在漫長的歷史長河中，人類所運(yùn)用的運(yùn)算工具，經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、由低級向高級的發(fā)展變化。這一演變過程，反映了人類認(rèn)識世界、改造世界的艱辛歷程和科技發(fā)展的廣闊前景。
　　
　　計算演化與時俱進(jìn)
　　
　　在原始社會，人類進(jìn)行計算的方法十分簡單，只需把石塊放進(jìn)皮袋或把貝殼串成串，就可以“一一對應(yīng)”計算出需要計數(shù)的物品。后來，人們又發(fā)明了在長繩上打結(jié)記事或計數(shù)。采用這樣的“結(jié)繩計數(shù)”方法，比用石塊、貝殼要輕便許多。與此同時，手指計數(shù)也是當(dāng)時常用的方法。至今，有些地區(qū)的少數(shù)民族還用“手”表示“五”，用“人”表示“二十”。有人研究推測，“十進(jìn)制”被廣泛運(yùn)用，應(yīng)該與手指計數(shù)大有關(guān)聯(lián)。
　　考古工作者考證出湖南省長沙楚墓出土的幾十根長約12厘米的小竹棍，就是古人用來計算的算籌，這是我國所能見到的年代雖久遠(yuǎn)的實(shí)物：而楚人也是我國古代最早使用算籌進(jìn)行計算的先民。經(jīng)專家研究，算籌有兩種排列方式：一種是縱式，1至5為并列豎排，6至9為橫豎相交，一豎一橫表示6，四豎一橫表示9；另一種模式則是1至5并列橫排，6至9豎橫相交，與縱式恰好相反。進(jìn)行計算時，算籌縱橫交叉使用，以十進(jìn)位，零為空位?！独献印芬粫兄v到：“善計者不用籌策”，表明那時算籌已經(jīng)相當(dāng)普遍了。自春秋戰(zhàn)國以來，使用算籌進(jìn)行計算一直沿用了近兩千年。除竹制之外，還有木、鐵、玉石、象牙制的算籌。把算籌裝在袋子里或筆筒中隨身攜帶，這就是古人說的“算袋”或“算子筒”。唐代曾經(jīng)規(guī)定，文武官員都必須備有算袋，以提高決策的科學(xué)性。我國古代數(shù)學(xué)家劉徽，用算籌把圓周率計算到3.1410。而祖沖之則更為精確地計算到小數(shù)點(diǎn)后第七位。
　　算籌在計算時需要一定的場地，特別是多位數(shù)計算占地較大，而且運(yùn)算過程轉(zhuǎn)瞬即逝。為了克服算籌的弊端，到了宋元時期，人們根據(jù)算籌的計算原理，發(fā)明了算盤。1366年，陶宗義著《南村輟耕錄》中，最初提到“算盤”一詞，并說“撥之則動”。15世紀(jì)《魯班木經(jīng)》中，很為詳細(xì)地記載了算盤的制作方法。算盤以圓珠代替“算籌”，并將其連成整體，簡化了操作過程，運(yùn)用時更加得心應(yīng)手。到了元末明初以后，珠算則逐漸取代籌算，成為通用的計算工具。在算盤中，上面的子一個代表5，下面的子一個代表1，是從算籌延續(xù)下來。算籌運(yùn)算的規(guī)則和口訣，算盤也都繼續(xù)沿用。從某種意義上講，算籌可以說是算盤的祖先。利用算盤不但可以做加減乘除四則運(yùn)算，還可以乘方開方。即使是多元高次方程這樣高深的數(shù)學(xué)難題，利用算盤同樣可以解出來。
　　珠算是中國的一大發(fā)明，雖然歷史古老，但現(xiàn)在仍然具有旺盛的生命力，不但在中國如此，就是號稱“電腦王國”的美國和日本，也十分重視珠算的使用和普及。美國加州的大部分小學(xué)都開設(shè)珠算課；日本人則把珠算與讀書、寫字并列為國民應(yīng)當(dāng)具有的基本技能?，F(xiàn)在，一種新型的電子算盤已經(jīng)問世，它把算盤與電子計算器的長處集為一體，是一種中外結(jié)合的新型計算工具。
　　
　　齒輪計算風(fēng)光顯赫
　　
　　1520年，英國人甘特發(fā)明了計算尺，運(yùn)用到一些特殊的運(yùn)算中，既快速又省時。到了1642年，法國數(shù)學(xué)家巴斯嘉制造出世界上最早的手搖計算機(jī)。它用一個個齒輪表示數(shù)字，以齒輪間的咬合裝置實(shí)現(xiàn)進(jìn)位，低位齒輪轉(zhuǎn)十圈，高位齒輪轉(zhuǎn)一圈。經(jīng)過逐步改進(jìn)，它既能做加、減法，又能做乘、除法，運(yùn)算操作也更加簡捷、快速。1878年，瑞典發(fā)明家奧涅爾制造出一種利用齒數(shù)可變功能進(jìn)行演算的手搖計算機(jī)。這種計算機(jī)的主要特點(diǎn)是，利用齒數(shù)可變的齒輪代替階梯形軸。其中，字輪與基數(shù)齒輪之間沒有中間齒輪，數(shù)字直接刻在可變齒輪上，并在外殼窗口中加以顯示。
　　到了19世紀(jì)80年代，各種機(jī)械計算機(jī)陸續(xù)采用鍵盤置數(shù)的辦法。這種計算機(jī)在進(jìn)行除法運(yùn)算時，要注意聽信號鈴聲，當(dāng)減去除數(shù)的次數(shù)過頭時，就會響鈴，提醒操作者將多減的次數(shù)補(bǔ)回來。1905年，一位名b9d2711ef8d86328410c99914ca4a0bc叫加門的德國人，在鍵盤置數(shù)的計算機(jī)中采用了“比例杠桿原理”，使計算機(jī)在操作時產(chǎn)生的噪聲很小，做除法運(yùn)算時也不用專心注意鈴響，逐漸成為一種廣為流傳的機(jī)械計算機(jī)。1936年荷蘭飛利浦公司制造出一種二進(jìn)制手搖機(jī)械式計算機(jī)。由于結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，在20世紀(jì)二三十年間一度成為非常重要的計算工具。
　　用手搖作為動力的機(jī)械計算機(jī)，應(yīng)用范圍十分廣泛。它能夠進(jìn)行四則運(yùn)算、平方數(shù)、立方數(shù)、開平方、開立方，還可以輸入三角函數(shù)和對數(shù)。我國第一顆原子彈的研制，就曾使用這種計算機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)計算。不過，手搖計算機(jī)也有不足，比如計算的數(shù)據(jù)中有括號就比較麻煩，需要正搖幾圈，反搖幾圈，重復(fù)多次；另外還要用紙筆記錄，既費(fèi)時又費(fèi)力。20世紀(jì)70年代，使用晶體管和數(shù)碼管的計算器出現(xiàn)以后，手搖計算機(jī)就退出了歷史舞臺。
　　
　　超級電腦前景廣闊
　　
　　1946年初，美國賓夕法尼亞大學(xué)厄克特博士和物理學(xué)家毛希利博士研制成功世界上第一臺電子計算機(jī)。這是一種根據(jù)一系列指令對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的機(jī)器，俗稱“電腦”。
　　電子計算機(jī)的種類繁多，但總體上都是處理信息數(shù)據(jù)的工具。隨著科技的飛速進(jìn)步，新一代計算機(jī)出現(xiàn)之后，在性能上總是要明顯超過前一代。早期計算機(jī)的體積足有一間房屋大小，而今天某些嵌入式計算機(jī)可能比一副撲克牌還小。小型的、為個人應(yīng)用而設(shè)計的計算機(jī)被稱為微型計算機(jī)，簡稱微機(jī)。我們?nèi)粘Ｊ褂谩坝嬎銠C(jī)”一詞時，通常大都是指這種計算機(jī)。當(dāng)然，在特別的科學(xué)計算或面向大型組織的事務(wù)處理中，依然有大量體積龐大的計算機(jī)在工作著。
　　我國國防科技大學(xué)研制的“天河一號”超級計算機(jī)，其峰值運(yùn)算速度為每秒4700萬億次。“天河一號”運(yùn)算1小時，相當(dāng)于全國13億人同時計算340年以上；“天河一號”運(yùn)算一天，相當(dāng)于一臺主流微機(jī)運(yùn)算620年的總和。
　　超級計算機(jī)又稱高性能計算機(jī)、巨型計算機(jī)，是世界公認(rèn)的高新技術(shù)制高點(diǎn)和21世紀(jì)最重要的科學(xué)領(lǐng)域之一。1994年，美國航空航天總署的戈達(dá)德太空飛行中心的科技人員，建造了世界上第一組個人臺式電腦機(jī)群超級計算機(jī)?，F(xiàn)如今，超級計算機(jī)已成為研究全球氣候變化、高能粒子、天體變化、核反應(yīng)等的關(guān)鍵工具。日本開發(fā)的“地球模擬器”超級計算機(jī)可提供全球性天氣預(yù)報。在運(yùn)行過程中，該計算機(jī)需要將地球表面分割為許多大約10平方千米的區(qū)域，這樣就需要處理5000多萬套大氣及海流的變化數(shù)據(jù)。為了對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行及時處理以做出天氣預(yù)報，以往需要數(shù)千臺計算機(jī)處理器來進(jìn)行共同運(yùn)算，而該臺超級計算機(jī)完全可以獨(dú)自擔(dān)當(dāng)重任。
　　科學(xué)家通過超級計算機(jī)揭示了黑洞質(zhì)量之謎。在大約1億年的時間里，黑洞質(zhì)量不斷增長，將更多氣體燃料吸引到自己身邊，氣體在向黑洞靠近時變得更熱、更明亮。這樣，融合后的星系核就成了一個類星體。按照超級計算機(jī)的模擬結(jié)果，大黑洞在經(jīng)歷稱為“類星體”的成長階段時，周圍熾熱的氣體物質(zhì)會爆發(fā)，產(chǎn)生一股強(qiáng)大的宇宙風(fēng)，將絕大部分氣體塵云從黑洞附近乃至整個星系里刮走，拋入深空。放完這個巨大的“宇宙焰火”之后，黑洞沒有了“食物”，質(zhì)量不再增長。
　　超級計算機(jī)對于一個國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。這是因?yàn)?，越來越多的用戶需要?shí)施技術(shù)計算任務(wù)，用以挖掘采購和供應(yīng)趨勢的數(shù)據(jù)。超級計算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力使模擬更加準(zhǔn)確，為降低成本、增加效率提供了依據(jù)。現(xiàn)在，運(yùn)用超級計算機(jī)對產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行模擬，也已經(jīng)成為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)工具。作為中國高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)中重大項目的“天河一號”，設(shè)計始于2008年。它采用了“多陣列可配置協(xié)同并行體系結(jié)構(gòu)”等多項關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)，綜合技術(shù)水平位居世界前列，具有高性能、高能效、高安全和易使用的特點(diǎn)。2010年年底，這臺由103個機(jī)柜組成、占地面積近千平方米、總重量155噸的龐大計算機(jī)安裝到了中國兩個國家級超級計算中心之一的天津中心，開始向國內(nèi)外用戶提供超級計算服務(wù)。“天河一號”將在資源勘探、生物醫(yī)藥研究、航空航天裝備研制、金融工程、新材料開發(fā)等方面得到廣泛應(yīng)用。
　　科學(xué)家預(yù)計，未來10年左右時間，世界上將研制出運(yùn)算速度超過每秒百萬萬億次(即10的18次方)的超級計算機(jī)。這一速度是目前世界上最快計算機(jī)的1000倍。
　　
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