在漫長的歷史長河中，人類所運用的運算工具，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科技發(fā)展的廣闊前景。
　　
　　計算演化與時俱進(jìn)
　　
　　在原始社會，人類進(jìn)行計算的方法十分簡單，只需把石塊放進(jìn)皮袋或把貝殼串成串，就可以“一一對應(yīng)”計算出需要計數(shù)的物品。后來，人們又發(fā)明了在長繩上打結(jié)記事或計數(shù)。采用這樣的“結(jié)繩計數(shù)”方法，比用石塊、貝殼要輕便許多。與此同時，手指計數(shù)也是當(dāng)時常用的方法。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”被廣泛運用，應(yīng)該與手指計數(shù)大有關(guān)聯(lián)。
　　考古工作者考證出湖南省長沙楚墓出土的幾十根長約12厘米的小竹棍，就是古人用來計算的算籌，這是我國所能見到的年代雖久遠(yuǎn)的實物：而楚人也是我國古代最早使用算籌進(jìn)行計算的先民。經(jīng)專家研究，算籌有兩種排列方式：一種是縱式，1至5為并列豎排，6至9為橫豎相交，一豎一橫表示6，四豎一橫表示9；另一種模式則是1至5并列橫排，6至9豎橫相交，與縱式恰好相反。進(jìn)行計算時，算籌縱橫交叉使用，以十進(jìn)位，零為空位?！独献印芬粫兄v到：“善計者不用籌策”，表明那時算籌已經(jīng)相當(dāng)普遍了。自春秋戰(zhàn)國以來，使用算籌進(jìn)行計算一直沿用了近兩千年。除竹制之外，還有木、鐵、玉石、象牙制的算籌。把算籌裝在袋子里或筆筒中隨身攜帶，這就是古人說的“算袋”或“算子筒”。唐代曾經(jīng)規(guī)定，文武官員都必須備有算袋，以提高決策的科學(xué)性。我國古代數(shù)學(xué)家劉徽，用算籌把圓周率計算到3.1410。而祖沖之則更為精確地計算到小數(shù)點后第七位。
　　算籌在計算時需要一定的場地，特別是多位數(shù)計算占地較大，而且運算過程轉(zhuǎn)瞬即逝。為了克服算籌的弊端，到了宋元時期，人們根據(jù)算籌的計算原理，發(fā)明了算盤。1366年，陶宗義著《南村輟耕錄》中，最初提到“算盤”一詞，并說“撥之則動”。15世紀(jì)《魯班木經(jīng)》中，很為詳細(xì)地記載了算盤的制作方法。算盤以圓珠代替“算籌”，并將其連成整體，簡化了操作過程，運用時更加得心應(yīng)手。到了元末明初以后，珠算則逐漸取代籌算，成為通用的計算工具。在算盤中，上面的子一個代表5，下面的子一個代表1，是從算籌延續(xù)下來。算籌運算的規(guī)則和口訣，算盤也都繼續(xù)沿用。從某種意義上講，算籌可以說是算盤的祖先。利用算盤不但可以做加減乘除四則運算，還可以乘方開方。即使是多元高次方程這樣高深的數(shù)學(xué)難題，利用算盤同樣可以解出來。
　　珠算是中國的一大發(fā)明，雖然歷史古老，但現(xiàn)在仍然具有旺盛的生命力，不但在中國如此，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。美國加州的大部分小學(xué)都開設(shè)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。現(xiàn)在，一種新型的電子算盤已經(jīng)問世，它把算盤與電子計算器的長處集為一體，是一種中外結(jié)合的新型計算工具。
　　
　　齒輪計算風(fēng)光顯赫
　　
　　1520年，英國人甘特發(fā)明了計算尺，運用到一些特殊的運算中，既快速又省時。到了1642年，法國數(shù)學(xué)家巴斯嘉制造出世界上最早的手搖計算機。它用一個個齒輪表示數(shù)字，以齒輪間的咬合裝置實現(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)，它既能做加、減法，又能做乘、除法，運算操作也更加簡捷、快速。1878年，瑞典發(fā)明家奧涅爾制造出一種利用齒數(shù)可變功能進(jìn)行演算的手搖計算機。這種計算機的主要特點是，利用齒數(shù)可變的齒輪代替階梯形軸。其中，字輪與基數(shù)齒輪之間沒有中間齒輪，數(shù)字直接刻在可變齒輪上，并在外殼窗口中加以顯示。
　　到了19世紀(jì)80年代，各種機械計算機陸續(xù)采用鍵盤置數(shù)的辦法。這種計算機在進(jìn)行除法運算時，要注意聽信號鈴聲，當(dāng)減去除數(shù)的次數(shù)過頭時，就會響鈴，提醒操作者將多減的次數(shù)補回來。1905年，一位名b9d2711ef8d86328410c99914ca4a0bc叫加門的德國人，在鍵盤置數(shù)的計算機中采用了“比例杠桿原理”，使計算機在操作時產(chǎn)生的噪聲很小，做除法運算時也不用專心注意鈴響，逐漸成為一種廣為流傳的機械計算機。1936年荷蘭飛利浦公司制造出一種二進(jìn)制手搖機械式計算機。由于結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，在20世紀(jì)二三十年間一度成為非常重要的計算工具。
　　用手搖作為動力的機械計算機，應(yīng)用范圍十分廣泛。它能夠進(jìn)行四則運算、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，就曾使用這種計算機來進(jìn)行數(shù)據(jù)計算。不過，手搖計算機也有不足，比如計算的數(shù)據(jù)中有括號就比較麻煩，需要正搖幾圈，反搖幾圈，重復(fù)多次；另外還要用紙筆記錄，既費時又費力。20世紀(jì)70年代，使用晶體管和數(shù)碼管的計算器出現(xiàn)以后，手搖計算機就退出了歷史舞臺。
　　
　　超級電腦前景廣闊
　　
　　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算機。這是一種根據(jù)一系列指令對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的機器，俗稱“電腦”。
　　電子計算機的種類繁多，但總體上都是處理信息數(shù)據(jù)的工具。隨著科技的飛速進(jìn)步，新一代計算機出現(xiàn)之后，在性能上總是要明顯超過前一代。早期計算機的體積足有一間房屋大小，而今天某些嵌入式計算機可能比一副撲克牌還小。小型的、為個人應(yīng)用而設(shè)計的計算機被稱為微型計算機，簡稱微機。我們?nèi)粘Ｊ褂谩坝嬎銠C”一詞時，通常大都是指這種計算機。當(dāng)然，在特別的科學(xué)計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算機在工作著。
　　我國國防科技大學(xué)研制的“天河一號”超級計算機，其峰值運算速度為每秒4700萬億次?！疤旌右惶枴边\算1小時，相當(dāng)于全國13億人同時計算340年以上；“天河一號”運算一天，相當(dāng)于一臺主流微機運算620年的總和。
　　超級計算機又稱高性能計算機、巨型計算機，是世界公認(rèn)的高新技術(shù)制高點和21世紀(jì)最重要的科學(xué)領(lǐng)域之一。1994年，美國航空航天總署的戈達(dá)德太空飛行中心的科技人員，建造了世界上第一組個人臺式電腦機群超級計算機?，F(xiàn)如今，超級計算機已成為研究全球氣候變化、高能粒子、天體變化、核反應(yīng)等的關(guān)鍵工具。日本開發(fā)的“地球模擬器”超級計算機可提供全球性天氣預(yù)報。在運行過程中，該計算機需要將地球表面分割為許多大約10平方千米的區(qū)域，這樣就需要處理5000多萬套大氣及海流的變化數(shù)據(jù)。為了對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行及時處理以做出天氣預(yù)報，以往需要數(shù)千臺計算機處理器來進(jìn)行共同運算，而該臺超級計算機完全可以獨自擔(dān)當(dāng)重任。
　　科學(xué)家通過超級計算機揭示了黑洞質(zhì)量之謎。在大約1億年的時間里，黑洞質(zhì)量不斷增長，將更多氣體燃料吸引到自己身邊，氣體在向黑洞靠近時變得更熱、更明亮。這樣，融合后的星系核就成了一個類星體。按照超級計算機的模擬結(jié)果，大黑洞在經(jīng)歷稱為“類星體”的成長階段時，周圍熾熱的氣體物質(zhì)會爆發(fā)，產(chǎn)生一股強大的宇宙風(fēng)，將絕大部分氣體塵云從黑洞附近乃至整個星系里刮走，拋入深空。放完這個巨大的“宇宙焰火”之后，黑洞沒有了“食物”，質(zhì)量不再增長。
　　超級計算機對于一個國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。這是因為，越來越多的用戶需要實施技術(shù)計算任務(wù)，用以挖掘采購和供應(yīng)趨勢的數(shù)據(jù)。超級計算機強大的運算能力使模擬更加準(zhǔn)確，為降低成本、增加效率提供了依據(jù)?，F(xiàn)在，運用超級計算機對產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行模擬，也已經(jīng)成為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)工具。作為中國高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)中重大項目的“天河一號”，設(shè)計始于2008年。它采用了“多陣列可配置協(xié)同并行體系結(jié)構(gòu)”等多項關(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。2010年年底，這臺由103個機柜組成、占地面積近千平方米、總重量155噸的龐大計算機安裝到了中國兩個國家級超級計算中心之一的天津中心，開始向國內(nèi)外用戶提供超級計算服務(wù)。“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，未來10年左右時間，世界上將研制出運算速度超過每秒百萬萬億次(即10的18次方)的超級計算機。這一速度是目前世界上最快計算機的1000倍。
　　
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