机械计算机

在中国改革开放之初，美国学者阿尔温·托夫勒的《第三次浪潮》曾经风靡中国。他认为人类文明已经经历两次浪潮：第一次浪潮是农业革命，第二次浪潮是工业革命。而第三次浪潮是正在进行中的信息化浪潮。第一次浪潮历时数千年，第二次浪潮至今不过300多年，而第三次浪潮可能只需要几十年而已。

根据世界经济史学家麦迪森的统计，从1952年到1978年，世界人均收入的增长速度达到每年2.6，超过以往任何时候，是1500年至1820年的50倍，几乎是1820年到1952年的3倍。

进入现代之后，时间似乎在不断加快，未来变得越来越近。有说法认为，科学、技术和工业在经验上正成为进步观念的可变现基础。科学和技术发明的普遍的经验主义原则是：它们不能预先确切地计算出进步，但它们承诺未来的进步。

早在一个世纪之前，亨利·亚当斯就发现了现代经济的“加速度法则”。最明显的是，人类所占有的能源总量增长得越来越快，全世界的煤产量在1840——1900年期间，每10年便翻一番，而每吨煤的利用效率提高了三四倍。他推测这种增长还将继续，同时，人类的知识和智力也将以这种加速度增长，2000年的人“能够以极为复杂的方式思考，而这种复杂性对早期的大脑来说是不可能的。他能够处理完成超出以前社会范围之外的问题。对那时候的人来说，19世纪跟20世纪并没有什么差别——都如同孩童一般的天真——唯一能让人们感到惊讶的是，在前面的两个世纪，知识是这般少，力量是这般弱，他们是如何做这么多事的” 。

在某种程度上，工业革命就是能源革命，无论是煤炭、石油，还是电力、原子能，都是工业化必不可少的基础。

进入21世纪，现代工业终于从能源革命向智力革命转向。对不可再生能源的理性认识产生了新工业，这是一个以信息、智能和高科技为特色的后工业时代。

经济学家熊彼得指出，现代经济增长的原因在于新思想和新产业对于那些守旧企业家的“创造性的破坏”。毫无疑问，以创新创意为主导的新技术是后工业时代的明显特征，软件取代硬件成为社会的主要财富，传统的钢铁机器时代走向衰落。

著名数学家和控制论先驱诺伯特·维纳对机器的定义是“一种把输入的信息转变为输出信息的设备”。从这种意义来看，计算机无疑是最完美的机器。

物理学家戴维·多伊奇指出，对人类文明影响最大的发明主要是一些通用系统，包括拼音文字、数学和活字印刷术，而人类发明最具通用性的东西无疑是计算机。

今天的计算机常常被叫作“电脑”，它在某种程度上确实与人脑一样，甚至更无所不能。但就早期的计算机来说，它真的只是一个“会计算的机器”，这与之前的钟表、织布机、蒸汽机并没有本质的不同。

任何事物都有它的历史，计算机的历史最早可以追溯到工业革命时期的机械计算机。

1642年，布莱兹·帕斯卡制造了一台可以做加减法的机械计算机，它由一系列齿轮组构成，用齿轮的转动来实现十进位的计算。这基本上接近于中国算盘或汽车里程表。稍晚一些，发明二进制和微积分的莱布尼兹制作了一台更好的计算机，可以做加减乘除。

两个世纪后，查尔斯·巴贝奇制成了更加复杂的机械计算机。虽然没有人知道这部机器会作何使用，但从1823年到1842年，英国政府还是为此投入了1.7万英镑。这台15吨重的计算机包含2.5万个齿轮、曲柄、滑轮、弹簧、轴承、凸轮和棘爪等零部件，其齿轮系统之复杂和加工工艺之完美，已经达到当时技术的极限，很多顶尖机械师都参与其中。为了加工海量的零部件，不得不实行标准化生产，以保证零部件的互换性。虽然它生产的只是数字，但驱动它却需要极大的动力，因此配有一台大功率的蒸汽机。

巴贝奇的机械计算机并不被当时的人们理解，但他仍然坚信计算科学在人类的前进历程中将会越来越不可或缺，并最终主导科学在生活中的所有应用。

巴贝奇生前有个愿望，希望能在5个世纪后的未来生活3天。如果巴贝奇来到现代，一定不会感到惊奇。人的思想总比其生命更加长久，也走得更远。

巴贝奇无疑是一位超越时代的天才，他不断提出新的构想，从算术机、编程机、穿孔卡到智能机，这在一定程度上使他的机器总是半途而废，最后成为“失败之作”。但他的洞察力堪比腓尼基人创造字母表，他甚至发明了“电报”和“电话”，不过这些发明依然都是机械的。

与巴贝奇同一时期的约塞夫·马利·雅卡发明了自动化织布机，他将设计图案预先编制在打孔卡片上，用卡片控制织布机织出设计图案。这曾给巴贝奇带来启发。

1880年，美国进行了一次全国人口普查，但数据处理用了整整7年才算完成。赫尔曼·霍尔瑞斯借鉴打孔卡片织机设计了一个装置，能以每小时1000张卡的速度在打孔卡上记录数据。这使1890年的人口普查统计工作只用了6个月。这个机械装置其实也是巴贝奇思想的延续。

在后来的历史中，电提供了一种比机械更便捷、小巧和节约的方式；虽然计算机常常被称为电脑，其实电在其中扮演的仍然是机械的角色。阿兰·图灵将计算定义为“一个机械的过程”，即不需要任何知识或直觉。克劳德·香农创造的数字逻辑电路与齿轮机械在原理上是基本一致的。后来，冯·诺伊曼因提出二进制和存储程序而被誉为“现代电子计算机之父”。

作为一个复杂的集大成创造，计算机的发明改进过程比其他机器更加漫长。从某种意义上说，电报、电话、打字机、继电器、真空管、晶体管、收音机和电视机等，都是为计算机的诞生铺路。同时，电报编码为后来的电脑编程做好了铺垫，用0表示不通，用1表示通，基于二进制的逻辑电路成为未来计算机的核心。接下来，无线电和编码使信息技术和信息理论得到快速发展，从而达成了计算机诞生所需的一切前提。

在发明灯泡的过程中，爱迪生发现通电时的灯丝与灯泡内金属板之间有电流，原来是灯丝发热导致电子被发射出来，在金属板之间形成回路。这就是著名的“爱迪生效应”。

后来，弗莱明据此发明了电子管，从而引发了一场技术革命，使无线电通信和广播电视成为可能。

直到电子管问世，计算机才算走出了原始的机械时代。电子管的闭合速度比继电器要快一万倍，性能也更加可靠，从而使计算机可以进行极其复杂的运算。

1946年，美国宾夕法尼亚大学莫尔小组用了1.8万个电子管，制成世界上第一台电子计算机ENIAC，它每秒可进行5000次加法运算，比当时最好的机电计算机快1000倍。ENIAC于10年后退休，据说它在此期间的运算量比人类有史以来全部大脑的运算量还多。

ENIAC虽然没有齿轮，但重量也高达30吨，耗电量更是高得吓人。当时颇受大众欢迎的《大众机械》杂志大胆预言：“未来计算机的重量可能不超过1.5吨。”

革命性的进步是晶体管的出现。

1948年，贝尔电话实验室发明了晶体管。当芝麻大的晶体管取代了灯泡般的电子管，耗电量千百倍下降，整个电子工业发生了脱胎换骨的革命。没有晶体管，就没有大规模集成电路和IT产业，晶体管的价值丝毫不亚于印刷术和电报电话。

反复的开关使真空管很容易烧坏，ENIAC有1.8万个真空管，它们坏得太频繁，以至于要有专门的助手站在旁边准备随时更换。而且有飞蛾在滚烫的灯管周围打转会引起短路。晶体管完全避免了这种缺陷，经过改进的晶体管将故障率降低到千万分之一以下。

晶体管大小只有真空电子管的五十分之一，几乎可以缩小到分子尺度，还可更快速地控制电信号的开与关。电子管每秒可开关1万次，而晶体管达到10亿次，这为电子技术的普及和微型化开辟了道路，从而引发了一场产业革命。

晶体管的三位发明者很快就获得了诺贝尔奖。