1.1　計算機的產生

1.1.1　計算、計算器和計算機

1.計算的概念

①數(shù)學上的定義：計算是一種將單一或復數(shù)之輸入值轉換為單一或復數(shù)之結果的一種思考過程。

②圍棋術語：在對局的具體接觸戰(zhàn)中，棋手所做出的演算（有時亦指棋手的演算能力）稱為計算。經過計算后的落子具有周密思慮的特點，與一瞬間做出判斷的著手（感覺）往往不同。計算越深遠越精確，棋力也越強。

③計算的本質：是獲得信息的一種過程，是人類分析問題所采用的方法。計算是動態(tài)的，而信息的獲得是計算的靜態(tài)延伸。

④廣義的計算：包括數(shù)學計算，邏輯推理，文法的產生式，集合論的函數(shù)，組合數(shù)學的置換，變量代換，圖形圖像的變換，數(shù)理統(tǒng)計等；人工智能解空間的遍歷，問題求解，圖論的路徑問題，網絡安全，代數(shù)系統(tǒng)理論，上下文表示感知與推理，智能空間等；甚至包括數(shù)字系統(tǒng)設計（例如邏輯代數(shù)），軟件程序設計（文法），機器人設計，建筑設計等設計問題。

由于科學技術和經濟社會的不斷發(fā)展進步，現(xiàn)代人類所面臨的問題越來越復雜，因而當今的每個學科都需要進行大量的計算。天文學家需要計算機來分析太空脈沖、星位移動等問題；生物學家需要計算機來模擬蛋白質的折疊過程以發(fā)現(xiàn)基因組的奧秘；藥物學家希望利用計算機來研制治愈癌癥或各類細菌與病毒的藥物；數(shù)學家想計算最大的質數(shù)和圓周率的更精確值；經濟學家要用計算機分析計算在幾萬種因素影響下某個企業(yè)/城市/國家的發(fā)展方向，從而進行宏觀調控；工業(yè)界需要準確計算生產過程中的材料、能源、加工與時間配置的最佳方案。由此可見，人類未來的科學，時時刻刻都離不開計算。

2.計算器和計算機的區(qū)別

計算器（又稱計算工具）和計算機一樣都能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入、處理、存儲和輸出，但它區(qū)別于計算機的是，它不能自動地實現(xiàn)這些操作過程，必須由人來操作完成。而計算機通過編制程序能夠自動進行處理。所以以自動化程度來區(qū)別兩者，就在于是否需要人工干預其運行。算盤、計算尺和計算器等都是需要人工干預其運行的計算工具，不能稱為計算機。實際上兩者還有另一個本質性的區(qū)別：計算器使用的是固化的處理程序，只能完成特定的計算任務；而計算機借助操作系統(tǒng)平臺和各類應用軟/硬件，可以無限擴展其應用領域。也就是說，是否具有擴展性也是二者的本質區(qū)別。

3.人類為什么要制造計算機

需求是發(fā)展的最重要驅動力。隨著人類文明進程的不斷發(fā)展，人類所面臨的問題越來越復雜，需要處理的數(shù)據(jù)量和計算量也越來越大，從而，產生了人類對快速計算的需求和渴望。早期，中華民族發(fā)明了算盤，西方國家發(fā)明了計算尺以及機械式計算機。當人類社會進入20世紀以后，兩次世界大戰(zhàn)使人類對高精尖武器的需求加大，也開啟了對太空的探索。同時氣象預報、人口普查等領域里問題的解決都需要超乎尋常的計算量。據(jù)科學家估計，研制一顆原子彈所需要的計算量比人類文明歷史中全球人類所進行的所有計算量的總和還要多。因此，沒有高速運轉的計算機，要想解決上述領域中復雜而又艱難的問題是絕對不可能的。實際上，人類所創(chuàng)造的第一臺真正意義上的計算機就是在美國賓夕法尼亞大學莫爾學院應美國軍方計算彈道曲線的需求而研制成功的。當然，電子計算機的誕生與20世紀科學技術突飛猛進是密不可分的。后來計算機技術的高速發(fā)展和迅速普及，則取決于半導體技術的發(fā)展幾十年來一直遵循摩爾定律這種指數(shù)增長規(guī)律（每18個月芯片的集成度翻一翻，運算速度翻一翻，價格卻基本維持不變）。

4.計算機對人類社會產生的影響

由于科學計算的需求發(fā)明了計算機，由于異地傳送文件的需求又發(fā)明了計算機網絡。因摩爾定律使得計算機得以普及，因電子郵件、瀏覽器和搜索引擎及即時通信社交軟件使得互聯(lián)網得以普及。然而，令計算機和計算機網絡的發(fā)明者難以預料的是，計算機和互聯(lián)網居然會對整個人類社會產生如此深遠的影響。現(xiàn)代的計算機和互聯(lián)網除了最原始的科學計算和傳送文件之功能外，更廣泛地應用于數(shù)據(jù)處理、實驗模擬、管理數(shù)據(jù)的處理、社會數(shù)據(jù)的收集與處理、計算思維、網絡通信、超級計算機、智能手機（智能終端）、人工智能（機器人技術）、智能控制、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網、移動互聯(lián)網、電子商務、電子政務、在線教育、慕課（MOOC）、翻轉課堂、辦公自動化、無紙化辦公、無紙化考試、柔性制造、3D打印技術、智能交通管理系統(tǒng)、滴滴出行（打車、拼車、順風車、專車等）、網絡資源搜索與共享、地球村、互聯(lián)網金融、移動支付、智能導航、自助旅游等領域。它們改變了整個人類社會的運行模式和人類的生活方式、工作方式及娛樂方式。