机械计算机

long37

lusankya

原来在人人上看到的，原地址被删了于是自己考下来留了一份

lusankya

蒸汽朋克时代

蒸汽机催生了巴贝奇的差分机，更强大的机械计算机显然需要更强大的能源。初中地理课本就告诉我们，原料笨重，产品轻巧的工厂应该在原料产地附近布置。大型机械计算机需要大量能源，产出的只是无重量的信息，自然要靠近能源产地。在这样的世界上，我们应该可以看到这样的新闻：

新华社消息，我国最大的机械设计院在山西落成，这个设计院装备了多台迄今为止我国最大的计算机——齿轮5型。这种计算机每台都有8万马力的功率，每秒计算 2000次，可以把2000个熟练工程师从繁重的计算工作中解脱出来，从而大大提高了我国机械工业的发展速度。为了配合设计院的工作，当地(请不要使用敏感词)征地 6000亩，修建了4条专用铁路线，附近有4个中型煤矿已先期开工，为设计院试车储备了大量煤炭……

这样耗能巨大的计算机行业，对于中国这种资源紧张的国家来说，貌似不是个好消息。但我们也不是全无优势。机械计算机的一切计算都是通过金属构件之间的接触来完成的，高速计算势必造成核心部件的高速离合。因此金属构件的精度和耐磨程度对计算机的计算速度影响极大，拥有丰富稀土资源和钨矿的中国可以敞开使用钨钢和合金钢制造易损件，应该会占很大便宜。

在没有电子计算机的世界，导弹里没法内置计算机，很难实现末端制导。飞机上也没地方安置计算机。于是，战列舰或许还在大行其道，并使用机械式计算机来修正火炮弹道——这是我们这个时空发生过的史实。因此战列舰成了是唯一一种可能把本国的计算机带到国境以外的地方。由于战列舰上的计算机代表了本国计算机的最高运算精度和小型化水平，因此被人缴获显然是很严重的问题。

第三次东亚战争中，苏联太平洋舰队第二战列舰中队的旗舰明斯克号被击沉在我国近海，这是此次战争的转折点，经此一战，中日联军终于控制了日本海的制海权。不过，这并不是我国最大的收获。上海打捞局和海军潜水员在战斗结束的当天夜晚就赶到了沉船海域，以大无畏的革命精神打捞了苏联战列舰火控计算机的残骸，随后的中日联合打捞队不过徒具形式罢了……有色金属研究总院检测了苏联计算机的合金成分，一机部从残骸中学到了苏联人领先世界的小型化技术，这使得我国第二代计算机的开发整整节省了4年时间..........苏联人撤退以前扔下了无数的深水炸弹，试图毁灭他们入侵的可耻证据，但我国的潜水员智勇双全，在(请不要使用敏感词)思想的教育下，胜利完成了打捞任务。摘自《东亚战争解密》 异时空2000年出版

……自从苏联明斯克号战列舰火控计算机被缴获，导致中国计算机技术跨越式进步以后，各国均在战列舰的中央机房安置了自毁装置。自毁装置的核心是一个小型的燃烧弹，一旦启动就会点燃已经预先放在计算机外壳里的铝热剂，用铝热剂的高温融化整个核心计算系统，同时，铝热剂里还有随意搀杂的一些金属粉，为的是防止对方分析本国计算机耐磨部件的成分……摘自《舰船知识》 异时空2010年第十期

大型机械计算机异常笨重，而且也没法通过电线或者网线来交流信息。所以需要把计算机械集中在一起才可能有效率。所以：

…… 据《参考消息》报道，目前世界信息化潮流是建设集中化、通用化的计算中心，苏联美国均已经在乌克兰盆地和阿巴拉契亚山地等能源基地建立了国家级信息基地，可以为整个工业体系服务。信息工业的这种进步节约了资源，提高了计算能力利用率，还可以建立卡片化信息储备、检索中心，为各个行业之间的交流提供了便利，应当是我国今后一段时间内发展的目标……

《十五期间我国信息产业发展计划》——引自国务院报告
……通用化计算中心是当今世界信息产业的发展趋势，毛主席曾经批示“大型计算机，我们也要搞”……苏联美国资源丰富，战略纵深大，因此可以从容选择能源基地建设信息中心，我国有独特的地理环境和战略态势，计算中心的选址、建设不可一味仿效，照搬发达资本主义国家的经验。要狠批XXX的洋奴哲学，买办思想，发展有中国特色的信息产业。

我国工业发达地区主要在东北和沿海地区，但将计算中心设在东部（一机部原拟南京或上海）和东北（经委原拟订沈阳）虽然均有一定经济上的优势，但不符合我国国民经济发展的长期趋势和国防计划……山西是资源大省，但经济落后，土地紧张，且在苏修有效空袭半径内，虽能源充足，也不适合设立国家级计算中心……经专家讨论和人大专门委员会审查，初步决定在关中或汉中选址，建设国家级计算中心，在上海和沈阳建立副中心……为此配套的工程有陇海铁路复线、秦岭隧道、XX基地等工程……预计总投资4000亿元

国家级计算中心显然会是个庞大的工程。为了达到每秒千万次的计算能力，几十平方公里的厂区内烟囱林立，锅炉轰鸣，几百万张打孔卡片在一条条传送带上来回驰骋，信息主线上则是由小型火车头拖动着装满卡片的车厢在各个车间之间奔驰。几千个机械工乘坐厂内汽车，不断的赶往信息流停滞的地方解决堵塞。几百名高级工程师和上千名高级技工在一栋漂亮的大楼里研究下一次软件调整的计划，如何做的又快又省又低碳，而来自应用部门的代表则守在大楼门厅，声嘶力竭的向厂长或上级领导争取更多的上机时间。

国家计算中心的核心车间（cpu）是最重要的车间，也是最需要保卫的车间。因此和其他地面厂房不同，CPU车间设在附近的一个秘密地下基地里，所有送到这里的卡片都由传送带送来，机械自动分检，排队处理。为了排走CPU几百万个齿轮摩擦产生的废热，几十台巨大的风扇从秘密通风口以8级风的速度换气，通向车间的隧道被军队、武装警察和安全部人员分层把守。计算中心周围，驻扎有无数的高炮团和精锐截击机中队，随时准备迎接敌人的大编队轰炸，即便是重要人物的专机，如果有迹象表明它试图通过核心厂区的上空，也会被立刻击落。厂区附近还有一个备用的地下CPU车间，通过8条传送带和主信息流相连，并及时为关键运算结果备份，随时准备投入使用，保证重要计算的连续性，这个备份车间的位置是国家的最高机密。

正面破坏国家计算中心很难，敌国免不了要想点迂回手段。比如病毒。机械式计算机上的电脑病毒貌似匪夷所思，但也并不违反计算机原理。计算机病毒无非就是通过用无效程序占用计算能力，制造死循环等方式迫使逻辑结构崩溃；或者反复运行特定部件毁坏硬件。这在机械计算机上也同样可以实现：

……在柏林危机期间，CIA设计了一种特别的计算机程序，由在高尔基机器厂潜伏多年的间谍负责把这些特别代码送入斯大林格勒计算中心。这些代码可以反复调用CPU里的特定轴承，导致这些轴承金属疲劳、提前断裂。于是，在随后的几个月里，斯大林格勒计算中心每周都会出现死机乃至大修的情况，导致了上百亿卢布的损失。苏联计算机专家在材料学研究所的协助下，花了好几个星期才在高尔基机器厂工艺流程设计的程序中找到了恶意代码。苏联人根据损坏轴承的形状把这种恶意代码命名为“蠕虫”。这是人类的第一个计算机病毒……蠕虫病毒事件发生之后，苏联人在计算中心设置了一个专门委员会，由克格勃和计算工业部共同领导，简称卡巴斯基小组，负责代码预审，对计算中心总工程师直接负责，有权拒绝一切客观上危害机器的代码，这是软件杀毒的起源。中国人则意识到对已掌握结构的恶意代码可以通过一个小型的计算机来自动辨认，于是，中国人在计算中心的厂区附近设置了一处预审车间，专门检测下个月送入主厂的程序。为了保密，这个车间根据所处的行政村命名代号，对外称金山车间……

摘自《不战而胜》尼克松著 1999年第三版。

任何新技术必定首先会被用于军事。在机械计算机的世界上，除了大型民用计算中心外，大国都会为军方建立多个隐蔽的计算机中心，负责处理大量的军事信息。为了模拟真正的战争，各国都开发了独立的兵棋推演软件。平时在国防部计算中心供军官演练，大型演习时用国家计算中心进行大规模模拟。

在机械计算机进入内燃机时代后，由于计算工业对燃油的需求上升，这个时空的石油危机更早到来。拿到大笔石油美元的中东国家也能够力于自己的军事现代化，沙特阿拉伯从美国购买了一台6万马力的军事计算机和模拟软件，还奢侈的用15台燃油锅炉和20个油井来维系它的运转。不过，他们的军官很快厌烦了美国教官的喋喋不休，决定放弃一切烦琐的程序，把所有军事单位和地形参数都尽量简化，从而缩短了冗长的军事推演，留出更多的时间去打猎，玩女人。最后，这个庞大的机器沦为年轻王储的玩物，他很开心的在指挥中心模拟着北约与华约的冲突，而国王认为这可以提高他以后的决策能力，从来不干涉这种昂贵的游戏。
顺便说一下，美国提供的缩水版军事软件的名字叫《红色警报》。

机械计算机不是什么都能干。由打孔卡片构成的信息流无法像电讯号那样瞬间传递到地球另一端，所以信息流的运行速度要受到车辆速度的限制。在这种情况下，如果要像电子计算机那样在网络上传递信息，互联网必须变成字面意思上的“信息高速公路”，或者“信息高铁”。让装满卡片的车辆在道路上飞驰。你现在关心自己的网络带宽，是按字节数来计算，到了这个世界就要按车道数或是铁轨数量来计算。
信息干线

在这样的互联网上聊天，麻烦可比现在大的多。比如说，你打算给美国的小姑娘发一张你的高清照片。你在QQ上点一下“文件传送”的按钮，这个信息迅速被写到一个打孔卡片上，传到卡片信息库。然后无数的传动带转动起来，在几亿张卡片里挑出记载着你数字相片的那几万张卡片。这些卡片被取出、复制，再放回原位。复制出来的卡片被专门的打包机器按照通讯协议塞进一个标准化数据包，顶上放上一张说明卡片。运上第一辆开往上海的车皮。上海转运站在阅读了说明卡片之后，把这个数据包和其他几十万个数据包一起，塞到去美国的货轮上。到美国后，这个过程再被反向操作一番，美国的小姑娘才可以把卡片塞进一台工程绘图仪，用半天时间复原一张你的照片。期间历时十天半个月也不一定。这倒不如你自己本人去趟美国来的干脆。

除了大型的固定计算机，还有不少小型企业也需要处理日常信息。而网络又是如此的反应迟缓，于是便有了移动计算机：

随着小型化技术的继续深入，计算机的移动性已经得到了很大提高，正在越来越多地进入国民生活的各个领域，车载计算机已经成为人民喜闻乐见的一项高科技产品。而这项技术是十年前两位党员工程师罗爱德和乔思弟（女）实现的，他们在用国产东风中型卡车装载了我国第三代小型机，并实现了汽车动力和计算机动力的共享，有效地提高了计算机性能，填补了我国在MC（MobileComputer）上的空白。

而今天已经可以见到很多个人用的MPC行驶在沿海大城市的街头，成为了一道亮丽的风景线。北方重工业公司制作的移动计算机“红旗电脑”受到了各个国企当家人和个体业主的追捧，它的运算速度和存储能力已经能够满足这些企业经验者的日常需求，并成为他们每日出行的良好伴侣。而北重工明年推出的最新的红旗5号以其1.4万次每秒计算速度以及20吨的有效卡片载重能力已经能够跻身于国际市场，显示出我国在小型计算机上的国际竞争力。虽然它的每公里油耗较大，而且所需的车载工作人员数量6名则是美国IBM公司最新型号“DrivePad”的两倍。但在我国以及很多第三世界国家，红旗电脑一直有良好的销售记录。下面请看记者从用户现场发来的报道……

——《新闻联播》2003年10月3日

今天的计算机工程师的日常工作是在电脑前枯坐编程，同时培养自己的颈椎病。在另一个时空，他们的同行倒没这个问题，他们有另外的烦恼。那里的工程师满身油污，在噪音中生活，按指令条上的单调数字来维护机器。除了计算机原理，他们还必须学习机械原理和材料力学。和机械打交道时间长了，他们说话都很机械，他们把自己的方言叫汇编语言。

“根据国家机械信息部劳保中心提供的信息，去年，位于上海附近的齿轮4型计算机的程序员工伤事故就达到了1千多起(多数都是断指事故)，引起了中央重视。尤其是输出纸带部分，一年内竟然接连有48名程序员因为超负荷工作过度疲劳，把手伸入传送带而酿成断指事故，并造成合计数百公里的纸带作废。该中心说，有关部门应该加强监管，切实保证程序员福利，严格执行八小时工作制。而齿轮4型计算机管理部门一位不愿意透露姓名的工程师说，齿轮4型计算机设备老化，但计算任务反而越来越重，程序员队伍不堪重负，是造成事故多发的根本原因，不过，在明年的齿轮5型计算机启动之后，这种情况将会得到改善。”
——东方周末 2005年4月1日 第三版

也许我们该觉得幸运，由于电子工业的进步，这个幻想中的机械信息时代没有发生，因此除了阿拉伯王子，我们这群宅男也能够在电脑屏幕前玩游戏，聊天，看电影，发胖，而不用担心在计算机上切断手指头。同时，那个未曾出现的机械信息时代又是如此有趣，我们也不妨对它表示一点点遗憾。

归根结底，文明进步和我们宅男享受生活需要的是信息的存储数量和处理效率，我们不必在意信息借以存在的介质是何种物质。只要能够形成信息处理所需的逻辑结构，并足够廉价，齿轮、液压油、继电器、半导体芯片、磁盘、乃至未来经过生物工程处理的DNA都有可能成为计算机的基础元件。就像人类在几十年前淘汰掉发展了上百年的机械计算机一样，拘泥于“电子”计算机的概念只会阻碍技术的进步，在理解计算机本质的前提下，不断用各个领域的新突破来降低信息成本，增加信息处理效率才是“信息化”的本质。就在作者发狂想的这几天，威斯康星大学麦迪逊分校的研究者给出了一种新型机械计算机设计。这种机械计算机基于纳米技术，在高速运算下反而对于电子计算机有优势。因为电子芯片越小，发热散热越剧烈，越容易被电磁炸弹和宇宙射线等外来因素干扰，这导致电子计算机的性能提高存在上限。机械计算机则能在一定程度上规避这些问题。可见万事不能说绝对，或许就在几年后，我们可以看到机械计算机这条断头路重新变成一条坦途。

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毫无疑问，比起手工处理信息，卡片+机械处理器的组合要先进的多，在数字运算上的优势非常明显。至于档案分类处理这种复杂工作，机械计算机能够秒杀最勤勉的管理员。1890年，计算机第一次发威，当年美国的人口普查信息最终由一台源于巴贝奇的穿孔卡片式程控计算机汇总处理，六星期就完成了全部任务。可以做对比的是，此前的1880年人口普查则花了七年时间才处理完全部数据，导致得到的最终数据完全过时。这次胜利标志着计算机时代的来临。随着内燃机、电动机的发明和机械工业的进步，机械计算机还将覆盖更多的领域。
到20世纪中期，1911年建立的IBM已经在以每年数千台的规模生产机械计算机，用来处理数十亿的卡片信息。在继电器的加强下，利用精密液压件构成计算单元的新一代计算机也即将上市，可以每秒进行数百次基础运算。只是这已是机械计算机的最后辉煌，因为1945年，第一台用电子管组装的计算机ENIAC已经开机，它的计算速度是……每秒5000次。只有工业不那么发达的地区，比如咱们中国，直到70年代还在生产机械计算机，在老电影里常常可以看到大批的科技人员捧着手摇计算机算的天昏地暗，前辈们真是辛苦。

比起电子计算机来，机械计算机有它先天的劣势。它用宏观的机械机构储存信息，这提高了信息存取成本；用宏观机械运动传递信息，这降低了信息处理效率。因此，机械计算机在电子技术发展后很快就被淘汰了，没有足够的时间来发展成熟，成了一条技术断头路。前几天我给儿子买模型，惊讶于遥控模型竟然如此廉价。尽管人民币比80年代贬值了十来倍，但从价格上来说。2010年的遥控模型居然和20世纪的80年代差不多价钱，令我大呼便宜。回家仔细一想，原因无非是两条，一是石化工业的发展，塑胶外壳变便宜了；其二就是控制系统从机械装置和继电器变成了小小单片机，所以曾经是贵族玩具的遥控模型卖出了白菜价。从这个例子看，机械计算机被电子计算机逼进死胡同也是理所当然。

历史上类似的技术死胡同还有很多，大英帝国就曾经认真地设计过洲际飞艇航运网——未见雏形就被飞机工业的迅速进展而消灭，最早的汽车本是蒸汽机驱动，但没等到蒸汽机效率提高，就被内燃机汽车取代。虽然这些技术死胡同被更先进的工业门类淘汰了，但作为人类可能的一条技术发展方向，推演一下还是颇有意思的。比如说，电力淘汰了许多传动机构的发展方式。如果没有电力工业，我们可能需要在每个小区建立庞大的动力站，用内燃机或蒸汽机直接提供家用能源，然后通过一系列机械传动把动力传输到每栋楼房。每次我们打算洗点衣服或是开动空调，都必须开动一个齿轮离合器，把洗衣机等家用机械接到本单元的驱动主轴上。杂志上会充斥着“新型离合器，结构简单，可自行维护，适合宅男……速到苏宁内燃机械店购买”之类的家居广告。这样的蒸汽朋克式狂想虽然很荒诞，但很有助于我们理解现代工业社会的本质。现在，让我们不妨狂想一下，在一个没有电气工业、机械计算机充分发育的世界上，机械计算机会如何主导“信息化”？

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幸运的是，1842年这一年，巴贝奇泡到了拜伦的女儿，洛夫莱斯。她愿意为差分机这个超时代的设想投入金钱，还有她自己的才华。她很快理解了巴贝奇的设计思想，并熟练掌握了用穿孔卡片给机械计算机机编程的能力。洛夫莱斯设计了一系列计算方式，在不改变差分机基本结构的前提下，能够让差分机实现计算三角函数、级数相乘、伯努利函数等功能。在此过程中，她还通过反复使用同类卡片等方式，将子程序调用等概念引入计算机行业。如果说巴贝奇是计算机硬件行业创始人的话，洛夫莱斯就可以算是软件业的鼻祖。试想一下，软硬件行业的开山祖师居然不是在洁净的工作室里指着屏幕交流问题，而是忙于建造、调试一台烧煤炭、冒黑烟，齿轮嘎嘎作响的纯机械，和满手油污的机械工人们一起讨论技术方案，这场景未免有些怪异。但这的确是真实的历史。

1852年——那一年帆船的总吨位还是蒸汽轮船的几十倍。软件女王洛夫莱斯去世了，她的资金和才华也没有能够让巴贝奇造出差分机。但她鼓励了巴贝奇坚持自己的科研方向，坚信信息化代表了未来的发展方向。正如她在翻译巴贝奇的论文时加上的脚注所言：“……制造有编程和记忆功能的机器，具有无限的可能性。这种机器不仅可以进行复杂计算，还可以绘画和编曲……”。在她的支持下，虽然巴贝奇没有完成差分机，却在信息化的科研方向上越走越远。最终，在1871年去世之前，巴贝奇完成了更强大的计算机设计图——分析机。这是一台完全的通用计算机，现代计算机的几乎全部关键要素都可以在这台蒸汽动力的庞大机器里找到。按照巴贝奇的设想：“我本人都为这台机器的威力吃惊，一年前我还不相信能有这样的结果。这台机器可以处理100个变量，每个数可以有25位数字。假定有一个函数f（v1,v2……vn），且n小于 100，f由加、减、乘、除、开方和乘方组成，则这台机器可以决定这一函数的数值。……借助于这台机器，差不多所有有限差分的公式都能转换成表格。”。分析机将包括5万个部件，用巨大的齿轮做寄存器，还有复杂的卡片系统供使用者开发新功能。巴贝奇为它画了2000多张1:1的设计图纸，此时离1822年已经有快半个世纪，突飞猛进的技术使得程控计算机成为可能，遗憾的是巴贝奇已经无力筹集资金来完成这个伟大的计划。只能把图纸和设计思想留给后人。

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机械计算机


我问大家：“那你们的计算机的数制呢？你们都有电脑吧？” 我们再次达成了一致，他们都说是二进制。
披棕色大衣的人说：“这是很自然的，要不计算机就很难发明出来。因为只有两种状态：豆子掉进竹片的洞中或没掉进去。”
我又迷惑了：“ ……竹片？豆子？”
“ 看来你真的没上过学，不过周武灵王发明计算机的事应该属于常识。”
“ 周武灵王？那个东方的国王或巫师？”
“你说话要有分寸，怎么能这样形容控制论的创始人？”
“那计算机……您是指的中国的算盘吧？”“什么算盘，那是计算机！占地面积有一个足球场那么大，用竹片和松木制造，以黄豆做为运算介质，要一百多头牛才能启动呢！可它的CPU 做得很精致，只有一座小楼那么大，其中竹制的累加器是工艺上的绝活。”
“怎么编程序呢？”
“在竹片上打眼呀？那个出土的青铜钻头现在还存在北京的故宫博物馆里呢！它的中文名字叫‘辞头’ ，现在人们用这个名称称呼磁盘上读写的那个部件。周武灵王开发的易经3.2 ，有上百万行代码，钻出的竹条有上千公里长呢……”

这个片段来自刘慈欣的《纤维》，一个飞行员偶然穿越到时空中转站，和平行空间的人们交流的故事。其他平行空间里有第二个月亮，有5进制的算术，有粉红色的大气层，还有……竹子做的计算机。

在这个科幻设定里，周武灵王的竹豆计算机和灰色的天空、第二个月亮是并列的要素，用来区分我们这个世界与平行世界。换句话说，这是刘慈欣和他的读者认为我们和平行世界最重要的区别之一。灰色的天空、第二个月亮，或者说地球的光环都是自然因素，非人力所能改变，但竹子和豆子都是咱们这个世界的常见玩意，为何我们这个世界没有出现青铜时代的“豆子信息化”呢？

说到这个问题，咱们首先要搞清楚“信息化”是个啥玩意。

其实人类整个文明史就是一个“信息化”的历史。比如说，在文字出现之前，记录历史只能靠脑子来记忆。短期内的历史，比如去年打了几头大象，或者附近部落被洪水冲了，这种八卦新闻随便在闲谈中聊聊还算凑合。长久、重大的历史，比如说对某次重要战争的记录，就必须让专人负责传递记忆，也就是背诵史诗的民间艺人。这样的人本质上就是一本书，他要用半辈子背诵史诗（相当于抄写书稿，把文字存入硬盘），再用剩下的半辈子给别人讲述（读取信息，让人阅读）。一直到最近1000年，识字率极低的地区，比如中世纪的西欧还要靠这样的游吟诗人保存历史，给不识字的贵族和平民带来一点文化生活。在西藏这种蛮荒之地，纯粹靠语言和记忆保存史诗的方式直到几十年前才结束。毫无疑问，这种用大脑保存信息，用声音读取信息的方式无疑太贵了——想想你摆在书橱上的每本书都要吃饭，住房子娶媳妇，一切都由你付账，你还能买几本书？往往整个民族能有一两套“书”就不错了。更何况言语相传，肯定有疏漏有增减，往往传了几百年就面目全非。正如《魔戒》片尾语所言“历史变成传说，传说变成神话”，这种信息从娱乐的角度听着还算爽，从记录信息的角度来说完全不合格。所以人类要发明文字，实现第一步的信息化，既节省了成本也保证了精确性——同一本书，谁读都一样，半夜拿出来翻也不用发加班费。开始是用甲骨文、泥板记录，往后还有造纸术、雕版印刷术、活字排版。每一次进步都意味着信息存储和读取的廉价化、标准化。

除了信息的存储读取，人类还需要提高信息的处理效率。拿算术当例子，原始人和小孩子在作加法的时候都有一个本能的反应——掰手指头，也就是累加计算。3+4，就是先伸出3根手指，再挨个掰出4个，最后回过头把所有手指头点一便数，得出7的结果。手指头不够的话，还可以用木棍、石子来辅助，原理上是一样的。为了避免每次计算都掰手指头，你我都必须在小学低年级作大量的算术速算练习，直到我们把两位数的加减法变成条件反射而不是累加的结果。从而把更大数字之间的运算分解成一系列条件反射的累加，提高整体运算效率。又比如苏美尔人最早的乘法是连续做加法，一位数的乘法也必须挨个加起来，这和我们小学时学乘法原理的程序是一样的。这个方式足够简单但嫌太慢。后来，学算术的学生就要背乘法表，背会了之后在脑子里建立固定的数字处理程序，只要记住八八六十四这种口诀，就不必再每次计算都作七次加法。这也是信息化，通过建立固定的反射来提高信息的处理效率。

信息存储和读取的标准化、廉价化，信息处理流程的标准化、高效化，这就是“信息化”的本质。我们常说的电子计算机革命一方面降低了存储成本，用少数电子就能替代数万亿分子构成的文字，让你一个硬盘就顶上过去一个图书馆；另一方面用电路建立了标准化的信息处理单元，我们可以通过硬件组合或者软件编程来组合这些单元，为特定的任务建立高效的处理流程。这意味着廉价信息存取和高效处理的结合，所以这次电子计算机革命改变了整个世界——和此前文字、印刷术、造纸术等发明在数千年间带来的变革一样巨大，只是集中在几十年内发生，所以显得格外惊人。

电路只是计算机的物质基础，从原理来说，计算机无非是把信息数字化，然后用标准化的原件状态（电脉冲）来表示数字，好方便的进行存取和处理。这当然依赖于电子和机械行业的进步。但如果我们不强求“电子”这个定语，用其他的标准化原件状态来表示数字，用电力之外的稳定动力源来驱动信息处理器，我们也可以在电子时代到来之前建造计算机。（这里插一句，过去常有一个错误的描述，说算盘可以算作原始计算机，这是一个错误的描述，算盘的口诀记忆不是在算盘的固定结构里，而是在人的大脑中，所以算盘不具有设定好的信息处理单元，只是一个相对便利的存储器，甚至计算尺都比算盘更像计算机）
从刘慈欣的描述来看，另一个时空里的青铜时代计算机是用豆子来作为标准化的物理量，用竹管里的稳定水流来驱动处理器。这当然在原理上没有什么不妥，只是限于水流速度，计算慢了一点。但只要设定好程序，应该在复杂问题的处理上远胜于算盘。可惜在我们这个时空，豆子的大小重量各不相同，竹子的管径也有大小之分，如果用这样的非标准化元件来建造计算机，势必造成一个 “1”和另一个“1”在计算机里不等价的结果，这就不是计算机了。假如周武灵王拿出秦始皇的劲头，非要用巨大的人力筛选标准化豆粒和竹管的话，倒不如训练一批计算师来的省事。可以想象，在另一个平行时空里，豆子就像“克拉”（ 角豆树种子，重量一致，可作低精度砝码）一样，具有标准化的重量；竹子管径统一，且异常坚韧，永不磨损，所以周朝可以建设计算中心（虽然我不太清楚可以干啥）。

在我们这个时空，帕斯卡、莱布尼茨这些牛人也设计甚至制造过一些初步的计算机（计算器）。比如说1642年，帕斯卡造了个机械计算器，用齿轮旋转来实现累加（减），用半径差异10倍的齿轮来实现进位，能够用比人快几倍的速度进行加减法，并用连加和连减来实现乘除。20年后，莱布尼茨看了帕斯卡的计算器，也造了一个计算器，只不过他的计算器不是完全用圆形齿轮，而是用梯形轴来解决进位问题，从而更便捷的进行乘除法计算。不过，他们的计算器固然精妙，在工业时代之前却必须和周武灵王面临同样的问题——缺乏标准化部件和可靠的动力。没有标准化部件，每个齿轮和轴承都必须耗费能工巧匠的大量时间，否则计算机要么卡死，要么损坏，要么和周武灵王的豆子一样，不同的豆子代表不同的“1”，彻底消灭计算机的准确性。而没有外来动力，所有的部件都必须通过手摇动力转起来，如果想进行复杂运算的话，恐怕工程师节约的计算时间都要用来锻炼臂力还不够，更不用说手摇忽快忽慢，给精密计算部件带来的冲击磨损了。所以直到19世纪，机械计算机始终是少数人的昂贵玩物。

标准化的元件、耐磨损的机械、稳定的动力并不需要等到20世纪中期才出现。从1780年左右开始，英国爆发了工业革命，19世纪初期的工业社会已经能批量生产廉价的标准化金属部件，还有可靠的蒸汽机提供稳定的动力，这足以满足性能远超过“竹豆计算机”的“信息化”了。所以，顺理成章地，在活字印刷术和电子计算机之间，出现了“信息化”进程的一个重要环节——机械计算机。

19世纪初期，就在唯一能提供标准化部件和成熟蒸汽机的英国，一个叫巴贝奇的教授先是按照前辈的理论仿造了几台机械计算器。由于工业革命带来的技术进步，他大获成功。然后巴贝奇觉得工业革命带来的机械进步，应该已经能让机械承担更复杂的逻辑任务了，于是他设计了一台自动制表机，并在1822年制造成功。它被命名为差分机。比起此前的机械计算器，差分机的性能并不算出众，依然是一台不能直接进行乘除计算的加法机，但这台机器有一个包含寄存器的中央处理器，或者说cpu，计算方式可以控制，能够根据不同的初始设定进行不同的自动计算，尤其是进行多项式计算。在一个机器生产机器的工业化时代，这对于当时编制对数表、三角函数表、航海天文数据表的工作是一个极大的助力。

差分机的成功极大的鼓励了巴贝奇。他此时已经是剑桥大学卢卡斯教研室教授（这个职务的第一任是巴罗，第二任则是牛顿），借助这个地位，他要求英国(请不要使用敏感词)资助他开发第二代差分机。他最终得到了1.7万英镑，再加上自己的家族遗产，他前后使用了3万英镑巨款（当时可换240公斤黄金）来开发第二代差分机。这台差分机使用蒸汽驱动，人力只用来输入初始计算参数。它预计将包含7个20位寄存器，可以处理6次多项式的任何计算，甚至还有专门的自动打印机来输出结果。如果它能制造出来，将比世界上其他机械计算器加起来还要强大。可惜巴贝奇还是高估了当时的机械加工能力，也高估了自己最初设计的精密性。20年之后，巴贝奇的差分机还是一个半成品，预计的25000 个部件完成不到一半。因为每个部件的尺寸公差都要求在千分之一英寸之下，而且设计细节必须反复修改，这大大超出了当时机械工业的加工能力。1839年，久劳无功的巴贝奇辞去了卢卡斯教研室教授的职位，1842年英国(请不要使用敏感词)完全停止了对差分机的资助，计算机计划被迫停顿。

xhuayu

如果学过珠心算的话，加减乘除的计算速度绝对超过目前任何计算器。注意，是计算器不是计算机。

素问

long37

洗心堂主 发表于 2013-10-2 22:51
大型手摇计算机用过的，体力活

{:soso_e113:}中国最不缺的就是人力。

洗心堂主

long37 发表于 2013-10-2 22:35
恩，想当年俺们的原子弹就是算盘算出来的。

大型手摇计算机用过的，体力活

好活不如赖睡着

这东西对于看九九乘法表都惊奇的老外来说100%是神器了

long37

洗心堂主 发表于 2013-10-2 21:33
嚓！我们的算盘更简单先进，至少现在还能用，速度还快。

恩，想当年俺们的原子弹就是算盘算出来的。{:soso_e113:}

haliluya_2007

真是高科技。

洗心堂主

long37 发表于 2013-10-2 17:35
精密啊，人类就是牛B

嚓！我们的算盘更简单先进，至少现在还能用，速度还快。

long37

洗心堂主 发表于 2013-10-2 15:03
----补图

精密啊，人类就是牛B{:soso_e113:}

vaio86

好高端，不过买不起。。

韦伯猫

哇。。。果断买不起。。

long37

洗心堂主 发表于 2013-10-2 15:02
http://www.ebay.com.hk/itm/Curta-calculator-type-1-/151128136392?pt=UK_Collectables_Scientific_MJ& ...

650镑。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
能买个很好的电脑了。

洗心堂主

----补图

洗心堂主

韦伯猫 发表于 2013-10-1 22:19
有卖哇？

http://www.ebay.com.hk/itm/Curta-calculator-type-1-/151128136392?pt=UK_Collectables_Scientific_MJ&hash=item232ff05ac8