⑴ 計算機的發展狀況。
計算機的未來充滿了變數,性能的大幅度提高是不可置疑的,而實現性能的飛躍卻有多種途徑。不過性能的大幅提升並不是計算機發展的唯一路線,計算機的發展還應當變得越來越人性化,也要注重環保。
計算機從出現至今,經歷了機器語言、程序語言、簡單操作系統和Linux、Macos、BSD、Windows等現代操作系統四代,運行速度也得到了極大的提升,第四代計算機的運算速度已經達到幾十億次每秒。
未來計算機性能應向著微型化、網路化、智能化和巨型化的方向發展。
1、巨型化
巨型化是指為了適應尖端科學技術的需要,發展高速度、大存儲容量和功能強大的超級計算機。
2、微型化
隨著微型處理器(CPU)的出現,計算機中開始使用微型處理器,使計算機體積縮小了,成本降低了。
3、網路化
互聯網將世界各地的計算機連接在一起,從此進入了互聯網時代。
4、人工智慧化
計算機人工智慧化是未來發展的必然趨勢。現代計算機具有強大的功能和運行速度,但與人腦相比,其智能化和邏輯能力仍有待提高。
(1)計算機產業發展背景擴展閱讀:
計算機的應用領域:
1、信息管理
信息管理是以資料庫管理系統為基礎,輔助管理者提高決策水平,改善運營策略的計算機技術。
2、過程式控制制
過程式控制制是利用計算機實時採集數據、分析數據,按最優值迅速地對控制對象進行自動調節或自動控制。
3、輔助技術
計算機輔助技術包括CAD、CAM和CAI。
4、多媒體應用
隨著電子技術特別是通信和計算機技術的發展,把文本、音頻、視頻、動畫、圖形和圖像等各種媒體綜合起來,構成一種全新的概念—「多媒體」(Multimedia)。
5、計算機網路
計算機網路是由一些獨立的和具備信息交換能力的計算機互聯構成,以實現資源共享的系統。
參考資料來源:網路-計算機
⑵ 計算機行業發展前景
行業整體營業收入平穩增長,就業形勢穩定向好
2018年,我國軟體和信息技術服務業總體保持平穩較快發展,行業規模進一步擴大。全國全年規模以上軟體和信息技術服務業企業累計完成軟體業務收入6.31萬億元,同比增長14.2%。2018年,我國軟體和信息技術服務業收入佔全國GDP比例上升至7.01%,在我國宏觀經濟增速放緩的趨勢下,計算機行業抗周期性較強。
——更多數據來源及分析請參考於前瞻產業研究院《中國互聯網行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》。
⑶ 計算機的發展歷史和未來
計算機的關鍵技術繼續發展
未來的計算機技術將向超高速、超小型、平行處理、智能化的方向發展。盡管受到物理極限的約束,採用硅晶元的計算機的核心部件CPU的性能還會持續增長。作為Moore定律驅動下成功企業的典範Inter預計2001年推出1億個晶體管的微處理器,並預計在2010年推出集成10億個晶體管的微處理器,其性能為10萬MIPS(1000億條指令/秒)。而每秒100萬億次的超級計算機將出現在本世紀初出現。超高速計算機將採用平行處理技術,使計算機系統同時執行多條指令或同時對多個數據進行處理,這是改進計算機結構、提高計算機運行速度的關鍵技術。
同時計算機將具備更多的智能成分,它將具有多種感知能力、一定的思考與判斷能力及一定的自然語言能力。除了提供自然的輸入手段(如語音輸入、手寫輸入)外,讓人能產生身臨其境感覺的各種交互設備已經出現,虛擬現實技術是這一領域發展的集中體現。
傳統的磁存儲、光碟存儲容量繼續攀升,新的海量存儲技術趨於成熟,新型的存儲器每立方厘米存儲容量可達10TB(以一本書30萬字計,它可存儲約1500萬本書)。信息的永久存儲也將成為現實,千年存儲器正在研製中,這樣的存儲器可以抗干擾、抗高溫、防震、防水、防腐蝕。如是,今日的大量文獻可以原汁原味保存、並流芳百世。
⑷ 計算機軟體行業的發展背景和發展現狀和發展前景預測。
當前我國正處於經復濟轉型、產制業升級及「兩化融合」進程深入階段,信息化需求將會不斷加激發,並帶來巨大的市場機遇。軟體行業作為上述階段過程中最為重要的支撐力量之一,未來仍很大提升空間。
在國家高度重視和大力扶持下,軟體行業相關產業促進政策不斷細化,資金扶持力度不斷加大,知識產權保護措施逐步加強,軟體行業在國民經濟中的戰略地位不斷提升,行業規模也將不斷擴大。據前瞻研究院《中國軟體行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》預計,到2022年,軟體行業市場規模或將達到8.5萬億元。
未來應用軟體企業將會拓展產品領域,在重點發展金融、電信、政府、教育、能源等行業應用軟體的同時,全方位打造數條縱向產業鏈,如機械電器、石油化工、紡織服裝、食品飲料、建築材料、醫葯化工、汽車等行業應用軟體,以形成行業競爭的新優勢。
⑸ 計算機行業背景分析
計算機專業一直是全國各大高校的熱門專業,發展迅猛。IT業一直是國家優先發展的重點行業,也是國內外人才需求量最大的行業之一。伴隨著互聯網的發展,IT人才的短缺現象將會越來越嚴重。在我國,IC人才、網路存儲人才、電子商務人才、信息安全人才、游戲技術人才嚴重短缺;在軟體人才層次結構上,水平高的系統分析員和有行業背景的項目策劃人員偏少,同時軟體藍領也比較缺乏。據保守估計,目前中國市場對IT人才的需求每年超過20萬人。隨著IT業越來越火,各大高校計算機專業報名的人數也越來越多。而近年來,隨著畢業生人數激增,就業率與供求比例明顯走低。
計算機就業前景
人才結構呈兩頭小中間大的橄欖型結構,即軟體高端人才,包括系統分析師、項目技術主管等,和低端人才,如軟體編碼程序員等從事基礎性軟體開發的人員都嚴重短缺,而中級(端)人才過剩。
客觀來說,高等教育在計算機專業傳統的教育理論型、研究型人才培養上有較大的優勢,但在應用型人才的培養上存在層次單一,教學內容滯後,理論與實踐嚴重脫節的情況,課程設置陳舊,設施跟不上,使得現在大多數畢業生理論有餘,崗位需要的專業應用技術相對不足。許多畢業生、甚至需要較長的培訓才能勝任工作,有的甚至還不如參加過短期培訓的人員。這種狀況最終導致很多計算機專業的專科、本科畢業生,捧著大學畢業證找不到工作。從而直接導致計算機專業就業橄欖型結構的出現:軟體高端管理職位與基礎操作職位畢業生無法勝任,企業嚴重短缺此類人才,而中級職位由於競爭激烈,工作難找。
據近幾年計算機專業畢業生就業情況的數據統計分析,計算機專業畢業生就業具有如下特點:
1、供求雙方發展相對平穩,供求矛盾並不突出。隨著IT產業的迅猛發展,計算機專業畢業生人數要多於其它專業的學生。盡管近幾年IT行業陷入低迷、計算機專業人數在其它所有專業中的人數最多,但與其它專業相比,社會和用人單位對計算機專業畢業生的需求量也較大,供求矛盾並不突出。
2、就業率發展平穩,但薪酬水平有所下降。衡量畢業生就業狀況的標准,既要考慮到畢業生的就業率,又要考慮畢業生的薪酬水平。隨著高校研究生和本科學生的擴招,特別是計算機專業畢業人數的急劇增加,以及受到經濟因素的影響,計算機專業畢業生的就業不如從前那樣火爆,就業的整體質量存在明顯下降。用人單位對畢業生選擇餘地增加,導致對應聘者的要求將越來越高,不僅要具有一定的專業素養和綜合素質,而且還要具備一定的職業能力,包括核心技能、行業通用技能和職業專門技能。更多用人單位更注重高學歷、有經驗人才的引進。
總體來說,未來一段時間社會仍對計算機專業高端人才有很大需求,但計算機專業畢業生也將會面臨日趨激烈的競爭。
從業方向
計算機系統結構:適合於從事計算機網路、嵌入式技術、高性能計算、網路信息安全與多媒體信息處理等領域的工作。很多跨國公司和國內知名大型企業,如Microsoft、IBM、HP、AMD、Intel、Oracle、SAP、華為等公司對該專業人才的需求量都較大。
計算機軟體與理論:計算機軟體與理論可選擇的就業方向很多,只要是計算機有關的工作基本都可以很快上手。可謂軟硬通吃。
計算機應用技術:對於本專業的畢業生來說擁有較好的創新能力和編程開發能力是非常重要的,不妨可以選擇一下人才稀缺的行業,不僅可以避免激烈的就業競爭,薪酬也較為客觀。
⑹ 簡述計算機的發展與歷史
第1代:電子管數字機(1946—1958年)
第2代:晶體管數字機(1958—1964年)
第3代:集成電路數字機(1964—1970年)
第4代:大規模集成電路機(1970年至今)
計算工具的演化經歷了由簡單到復雜、從低級到高級的不同階段,例如從「結繩記事」中的繩結到算籌、算盤計算尺、機械計算機等。它們在不同的歷史時期發揮了各自的歷史作用,同時也啟發了現代電子計算機的研製思想。
(6)計算機產業發展背景擴展閱讀:
計算機發明者約翰·馮·諾依曼。計算機是20世紀最先進的科學技術發明之一,對人類的生產活動和社會活動產生了極其重要的影響,並以強大的生命力飛速發展。它的應用領域從最初的軍事科研應用擴展到社會的各個領域,已形成了規模巨大的計算機產業,帶動了全球范圍的技術進步,由此引發了深刻的社會變革,計算機已遍及一般學校、企事業單位,進入尋常百姓家,成為信息社會中必不可少的工具。
⑺ 簡述計算機的發展歷程
1、第一代計算機(1946~1958)電子管為基本電子器件;使用機器語言和匯編語言;主要應用於國防和科學計算;運算速度每秒幾千次至幾萬次。
2、第二代計算機(1958~1964)晶體管為主要器件;軟體上出現了操作系統和演算法語言;運算速度每秒幾萬次至幾十萬次。
3、第三代計算機(1964~1971)普遍採用集成電路;體積縮小;運算速度每秒幾十萬次至幾百萬次。
4、第四代計算機(1971~現在 )以大規模集成電路為主要器件;運算速度每秒幾百萬次至上億次。
我國計算機發展歷史:
從1953年開始研究,到1958年研製出了我國第一台計算機,在1982年我國研製出了運算速度1億次的銀河I、II型等小型系列機。
(7)計算機產業發展背景擴展閱讀
計算機是新技術革命的一支主力,也是推動社會向現代化邁進的活躍因素。計算機科學與技術是第二次世界大戰以來發展最快、影響最為深遠的新興學科之一。計算機產業已在世界范圍內發展成為一種極富生命力的戰略產業。
現代計算機是一種按程序自動進行信息處理的通用工具,它的處理對象是信息,處理結果也是信息。利用計算機解決科學計算、工程設計、經營管理、過程式控制制或人工智慧等各種問題的方法,都是按照一定的演算法進行的。這種演算法是定義精確的一系列規則,它指出怎樣以給定的輸入信息經過有限的步驟產生所需要的輸出信息。
信息處理的一般過程,是計算機使用者針對待解抉的問題,事先編製程序並存入計算機內,然後利用存儲程序指揮、控制計算機自動進行各種基本操作,直至獲得預期的處理結果。計算機自動工作的基礎在於這種存儲程序方式,其通用性的基礎則在於利用計算機進行信息處理的共性方法。
參考資料網路——計算機發展史
⑻ 淺析計算機產業幾個領域的發展狀況
參考前瞻產業研究院發布的《2015-2020年 中國計算機整機製造行業市場需求與投資規劃分析報告》 2014年,計算機行業整體處於低迷態勢,微型計算機產量和出口持續下滑,全行業效益增長放緩;產品結構不斷調整,硬體移動化勢頭不減;重點企業轉型整合,行業需要更多創新和突破。長期來看,計算機作為未來核心計算設備的功能不會改變,隨著新技術的突破,計算機行業將迎來新的發展機遇。一、運行情況 (一)產量出現下滑,銷售產值增速放緩 2014年,我國累計生產微型計算機3.51億台,下滑0.8%;其中筆記本電腦2.27億台,下降5.5%。計算機全行業實現銷售產值22729億元,同比增長2.9%,低於電子信息製造業全行業增速7.4個百分點,低於上年2.6個百分點。 (二)出口降幅擴大,平板電腦出口數量佔一半以上據海關統計數據顯示,2014年我國微型計算機實現出口額1147.8億美元,同比下降2.5%,降幅比上年擴大1.2個百分點。出口的微型計算機中,平板電腦的數量比重上升到53.8%,但出口金額比重僅佔28.6%;台式微機的比重下降至2.8%,比下年繼續下滑0.2個百分點。全年走勢看,出口額呈緩步回升態勢。 (三)主營業務收入成本上升,效益增長持續放緩 2014年,我國計算機行業完成主營業務收入23222億元,同比增長2.7%,比上年下降2.7個百分點;實現利潤總額699.6億元,同比增長5%,比上年下降7個百分點。計算機行業每百元主營業務收入成本為95.6元,比上年提高2.6元,遠高於全行業88.4元的成本水平;銷售利潤率3%,比上年下降0.2個百分點,低於全行業1.9個百分點。 (四)固定資產投資增長低迷,計算機整機下滑嚴重 2014年,我國計算機行業完成固定資產投資859億元,同比增長4.3%,增速比上年回升2.5個百分點,但仍低於全行業平均水平7.1個百分點。其中計算機整機領域的固定資產投資下滑嚴重,同比下降34.6%;零部件製造領域的固定資產投資增長34.1%。 (五)產品結構不斷調整,移動化趨勢持續微型計算機市場中,傳統的台式電腦和一體電腦,雖然市場份額有限,佔比已經降至低於20%,但仍是商用電腦市場的主力軍,產銷量較為穩定,根據國內零售市場的監測數據顯示,2014年台式電腦的銷量同比增長超過20%。在消費領域,便攜、移動、娛樂等趨勢主導市場,筆記本電腦大量取代傳統大電腦的同時,受市場飽和、創新產品不足及平板電腦的替代分流等因素的影響,筆記本電腦的產銷量下跌幅度超過5%,但在微型計算機產量中的佔比仍達65%;平板電腦的銷量增長10%左右,但增速比上年有較大下降,價格下降也較快。
⑼ 當代中國計算機產業發展趨勢及其前景
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無處不在、無所不能的電腦,已歷經了50多個春華秋實。50餘年在人類的歷史長河中只是一瞬間,電腦卻徹底改變了我們的生活。回顧電腦發展的歷史,並依此上溯它的起源,真令人驚嘆滄海桑田的巨變;歷數電腦史上的英雄人物和跌宕起伏的發明故事,將給後人留下了長久的思索和啟迪。請讀者隨著我們的史話倒轉時空,從電腦最初的源頭說起。
誰都知道,電腦的學名叫做電子計算機。以人類發明這種機器的初衷,它的始祖應該是計算工具。英語里「Calculus」(計算)一詞來源於拉丁語,既有「演算法」的含義,也有腎臟或膽囊里的「結石」的意思。遠古的人們用石頭來計算捕獲的獵物,石頭就是他們的計算工具。著名科普作家阿西莫夫說,人類最早的計算工具是手指,英語單詞「Dight」既表示「手指」又表示「整數數字」;而中國古人常用「結繩」來幫助記事,「結繩」當然也可以充當計算工具。石頭、手指、繩子……,這些都是古人用過的「計算機」。
不知何時,許多國家的人都不約而同想到用「籌碼」來改進工具,其中要數中國的算籌最有名氣。商周時代問世的算籌,實際上是一種竹製、木製或骨制的小棍。古人在地面或盤子里反復擺弄這些小棍,通過移動來進行計算,從此出現了「運籌」這個詞,運籌就是計算,後來才派生出「籌」的詞義。中國古代科學家祖沖之最先算出了圓周率小數點後的第6位,使用的工具正是算籌,這個結果即使用筆算也很不容易求得。
歐洲人發明的算籌與中國不盡相同,他們的算籌是根據「格子乘法」的原理製成。例如要計算1248×456,可以先畫一個矩形,然後把它分成3×2個小格子,在小格子邊依次寫下乘數、被乘數的各位數字,再用對角線把小格子一分為二,分別記錄上述各位數字相應乘積的十位數與個位數。把這些乘積由右到左,沿斜線方向相加,最後就得到乘積。1617年,英國數學家納皮爾把格子乘法表中可能出現的結果,印刻在一些狹長條的算籌上,利用算籌的擺放來進行乘、除或其他運算。納皮爾算籌在很長一段時間里,是歐洲人主要的計算工具。算籌在使用中,一旦遇到復雜運算常弄得繁雜混亂,讓人感到不便,於是中國人又發明了一種新式的「計算機」。
謝爾頓在他的小說《假如明天來臨》里講過一個故事:騙子傑夫向經銷商兜售一種袖珍計算機,說它「價格低廉,絕無故障,節約能源,十年中無需任何保養」。當商人打開包裝盒一看,這台「計算機」原來是一把來自中國的算盤。世界文明的四大發源地——黃河流域、印度河流域、尼羅河流域和幼發拉底河流域——先後都出現過不同形式的算盤,只有中國的珠算盤一直沿用至今。珠算盤最早可能萌芽於漢代,定型於南北朝。它利用進位制記數,通過撥動算珠進行運算:上珠每珠當五,下珠每珠當一,每一檔可當作一個數位。打算盤必須記住一套口訣,口訣相當於算盤的「軟體」。算盤本身還可以存儲數字,使用起來的確很方便,它幫助中國古代數學家取得了不少重大的科技成果,在人類計算工具史上具有重要的地位。
15世紀以後,隨著天文、航海的發展,計算工作日趨繁重,迫切需要探求新的計算方法並改進計算工具。1630年,英國數學家奧特雷德使用當時流行的對數刻度尺做乘法運算,突然萌生了一個念頭:若採用兩根相互滑動的對數刻度尺,不就省得用兩腳規度量長度嗎?他的這個設想導致了「機械化」計算尺的誕生。奧特雷德是理論數學家,對這個小小的計算尺並不在意,也沒有打算讓它流傳於世,此後二百年,他的發明未被實際運用。18世紀末,以發明蒸汽機聞名於世的瓦特,成功地制出了第一把名副其實的計算尺。瓦特原來就是一位儀表匠,他的蒸汽機工廠投產後,需要迅速計算蒸汽機的功率和氣缸體積。瓦特設計的計算尺,在尺座上多了一個滑標,用來「存儲」計算的中間結果,這種滑標很長時間一直被後人所沿用。
1850年以後,對數計算尺迅速發展,成了工程師們必不可少的隨身攜帶的「計算機」,直到20世紀五、六十年代,它仍然是代表工科大學生身份的一種標志。
凝聚著許許多多科學家和能工巧匠智慧的早期計算工具,在不同的歷史階段發揮過巨大作用,但也將隨著科學發展而逐漸消亡,最終完成它們的歷史使命。
第一台真正的計算機是著名科學家帕斯卡(B.Pascal)發明的機械計算機。
帕斯卡1623年出生在法國一位數學家家庭,他三歲喪母,由擔任著稅務官的父親拉扯他長大成人。從小,他就顯示出對科學研究濃厚的興趣。
少年帕斯卡對他的父親一往情深,他每天都看著年邁的父親費力地計算稅率稅款,很想幫助做點事,可又怕父親不放心。於是,未來的科學家想到了為父親製做一台可以計算稅款的機器。19歲那年,他發明了人類有史以來第一台機械計算機。
帕斯卡的計算機是一種系列齒輪組成的裝置,外形像一個長方盒子,用兒童玩具那種鑰匙旋緊發條後才能轉動,只能夠做加法和減法。然而,即使只做加法,也有個「逢十進一」的進位問題。聰明的帕斯卡採用了一種小爪子式的棘輪裝置。當定位齒輪朝9轉動時,棘爪便逐漸升高;一旦齒輪轉到0,棘爪就「咔嚓」一聲跌落下來,推動十位數的齒輪前進一檔。
帕斯卡發明成功後,一連製作了50台這種被人稱為「帕斯卡加法器」的計算機,至少現在還有5台保存著。比如,在法國巴黎工藝學校、英國倫敦科學博物館都可以看到帕斯卡計算機原型。據說在中國的故宮博物院,也保存著兩台銅制的復製品,是當年外國人送給慈僖太後的禮品,「老佛爺」哪裡懂得它的奧妙,只把它當成了西方的洋玩具,藏在深宮裡面。
帕斯卡是真正的天才,他在諸多領域內都有建樹。後人在介紹他時,說他是數學家、物理學家、哲學家、流體動力學家和概率論的創始人。凡是學過物理的人都知道一個關於液體壓強性質的「帕斯卡定律」,這個定律就是他的偉大發現並以他的名字命名的。他甚至還是文學家,其文筆優美的散文在法國極負盛名。可惜,長期從事艱苦的研究損害了他的健康,1662年英年早逝,死時年僅39歲。他留給了世人一句至理名言:「人好比是脆弱的蘆葦,但是他又是有思想的蘆葦。」
全世界「有思想的蘆葦」,尤其是計算機領域的後來者,都不會忘記帕斯卡在渾沌中點燃的亮光。1971年發明的一種程序設計語言——PASCAL語言,就是為了紀念這位先驅,使帕斯卡的英名長留在電腦時代里。
帕斯卡逝世後不久,與法蘭西毗鄰的德國萊茵河畔,有位英俊的年輕人正挑燈夜讀。黎明時分,青年人站起身,揉了一下疲乏的腰部,臉上流露出會心的微笑,一個朦朧的設想已醞釀成熟。雖然在帕斯卡發明加法器的時候,他尚未出世,但這篇由帕斯卡親自撰寫的關於加法計算機的論文,卻使他似醍醐灌頂,勾起強烈的發明欲。他就是德國大數學家、被《不列顛網路全書》稱為「西方文明最偉大的人物之一」的萊布尼茨(G.Leibnitz)。
萊布尼茨早年歷經坎坷。當幸運之神降臨之時,他獲得了一次出使法國的機會。帕斯卡的故鄉張開臂膀接納他,為他實現計算機器的夙願創造了契機。在巴黎,他聘請到一些著名機械專家和能工巧匠協助工作,終於在1674年造出一台更完美的機械計算機。
萊布尼茨發明的新型計算機約有1米長,內部安裝了一系列齒輪機構,除了體積較大之外,基本原理繼承於帕斯卡。不過,萊布尼茨技高一籌,他為計算機增添了一種名叫「步進輪」的裝置。步進輪是一個有9個齒的長圓柱體,9個齒依次分布於圓柱表面;旁邊另有個小齒輪可以沿著軸向移動,以便逐次與步進輪嚙合。每當小齒輪轉動一圈,步進輪可根據它與小齒輪嚙合的齒數,分別轉動1/10、2/10圈……,直到9/10圈,這樣一來,它就能夠連續重復地做加法。
稍熟悉電腦程序設計的人都知道,連續重復計算加法就是現代計算機做乘除運算採用的辦法。萊布尼茨的計算機,加、減、乘、除四則運算一應俱全,也給其後風靡一時的手搖計算機鋪平了道路。
不久,因獨立發明微積分而與牛頓齊名的萊布尼茨,又為計算機提出了「二進制」數的設計思路。有人說,他的想法來自於東方中國。
大約在公元1700年左右某天,友人送給他一幅從中國帶來圖畫,名稱叫做「八卦」,是宋朝人邵雍所摹繪的一張「易圖」。萊布尼茨用放大鏡仔細觀察八卦的每一卦象,發現它們都由陽(—)和陰(--)兩種符號組合而成。他撓有興趣地把8種卦象顛來倒去排列組合,腦海中突然火花一閃——這不就是很有規律的二進制數字嗎?若認為陽(—)是「1」,陰(--)是「0」,八卦恰好組成了二進制000到111共8個基本序數。正是在中國人睿智的啟迪下,萊布尼茨最終悟出了二進制數之真諦。雖然萊布尼茨設計的計算機用的還是十進制,但他率先系統提出了二進制數的運演算法則,直到今天,二進制數仍然左右著現代電腦的高速運算。
帕斯卡的計算機經由萊布尼茨的改進之後,人們又給它裝上電動機以驅動機器工作,成為名符其實的「電動計算機」,並且一直使用到本世紀20年代才退出舞台。盡管帕斯卡與萊布尼茨的發明還不是現代意義上的計算機,但它們畢竟昭示著人類計算機史里的第一抹曙光。
要讓機器聽人類的話,按人類的意願去計算,就要實現人與機器之間的對話,或者說,要把人類的思想傳送給機器,讓機器按人的意志自動執行。
說來也怪,實現人與機器對話的始作俑者卻不是研製計算機的那些前輩,而是與計算機發明毫不相乾的兩位法國紡織機械師。他們先後發明了一種指揮機器工作的「程序」,把思想直接「注入」到了提花編織機的針尖上。
顧名思義,提花編織機具有升降紗線的提花裝置,是一種能使綢布編織出圖案花紋的織布機器。
應該是,提花編織機最早出現在中國。在我國出土的戰國時代墓葬物品中,就有許多用彩色絲線編織的漂亮花布。據史書記載,西漢年間,鉅鹿縣紡織工匠陳寶光的妻子,能熟練地掌握提花機操作技術,她的機器配置了120根經線,平均60天即可織成一匹花布,每匹價值萬錢。明朝刻印的《天工開物》一書中,還赫然地印著一幅提花機的示意圖。可以想像,當歐洲的王公貴族對從「絲綢之路」傳入的美麗綢緞贊嘆不已時,中國的提花機也必定會沿著「絲綢之路」傳入歐洲。
不過,用當時的編織機編織圖案相當費事。所有的綢布都是用經線(縱向線)和緯線(橫向線)編織而成。若要織出花樣,織工們必須細心地按照預先設計的圖案,在適當位置「提」起一部分經線,以便讓滑梭牽引著不同顏色的緯線通過。機器當然不可能自己「想」到該在何處提線,只能靠人手「提」起一根又一根經線,不厭其煩地重復這種操作。
1725年,法國紡織機械師布喬(B.Bouchon)突發奇想,想出了一個「穿孔紙帶」的絕妙主意。布喬首先設法用一排編織針控制所有的經線運動,然後取來一卷紙帶,根據圖案打出一排排小孔,並把它壓在編織針上。啟動機器後,正對著小孔的編織針能穿過去鉤起經線,其他的針則被紙帶擋住不動。這樣一來,編織針就自動按照預先設計的圖案去挑選經線,布喬的「思想」於是「傳遞」給了編織機,而編織圖案的「程序」也就「儲存」在穿孔紙帶的小孔之中。真正成功的改進是在80年後,另一位法國機械師傑卡德(J.Jacquard),大約在1805年完成了「自動提花編織機」的設計製作。
那是舉世矚目的法國大革命的年代——攻打巴士底獄,推翻封建王朝,武裝保衛巴黎,市民們高唱著「馬賽曲」,紛紛走上街頭,革命風暴如火如荼。雖然傑卡德在1790年就基本形成了他的提花機設計構想,但為了參加革命,他無暇顧及發明創造,也扛起來福槍,投身到里昂保衛戰的行列里。直到19世紀到來之後,傑卡德的機器才得以組裝完成。
傑卡德為他的提花機增加了一種裝置,能夠同時操縱1200個編織針,控制圖案的穿孔紙帶後來也換成了穿孔卡片。據說,傑卡德編織機面世後僅25年,考文垂附近的鄉村裡就有了600台,在老式蒸氣機噗嗤噗嗤的伴奏下,把穿孔卡片上的圖案變成一匹匹漂亮的花綢布。紡織工人最初強烈反對這架自動化的新鮮玩意的到來,因為害怕機器會搶去他們的飯碗,使他們失去工作,但因為它優越的性能,終於被人們普遍接受。1812年,僅在法國已經裝配了萬余台,並通過英國傳遍了西方世界,傑卡德也因此而被受予了榮譽軍團十字勛章和金質獎章。
傑卡德提花編織機奏響了19世紀機器自動化的序曲。在倫敦出版的《不列顛網路全書》和中國出版的《英漢科技詞彙大全》兩部書中,「JACQUARD」(傑卡德)一詞的詞條下,英語和漢語的意思居然都是「提花機」,可見,傑卡德的名字已經與提花機融為了一體。傑卡德提花機的原理,即使到了電腦時代的今天,依然沒有更大的改動,街頭巷尾小作坊里使用的手工絨線編織機,其基本結構仍與傑卡德編織機大體相似。
此外,傑卡德編織機「千瘡百孔」的穿孔卡片,不僅讓機器編織出絢麗多彩的圖案,而且意味著程序控制思想的萌芽,穿孔紙帶和穿孔卡片也廣泛用於早期電腦以存儲程序和數據。或許,我們現在把「程序設計」俗稱為「編程序」,就引申自編織機的「編織花布」的詞義。
今天出版的許多計算機書籍扉頁里,都登載著巴貝奇(C.Babbage)的照片:寬闊的額,狹長的嘴,銳利的目光顯得有些憤世嫉俗,堅定的但絕非缺乏幽默的外貌,給人以一個極富深邃思想的學者形象。
巴貝奇是一位富有的銀行家的兒子,1792年出生在英格蘭西南部的托特納斯,後來繼承了相當豐厚的遺產,但他把金錢都用於了科學研究。童年時代的巴貝奇顯示出極高的數學天賦,考入劍橋大學後,他發現自己掌握的代數知識甚至超過了教師。畢業留校,24歲的年青人榮幸受聘擔任劍橋大學「路卡辛講座」的數學教授。這是一個很少有人能夠獲得的殊榮,牛頓的老師巴羅是第一名,牛頓是第二名。在教學之餘,巴貝奇完成了大量發明創造,如運用運籌學理論率先提出「一便士郵資」制度,發明了供火車使用的速度計和排障器等等。假若巴貝奇繼續在數學理論和科技發明領域耕耘,他本來是可以走上鮮花鋪就的坦途。然而,這位曠世奇才卻選擇了一條無人敢於攀登的崎嶇險路。
事情還得從法國講起。18世紀末,法蘭西發起了一項宏大的計算工程——人工編制《數學用表》,這在沒有先進計算工具的當時,是件極其艱巨的工作。法國數學界調集大批數學家,組成了人工手算的流水線,算得天昏地暗,才完成了17卷大部頭書稿。即便如此,計算出的數學用表仍然存在大量錯誤。據說有一天,巴貝奇與著名的天文學家赫舍爾湊在一起,對兩大部頭的天文數表評頭論足,翻一頁就是一個錯,翻兩頁就有好幾處。面對錯誤百出的數學表,巴貝奇目瞪口呆,他甚至喊出聲來:「天哪,這些計算錯誤已經充斥彌漫了整個宇宙!」
這件事也許就是巴貝奇萌生研製計算機構想的起因。巴貝奇在他的自傳《一個哲學家的生命歷程》里,寫到了大約發生在1812年的一件事:「有一天晚上,我坐在劍橋大學的分析學會辦公室里,神志恍惚地低頭看著面前打開的一張對數表。一位會員走進屋來,瞧見我的樣子,忙喊道:『喂!你夢見什麼啦?』我指著對數表回答說:『我正在考慮這些表也許能用機器來計算!』」巴貝奇的第一個目標是製作一台「差分機」。所謂「差分」的含義,是把函數表的復雜算式轉化為差分運算,用簡單的加法代替平方運算。那一年,剛滿20歲的巴貝奇從法國人傑卡德發明的提花編織機上獲得了靈感,差分機設計閃爍出了程序控制的靈光——它能夠按照設計者的旨意,自動處理不同函數的計算過程。
巴貝奇耗費了整整十年光陰,於1822年完成了第一台差分機,它可以處理3個不同的5位數,計算精度達到6位小數,當即就演算出好幾種函數表。由於當時工業技術水平極低,第一台差分機從設計繪圖到機械零件加工,都是巴貝奇親自動手完成。當他看著自己的機器製作出准確無誤的《數學用表》,高興地對人講:「哪怕我的機器出了故障,比如齒輪被卡住不能動,那也毫無關系。你看,每個輪子上都有數字標記,它不會欺騙任何人。」以後實際運用證明,這種機器非常適合於編制航海和天文方面的數學用表。
成功的喜悅激勵著巴貝奇,他連夜奮筆上書皇家學會,要求政府資助他建造第二台運算精度為20位的大型差分機。英國政府看到巴貝奇的研究有利可圖,破天荒地與科學家簽訂了第一個合同,財政部慷慨地為這台大型差分機提供出1.7萬英鎊的資助。巴貝奇自己也貼進去1.3萬英鎊巨款,用以彌補研製經費的不足。在當年,這筆款項的數額無異於天文數字——有資料介紹說,1831年約翰·布爾製造一台蒸汽機車的費用才784英磅。
然而,第二台差分機在機械製造工廠里觸上了「暗礁」。
第二台差分機大約有25000個零件,主要零件的誤差不得超過每英寸千分之一,即使用現在的加工設備和技術,要想造出這種高精度的機械也絕非易事。巴貝奇把差分機交給了英國最著名的機械工程師約瑟夫·克萊門特所屬的工廠製造,但工程進度十分緩慢。設計師心急火燎,從劍橋到工廠,從工廠到劍橋,一天幾個來回。他把圖紙改了又改,讓工人把零件重做一遍又一遍。年復一年,日復一日,直到又一個10年過去後,巴貝奇依然望著那些不能運轉的機器發愁,全部零件亦只完成不足一半數量。參加試驗的同事們再也堅持不下去,紛紛離他而去。巴貝奇獨自苦苦支撐了第三個10年,終於感到無力回天。
那天清晨,巴貝奇走進車間,偌大的作業場空無一人,只剩下滿地的滑車和齒輪,四處一片狼藉。他呆立在尚未完工的機器旁,深深地嘆了口氣。在痛苦的煎熬中,他無計可施,只得把全部設計圖紙和已完成的部分零件送進倫敦皇家學院博物館供人觀賞。1842年,在巴貝奇的一生中是極不平常的一年。英國政府宣布斷絕對他的一切資助,連科學界的友人都用一種怪異的目光看著他。英國首相譏諷道:「這部機器的唯一用途,就是花掉大筆金錢!」同行們譏笑他是「愚笨的巴貝奇」。皇家學院的權威人士,包括著名天文學家艾瑞等人,都公開宣稱他的差分機「毫無任何價值」……
就在痛苦艱難的時刻,孤獨苦悶的巴貝奇意外地收到一封來信,寫信人不僅對他表示理解而且還希望與他共同工作。娟秀字體的簽名,表明了她不凡的身份——伯爵夫人。