学产生之日，便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。
因此，计算和计算工具是息息相关的。
中国古代的数学是一种计算数学，当时的人创造了许多独特的计算工具及与工具有关的计算方法。
早在公元前5世纪,中国人已开始用算筹作为计算工具，并在公元前3世纪得到普遍的采用，一直沿用了两千年。
后来，人们发明了算盘，并在15世纪得到普遍采用，取代了算筹。
它是在算筹基础上发明的，不但比算筹更加方便实用，把算法口诀化，从而加快了计算速度，还对人类有较强的数学教育功能，因此源用至今，并流传到海外，成为一种国际性的计算工具。
近代的科学发展促进了计算工具的发展,在1671年，发明了一种能作四则运算的手摇计算器，是长1米的大盒子。
此后，由于电力技术有了很大的发展，电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。
现在，电子计算器的功能已不止是一种计算工具，它已渗入了人类的活动领域，并改变着整个社会的面貌，使人类社会迈入一个新的阶段。
一、算筹算筹是我国古代的计算工具。
「筹」即小竹棍或小木棍(也有用骨或金属材料制成的)，古人用它来进行计算，称为筹算。
用筹算来记数和四则运算很可能在西周时期已经开始了，一直沿用至元代末年。
当时的人还能把十进制值制贯穿于筹算之中，凭借十进制值制，把筹算作纵横布置，就可以表示出任意自然数，同时还懂得用空位表示零，使位值完备。
使用算筹进行数值运算，称为筹算法。
算筹的最大进步在于设定了数字表示法。
一根小木条表示1,4以下的数字是用木条的数目表示，而到了5，则将木条摆放的方向旋转90度，从而又用一根木条表示了5。
算筹还有位数之分。
表示1、2、3等，只要竖着摆上相应的木条数即可；而到了6、7、8等，则是将一根本条转90度（即横过来）表示5，再加上下方竖摆着的1、2、3根木条来表示即成。
到了十位，则是用横摆的1、2、3根木条来表示10、20、30等；而到了60、70、80等，则要先将一根转动90度（即竖起来）表示50，再加上下方横摆的1、2、3根木条来表示。
计算工具的发展史
•计算工具的发展史
•1动式计算工具
人类最初用手指进行计算。
人有两只手，十个手指头，所以，自然而然地习惯用手指记数并采用十进制记数法。
用手指进行计算虽然很方便，但计算范围有限，计算结果也无法存储。
2、机械式计算工具
17世纪，欧洲出现了利用齿轮技术的计算工具。
1642年，法国数学家帕斯卡（Blaise Pascal）发明了帕斯卡加法器，这是人类历史上第一台机械式计算工具，其原理对后来的计算工具产生了持久的影响。
3、机电式计算机
1886年，美国统计学家赫尔曼·霍勒瑞斯（Herman Hollerith）借鉴了雅各织布机的穿孔卡原理，用穿孔卡片存储数据，采用机电技术取代了纯机械装置，制造了第一台可以自动进行加减四则运算、累计存档、制作报表的制表机，
4、电子计算机
1939年，美国依阿华州大学数学物理学教授约翰·阿塔纳索夫和他的研究生贝利一起研制了一台称为ABC的电子计算机。
由于经费的限制，他们只研制了一个能够求解包含30个未知数的线性代数方程组的样机。
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计算工具的发展简史
计算工具的发展简史
计算是一种将模式和数据结合在一起，以解决问题的技术。
它有着悠
久的历史，追溯到古代文明的时代，在这些文明中，人们都在尝试数字的
使用方法，以完成计算任务。
计算工具，也称为计算器，可以更方便地进行计算，节省时间和精力。
历史上最早的计算工具是在3000年前发明的算盘，它在古代中东地区广
泛使用，曾经在商业交易和税收统计过程中发挥过重要作用。
古罗马人使用石算盘，根据已知的数字来计算出新的结果，它可用来
计算各种金融及税收问题，可以说石算盘是古罗马开发出来解决计算问题
的第一种机械计算工具。
16世纪之后，欧洲应运而生了一种叫做计算机的新工具，它有助于
准确地计算金融数据，并帮助建立海关和税收系统。
由于计算机的准确性
和速度，它变得越来越受欢迎。
19世纪以后，计算工具又进入了一个新的阶段。
随着计算机的发展
和应用，机器计算机也得以发明。
机器计算机主要由计算机、内存、输入
/输出组件和控制装置组成，可以更高效地处理数据，也可以在有限的时
间内处理更多的数据。
20世纪初，出现了电子计算机，它以比机械计算机更快的速度运算，同时也更节省空间。
计算机和算力发展历程
计算机和算力发展历程自古以来，人类就一直在寻求高效计算方法以解决各种问题。
从古代的算盘、筹算，到现代的计算机，计算工具的不断发展见证了我们文明的发展历程。
本文将简要回顾计算机和算力发展的历程，探讨计算技术如何推动人类社会进步。
一、古代计算工具1.算盘：算盘起源于中国古代，距今已有两千多年的历史。
它是一种机械式的计算工具，通过珠子的移动来进行计算。
算盘在世界各地得到了广泛应用，尤其在商业和数学领域。
2.筹算：筹算是中国古代另一种计算方法，它采用竹筹作为计算工具。
筹算在古代中国数学家如张丘建、秦九韶等人的研究中得到了广泛应用，为后来的计算机发展奠定了基础。
二、近代计算工具1.机械计算器：19世纪，机械计算器诞生，如著名的英国数学家巴贝奇设计的差分机。
机械计算器的出现极大地提高了计算效率，但仍然存在局限性，如速度慢、易出错等问题。
2.电子计算机：20世纪初，电子计算机问世。
1946年，美国宾夕法尼亚大学的约翰·马奇利和普雷斯珀·艾克特成功研制出世界上第一台通用电子计算机ENIAC。
电子计算机的发明标志着现代计算技术的诞生。
三、现代计算机发展1.计算机体系结构的发展：从最初的冯·诺依曼体系结构，到哈佛结构、堆栈式结构等，计算机体系结构不断演进，为提高计算性能提供了基础。
2.计算机硬件的发展：从电子管到晶体管，再到集成电路，计算机硬件的不断小型化、高速化、低功耗化，使计算机性能得到了大幅提升。
3.计算机软件的发展：操作系统、编程语言、应用软件等不断完善，使计算机变得更加易用、高效。
4.互联网与云计算：互联网的普及使全球范围内的信息共享成为可能。
云计算的出现，更让算力得到了大规模、弹性、高效的利用。
四、未来计算革命1.量子计算机：量子计算机作为一种全新的计算方式，有望解决传统计算机难以解决的问题。
谷歌、IBM等科技公司纷纷投入量子计算研究，力争在量子计算领域取得突破。
2.神经网络与人工智能：借助神经网络技术，计算机在图像识别、语音识别、自然语言处理等领域取得了显著成果。
1.2 计算机的发展简史
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⑷ 智能化(或处理智能化)
智能化就是要求计算机能模拟人的感觉和思维能力，也是第五代计算机要实现的目标。智能化的研究领域很多，其中最有代表性的领域是专家系统和机器人。目前已研制出的机器人可以代替人从事危险环境的劳动，运算速度为每秒约十亿次的“深蓝”计算机在1997年战胜了国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫。
⑵ 微型化(或体积微型化)
二十世纪七十年代以来，由于大规模和超大规模集成电路的飞速发展，微处理器芯片连续更新换代，微型计算机连年降价，加上丰富的软件和外部设备，操作简单，使微型计算机很快普及到社会各个领域并走进了千家万户。
随着微电子技术的进一步发展，微型计算机将发展得更加迅速，其中笔记本型、掌上型等微型计算机必将以更优的性能价格比受到人们的欢迎。
二、计算机的发展简史
1.早期的计算工具
⑴ 东方的创造：算筹、算盘
人类最初用手指计算。人有两只手，十个手指头，所以人们自然而然地习惯于运用十进制记数法。用手指头计算固然方便，但不能存储计算结果，于是人们用石头、木棒、刻痕或结绳来延长自己的记忆能力。后来国家形成，贸易日盛，石头、木棒等已不敷使用。公元前七七○年左右，我国祖先发明算筹。公元八世纪，又发明了算盘，如下图所示。
存储器
中国计算工具的发展过程
中国计算工具的发展过程中国计算工具的发展过程经历了漫长而丰富的历史，从古代的算筹算盘到今天的高性能计算机，这些发展展示了中国在计算工具领域的持续进步和创新。
古代计算工具1.算筹和算盘： 在中国古代，算筹和算盘是最早的计算工具之一。
算筹是用于数学运算的一种计数工具，而算盘则是在汉代出现，成为古代中国最重要的计算工具之一，被广泛应用于商业和科学计算。
民间数学和数学文化1. 九章算术》： 九章算术》是中国古代一部著名的数学经典，提出了大量的数学问题和解法，对中国数学的发展产生了深远的影响。
2.古代数学家和学者： 中国古代有许多数学家和学者，如刘徽、李冶、秦九韶等，他们的数学研究和成果为中国古代数学的发展做出了杰出的贡献。
现代计算工具的发展1.近现代计算器和计算工具： 在19世纪末和20世纪初，随着西方现代计算器技术的引入，中国开始接触到现代计算工具，如机械计算器。
2.计算机的兴起： 20世纪50年代，中国开始进入计算机时代。
1956年，中国研制成功了第一台电子管计算机C103。
此后，中国在计算机技术领域不断发展，逐步研制出多种型号的计算机。
3.计算机技术的进步： 随着科技和工业的发展，中国逐步发展了自己的计算机产业，涌现了一批著名的计算机企业，如联想、华为等。
中国也在高性能计算、人工智能等领域取得了一系列重要的进展。
4.超级计算机： 中国自2002年起开始投入大量资源研制超级计算机，并在这一领域取得显著成就。
中国的超级计算机在世界500强超级计算机排行榜上多次跻身前列，展示了中国在高性能计算方面的实力。
当前的发展趋势1.人工智能和大数据： 中国正在加大在人工智能和大数据领域的投入，推动着计算机技术向着智能化和数据化方向的发展。
2.云计算和物联网： 中国也在积极发展云计算和物联网技术，致力于打造一个更加智能、互联的未来。
中国计算工具的发展经历了由古代算筹算盘到现代计算机的演变过程。
随着科技的不断进步和创新，中国在计算工具领域不断迈向新的高度，为国家的科技发展和经济建设做出了重要贡献。
有关计算工具的历史
有关计算工具的历史随着人类社会的发展，计算工具在我们的生活中起到了至关重要的作用。
从最早的计算棒到现代的计算机，计算工具的发展经历了漫长而又精彩的历史。
古代计算工具的出现可以追溯到公元前3000年左右的古埃及。
当时，人们使用小石头或小木头来计算物品的数量。
这些物品被放在一起形成一堆，然后用手指或其他工具进行计数。
这种简单的计算方法虽然低效，但却是人类最早的计算尝试。
公元前3000年左右，数学家们开始使用计算棒。
计算棒是一种由木头或骨头制成的棒状物，上面刻有一些刻度。
数学家们可以根据这些刻度进行计算，将数字表示为不同的位置。
这种计算方法在古代埃及、巴比伦和中国等地广泛使用，并且在数千年的时间里一直发挥着重要的作用。
随着时间的推移，人们开始寻求更高效的计算方法。
公元前17世纪，德国数学家布莱克诺开发了一种称为“计算盘”的计算工具。
计算盘是一种由木头、金属或塑料制成的盘状物，上面有一些可以滑动的珠子或齿轮。
数学家们可以通过移动这些珠子或齿轮来进行计算。
计算盘的出现极大地提高了计算效率，成为了当时最先进的计算工具。
然而，计算盘仍然有一些局限性，无法满足人们日益增长的计算需求。
随着科学技术的发展，电子计算机应运而生。
20世纪40年代，世界上第一台电子计算机ENIAC诞生。
ENIAC是一台庞大且复杂的机器，占据了一个大房间的空间。
它由数千个真空管和电子元件组成，可以进行复杂的计算和数据处理。
ENIAC的出现标志着计算机时代的开始，为后来的计算工具奠定了基础。
随着科技的进步，计算机逐渐变得更小、更快、更强大。
20世纪50年代，第一台商用计算机UNIVAC问世。
UNIVAC是一台巨大的机器，但它的速度和处理能力远远超过了以前的计算工具。
此后，计算机的发展进入了一个高速发展的时期。
20世纪60年代，IBM 公司推出了第一台个人计算机，这是计算工具发展的又一个重要里程碑。
个人计算机的出现使得计算工具进一步走入了寻常百姓家，成为了人们日常生活中必不可少的工具。
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19世纪初,英国数学家查尔斯·巴贝奇(CharlesＢａbbage)取得了突破性进展。巴贝奇在剑桥大学求学期间,正是英国工业革命兴起之时，为了解决航海、工业生产和科学研究中的复杂计算,许多数学表(如对数表、函数表）应运而生。这些数学表虽然带来了一定的方便，但由于采用人工计算,其中的错误很多。巴贝奇决心研制新的计算工具,用机器取代人工来计算这些实用价值很高的数学表。
德国数学家莱布尼茨(G .W .Leｉbnitｚ）发现了帕斯卡一篇关于“帕斯卡加法器”的论文,激发了他强烈的发明欲望，决心把这种机器的功能扩大为乘除运算。16７3年,莱布尼茨研制了一台能进行四则运算的机械式计算器,称为莱布尼兹四则运算器,如图7所示。这台机器在进行乘法运算时采用进位－加(shift-ａｄｄ）的方法,后来演化为二进制,被现代计算机采用。
1617年,英国数学家约翰·纳皮尔(Ｊoｈn Napier）发明了Napieｒ乘除器，也称Nａpieｒ算筹,如图4所示。Nａｐier算筹由十根长条状的木棍组成，每根木棍的表面雕刻着一位数字的乘法表，右边第一根木棍是固定的，其余木棍可以根据计算的需要进行拼合和调换位置。Ｎａpier算筹可以用加法和一位数乘法代替多位数乘法,也可以用除数为一位数的除法和减法代替多位数除法，从而大大简化了数值计算过程。
图５对数计算尺
2.机械式计算工具
17世纪，欧洲出现了利用齿轮技术的计算工具。164２年,法国数学家帕斯卡(Ｂｌaｉse Paｓcａl)发明了帕斯卡加法器,这是人类历史上第一台机械式计算工具，其原理对后来的计算工具产生了持久的影响。如图6所示,帕斯卡加法器是由齿轮组成、以发条为动力、通过转动齿轮来实现加减运算、用连杆实现进位的计算装置。帕斯卡从加法器的成功中得出结论：人的某些思维过程与机械过程没有差别,因此可以设想用机械来模拟人的思维活动。
1８２2年,巴贝奇开始研制差分机,专门用于航海和天文计算，在英国政府的支持下，差分机历时10年研制成功，这是最早采用寄存器来存储数据的计算工具,体现了早期程序设计思想的萌芽,使计算工具从手动机械跃入自动机械的新时代。
自古以来，人类就在不断地发明和改进计算工具，从古老的“结绳记事”，到算盘、计算尺、差分机，直到1946年第一台电子计算机诞生，计算工具经历了从简单到复杂、从低级到高级、从手动到自动的发展过程，而且还在不断发展。回顾计算工具的发展历史，从中可以得到许多有益的启示。
1．手动式计算工具
人类最初用手指进行计算。人有两只手,十个手指头,所以，自然而然地习惯用手指记数并采用十进制记数法。用手指进行计算虽然很方便，但计算范围有限,计算结果也无法存储。于是人们用绳子、石子等作为工具来延长手指的计算能力,如中国古书中记载的“上古结绳而治”，拉丁文中“Caｌcｕlus”的本意是用于计算的小石子。
最原始的人造计算工具是算筹，我国古代劳动人民最先创造和使用了这种简单的计算工具。算筹最早出现在何时，现在已经无法考证，但在春秋战国时期，算筹使用的已经非常普遍了。根据史书的记载,算筹是一根根同样长短和粗细的小棍子,一骨、象牙、金属等材料制成的,如图1所示。算筹采用十进制记数法，有纵式和横式两种摆法,这两种摆法都可以表示1、2、3、4、5、６、7、8、9九个数字,数字0用空位表示,如图２所示。算筹的记数方法为：个位用纵式，十位用横式,百位用纵式,千位用横式,……,这样从右到左,纵横相间,就可以表示任意大的自然数了。
图6帕斯卡加法器图７莱布尼茨四则运算器
莱布尼茨四则运算器在计算工具的发展史上是一个小高潮,此后的一百多年中，虽有不少类似的计算工具出现，但除了在灵活性上有所改进外,都没有突破手动机械的框架,使用齿轮、连杆组装起来的计算设备限制了它的功能、速度以及可靠性。
1804年,法国机械师约瑟夫·雅各(Joseph Jａcquａｒd）发明了可编程织布机,通过读取穿孔卡片上的编码信息来自动控制织布机的编织图案，引起法国纺织工业革命。雅各织布机虽然不是计算工具，但是它第一次使用了穿孔卡片这种输入方式。如果找不到输入信息和控制操作的机械方法，那么真正意义上的机械式计算工具是不可能出现的。直到2０世纪７0年代，穿孔卡片这种输入方式还在普遍使用。
图1算筹图2算筹的摆法
图３算盘图4纳皮尔算筹
计算工具发展史上的第一次重大改革是算盘,也是我国古代劳动人民首先创造和使用的。算盘由算筹演变而来,并且和算筹并存竞争了一个时期,终于在元代后期取代了算筹。算盘轻巧灵活、携带方便,应用极为广泛,先后流传到日本、朝鲜和东南亚等国家,后来又传入西方。算盘采用十进制记数法并有一整套计算口诀,例如“三下五除二”、“七上八下”等，这是最早的体系化算法。算盘能够进行基本的算术运算，是公认的最早使用的计算工具。
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现在我们所说的计算机，其全称是通用电子数字计算机，“通用”是指计算机可服务于多种用途，“电子”是指计算机是一种电子设备,“数字”是指在计算机内部一切信息均用0和1的编码来表示。计算机的出现是20世纪最卓越的成就之一,计算机的广泛应用极大地促进了生产力的发展。