数学|数学哲学与计算机的发展,预见未来的最好方式是研究历史( 二 )


算盘
算盘取代算筹是计算工具发展史上的第一个里程碑 , 因为它是人类历史上最早使用的机械计算装置 。 在古代和中世纪的不同地域 , 出现过许多不同式样的算盘 , 而以中国的最为先进、轻便 。

与算盘对应的计算称为珠算 , 珠算是由筹算改进而来的 。 珠算盘的原理与算筹的原理相类似 。 在珠算盘中 , 上档每一珠当五 , 下档每一珠当一 , 而在筹算中 , 是上面每一根筹当五 , 下面每一根筹当一 。 二者的不同之处在于 , 当筹算的乘、除中出现某位数字等于十或多于十的情形时 , 珠算盘采用上二珠下五珠的形式 。 珠算盘使用起来十分方便 , 尤其是在熟练掌握了珠算口诀和基本技巧之后 , 运算速度更是惊人 , 有珠动则数出之誉 。 因此 , 算盘一直是人们生活中便利的计算工具 , 不但对当时中国的国民经济发展起着有益的作用 , 就是对世界文明也做出了重大的贡献 , 因为它后来被传到国外 。 至今它还是中国和一些亚洲国家的人们日常里重要的计算工具 。
到了17世纪 , 数学及计算工具的发展转移到了西方 , 且是沿着两条路线 , 一条是模拟计算机 , 用长度或大小等一类模拟量表示数字;一条是数字计算机 。 二者的发展几乎是同步的 。
英国数学家巴贝奇(Charles Babbage , 1792~1871)在通用数字计算机上的失败 , 使得人们对数字计算机的研制热情大减 。 不过不懈努力的人们又开辟了另一条改进计算工具的道路—模拟计算机的研制 。 模拟机与数字计算机的不同点是 , 它不是通过数字形式去执行基本运算 , 而是应用对某种物理量的运算和测定去解决问题 。 其原理渊源这样一种想法∶ 人们在描述物理对象时 , 常常要用到数学语言、数学方程;反过来 , 有些人就想 , 如果给定一个数学方程 , 是否会相应地有一种机械装置与其对应?答案是肯定的 , 因此人们就获得了通过相应的物理量模拟解决数学方程的新方法 。
计算尺
计算尺是最常用的一种模拟计算工具 , 它的发明比机械计算器略早些 。

人们根据不同的需要制作了多种计算尺 , 最早的计算尺是1622年英国数学家威廉·奥特瑞德(Wlliam Oughtred , 1575~1660)发明的 , 是通过改进格雷歇姆学院的埃德蒙·冈特的\"冈特尺制成的 , 被用于进行各种求快不求精的计算 。 冈特依据如下的原理制成了对数计算尺∶两个或多个数的乘积之对数等于这些数的对数之和 , 两个数相乘的表达式为log(A×B)=logA+logB , 于是 , 如果沿一直线截取两相继的线段 , 其长度分别等于log A 和logB(依一定的尺度) , 那么 , 这两条线段之和就相当于log(AxB)(依同样的尺度) 。
据此 , 冈特制成了对数\"数线\" , 并他在其著作《三角精义》中作了描述 。 \"数线\"是一种标尺 , 从一端开始与1和10间各个数的对数成比例地截取线段 , 每一线段的端点标上该线段相当其对数的那个数 。 这样 , 标尺两端所标的数字就是1和10 。 线段在尺上的加和减等于相对应的数的乘和除 , 这些运算借助一只分规来进行 。 \"冈特尺\"还有按同样原理标度的线 , 表示三角函数的对数 , 适用于航海 。

模拟计算机的制作曾一度很活跃 , 可是由于在通用性、精确性和速度等方面的局限 , 人们对它研究的热度大减 。 而电子技术的发展使人们又转向了电子计算机的研制 。
中国在康熙年间 , 也制作过计算尺 。
机械计算机

现代计算工具的研制起源于17世纪前后欧洲出现的机械演算机和顺序控制机 。 机械演算机是借助于齿轮传动进行计算的一种机械装置 。 最早的机械数字计算机——-加法机 , 是由著名的法国数学家、物理学家、思想家帕斯卡(Blaise Pascal , 1623~1662)设计成功的 。 他设计的计算机与现在的电子计算机比较是非常的简单 , 不过他的设计原理与现今计算机的原理是相通的 。 帕斯卡的父亲是一个会计 。 父亲繁重的计算工作 , 使幼小的他立志要设计一种工具来减轻这种繁重重复的劳动 。 终于在1642年 , 年仅19岁的他帮助父亲设计出一种能做加减法的机器 。 这种机器的外一个长方形盒子 , 上表面是一行齿轮 , 每个齿轮的十个齿上都刻有0至9 。 这些齿轮分别对应于个位、十位、百位等等 。 它的进位是通过将1个齿轮转动一周 , 让相邻的齿轮转动1/10周来完成 。

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