從結(jié)繩計(jì)數(shù)到“超級電腦”

在漫長的歷史長河中，隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人類進(jìn)行運(yùn)算所運(yùn)用的工具經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、由低級向高級的發(fā)展變化。這一演變過程，反映了人類認(rèn)識世界、改造世界的艱辛歷程和廣闊前景。

結(jié)繩計(jì)數(shù)在原始社會，人類智力低下，進(jìn)行計(jì)算的方法十分簡單。人們把石塊放進(jìn)皮袋或用貝殼串成珠子，需用時(shí)只要進(jìn)行“一一對應(yīng)”，就可以計(jì)算需要計(jì)數(shù)的物品。后來，人們又發(fā)明了在長繩上打結(jié)記事或計(jì)數(shù)。采用這樣的“結(jié)繩計(jì)數(shù)”方法，比用石塊貝殼要輕便許多。

手指計(jì)數(shù)人類的十個(gè)手指是個(gè)天生的“計(jì)數(shù)器”。原始人不穿鞋襪，再加上十個(gè)足趾，計(jì)數(shù)的范圍更是擴(kuò)大了一倍。至今，有些地區(qū)的少數(shù)民族還用“手”表示“五”，用“人”表示“二十”。有人研究推測，“十進(jìn)制”被廣泛運(yùn)用，應(yīng)該與手指計(jì)數(shù)大有關(guān)聯(lián)。

算籌我國考古工作者從湖南省長沙楚墓里發(fā)現(xiàn)了幾十根長約12厘米的竹棍。經(jīng)過考證，證實(shí)這些出土的小竹棍上是用來計(jì)算的算籌。有關(guān)資料介紹，楚墓中出土的算籌，是我國所能見到的年代最久遠(yuǎn)的實(shí)物;而楚人也是我國古代最早使用算籌進(jìn)行計(jì)算的先民。

利用木、竹、骨制成小棒算籌進(jìn)行記數(shù)，可以隨意移動、擺放。自春秋戰(zhàn)國以來，使用算籌進(jìn)行計(jì)算一直沿用了近2000年。算籌除竹制之外，還有木、鐵、玉石、象牙制的算籌。我國古代數(shù)學(xué)家劉徽，用算籌把圓周率計(jì)算到3.1410。而另一位名叫祖沖之的數(shù)學(xué)家，更為精確地計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后第七位。算籌在計(jì)算時(shí)需要一定的場地，特別是多位數(shù)計(jì)算占用場地更大;而且運(yùn)算過程一瞬即逝，這些問題給算籌的運(yùn)用帶來許多不便。經(jīng)過人們的努力探索，最終被算盤所替代。

算盤我國歷史的宋元時(shí)期，人們根據(jù)算籌計(jì)算原理并在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)創(chuàng)新，從而發(fā)明了算盤。在算盤中，上面的子一個(gè)代表5，下面的子一個(gè)代表1，是從算籌延續(xù)下來。算籌運(yùn)算的規(guī)則和口訣，算盤也都繼續(xù)沿用。利用算盤可以做加減乘除四則運(yùn)算，還可以乘方開方。即使是多元高次方程一類的高深數(shù)學(xué)難題，利用算盤同樣可以解出來。珠盤是中國的一大發(fā)明，雖然它很古老，但到現(xiàn)在仍然具有旺盛的生命力，被廣泛加以應(yīng)用。不但我們中國如此，就是號稱“電腦王國”的美國和日本，也十分重視珠算的使用和普及。美國加利福尼亞州的大部分小學(xué)都開珠算課;日本人則把珠算與讀書、寫字并列為國民應(yīng)當(dāng)具有的基本技能。

計(jì)算尺公元1520年，英國人甘特發(fā)明了計(jì)算尺。通過刻有數(shù)字的尺度互相移動，進(jìn)行某些特殊的運(yùn)算，運(yùn)用起來既快速又省時(shí)。

手搖計(jì)算機(jī)1642年，法國數(shù)學(xué)家巴斯嘉制造出世界上最早的手搖計(jì)算機(jī)。它用一個(gè)個(gè)齒輪表示數(shù)字，以齒輪間的咬合裝置實(shí)現(xiàn)進(jìn)位，低位齒輪轉(zhuǎn)十圈，高位齒輪轉(zhuǎn)一圈。經(jīng)過逐步改進(jìn)，到了20世紀(jì)30年代，手搖機(jī)械計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行四則運(yùn)算、平方數(shù)、立方數(shù)、開平方、開立方，還可以輸入三角函數(shù)和對數(shù)。我國第一顆原子彈的研制，就曾使用這種計(jì)算機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。

電子計(jì)算器20世紀(jì)70年代，電子計(jì)算器問世。這是一種使用晶體管、集-成電路和數(shù)碼顯示器件的計(jì)算工具，有臺式和手?jǐn)y式等大小不同的類型。電子計(jì)算器的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，從工礦企業(yè)到家庭生活都離不開。這種計(jì)算器出現(xiàn)以后，手搖計(jì)算機(jī)便悄悄退出了歷史舞臺。

電子算盤現(xiàn)在，一種新型的電子算盤已經(jīng)問世，它把算盤與電子計(jì)算器的長處集為一體，是一種中外結(jié)合的新型計(jì)算工具。

電子計(jì)算機(jī)1946年初，美國賓夕法尼亞大學(xué)厄克特博士和物理學(xué)家毛希利博士研制成功世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)。這是一種根據(jù)一系列指令對數(shù)據(jù)進(jìn)行l(wèi)處理的機(jī)器，俗稱“電腦”。電子計(jì)算機(jī)的種類繁多，但總體上都是處理信息數(shù)據(jù)的工具。計(jì)算機(jī)在組成上形式不一，早期計(jì)算機(jī)的體積足有一間房屋大小，而今天某些嵌入式計(jì)算機(jī)可能比一副撲克牌還小。為個(gè)人應(yīng)用而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)稱為微型計(jì)算機(jī)，簡稱微機(jī)。我們?nèi)粘Ｊ褂谩坝?jì)算機(jī)”一詞時(shí)，通常指的大都是這種計(jì)算機(jī)。當(dāng)然，在特別的科學(xué)計(jì)算或面向大型組織的事務(wù)處理中，依然有大量體積龐大的計(jì)算機(jī)在辛勤服務(wù)。

超級計(jì)算機(jī)超級計(jì)算機(jī)又稱高性能計(jì)算機(jī)、巨型計(jì)算機(jī)，是世界公認(rèn)的高新技術(shù)制高點(diǎn)和21世紀(jì)最重要的科學(xué)領(lǐng)域之一。如今，超級計(jì)算機(jī)已成為全球氣候變化、高能粒子、天體演變、核反應(yīng)等高新科技領(lǐng)域的關(guān)鍵工具。

2009年10月29日，我國國防科技大學(xué)的科研人員成功地研制出峰值性能為每秒1206萬億次的“天河一號”超級計(jì)算機(jī)。設(shè)計(jì)始于2008年的“天河一號”，采用了多項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)，綜合技術(shù)水平位居世界前列，具有高性能、高能效、高安全和易使用的特點(diǎn)。

用“天河一號”計(jì)算一汞所獲取的信息量，相當(dāng)于一臺主流微機(jī)運(yùn)算160年的總和;而“天河一號”的存儲量，則相當(dāng)于4個(gè)國家圖書館的藏書量。

“天河一號”將在資源勘探、生物醫(yī)藥研究、航空航天裝備研制、金融工程、新材料開發(fā)等方面得到廣泛應(yīng)用。科學(xué)家預(yù)計(jì)，未來10年左右時(shí)間，世界上將研制出運(yùn)算速度超過每秒百萬萬億次(即10的18次方)的超級計(jì)算機(jī)。這一速度是目前世界上最快計(jì)算機(jī)的1000倍。