计算设备简史：计算器的起源与发展（一）

长期以来，人类为了节省时间和脑力劳动，不断发明和改进计算工具。 计算器作为一种实用、常见的计算工具，经历了手动计算器、机械计算器、机电计算器、模拟电子计算器、数字电子计算器、集成电路计算器等发展阶段，并且仍在发展中。 回顾计算器的发展历史，我们可以得到很多有益的启示。

●算盘：黄帝时期，厉首发明了算盘。 公元前2400年之前，巴比伦就已经有了算盘。

算盘于公元前 2500 年左右在苏美尔发明，其工作原理是将数字存储在珠子、卵石或贝壳的列中。 通过操纵每列中磁珠的数量，可以进行复杂的加法和减法计算。 中国人对此进行了改进，将珠子串在框架的线柱上，创造了台台（或算台）钢结构计算器，使其更易于使用和携带。

● 1617年，约翰·纳皮尔（John Napier）发明了纳皮尔算术，它是滑尺的前身，也是机械计算器的基石。

苏格兰数学家约翰·纳皮尔发明了纳皮尔的骨头。 其结构极其简单。 一个方形的木盘，左边写着行号，上面写着一大堆算术代码，下面是数字。 写出行号和编号的乘积。 这套工具主要用来计算乘法。 计算时，先用算术形成一个因子，然后根据行号读出另一个因子的每一位的乘积。 网格中的对角线相加并列在纸上，但最终的总数仍然需要口头相加。

● 1620-1630，计算尺/计算尺

牛津大学和剑桥大学在1620年至1630年间发明了滑尺，将对数繁琐的数值计算变成了直观的尺度。 滑动尺基本上是一个滑动杆（或圆盘），它使用对数刻度来允许快速乘法和除法。 后来，英国牧师奥查德发明了圆柱对数计算尺。 该计算尺不仅可以进行加、减、乘、除、幂、平方根运算，甚至可以计算三角函数、指数函数、对数函数。 在电子计算器出现之前，它是科学和工程中最常用的计算工具。 这些计算工具不仅促进了计算器的发展，也为现代计算器的发展奠定了良好的基础，成为现代社会广泛使用的计算工具。

● 1642年，机械计算器诞生，代表作是帕斯卡计算器（滚加器）。

机械计算器于17世纪开始出现在历史舞台上。 19 岁的法国科学家和数学家布莱斯·帕斯卡 (Blaise Pascal) 利用算盘原理发明了第一台机械计算器。 帕斯卡加法器是一种由齿轮组成的计算装置，由发条机构提供动力，转动齿轮进行加减运算，利用连杆进行进位。

● 1672、stepped Reckoner 步长计算器

1672年，戈特弗里德·莱布尼茨（Leibniz）开始发明步进计算器，利用他独创的、划时代的阶梯轴齿轮装置“莱宾茨轮”进行算术运算。 该计算器可以将重复数字相乘并自动添加到加法器，使其成为第一个执行四次算术运算的计算器。 尽管当时的机械计算器经过了30-40年的发展，莱布尼茨仍然没能将步进式计算器完全实现为功能齐全的机械计算器，但他是第一个提出“风车计算器”的科学家。

●1685-1820，风车计算器和计算时钟

风轮计算器是一种可以进行加、减、乘、除运算的机械计算器。 机器的主要部件是销和一系列齿轮。 每个齿轮都有一个小杠杆，可以向下滑动来设置要使用的数字。 一个大曲柄手柄旋转显示结果的三位数寄存器上方的数字。 滑块位于机器上方。 在底部，您可以左右移动以在右侧的寄存器中输入大数字，而旋转的次数则在左侧进行计数。

1709年，意大利人乔瓦尼·波莱尼发明了第一台可以自动乘法的计算器。 它采用风车设计，是第一个由木头制成的可运行的计算时钟。

1725年，法国科学院认证了由法国工匠Lépine设计的帕斯卡计算器衍生的计算器。 这种计算器的进位传输是同时进行的，就像计算时钟一样。 超出同步进位传输范围，计算器将无法正常运行。

雅各布·洛波尔德（Jacob Leupold）根据帕斯卡林原理建造了一台圆形机器，具有类似于莱布尼茨机器的可伸缩齿轮。 他制造的计算器是圆形的，很快在机械计算器中非常流行。 1727年，德国机械师安东·布劳恩将计算原理与莱波尔德计算器的形式结合起来，设计了类似的装置。

德国神父、著名钟表匠马特乌斯·哈恩 (Matthäus Hahn) 于 1770 年发明的计算器，采用莱布尼茨轮和壶形设计。

1775年，英国斯坦霍普勋爵设计了风车计算器。 它被放置在一个矩形盒子中，侧面有一个手柄，可以进行乘法和除法运算。

1784年，德国工程师Johann Helfrich von Müller在莱布尼茨梯子推算器原理的基础上改进设计了一台加法机。

● 1820年，算术计出现，这是第一台成功商业化的机械计算器。 发明者是托马斯.

据IBM称，这款计算器是第一个商业上成功的计算器，可以完成所有四种基本运算——加法、减法、乘法和除法。 托马斯的计算器是基于莱布尼茨的阶梯鼓机构。 除了乘法单元之外，机器还有第二个用于减法和除法的结果显示单元。

●1851-1915，台式计算器（Thomas de Colmar）

18世纪末，台式机械计算器出现。 1851年，办公室使用的台式机械计算器具有不同的操作界面。 台式机械计算器主要有以下几种。

● 1873年，奥德纳的四个算术运算符：齿轮计算机

1871 年，奥德纳在修理托马斯算术机时构思了他的机器，并决定用更轻的针轮取代笨重的莱布尼兹轮。 奥德纳于 1873 年开发了第一个版本。1876 年，他同意为当时的雇主路德维希·诺贝尔制造 14 台机器，这些机器于 1877 年交付。1878 年至 1879 年间，他在多个国家为其原型申请了专利，并于 1890 年申请了专利。改良版。 这种改进的机器于 1890 年开始批量生产。

● 1887年，Comptometer是第一台带有8列9键键盘的机械计算器

该计算器于 1887 年推出，是第一台使用由八列或更多列（每列九个键）组成的键盘的机器。 按键驱动计算器速度非常快，因为每个按键按下后立即将其值添加或减去累加器，熟练的操作员可以同时输入值的所有数字，这使得它们有时比电子计算器更快。 快点。

●1870年代的手动机械计算器：百万富翁第一台直接进行乘法运算的计算器

1893年，德国人奥托·施泰格研制出了一种计算器钢结构计算器，名为“百万富翁计算器”，它是手摇计算器的改进。 ，并凭借其良好的计算速度和可靠性占据了当时的市场。

● 20世纪，按钮键盘开始取代拨号，并使用打字纸作为输出

手动拨号过于费时费力，因此机械计算器在20世纪开始大大简化操作。 按钮键盘开始取代拨号并与打字纸结合作为输出。 美国牧师费尔特将计算器与打印结合起来，可以直接记录计算结果。 计算器的发明看起来有点像老式打字机。 这种全键盘计算器在电子计算机发明之前很长一段时间就被广泛使用。

● 1901年，机械计算器开始使用电池驱动的电机和变速齿轮，使其更加灵活。 机械计算器的使用在第二次世界大战期间达到顶峰。

机械计算器使用电池驱动的小型电机达到荣耀的顶峰。 输入需要的计算结果并按等号，计算器就能在纸带上给出完美的计算结果。

● 1948年推出Curta计算器：机械计算器

1948年，Curt Herzstark于1938年开发的圆柱形Curta计算器发布。 它很小，足以用一只手握住。 这是阶梯齿轮计算结构的一个重要发展。

● 1960年，阴极射线管输出的电子计算器逐渐取代了机械计算器。 1970年，机械计算器逐渐消失，到1980年灭绝。

机械计算器继续使用到 20 世纪 60 年代，但很快就被 20 世纪 60 年代中期出现并使用阴极射线管输出的电子计算器所取代。 随着廉价手持式电子计算器的推出，这种发展在 20 世纪 70 年代达到顶峰。 机械计算器在 20 世纪 70 年代逐渐消失，并在 1980 年代灭绝。

● 第一台固态电子计算器直到 20 世纪 60 年代初才出现。

• 结尾 •

作者 | 上七笑

编辑| 张世玉