从结绳计数到“超级电脑”.doc

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从结绳计数到“超级电脑”

作者：窦光宇

来源：《发明与创新(学生版)》2010年第11期

在漫长的历史长河中,随着社会的发展和科技的进步,人类进行运算所运用的工具经历了由简单到复杂、由低级向高级的发展变化。这一演变过程,反映了人类认识世界、改造世界的艰辛历程和广阔前景。

结绳计数在原始社会,人类智力低下,进行计算的方法十分简单。人们把石块放进皮袋或用贝壳串成珠子,需用时只要进行“一一对应”,就可以计算需要计数的物品。后来,人们又发明了在长绳上打结记事或计数。采用这样的“结绳计数”方法,比用石块贝壳要轻便许多。

手指计数人类的十个手指是个天生的“计数器”。原始人不穿鞋袜,再加上十个足趾,计数的范围更是扩大了一倍。至今,有些地区的少数民族还用“手”表示“五”,用“人”表示“二十”。有人研究推测,“十进制”被广泛运用,应该与手指计数大有关联。

算筹我国考古工作者从湖南省长沙楚墓里发现了几十根长约12厘米的竹棍。经过考证,证实这些出土的小竹棍上是用来计算的算筹。有关资料介绍,楚墓中出土的算筹,是我国所能见到的年代最久远的实物;而楚人也是我国古代最早使用算筹进行计算的先民。

利用木、竹、骨制成小棒算筹进行记数,可以随意移动、摆放。自春秋战国以来,使用算筹进行计算一直沿用了近2000年。算筹除竹制之外,还有木、铁、玉石、象牙制的算筹。我国古代数学家刘徽,用算筹把圆周率计算到3.1410。而另一位名叫祖冲之的数学家,更为精确地计算到小数点后第七位。算筹在计算时需要一定的场地,特别是多位数计算占用场地更大;而且运算过程一瞬即逝,这些问题给算筹的运用带来许多不便。经过人们的努力探索,最终被算盘所替代。

算盘我国历史的宋元时期,人们根据算筹计算原理并在结构上加以改进创新,从而发明了算盘。在算盘中,上面的子一个代表5,下面的子一个代表1,是从算筹延续下来。算筹运算的规则和口诀,算盘也都继续沿用。利用算盘可以做加减乘除四则运算,还可以乘方开方。即使是多元高次方程一类的高深数学难题,利用算盘同样可以解出来。珠盘是中国的一大发明,虽然它很古老,但到现在仍然具有旺盛的生命力,被广泛加以应用。不但我们中国如此,就是号称“电脑王国”的美国和日本,也十分重视珠算的使用和普及。美国加利福尼亚州的大部分小学都开珠算课;日本人则把珠算与读书、写字并列为国民应当具有的基本技能。

计算尺公元1520年,英国人甘特发明了计算尺。通过刻有数字的尺度互相移动,进行某些特殊的运算,运用起来既快速又省时。


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手摇计算机1642年,法国数学家巴斯嘉制造出世界上最早的手摇计算机。它用一个个齿轮表示数字,以齿轮间的咬合装置实现进位,低位齿轮转十圈,高位齿轮转一圈。经过逐步改进,到了20世纪30年代,手摇机械计算机能够进行四则运算、平方数、立方数、开平方、开立方,还可以输入三角函数和对数。我国第一颗原子弹的研制,就曾使用这种计算机来进行数据计算。 电子计算器20世纪70年代,电子计算器问世。这是一种使用晶体管、集-成电路和数码显示器件的计算工具,有台式和手携式等大小不同的类型。电子计算器的应用领域十分广泛,从工矿企业到家庭生活都离不开。这种计算器出现以后,手摇计算机便悄悄退出了历史舞台。 电子算盘现在,一种新型的电子算盘已经问世,它把算盘与电子计算器的长处集为一体,是一种中外结合的新型计算工具。

电子计算机1946年初,美国宾夕法尼亚大学厄克特博士和物理学家毛希利博士研制成功世界上第一台电子计算机。这是一种根据一系列指令对数据进行l处理的机器,俗称“电脑”。电子计算机的种类繁多,但总体上都是处理信息数据的工具。计算机在组成上形式不一,早期计算机的体积足有一间房屋大小,而今天某些嵌入式计算机可能比一副扑克牌还小。为个人应用而设计的计算机称为微型计算机,简称微机。我们日常使用“计算机”一词时,通常指的大都是这种计算机。当然,在特别的科学计算或面向大型组织的事务处理中,依然有大量体积庞大的计算机在辛勤服务。

超级计算机超级计算机又称高性能计算机、巨型计算机,是世界公认的高新技术制高点和21世纪最重要的科学领域之一。如今,超级计算机已成为全球气候变化、高能粒子、天体演变、核反应等高新科技领域的关键工具。

2009年10月29日,我国国防科技大学的科研人员成功地研制出峰值性能为每秒1206万亿次的“天河一号”超级计算机。设计始于2008年的“天河一号”,采用了多项关键创新技术,综合技术水平位居世界前列,具有高性能、高能效、高安全和易使用的特点。

用“天河一号”计算一汞所获取的信息量,相当于一台主流微机运算160年的总和;而“天河一号”的存储量,则相当于4个国家图书馆的藏书量。

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