一、計算機早期歷史

一、計算的起源

電子計算機出現以前，人類對計算的需求早就有了。

公認最先的計算設備是 算盤。

• 發明於"美索不達米亞"，大約公元前 2500 年。
• 它是手動計算器，用來幫助加減數字。它存儲着當前的計算狀態，相似於現在的硬盤。
• 製造算盤的緣由：社會的規模已經超出我的心算的能力。好比：一個村莊可能有上千我的和上萬頭牛。

在接下來 4000 年，人類發明了各類巧妙的計算設備，好比：

• 星盤，讓船隻能夠在海上計算緯度。
• 計算尺，幫助計算乘法和除法。
• 上百種時鐘算日出，潮汐，天體的位置，或純粹拿來計時。

這些設備的優點：讓原先很費力的事變得更快，更簡單，更精確，下降了門檻。增強了咱們的能力。

然而，這些設備那時都不叫 "計算機"。

二、計算機一詞的到來

"計算機" 一詞最先來自於 1613 年的一本書，做者 Richard Braithwait。

Braithwait 說："我據說過的計算者裏最厲害的，能把好幾天的工做量大大縮減"。
所以，"Computer" 指負責計算的人，是一種職業，而不是機器。"Computer" 偶爾會用機器幫忙，但大部分時候靠本身，這個職位一直到 1800 年代還存在，以後 "Computer" 逐漸開始表明機器。其中"步進計算器"最有名。

三、 步進計算器

步進計算器由德國博學家 戈特弗裏德·萊布尼茨 建造於 1694 年。

原理：

• 有一連串能夠轉動的齒輪，每一個齒輪有十個齒，表明數字0到9，每當一個齒輪轉過 9，它會轉回 0，同時讓旁邊的齒輪前進1個齒，就像算盤超過 10 同樣。
• 作減法時，機器反向運做。
• 也能作乘法和除法，實際上只是多個加法和減法。好比，17除以5，咱們只要減5，減5，再減5，直到不能再減 5，就知道了17=5x3+2。步進計算器 能夠自動完成這種操做。

優點：
它是第一臺能作"加減乘除"所有四種運算的機器。沿用了 3 個世紀。

不足：

• 費時；許多現實問題依然不少步，算一個結果可能要幾小時甚至幾天。
• 昂貴；這些手工製做的機器很是昂貴，大部分人買不起。因此在 20 世紀之前，大部分人會用預先算好的計算表，這些計算表由以前說的 "人力計算器"編撰。若是你想知道 867,5309 的平方根，與其花一成天來手搖 "步進計算器"，你能夠花一分鐘在表裏找答案。

四、差分機

Charles Babbage 在 1822 年提出了一種新型機械裝置叫 "差分機"。一個更復雜的機器，近似多項式。

原理：
多項式描述了幾個變量之間的關係，好比軍隊大炮的射程和大氣壓力的關係，或者 Carrie Anne 要吃多少披薩纔開心
多項式也能夠用於近似對數和三角函數，這些函數手算至關麻煩。

實踐：
Charles Babbage 在 1823 年開始建造差分機，並在接下來二十年，試圖製造和組裝 25,000 個零件，總重接近 15 噸，不幸的是，該項目最終放棄了。但在 1991 年，歷史學家根據 Charles Babbage 的草稿作了一個差分機，並且它還管用。

五、分析機——通用計算機

在差分機的建造期間，Charles Babbage 構想了一個更復雜的機器 - 分析機。和差分機、步進計算器 和之前的其餘計算設備等設備不一樣，分析機是 "通用計算機"。

功能：
它能夠作不少事情，不僅是一種特定運算。甚至能夠給它數據，而後按順序執行一系列操做。它有內存 甚至還有一臺很原始的打印機。

實踐：
由於這臺機器太超前了，沒有建成。

優點：

• 這種 "自動計算機" 的概念（計算機能夠自動完成一系列操做），是個跨時代的概念，預示着計算機程序的誕生。

  小知識補充：
  英國數學家 Ada Lovelace 給分析機寫了假想的程序， 所以 Ada 被認爲是世上第一位程序員。
  她說："將來會誕生一門全新的，強大的，專爲分析所用的語言"。

• 分析機激勵了第一代計算機科學家。

  小知識補充： 
  計算機科學家把不少 Charles Babbage 的點子融入到他們的機器。
  因此Charles Babbage 常常被認爲是"計算之父"。

六、打孔卡片製表機

背景：
到了 19 世紀末，科學和工程領域中的特定任務 會用上計算設備，但公司，政府，家庭中不多見到計算設備。然而，美國政府在 1890 年的人口普查中面臨着嚴重的問題，只有計算機能提供所需的效率，縮短人口普查的時間。人口普查局找了 Herman Hollerith，他發明了打孔卡片製表機，機器是 "電動機械的"。

原理：
用傳統機械來計數，結構相似萊布尼茨的乘法器，但用電動結構鏈接其餘組件，Hollerith 的機器用打孔卡（一種紙卡，上面有網格，用打孔來表示數據）。
舉個例子，有一連串孔表明婚姻情況，若是你結婚了，就在 "結婚" 的位置打孔，當卡插入 Hollerith 的機器時，小金屬針會到卡片上，若是有個地方打孔了，針會穿過孔，泡入一小瓶汞，聯通電路，電路會驅動電機，而後給 "已婚" 的齒輪 + 1。

優點：

• Hollerith 的機器速度是手動的 10 倍左右，令人口普查在短短兩年半內完成，並省了上百萬美圓。
• 企業開始意識到計算機的價值，能夠提高勞動力以及數據密集型任務 來提高利潤。好比會計，保險評估和庫存管理等行業。

• 這些電子機械的 "商業機器" 取得了巨大成功，改變了商業和政府，爲電子計算機的發展奠基了基礎。

  小知識補充：
     Hollerith 成立了製表機器公司。
     這家公司後來在 1924 年與其它機械製造商合併，成爲了 "國際商業機器公司"，簡稱 IBM。