《電子技術(shù)應(yīng)用》
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算力簡史(二)

2023-12-14
來源:EETOP
關(guān)鍵詞: 算力 機械算力

公元14世紀(jì),,歐洲文藝復(fù)興正式開啟,。人文主義的思潮逐漸占據(jù)主流,人們開始倡導(dǎo)通過觀察和實驗來認識世界。

到了16世紀(jì),,歐洲的科技就開始爆發(fā)了,。那一時期,,整個歐洲群星璀璨,,藝術(shù)和科學(xué)領(lǐng)域碩果累累,生產(chǎn)力水平直線上升,。

數(shù)學(xué)作為所有科學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ),,這一階段取得的研究進展是最大的。
解析幾何學(xué),、微積分等,,都誕生了。一大堆的天才數(shù)學(xué)家,,輸出了海量的數(shù)學(xué)研究成果,,不僅為其它學(xué)科的騰飛奠定了基礎(chǔ),還直接促成了后來的工業(yè)革命,。

當(dāng)時,,為了更好地服務(wù)于數(shù)學(xué)計算,就有學(xué)者發(fā)明了新型的算力工具,。

例如1625年,,英國數(shù)學(xué)家威廉·奧特雷德(William Oughtred)發(fā)明了計算尺。1642年,,法國數(shù)學(xué)家布萊茲·帕斯卡(Blaise Pascal)發(fā)明了人類最早的機械計算機,。

這些發(fā)明,,可以輔助完成對數(shù)計算、三角函數(shù)計算,、開根計算等復(fù)雜任務(wù),,提升計算效率。

17世紀(jì)末到18世紀(jì)中,,德國數(shù)學(xué)家戈特弗里德·威廉·萊布尼茨(Gottfried Leibniz)等人,,先后設(shè)計和制造了能夠計算乘法的設(shè)備,將算力工具提升到更高的層級,。

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18世紀(jì)60年代,,第一次工業(yè)革命爆發(fā),將人類帶入蒸汽時代,。動力機械崛起,,開始取代手工勞動,成為主要生產(chǎn)力,。

機械技術(shù)的演進,,同樣帶動了機械化算力工具的演進。

當(dāng)時,,困擾算力工具發(fā)展的主要問題,,是如何進行機器能“看懂”的信息記錄和表達。機器是不識字的,,想要讓機器按命令工作,必須先發(fā)明能讓機器看得懂的“語言”,。

1725年,,這種語言出現(xiàn)了。

這一年,,法國人巴斯勒·布喬(Basile Bouchon)發(fā)明了一種和機器進行“對話”的表達形式——打孔卡(穿孔卡),。

打孔卡用于織布機??棽紮C在編織過程中,,編織針會往復(fù)滑動。根據(jù)打孔卡上的小孔,,編織針可以勾起經(jīng)線(沒有孔,,就不勾),從而繪制圖案,。

換言之,,打孔卡是存儲了“圖案程序”的存儲器,對織布機進行控制,。

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打孔卡的發(fā)明,,標(biāo)志著人類機械化信息存儲形式的開端,。

1801年,法國織機工匠約瑟夫·馬里爾·雅卡爾(Joseph Marie Jdakacquard)對打孔卡進行了升級,。他將打孔卡按一定順序捆綁,,變成了帶狀,創(chuàng)造了穿孔紙帶(Punched Tape)的雛形,。這種紙帶,,被應(yīng)用于提花織機。

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大家應(yīng)該能看出來,,打孔其實就是一種信息編碼方式,。它比文字和數(shù)字更加簡單,讓人與機器可以進行“溝通”,。

1811年,,20歲的英國發(fā)明家查爾斯·巴貝奇(Charles Babbage)從提花織機中獲得靈感,開始設(shè)計制造一臺名叫“差分機”的設(shè)備,。

這臺“差分機”在1821年制造完成,,歷時十年,可以進行多種函數(shù)運算,,運算精度達到了6位小數(shù),。

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在這個成就的鼓舞下,巴貝奇又啟動了第二臺“差分機”的研究,,精度將達到20位,。可惜的是,,因為這個機器的設(shè)計太過超前(有25000多個零件,,主要零件的誤差不得超過每英寸千分之一),以當(dāng)時的機械制造水平,,很難達到精度要求,。

所以,在歷經(jīng)二十年,,耗費了巨額資金之后,,這個“差分機二號”的制造工作宣告失敗。

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在制造“差分機二號”過程中,,1834年,,巴貝奇還提出了一個更大膽的想法——設(shè)計一個以蒸汽為動力的通用數(shù)學(xué)計算機,能夠自動解算有100個變量的復(fù)雜算題,,每個數(shù)可達25位,,速度可達每秒鐘運算一次。

這種新的設(shè)計,巴貝奇稱之為“分析機”,。

“分析機”和第二臺差分機一樣,,最終未能制造成功。但“分析機”中包含的很多設(shè)計,,例如輸入和輸出數(shù)據(jù)的機構(gòu),、以及“存儲庫”和“運算室”,和一百多年后的計算機如出一轍,。

因此,,“分析機”被后人稱為世界上第一臺計算機。而巴貝奇,,則被譽為計算機鼻祖,。

值得一提的是,與巴貝奇進行技術(shù)合作的,,有一位小姐姐,,名字叫阿達·奧古斯塔(Ada Augusta)。

她是詩人拜倫的獨生女,。當(dāng)時,,她負責(zé)為“分析機”編程。她也因此被稱為世界上第一個“程序員”,。

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1878年,,瑞典發(fā)明家奧涅爾在俄國發(fā)明了一種齒數(shù)可變的齒輪計算機,也算是機械計算機的代表之一,。

到了1885年,,已經(jīng)有越來越多的機械計算機誕生,掀起了一種技術(shù)風(fēng)潮,。

1890年,,一個牛人的出現(xiàn),讓打卡孔技術(shù)進一步發(fā)揚光大,。這個人,就是德裔美國人——赫爾曼·何樂禮(Herman Hollerith),。

他在打孔卡的基礎(chǔ)上,,發(fā)明了打孔卡制表機,專門用于收集并統(tǒng)計人口普查數(shù)據(jù),。
根據(jù)史料記載,,在1890年的美國人口普查中,通過打孔制片和打孔機,,僅6周就完成了統(tǒng)計工作,,得出了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)(62622250人)。而此前1880年的美國人口普查,,數(shù)據(jù)全靠手工處理,,歷時7年才得出最終結(jié)果,。

如此巨大的效率提升,使得制表機在各個行業(yè)迅速普及,。半自動化數(shù)據(jù)處理時代,,正式開始了。

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后來,,1896年,,赫爾曼·何樂禮創(chuàng)辦了制表機器公司(Tabulating Machine Company)。這家公司,,就是IBM公司的前身,。

18-19世紀(jì),機械計算的發(fā)展速度很快,。一方面,,是因為工業(yè)革命推動下的技術(shù)升級,為機械算力的精細化打下基礎(chǔ),。另一方面,,人類科技飛速進步,又需要先進算力工具進行輔助,。

那一時期,,算力高速發(fā)展,還有一個重要的背景,。那就是人們對信息價值的認知,,開始發(fā)生變化。

在古代,,人們并沒有什么“信息(information)”的概念,。更多用到的詞,是“消息(message)”,,或者說“訊息”,。

消息是一個具體的傳達內(nèi)容,比較簡短,、明確,。飛鴿傳書、烽火驛站,,傳遞的都是消息,。

而信息,則是一個更宏觀和抽象的概念,,范圍更大,,體量也更大。它是對物理世界的一種描述。

在古代,,信息的傳遞手段落后,,加上我們生活生存也用不到那么多信息,所以,,沒有對信息的認知,,也沒有意識到它的價值。

文藝復(fù)興和工業(yè)革命開始之后,,時代迅速發(fā)生變化,。

生產(chǎn)要素變了,新的商業(yè)模式出現(xiàn)了,,歐美國家率先開始發(fā)現(xiàn):信息是有價值的,。

銀行、股市和現(xiàn)代市場的出現(xiàn),,加速了信息價值的提升,。人們發(fā)現(xiàn):誰先獲得信息,誰就能賺大錢,。

于是,,人們對“信息”這個詞的理解,開始變得深刻,。

從某種程度上來說,,信息價值提升,刺激了人們對信息產(chǎn)生和傳輸手段的需求,,加速了相關(guān)科技的發(fā)展,。這為后面信息時代的到來奠定了基礎(chǔ)。

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