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其实,灯之所以会暗,并不是因为线路问题,而是在离他们不远的宾夕法尼亚大学,诞生了一个“庞然大物”。
这个“庞然大物”占地170平方米,重达30吨。它以电为生,功率高达150千瓦。它的启动,直接拉低了附近居民用电的电压,所以导致电灯变暗。
ENIAC采用了17468根真空管(这也是它体积大、耗电高的主要原因之一),每秒能够完成5000次加法或400次乘法,约为手工计算的20万倍。
在整个过程中,人类是主体,信息是输入和输出物。经验和技术,则是方法。而完成整个计算过程的能力,就是算力(Computing Power)。
动物也有大脑,也有算力,但是远远不如我们强劲。在漫长的进化过程中,我们的大脑越来越发达,最终帮助我们从万物生灵中脱颖而出,成为了地球的主宰。
在人类早期阶段,之所以需要算力,是为了生存。主要的计算内容,是如何狩猎,如何防范袭击,如何繁衍后代。
后来,有了基本的生存保障,人类就开始将更多的算力用于改善生存质量,例如搭建房屋、交易物品、制造工具等。
在原始社会,为了更好地描述自己观察到的信息(所见、所闻、所想),也为了更方便地进行信息沟通,就开始绘画。
它是物理世界和精神世界的一种映射和表达。有了文字,信息的记录和传递效率大幅提升,人类社会有了更强的联结力,历史和文明也更易于传承。
所有的人类早期先进文明,都有自己的文字,也有自己的数字系统。例如巴比伦文明的六十进制,玛雅文明的二十进制或十八进制,中国和古埃及的十进制。
数字出现后,人们将计数和算数的过程,称为计算。(我们姑且将前面宏观的计算称为“广义的计算”,这里称为“狭义的计算”。)
人类社会不断进步,计算需求也变得越来越复杂。仅仅依靠大脑这个“原生”算力工具,不太够用。即便是用上手指、脚趾,也不行。所以,我们开始借助外部算力工具。
中国关于结绳记事的记载出自《易经》中的《系辞下》:“上古结绳而治,后世圣人易之以书契。” 我们现在常见的中国结,也源于“结绳记事”。
在中国,算筹诞生于春秋战国时期。我们经常用到的成语,例如运筹帷幄、一筹莫展、技高一筹等,都是和算筹有关。
公元480年,祖冲之把圆周率精确计算到小数点后第七位(3.1415926),采用的工具就是算筹。他的这一记录,保持了900多年。
算盘的具体诞生时间已经无从考证。有人说是秦朝,也有人说是东汉。东汉时期徐岳的著作《数术记遗》中,最早出现了“珠算”这个字眼。
公元3世纪,笈多王朝的古印度人发明了阿拉伯数字,意义重大。后来,阿拉伯帝国崛起,将阿拉伯数字带到了欧洲。
前面我提到,图画和文字是人类表达信息的方式。这些信息,肯定是需要载体的。早期的载体,是龟甲、兽骨、兽皮、竹简、木牍、缣帛。这些载体要么稀少,要么昂贵,要么无法长期保存。
西汉时期,造纸术在中国出现,但工艺简陋,质量不佳。后来,东汉元兴元年(105年),宦官蔡伦总结前人经验,对造纸工艺进行改进,显著提升了纸的质量,也为纸的普及奠定了基础。
阿拉伯数字和造纸术传入欧洲,前者取代了冗长的罗马数字,后者取代了昂贵的羊皮和小牛皮。再加上后来,中国的印刷术又传了过去,大大促进了欧洲文化的发展。
公元14世纪,正如大家所知道的那样,欧洲开启了文艺复兴,人文主义的占据主流,人们开始倡导通过观察和实验来认识世界。
数学作为所有科学学科的基础,取得的研究进展是最大的。解析几何学、微积分等,都诞生了。一大堆天才数学家,输出了海量的研究成果,不仅为学科的腾飞奠定了基础,还直接促成了后来的工业。
当时,为了更好地服务于数学计算,人们发明了新型的算力工具。例如1625年,英国数学家威廉·奥特雷德(William Oughtred)发明了计算尺。1642 年,法国数学家布莱兹·帕斯卡(Blaise Pascal)发明了人类最早的机械计算机。
后来,17世纪末到18世纪中,德国数学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨(Gottfried Leibniz)等人,先后设计和制造了能够计算乘法的设备,将算力工具提升到更高的层级。
算力工具想要机械化,首先要解决信息表达方式的问题。因为机器是不识字的,先要发明让机器看得懂的“语言”,才能让机器按命令工作。
1725年,法国人巴斯勒·布乔(Basile Bouchon)发明了打孔卡(穿孔卡),用于织布机。
织布机在编织过程中,编织针会往复滑动。根据打孔卡上的小孔,编织针可以勾起经线(没有孔,就不勾),从而绘制图案。换言之,打孔卡是存储了“图案程序”的存储器,对织布机进行控制。
1801年,法国织机工匠约瑟夫·马里尔·雅卡尔(Joseph Marie Jdakacquard)对打孔卡进行了升级。
他将打孔卡按一定顺序,变成了带状,创造了穿孔纸带(Punched Tape)的雏形。这种纸带,被应用于提花织机。
大家应该能看出来,打孔其实就是一种信息编码方式。它比文字和数字更加简单,让人与机器可以进行“沟通”。
1811年,20岁的英国发明家查尔斯·巴贝奇(Charles Babbage)从提花织机中获得灵感,开始设计制造一台名叫“差分机”的设备。
在这个成就的鼓舞下,巴贝奇又启动了第二台“差分机”的研究,精度将达到20位。英国政府也资助了他的研究。
可惜的是,因为这个机器的设计太过超前(有25000多个零件,主要零件的误差不得超过每英寸千分之一),当时的机械制造水平,很难达到精度要求。所以,在历经二十年,耗费了巨额资金之。
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