说说计算机技术的沿革（1）

一．传统计算机

我们今天看到人工智能有很多奇妙的应用和发展，如航天技术，机器人，无人驾驶，无人工厂等等如果单纯从技术层面看并没有多少新东西，只是今天计算机处理数据的速度大大地提高，以前无法做的事情今天能做了。例如无人驾驶要实时采集大量传感器数据，雷达数据和图像处理数据，在以前一个能装在汽车上的电脑完全不能胜任这么繁重的工作任务，但是现在已经完全可以。

如果说今天在计算机领域有什么算得上实质性的进展的话，那无疑是量子计算机，但是严格说来量子计算机所解决的依然是速度问题，只不过量子计算机的速度突破较之以前的突破更具有本源性，是可以进一步突破经典计算机理论极限的计算机。

当代计算机虽然有如此奇妙的应用，但是若论到其逻辑结构，却并没有想象的那么复杂。若用一句话来给现代计算机作一个定义，那就是：可以通过编程进行自动操作的二进制数术加法器。就这么简单？严格说来还真就这么简单，当然了仔细深究下去也不这么简单，如果真是这么简单，有些中国人肯定就不乐意了。因为有人要说二进制不是中国老祖宗最先使用的么，《易经》中的八卦和六十四卦不就是按二进制排列的么。加法器可比中国人的算盘简单多了，算盘至少还是加减乘除都可以算啊。

确实没错，在现代计算机诞生以前，东西方各有自己的计算工具，单纯从逻辑上说其复杂程度并不比当代计算机逊色，在中国主要就是算盘，而在西方则有计算尺和机械计算机。二者各有千秋，难分高下。如果从商品流通的角度来说，中国的算盘流传的更广，使用人数比西人计算尺和机械式计算机要多很多。

中国的算盘可以说是历史悠久，最早可以追溯到先秦的摆筹计算，而见诸于文字的记载则可以追溯到东汉数学家徐岳的《数术记遗》一书，其中第一次提到算盘这种计算工具：“珠算,控带四时，经纬三才。”北周数学家甄鸾给这段话所作的注释是:“刻板为三分，其上下二分以停游珠，中间一分以定算位。位各五珠，上一珠与下四珠色别，其上别色之珠当五，其下四珠，珠各当一。至下四珠所领，故云‘控带四时’。其珠游于三方之中，故云‘经纬才’也。”从这段注释文字看,汉朝的珠算跟今天在个别场合依然使用的算盘有些不太一样，可以看作是古代算筹摆盘这一计算方式的改进，结构上倒和罗马帝国的算盘有些相象。罗马帝国的算盘据称是来自巴比伦，至于其是否与中国古代某一时期使用的算盘之间有什么流传上的瓜葛则不得而知。但是在北宋画家张择端的名画《清明上河图》中，也画了一架中国算盘，在画中一家药铺的柜台上，其构造与当代的算盘无大差异。也就是说至迟在北宋年间中国的算盘已经定型为今天的模样，而这最后一步的改进显然是中国人自己的发明。

欧洲的计算尺诞生于17世纪，主要得力于对数的发明和使用，因为对数具有变乘除为加减运算的功能，也就是log（xy）=log（x）+log（y）以及log（x/y）=log（x）- log（y），因而可以用来作乘除的运算。具体来说计算尺有一个定尺，一个滑尺和一个游标，每把尺有两个刻度，索引刻度即对数刻度，以及索引刻度所对应的实际数字刻度。当索引刻度用加减时，对应的实际刻度给出的乘和除的运算结果。对数计算尺和算盘一样是一种方便进行加减乘除运算的工具。简化的是一次运算的结果，对大量的运算并不能提供更多的帮助。

而最早出现于欧洲的机械式计算机在原理合体系结构上才更接近现代计算机的硬件结构，最早的机械式计算机是用齿轮转动来实现数字的切换和加减运算，用一连串相同的齿轮表示不同位数的数字，用连杆装置来实现数字的进位变化，最后通过打孔机实现对计算操作步骤的编程。

现代计算机的理论发明人阿兰。图灵在第二次世界大战中被盟军征调从事于破译德军电报密码的工作，当时他们采用的计算机就是齿轮式的机械计算机。他也正是从这件工作中得到启发才做出了理论计算机的发明。无独有偶，今天进行量子计算机研制的第一大应用也是破解

密码的工作。

严格说来，现代计算机只是把机械计算机中十进制的齿轮变成了二进制的逻辑开关，并进一步把最早的穿孔卡片编程输入变成磁盘硬件的读写操作。

但是现代计算机与机械计算机也好计算尺也好或者中国算盘也好确实有一个最根本的区别，这就是通用计算机的概念，换句话说上面提到的传统的计算工具都是专用计算机，只能用来干专项的计算工作，而现代计算机是一种通用计算机。任何一种用特定形式语言表达的算法，都可以在现代计算机上模拟出来。这就是阿兰。图灵的工作，由于这件工作，现代计算机才能有这么多复杂的应用。