竹木前缘从算盘到电脑

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1、竹木前缘——从算盘到电脑信息就是信息，不是物质也不是能量——【美】诺伯特·维纳信息是物质运动的可能状态。诗人拜伦之才女超前电脑程序师一百年算盘不愧为我国古代之伟大发明，至今仍为人们所称道。算盘的伟大在于结构简单，使用方便、应用广泛。想想看，小小木框中十几串由小竹棒串成的木珠子就可以用来加减乘除，积千累万，分毫不差，计算速度也相当快。算盘是东方智慧的产物，是以竹木为材的第一个计算机。算盘的基本原理是“借物运算”，借助那些木制的算盘珠计数以进行运算。其实借物计数并非自算盘始，最早的可以追溯到“掰着手指数数”，十进位制就是从那儿

2、来的。先民的结绳记事中可能也包含有计数的成分，例如记下“今天猎获三只鹿”之类。但这些只是用来计数，很难进行运算。大约到了农耕时代。开始利用竹筹计数，并进行一些简单的运算——筹算。算盘是从筹算演化而来的，但比筹算灵活得多，使用起来既方便又快捷。清注意！算盘还有两个很重要的特色：它采用了不同于十进位制的五进位和二进位之混合制，这要比现在电子计算机中大行其道的二进位制早得多了。更重要的是。算盘是天生的“浮点制”——小数点的位置可以任意设定，从而极大地扩展了运算数值的范围，浮点制至今仍被电子计算机所采用。这些都显示出算盘发明者的高

3、度智慧。古籍中记载算盘图式的始见于1371年的《魁本对相四言》，算盘一直沿用至今，成为我国的主要运算工具，并流行于东亚各国。但问题是算盘停留在原有的水平上，一直没有重大的改进。西方在计算工具方面原先是很落后的，18世纪以后他们急起直追，发明了手动机械计算机，主体是一些互相契合的齿轮，利用不同的传动比进行运算和进位。机械计算机的原理和算盘一样仍然是借物运算，只是将算盘珠换成齿轮而已。和算盘相比，机械计算机在速度和准确性方面并没有很大的改进，而且结构复杂，比算盘贵多了，应用远远不及算盘普及。巴贝基和爱达·拜伦以及他的差分机和算

4、盘不同的是，机械计算机不断在改进，由手动发展到自动，计算机功能也逐步扩大，更重要的是它承前启后，为尔后的电子计算机奠定了基础。英国的数学家巴贝基（CharlesBabbage，1792-18713/3）设计了一个名为分析机的机械计算机，其中包含了存储器、中央处理器、输入器及输出器等部件，它不仅能进行加、减、乘、除，而且可以根据指令执行更复杂的运算。分析机除了未利用那时尚不存在的电子元件以外，已大体具备了电子计算机的雏形。1833年6月5日，中年失偶的巴贝基在一次舞会上邂逅了著名诗人拜伦17岁的女儿爱达·拜伦（Augusta

5、AdaByron，1815-1851）。她出身名门，是活跃在英国贵族社会的一位年轻漂亮的淑女，和父亲一样很有文才。她母亲是数学家，与拜伦的婚姻破裂以后，不希望爱达继承父业，刻意将她培养成为数学家，延聘名师传授，爱达很快就学会了代数、逻辑和微积分。当时英国的数学落后于欧洲大陆，女数学家更是风毛麟角，爱达的数学才华显得格外突出。两人开始交往后不久，巴贝基让爱达参观了分析机的前身——差分机，她被迷住了，一心想帮助他从事计算机的研究。巴贝基又将他关于分析机的构想专门介绍给爱达，两人的友谊继续发展。爱达经常关心分析机的进展，并以她那

6、支生花妙笔撰文介绍分析机的重要性及其可能的应用。她在文中指出，分析机不仅能解代数方程，而且还可以用来根据乐理谱写乐曲。爱达的文章发表于1843年，100年后才有人提出类似的见解，她的这些超越时代的预见确实令人钦佩。在巴贝基的帮助下，爱达专为分析机编写了一个计算机程序．用来计算伯努利（Bernoulli）级数。按照事先编好的程序进行计算是计算机技术的一个重大进展，巴贝基和爱达被誉为计算机程序的开山祖师。还有一种计算机语言以爱达命名，至令仍在应用。遗憾的是爱达英年早逝，和她的诗人父亲一样只活了36岁。此后巴贝基将他的余生整个献

7、给了对分析机的研究，但由于缺乏经费，到1871年去世时，他的分析机始终未能建成。运算工具真正的突破是电子计算机，这是借物运算基本思想的一次飞跃。人们终于认识到：对计算而言借什么物都行，关键在于提高计算速度。懂得了这一点就开拓了思路：既然借什么物都行，那就有了选择；既然关键在于提高计算速度，那就选择最轻巧的——电子。在真空电子管发明以后，制造电子计算机的物质基础已经具备，第一架电子计算机恩纳克（ENIAC）于1946年在美国费城宾州大学建成。利用真空电子管作为电路元件，每秒才能运算几百次，体积却占满整个一间大房间，而且耗电量

8、非常大。恩纳克主要用于求解有关弹道的数学方程。现在的电子计算机与恩纳克相比，在计算速度、存贮容量方面已提高了几百万倍，体积则缩小到能随身携带，用小型电池供电。电子计算机的突飞猛进，在硬件方面半导体和集成电路的发明功不可没。电子计算机在数值计算方面的功能与算盘并没有多大本质的区别，只是速度特别快而已。但是