电脑是怎么发明的,电脑是怎么发明的呢

来源 | 图灵新知

1974 年之前，个人计算机基本上还没有踪影，而如今它早已无处不在。它端坐于每一张办公桌上，栖身于每一个行李箱中。它代替了打字机、计算器、人工会计系统、运算表格、电话、图书馆、绘图板、剧院、补习老师、玩具，等等。

它是怎么诞生的呢？

个人计算机的起源颇具革命性，因为它并不是由那些搞研发的专业团队在成本昂贵、设备精良的实验室研制出来的。它始于企业和学术机构之外，由黑客、计算机发烧友和误打误撞的创业者利用业余时间在车库、地下室和卧室等地方创造出来。这些革命者用自己对这门技术的痴迷点燃了导火索。

若要追本溯源，不仅可回溯到20 世纪50 年代的巨型计算机，甚至还可回溯到19 世纪的小说中那些能思考的机器。

上帝保佑，我真希望计算能利用蒸汽进行。——查尔斯·巴贝奇，19 世纪发明家

在一个大雨倾盆的夏日，诗人拜伦和雪莱在瑞士消磨时光，讨论起人工生命和人工思维，思考着是否能“制造出某个生物的各个零件，将它们拼凑起来并赋予其体温”。玛丽·雪莱记住了这场讨论，并在自己后来著名的小说《弗兰肯斯坦》（又名《科学怪人》）中展开了这一主题。

对蒸汽时代的读者来说，玛丽·雪莱笔下的科学怪人实在令人毛骨悚然。

弗兰肯斯坦是个热衷于生命起源的生物学家，他怀着犯罪心理频繁出没于藏尸间，尝试用不同尸体的各个部分拼凑成一个巨大人体。当这个怪物终于获得生命睁开眼睛时，弗兰肯斯坦被他的狰狞面目吓得弃他而逃，他却紧追不舍地向弗兰肯斯坦索要女伴、温暖和友情；接踵而至的更是一系列诡异的悬疑和命案。——百度百科

19 世纪早期迎来了机械化时代，而机械化动力的主要标志是蒸汽机。蒸汽机最初安在轮子上，是为了推动轮子行进的。1825 年，世界上的第一条公共铁路投入运营。蒸汽给当时的人们带来的神秘感，恰似后来的电力和原子能给后世人带来的神秘感。

1833 年，英国数学家、天文学家及发明家查尔斯·巴贝奇谈起用蒸汽驱动计算，并真的开始设计这么一台机器。巴贝奇声称，这机器若是做出来，可将计算行为机械化，甚至将思维机械化。当时的许多人将巴贝奇当作真人版的弗兰肯斯坦。

查尔斯·巴贝奇 19 世纪数学家、发明家，早在计算机成功问世100 年前就设计

了一台“能将思维机械化”的机器。（资料来源：美国圣何塞计算机博物馆历史中心）

虽说巴贝奇的设计并未变为现实，但他绝非一名光说不练的空想家。在1871 年逝世之前，巴贝奇一直致力于研究他所谓的“分析机”，并从逻辑学和数学最先进的思想中汲取营养。巴贝奇的目的是做出一台能将人们从重复枯燥、令人厌倦的脑力劳动中解放出来的机器，正如当时一些新机器让人们免去了耗体力的苦差一样。

巴贝奇有一位搞科学编年史的同事，同时也是他的赞助人，叫奥古斯塔·艾达·拜伦。她是拜伦勋爵的女儿，师从代数学家奥古斯塔斯·德·摩根，后来成为洛夫莱斯伯爵夫人。奥古斯塔·艾达·拜伦本身既是一名作家，又是一名业余数学家。因此，她能够通过文章和论文向受过高等教育的公众和英国贵族中的潜在赞助人解释巴贝奇的想法。此外，她还撰写了不少文章来介绍巴贝奇的分析机是如何解决高等数学问题的。因为奥古斯塔·艾达·拜伦所做的这些工作，许多人视她为世界上第一位计算机程序员。20 世纪80 年代初，美国国防部用她的名字命名了Ada 编程语言，以此肯定艾达在计算机编程方面的贡献。

奥古斯塔·艾达·拜伦，又称洛夫莱斯伯爵夫人（1815—1852） 推广了巴贝奇分析机，并为其编程，还预言像这样的机器未来能用于做复杂的事情，如创作音乐。（资料来源：约翰·默里出版公司）

玛丽·雪莱创作的《弗兰肯斯坦》引起了当时的公众对新技术的恐惧。因此，奥古斯塔·艾达·拜伦认为，最好能让自己的听众放心，巴贝奇的分析机并没有独立思考的能力。她向他们保证，这台机器本身不会思考，只能根据人的指令行事。

其实，巴贝奇的分析机与真正的现代意义上的计算机十分类似，而“根据人的指令行事”这个概念实际上就相当于我们今天所说的计算机编程。

从巴贝奇的设计来看，分析机是一台体型巨大、噪声不小、昂贵无比、外观漂亮且因用了黄铜和钢铁制造而闪闪发光的大家伙。数字存储于由齿轮构成的暂存器上，而数字的加法和转存则通过凸轮和棘轮的运行来完成。根据设计，分析机可以存储1000 个数字，每个数字最多50 位数。内置存储器容量如今被称为机器的内存大小。按如今的标准来说，巴贝奇分析机的运行速度可以说是龟速——1 秒内都无法完成一个加法运算，但实际上它的内存比20 世纪四五十年代的第一批可用的计算机以及20 世纪70 年代的早期微型计算机都要大。

尽管巴贝奇为分析机设计了3 种详尽的方案，但他始终未能造出这台机器。他设计的差分机虽简单但也体现了他的雄心壮志，同样也未能造出。在他之后的100 多年里，人们普遍认为，当时的机械制造技术无法造出这些机器所需的几千个精密零件。1991年，伦敦科学博物馆负责计算的资深馆长多伦·斯沃德用巴贝奇时代拥有的技术、工艺和材料造出了巴贝奇的差分机。斯沃德的成功揭示了巴贝奇人生中具有讽刺意味的一面。

早在别人做出同样尝试的100 多年前，巴贝奇就已经成功设计出了一台计算机。他设计的机器实际上是能够运行的，而且在他的年代也是造得出来的。巴贝奇之所以无法实现自己的梦想，全是因为他无法筹集到足够的资金，而这又多半缘于他自己疏离于那些能提供资金的人。

如果巴贝奇能圆滑一些或奥古斯塔·艾达·拜伦更富有一些，恐怕就会有这么一台无比巨大的蒸汽计算机在狄更斯笔下的伦敦出现，帮助现实生活中的一些老吝啬鬼算账，也可能蒸汽计算机会与查尔斯·达尔文下一盘国际象棋。但正如玛丽·雪莱所预言的一样，要想制造出会思考的机器，关键是电力。

美国逻辑学家查尔斯·皮尔斯通过讲授英国数学家乔治·布尔的著作，将符号逻辑学从大西洋彼岸带到了美国。在这个过程中，皮尔斯从根本上重新定义并极大丰富了布尔代数。布尔以无可争议的方式将逻辑与数学整合到了一起，而皮尔斯大概是19 世纪中期最了解布尔代数的人了。

不仅如此，皮尔斯还有其他发现，他发现了逻辑与电力之间的联系。

到了19 世纪80 年代，皮尔斯发现，布尔代数可用于模拟电气开关电路。布尔逻辑的真/ 假完全映射了电流流经复杂电路中开/ 关的方式，换句话说，逻辑可以用电路来表示。这就意味着电力驱动的计算机和逻辑机是可以构造出来的。它们不只是小说家的空想，它们可能会实现，而且最终定会实现。

皮尔斯有一名叫艾伦·马昆德的学生，他在1885 年还真的设计出了一台能够进行简单逻辑运算的电力逻辑机，但是还是没有造出来。皮尔斯用来解释如何模拟布尔代数的开关电路是计算机的一个基本组成部分。这个装置的独特之处在于能够管理信息，这一点和电流或机车完全不同。

机械开关为电回路所替代，使得计算设备的体积可以变得更小。事实上，第一台电力逻辑机是由本杰明·布拉克设计并制造出来的便携式装置，体积小到可以装进公文包中。这台制造于1936 年的布拉克逻辑机可用于处理三段论形式的逻辑语句。譬如说，将“男人终有一死；苏格拉底是男人”编入机器，逻辑机可接受“苏格拉底终有一死”的推论，而拒绝“苏格拉底是女人”的推论。后者这类错误的推理会关闭回路并触发机器的警告灯，表示发生了逻辑错误。

布拉克逻辑机是一台功能有限的专用机器。然而，当时问世的大多数专用计算装置都是用来处理数字问题而不是处理逻辑问题的。早在皮尔斯还在研究逻辑与电力之间的联系时，赫曼·霍列瑞斯就在设计一台制表机，以进行1890 年的美国人口普查的计算。

霍列瑞斯的公司最终被一家企业合并了，这家企业后来更名为国际商用机器公司（简称IBM）。到20 世纪20 年代末，IBM 靠向企业售卖专用计算机器盈利，让这些企业能够将日常的数字计算工作自动化。但IBM 的机器还不是计算机，也不是像布拉克逻辑机那样的机器。它们不过是被过分美化的大型计算器而已。

克劳德·香农在其麻省理工学院的博士论文中解释了如何利用电力开关电路模拟布尔逻辑（查尔斯·皮尔斯在50 年前就曾预言过）。受到该论文的鼓舞，IBM的高管于20 世纪30 年代同意斥资制造一台基于机电式继电器的大型计算机器。他们给了哈佛大学教授霍华德·艾肯一笔在当时颇为可观的经费——50 万美元，用以研制 Mark I，Mark I 是一台受巴贝奇分析机的启发而设计的计算装置。巴贝奇设计的是一个纯粹的机械装置，相比之下，Mark I 是一个电力机械装置，它以继电器为开关，继电器阵列则作为数字存储空间。这台机器运行时噪声非常大，继电器不停地开关，咔咔地响个不停。1944 年，Mark I 问世并受到广泛赞誉，人们都说科幻小说中的电子大脑终于成为现实。但是IBM 的高管却高兴不起来，因为艾肯在为这台计算机揭幕时并未提及IBM 的资助。

IBM 为这笔投资感到懊悔。但原因还不止如此，在 Mark I 研制工作开始之前，其他方面的技术已取得了新的进展，这使得 Mark I 尚未问世就已然过时。