前言

幾年前的一個晚上，我和我的一位研究生室友待在寢室，各自使用計算機做課題設計。他敲擊著鍵盤，突然提出一個問題：“計算機只能識別0和1，可我每敲一個鍵，屏幕上就顯示一個文字，它是怎么靠0和1做到這一點的呢？”我對他的問題很感興趣，馬上和他討論有關邏輯電路的問題。不過話題沒有持續多久，因為我們很快就說完了腦中的計算機知識，且對自己既粗淺又不系統的解析很不滿意。后來我繼續問其他同學，其他同學的回答也粗淺、零散。如果讓一個外行來聽，他一定會抱怨：“這等于什么也沒說嘛！”

想來令人詫異，這樣一個簡單的問題卻難倒了一群計算機專業的研究生。于是，我到圖書館查閱相關的圖書，到網上搜集相關的資料，發現它們要么以極強的專業性“拒人”于千里之外，要么以極淺的“說辭”敷衍了事。網上偶爾有些優質的博客文章，內容卻十分零散，不成體系。因此我決定靠自己把深奧的計算機原理用深入淺出的語言詮釋出來。

可要講的是計算機原理，就必須先說它的歷史，因為弄明白一個事物最好的方式就是了解它的發展史。如果撇開歷史，研究往往找不準事物的起源，這樣就算我們理解了二進制和集成電路，也依然不知道計算機為什么會如此設計。所以了解計算機的歷史，才能認識其本源，并真正了解它。

回顧計算機的歷史，我們會發現，它的發明從來都不是某個人或某一類人的成果，因為它涉及許多學科，是人類需求增長和思維進化的產物。這里要提到兩個耳熟能詳的名字——艾倫·圖靈和馮·諾依曼。圖靈是名哲學博士，諾依曼是位數學家，可是他們的學術成就卻為計算機的發展提供了巨大助力，因此他們被譽為“計算機之父”，其實還有許多了不起的計算機先驅。他們甚至比艾倫·圖靈和馮·諾依曼更早開啟了計算機的歷史。

從最原始的結繩與契刻到古代主流的算籌與算盤，再到后來逐漸自動化的機械式與機電式計算機以及電子計算機。可見，早在電子計算機出現之前，人類就經歷了計算工具浩浩蕩蕩的變遷史。每一種計算工具的發明、計算思維的產生、計算方法的運用，都是人類思想質的飛躍；每個節點看似“奇跡”，卻又是歷史的必然。

讓我們一起去追溯計算機的歷史吧！這將是一段有趣且收獲滿滿的旅程。我們在一步步向現代計算機靠近的同時，也會逐漸深刻地體會到：原來計算機每一次進步的背后都匯集了那么多先驅的智慧和努力。

內容組織

本書不僅講述了計算機發展歷程中有趣的歷史故事，還在故事中介紹歷史上各種計算工具的結構與原理，使讀者了解它們的發明者是如何構想出如此精妙絕倫的設計的，而這些設計又是如何逐漸演變成強大的現代計算機的。

在結構上，本書參考了上海科學技術出版社1984年出版的《計算機發展史》一書。前4章分別介紹了計算機發展史中的手動時期、機械時期、機電時期和電子時期，第5章展望未來。

本書讀者對象

作為一本深入淺出的科普書，本書沒有生澀的專業描述，一些關鍵概念會通過通俗的文字進行講解。因此，讀者不需要具備專業的計算機知識，只需要帶著一顆好奇心進行閱讀即可。不過，書中會用到一些簡單的中學數理化知識，對這些知識已經淡忘的讀者可能需要稍稍回憶一下。

不論你是計算機愛好者，還是準備從事計算機行業的零基礎人士，都能從本書中獲得想要的知識。不過，科普代替不了專業學習，只是以一種輕松的方式“引薦”一門學科。如果你讀完本書之后感到意猶未盡，有了更多想要探索的知識點，那么科普的目的就達到了，本書的價值就在于此。

致謝

本書原是作者興趣使然在網上創作的內容，未曾想有幸能獲得出版機會，是簡書為懷揣夢想的寫作者提供了這樣的可能，是行距文化在網絡的汪洋中發現了作者這葉不起眼的扁舟。尤其是行距文化的毛曉秋老師提供了許多寶貴意見，才讓這些原本“自由散漫”的文字成為正式的出版物。在此深表感謝！

同時，感謝設計師S7犧牲大量業余時間為本書制作諸多精美插圖[1]；感謝在美留學的好友Yunli Shao幫忙搜集大量珍貴的參考資料；感謝所有時常被作者問得一頭霧水的親朋好友，他們在數學、電學、光學、聲學、化學等領域為本書的內容提供了專業指導。

創作的過程是漫長的，在此要特別感謝家人的理解和支持，尤其是作者的妻子，她比作者更為此事感到自豪，她的認同與鼓勵是作者完成創作最大的保障。

最后，感謝出版社編輯的辛勤付出，他們的專業與嚴謹令人印象深刻，能有此次合作是作者的榮幸。

由于作者水平有限，書中難免有所紕漏，懇請廣大讀者批評指正。作者的郵箱是458683767@qq.com，本書編輯的聯系郵箱為zhangtao@ptpress.com.cn，歡迎來信交流。

注：本書中部分術語的英文譯名引自維基百科。

您還可以掃碼右側二維碼， 關注【異步社區】微信公眾號，回復“e55284”直接獲取,同時可以獲得異步社區15天VIP會員卡，近千本電子書免費暢讀。

---

[1]　具體包括圖1.28、圖1.29、圖1.40、圖1.41、圖1.43、圖2.11、圖2.12、圖2.13、圖2.14、圖2.17、圖2.18、圖2.19、圖2.20、圖2.24、圖2.25、圖2.32、圖2.33、圖2.39、圖2.51、圖2.52、圖2.53、圖2.55、圖2.56、圖2.57、圖2.58、圖2.59、圖2.67、圖2.68、圖2.69、圖2.70、圖3.26。