引言：今天这篇文章，我将给大家详细介绍一下人类算力的演进过程。这是一段波澜壮阔的历史，值得我们驻足与回忆。

　　动物也有大脑，也有算力，但是远远不如人类强劲。在漫长的进化过程中，人类的大脑越来越发达，最终帮助自己从万物生灵中脱颖而出，成为了地球的主宰。

　　在人类早期阶段，主要的计算内容是如何狩猎，如何防范袭击，如何繁衍后代。后来，有了基本的生存保障，人类就开始将更多的算力用于改善生存质量，例如搭建房屋、交易物品、制造工具等。

　　在原始社会，为了更好地描述自己观察到的信息（所见、所闻、所想），也为了更方便地进行信息沟通，人类开始尝试绘画。在绘画的基础上，又发明了文字。

　　文字，其实就是用表意符号对信息进行“编码”。它是物理世界和精神世界的一种映射和表达。有了文字，信息的记录和传递效率大幅提升，人类社会有了更强的联结力，也有了历史和文明的传承。

　　所有的人类早期先进文明，都有自己的文字，也有自己的数字。基于数字，他们还建立了数字系统，例如巴比伦文明的六十进制，玛雅文明的二十进制或十八进制，中国和古埃及的十进制。

　　古希腊在数字和计算上比较领先，很早就创立了算术、几何、代数等独立学科。著名思想家、哲学家、数学家毕达哥拉斯（Pythagoras）发现并证明了勾股定理，是那一时期人类计算水平的标志。

　　随着时间的推移，人类社会不断进步，计算需求也变得越来越复杂。仅仅依靠大脑这个“原生”算力工具，不太够用。即便是用上手指、脚趾，也不行。于是，人类开始借助外部算力工具。

　　中国关于结绳记事的记载出自《易经》中的《系辞下》:“上古结绳而治,后世圣人易之以书契。”我们现在常见的中国结，也源于“结绳记事”。

　　在中国，算筹诞生于春秋战国时期。我们经常用到的成语，例如运筹帷幄、一筹莫展、技高一筹等，都是和算筹有关。

　　公元480年，祖冲之把圆周率精确计算到小数点后第七位（3.1415926），采用的工具就是算筹。他的这一记录，保持了900多年。

　　算盘的具体诞生时间已经无从考证。有人说是秦朝，也有人说是东汉。东汉时期徐岳的著作《数术记遗》中，最早出现了“珠算”这个字眼。

　　公元3世纪，笈多王朝的古印度人发明了从0到9的一套数字体系。阿拉伯帝国崛起后，阿拉伯人将这套数字体系带到了欧洲，结果就被误以为是阿拉伯人发明的，所以叫阿拉伯数字。

　　早期的载体，是龟甲、兽骨、兽皮、竹简、木牍、缣帛。这些载体要么稀少，要么昂贵，要么无法长期保存。

　　西汉时期，造纸术在中国出现，但工艺简陋，质量不佳。后来，东汉元兴元年（105年），宦官蔡伦总结前人经验，对造纸工艺进行改进，显著提升了纸的质量，也为纸的普及奠定了基础。

　　阿拉伯数字和造纸术传入欧洲，前者取代了冗长的罗马数字，后者取代了昂贵的羊皮和小牛皮。再加上后来，中国的印刷术又传了过去。

　　公元14世纪，欧洲文艺复兴正式开启。人文主义的逐渐占据主流，人们开始倡导通过观察和实验来认识世界。

　　到了16世纪，欧洲的科技就开始爆发了。那一时期，整个欧洲群星璀璨，艺术和科学领域硕果累累，生产力水平直线上升。

　　解析几何学、微积分等，都诞生了。一大堆的天才数学家，输出了海量的数学研究成果，不仅为学科的腾飞奠定了基础，还直接促成了后来的工业。

　　例如1625年，英国数学家威廉·奥特雷德（William Oughtred）发明了计算尺。1642年，法国数学家布莱兹·帕斯卡（Blaise Pascal）发明了人类最早的机械计算机。

　　17世纪末到18世纪中，德国数学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨（Gottfried Leibniz）等人，先后设计和制造了能够计算乘法的设备，将算力工具提升到更高的层级。

　　18世纪60年代，第一次工业爆发，将人类带入蒸汽时代。动力机械崛起，开始取代手工劳动，成为主要生产力。

　　当时，困扰算力工具发展的主要问题，是如何进行机器能“看懂”的信息记录和表达。机器是不识字的，想要让机器按命令工作，必须先发明能让机器看得懂的“语言”。

　　这一年，法国人巴斯勒·布乔（Basile Bouchon）发明了一种和机器进行“对话”的表达形式——打孔卡（穿孔卡）。

　　打孔卡用于织布机。织布机在编织过程中，编织针会往复滑动。根据打孔卡上的小孔，编织针可以勾起经线（没有孔，就不勾），从而绘制图案。

　　1801年，法国织机工匠约瑟夫·马里尔·雅卡尔（Joseph Marie Jdakacquard）对打孔卡进行了升级。他将打孔卡按一定顺序，变成了带状，创造了穿孔纸带（Punched Tape）的雏形。这种纸带，被应用于提花织机。

　　大家应该能看出来，打孔其实就是一种信息编码方式。它比文字和数字更加简单，让人与机器可以进行“沟通”。

　　1811年，20岁的英国发明家查尔斯·巴贝奇（Charles Babbage）从提花织机中获得灵感，开始设计制造一台名叫“差分机”的设备。

　　这台“差分机”在1821年制造完成，历时十年，可以进行多种函数运算，运算精度达到了6位小数。

　　在这个成就的鼓舞下，巴贝奇又启动了第二台“差分机”的研究，精度将达到20位。可惜的是，因为这个机器的设计太过超前（有25000多个零件，主要零件的误差不得超过每英寸千分之一），以当时的机械制造水平，很难达到精度要求。

　　在制造“差分机二号”过程中，1834年，巴贝奇还提出了一个更大胆的想法——设计一个以蒸汽为动力的通用数学计算机，能够自动解算有100个变量的复杂算题，每个数可达25位，速度可达每秒钟运算一次。

　　“分析机”和第二台差分机一样，最终未能制造成功。但“分析机”中包含的很多设计，例如输入和输出数据的机构、以及“存储库”和“运算室”，和一百多年后的计算机如出一辙。

　　值得一提的是，与巴贝奇进行技术合作的，有一位小姐姐，名字叫阿达·奥古斯塔（Ada Augusta）。

　　1878年，瑞典发明家奥涅尔在发明了一种齿数可变的齿轮计算机，也算是机械计算机的代表之一。

　　1890年，一个牛人的出现，让打卡孔技术进一步发扬光大。这个人，就是德裔美国人——赫尔曼·何乐礼（Herman Hollerith）。

　　根据史料记载，在1890年的美国人口普查中，通过打孔制片和打孔机，仅6周就完成了统计工作，得出了准确的数据（62622250人）。而此前1880年的美国人口普查，数据全靠手工处理，历时7年才得出最终结果。

　　后来，1896年，赫尔曼·何乐礼创办了制表机器公司（Tabulating Machine Company）。这家公司，就是IBM公司的前身。

　　18-19世纪，机械计算的发展速度很快。一方面，是因为工业推动下的技术升级，为机械算力的精细化打下基础。另一方面，人类科技飞速进步，又需要先进算力工具进行辅助。

　　在古代，人们并没有什么“信息（information）”的概念。更多用到的词，是“消息（message）”，或者说“讯息”。

　　在古代，信息的传递手段落后，加上我们生活生存也用不到那么多信息，所以，没有对信息的认知，也没有意识到它的价值。

　　从某种程度上来说，信息价值提升，刺激了人们对信息产生和传输手段的需求，加速了相关科技的发展。这为后面信息时代的到来奠定了基础。

　　除了将电用于能源之外，19世纪的科学家，还开始探索电对信息存储和传递的作用。1837年，电报的发明，就是一个重要的标志。

　　电报发明人塞缪尔·莫尔斯（Samuel Morse）在发明电报之前，先发明了摩斯码。摩斯码就是将字符转换成点dot（.）、划dash（-）两种符号的一种编码方式。电脉冲可以很好地传递这种编码。

　　后来，人类对电技术的驾驭能力越来越成熟，我们又有了电话。基于电磁理论的发展，我们还有无线电报和广播。所有这些，都为计算技术（信息技术）从机械化走向电子化作出了铺垫。

　　机械时代的计算机，可以通过齿轮或者带刻度的圆柱，进行数字的标记。到了电子时代，这样做就不太合适了。电的特点是有（通电）和无（不通电），它比较适合的，显然是二进制。

　　17世纪后半叶，德国数学家莱布尼茨（是的，又是他。他也是微积分的发明人）率先提出了二进制。他形象地用1表示上帝，用0表示虚无，上帝从虚无中创造出所有的实物。

　　19世纪中叶，英国数理逻辑学家乔治·布尔（George Boole）提出了逻辑代数（后来被人们称为“布尔代数”）。

　　他通过二进制，将算数和简单的逻辑统一起来，通过使用与、或、非等逻辑运算符，以及基于真和假的二值逻辑，为我们提供了一种理解和操纵逻辑关系的工具。

　　布尔代数为计算机的二进制、开关逻辑电路的设计铺平了道路，并最终为现代计算机的发明奠定了数学基础。

　　1904年，英国人约翰·安布罗斯·弗莱明（John Ambrose Fleming）发明了真空电子二极管，可以实现单向导电，检波、整流。1906年，美国人德·福雷斯特（Lee De Forest）在二极管的基础上加以改进，发明了真空电子管，可以实现信号放大。

　　1898年，丹麦工程师瓦蒂玛·保尔森（Valdemar Poulsen）在自己的电报机中首次采用了磁线技术，使之成为人类第一个实用的磁声记录和再现设备。1928年，德国工程师弗里茨·普弗勒默（Fritz Pfleumer）发明了录音磁带。1932年，奥地利工程师古斯塔夫·陶谢克（Gustav Tauschek）发明了磁鼓存储器。

　　1937年，英国剑桥大学的阿兰·图灵（Alan M. Turing）提出了被后人称之为“图灵机”的数学模型。这为现代计算机的逻辑工作方式指引了方向。

　　同样是1937年，贝尔试验室的乔治·斯蒂比兹（George Stibitz）展示了用继电器表示二进制的装置。尽管仅仅是个展示品，但却是第一台二进制电子计算机。

　　二战爆发后，军事需求大大刺激了算力的发展。军方需要更加强劲的算力，完成密码加密解密、火炮弹道计算甚至火箭发射等重要任务。

　　1941年12月，德国人康拉德·楚泽（Konrad Zuse）制作完成了世界上第一台可编程电子计算机——Z3。

　　这台计算机用于空气动力学计算，使用了大量的继电器和线次加法运算，一次乘法需要3到5秒。（遗憾的是，Z3后来毁于柏林轰炸。）

　　1942年，美国爱荷华州立大学物理系副教授阿塔纳索夫（John V.Atanasoff）和他的学生克利福德·贝瑞（Clifford Berry）设计制造了世界上第一台电子计算机，名为ABC（Atanasoff-Berry Computer），也被称为“珍妮机”。

　　ABC使用了IBM的80列穿孔卡作为输入和输出，使用真空管处理二进制格式的数据。数据的存储，则是使用的再生电容磁鼓存储器（Regenerative Capacitor Memory）。

　　虽然ABC无法进行编程（仅用于求解线性方程组），但使用二进制数字来表示数据、使用电子元件进行计算（而非机械开关）、计算和内存分离等特。