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計算工具﹝Calculating Devices﹞是計算時所用的器具或輔助計算的實物。
人們從數學產生之日,便不斷尋求能方便進行和加速計算的工具。因此,計算和計算工具是息息相關的。
中國古代的數學是一種計算數學,當時的人創造了許多獨特的計算工具及與工具有關的計算方法,早在公元前5世紀,中國人已開始用算籌作為計算工具,並在公元前3世紀得到普遍的採用,一直沿用了二千年。後來,人們發明了算盤,並在15世紀得到普遍採用,取代了算籌。它是在算籌基礎上發明的,比算籌更加方便實用,同時還把算法口訣化,從而加快了計算速度。後來更發現算盤對人類有較強的數學教育功能,因此源用至今,並流傳到海外,成為一種國際性的計算工具。
除中國外,其它中古的國家亦有各式各樣的計算工具發明,例如羅馬人的「算盤」,古希臘人的「算板」,印度人的「沙盤」,及英國人的「刻齒本片」等。這些計算工具的原理基本上是相同的,同樣是透過某種具體的物體來代表數,並利用對物件的機械操作來進行運算。
近代的科學發展促進了計算工具的發展:
比例規:伽利略發明了「比例規」,它的外形像圓規,兩腳上各有刻度,可任意開合,是利用比例的原理進行乘除比例等計算的工具。
納皮爾籌:15世紀後,「格子算法」通行於中亞細亞及歐洲,納皮爾籌便是根據了「格子算法」的原理,但與格子算法不同的是它把格子和數字刻在「籌」﹝長條竹片或木片﹞上,這便可根據需要拼湊起來計算。
計算尺:在1614年,對數被發明以後,乘除運算可以化為加減運算,對數計算尺便是依據這一特點來設計。1620年,E‧岡特最先利用對數計算尺來計算乘除。1632年,奧特雷德發明了有滑尺的計算尺,並製成了圓形計算尺。1652年,R‧比薩克製成了有固定尺身和滑尺的計算尺。1850年,V‧曼南在計算尺上裝上游標,因此而受到當時科學工作者,特別是工程技術人員所廣泛採用。
機械計算機:機械式計算機是與計算尺同時出現的,是計算工具上的一大發明。席卡德﹝1623﹞是最早構思出機械式計算機,他在給天文學家J‧開普勒的信﹝1623,1624﹞上描述了他發明的四則計算機,但並沒有成功製成。而能成功創製第一部能計算加減法的計算機是B‧帕斯卡﹝1642﹞,在1671年,G‧W‧萊布尼茨發明了一種能作四則運算的手搖計算機,是長1米的大盒子。自此以後,經過人們在這方面多年的研究,特別是經過L‧H‧托馬斯,W‧奧德內爾等人的改良後,出現了多種多樣的手搖計算機,並風行全世界。於17世紀末,這種計算機傳入了中國,並由中國人製造了12位數的手搖計算機,獨創出一種算籌式手搖計算機。
電子計算機:一種能依照一定的「程序」自動控制的計算機。19世紀初,法國的J‧M‧雅卡爾發明了用穿孔卡片來控制的紡織機,1822年,英國的C‧巴貝奇便根據同一原理製成了一部能執行計算程序的差分機,並於1834年,設計了一部完全程序控製的分析機,可惜礙於當時的機械技術所限制而沒有製成,但已包含了現代計算的基本思想和主要的組成部分了。
20世紀以來,電子技術與數學得到充分的發展,電子技術的改進,為計算機提供了物質上的基礎,而數學的發展對設計及研製新型的計算機有很大的幫助。
1941年,德國的楚澤採用了繼電器,製成了第一部通用程序控制計算機,實現了100多年前巴貝奇的理想。1944年,美國的艾肯亦以同一方法製成了一台程序控制自動數字計算機。
20世紀初,電子管的出現,使計算機的改革有了新的發展,並由於二次大戰的迫切的軍事需要,美國賓夕法尼亞大學和有關單位在1946年製成了第一台電子計算機──「電子數字積分儀與計算機」﹝ENIAC﹞,由J‧W莫利和J‧P‧埃克特等主要設計,而J‧馮‧諾伊曼亦曾參與改進工作。ENIAC使用了18000個電子管,佔地170平方米,功率150千瓦。
電子計算機﹝又稱電腦﹞在40多年得到高速的發展,其使用的元件亦已經歷了四代的變化。包括第一代的電子管、第二代的晶體管、第三代的集成電路、及第四代的大規模集成電路。
1983年底,中國製造了億次「銀河」計算機,這標誌著中國已進入研製巨型機的行列。
現在,電子計算機的功能已不止是一種計算工具,它已滲入了人類的活動領域,並改變著整個社會的面貌,使人類社會邁入一個新的階段。
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