计算机系统软件和应用软件各有什么特点 计算工具发展小史(3)

图15. 巴贝奇的差分机

图16. 巴贝奇的分析机复制品

三、机电式计算机

1886年，美国统计学家何乐礼（Herman Hollerith）借鉴了雅各织布机的穿孔卡原理，用穿孔卡片存储数据，采用机电技术取代了纯机械装置，制造了第一台可以自动进行加减四则运算、累计存档、制作报表的制表机，这台制表机参与了美国1890年的人口普查工作，使预计10年的统计工作仅用1年零7个月就完成了，是人类历史上第一次利用计算机进行的数据处理。何乐礼于1896年创建了制表机公司TMC公司，1911年，TMC与另外两家公司合并，成立了CTR公司。1924年，CTR公司改名为国际商业机器公司（International Business Machines Corporation），这就是赫赫有名的IBM公司。

图17. 何乐礼的打孔卡

图18. 何乐礼制表机和分选盒

1938年，德国工程师楚泽（Konrad Zuse）研制出Z-1计算机，这是第一台采用二进制的计算机。在接下来的四年中，楚泽先后研制出采用继电器的计算机Z-2、Z-3、Z-4。Z-3是世界上第一台真正的通用程序控制计算机，不仅全部采用继电器，同时采用了浮点记数法、二进制运算、带存储地址的指令形式等。这些设计思想虽然在楚泽之前已经提出过，但楚泽第一次将这些设计思想具体实现。在一次空袭中，楚泽的住宅和包括Z-3在内的计算机统统被炸毁。德国战败后，楚泽流亡到瑞士一个偏僻的乡村，转向计算机软件理论的研究。

图19. 柏林德国技术博物馆Z-1计算机的复制品

图20. 楚泽的Z-3计算机复制品

二次世界大战期间，英军曾在英格兰米尔顿凯恩斯（Milton Keynes）的布莱切利园（Bletchley Park）成立了专门破解德军密码的军事机构。战时布莱切利园的解密工作一般都是由数学家和解密专家进行。其中，后世最为人所属悉的专家要算是图灵（Alan Turing），图灵曾对战时的解密工作提供重大贡献。在第二次世界大战期间，布莱切利园曾经是英国政府进行密码解读的主要地方，轴心国的密码与密码文件，一般都会送到那里进行解码。

自1943年开始，布莱切利园曾引入一套数码电子电脑，以解读德国一套名为TUNNY的电传打字机密码系统。这套称为巨人（Colossus）的电脑由弗洛尔斯（Tommy Flowers）设计，并由英国邮政局的邮政局研究站提供器材和承建。该计算机不是完全意义上的图灵机，但在战时起到了决定性的作用。在二战结束时，布莱切利园内大部份器材与蓝图都被销毁。计算机系统软件和应用软件各有什么特点尽管曾有数以千计的人在那里参与解密工作，但他们在战后都一直保持沉默，一直迟至1970年代，布莱切利园在战时的解密基地身份才真正为外界所揭露。

图21. 工作中的布莱切利园的巨人计算机I号

图22. 巨人计算机复制品

图23. 布莱切利园国家计算博物馆布重建的巨人计算机正面图

1936年，美国哈佛大学应用数学教授艾肯（Howard Aiken）在读过巴贝奇和爱达的笔记后，发现了巴贝奇的设计，并被巴贝奇的远见卓识所震惊。艾肯提出用机电的方法，而不是纯机械的方法来实现巴贝奇的分析机。在IBM公司的资助下，1944年研制成功了机电式计算机Mark-I。Mark-I长15.5米，高2.4米，由75万个组成，使用了大量的继电器作为开关元件，存储容量为72个23位十进制数，采用了穿孔纸带进行程序控制。它的计算速度很慢，执行一次加法操作需要0.3秒，并且噪声很大。尽管它的可靠性不高，仍然在哈佛大学使用了15年。Mark-I只是部分使用了继电器，1947年研制成功的计算机Mark-Ⅱ全部使用继电器。

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