计算机硬件发展史

早期的计算工具：

人类利用工具辅助算数已有数千年的历史，例如利用重量平衡原理所发明的秤，或是帐房拿方格布以简易的数据结构原理，按照高度清点钱币堆栈。历史上算盘是人类的专门用来计算的工具，由中国人最早发明，用木质框架及珠柱构成，柱上串有算珠，以算珠的排列位置作为计数结果。

20世纪初期，希腊人在一艘约西元(公元)前65年遇难的沉船上，找到已有两千年历史的安提凯希拉仪器，据信用途是计算天体运行周期，协助古人筹备宗教节日和提醒谷物收割。此器件由37道青铜齿轮和刻度盘组成，齿轮彼此咬合，有一组齿轮的作用甚至是模拟月球的运动方式。这项技术工艺失传后，直到1600年后人类才有能力发明出复杂度旗鼓相当的计算机械。

1614年，苏格兰数学家纳皮尔发现利用加减计算乘除的方法，依此发明对数，纳皮尔在制作第一张对数表的时候，必需进行大量的乘法运算，而一条物理线的距离或区间可表示真数，于是他设计出计算器纳皮尔的骨头协助计算。到1633年，英国牧师奥特雷德（William Oughtred）利用对数基础，发明出一种圆形计算工具比例环（Circles of Proportion），后来逐渐演变成近代熟悉的计算尺。直到口袋型计算器发明之前，有一整个世代的工程师，以及跟数学沾上边的专业人士都使用过计算尺。美国阿波罗计划里的工程师甚至利用计算尺就将人类送上了月球，其精确度达到3或4位的有效数字。

1642年法国数学家帕斯卡为税务所苦的税务员父亲发明了滚轮式加法器（Pascaline），可透过转盘进行加法运算。1673年德国数学家莱布尼茨使用阶梯式圆柱齿轮加以改良，制作出可以四则运算的步进计算器，可惜成本高昂，不受当代重视。1623年，德国科学家施卡德（Wilhelm Schickard）建造出世界已知的第一部机械式计算器，成为计算机世代之父，这部机械改良自时钟的齿轮技术，能进行六位数的加减，并经由钟声输出答案，因此又称为“算数钟”，可惜后来毁于火灾，施卡德也因战祸而逝。

直到1820年之后，机械式计算器才被广为使用。法国人汤玛斯（Charles Xavier Thomas）以莱布尼茨的设计为基础，率先成功量产可作四则运算的机械式计算器，后来命名为汤玛斯计算器（Thomas Arithmometer），此后机械式计算器风行草偃，直到1970年代的150年间，有十进制的加法机、康普托计算器、门罗计算器以及科塔计算器等相继面市。莱布尼茨还倡导过现代电脑的核心理论──二进制系统，不过直到1940年代（从1800年代的巴贝奇，到1946年诞生的埃尼阿克），大部分的设计连小数点都未能兼顾。

1725年，法国纺织工人鲁修（Basile Bouchon）为便于转织图样，在织布机套上穿孔纸带，他的合作伙伴则在1726年着手改良设计，将纸带换成相互串连的穿孔卡片，以此达到仅需手工进料的半自动化生产。1801年，法国人雅卡尔（Joseph-Marie Jacquard）发明提花织布机（Jacquard Loom），利用打孔卡控制织花图样，与前者不同的是，这部织布机变更连串的卡片时，无需更动机械设计，此乃可编程化机器的里程碑。

何乐礼在1896年成立制表机器公司，几经并购，后来成为国际商业机器有限公司（IBM）的一部分。到了1950年，IBM的卡片已在业界与政府机构广泛使用，为了让卡片可作为证明文件重复使用，卡片上都印有“请勿折叠、卷曲或毁损”的警告字样，这行警语后来还成为后二次大战时期的流行标语。美国宪法规定每十年必须进行一次人口普查，1880年排山倒海的普查资料就花费了8年时间处理分析，因此美国统计学家赫尔曼·何乐礼（Herman Hollerith）在1890年开发出一种排序机，利用打孔卡储存资料，再由机器传感卡片，协助美国人口调查局对统计资料进行自动化制表，结果不出3年就完成户口普查工作。

直到1970年代为止，不少电脑设备仍以卡片作为处理媒介，世界各地都有科学系或工程系的大学生拿着大叠卡片到当地的电脑中心递交作业程式，一张卡片代表一行程式，然后耐心排队等著自己的程式被电脑中心的大型电脑处理、编译并执行。一旦执行完毕，就会印出附有身份识别的 表，放在电脑中心外的文件盘里。如果最后印出一大串程式语法错误之类的讯息，学生就得修改后重新再跑一次执行程序。打孔卡直到今日仍未绝迹，其特殊的尺寸（80行的长度）在世界各地仍使用在各式表格、记录和程式用途上。

著名诗人拜伦之女爱达曾经翻译意大利人所写的《分析机概论》一书，并加以注解，后来与巴贝奇发展出相当深的关系，她曾说：“分析机所织者，是代数的连续花纹”。后来爱达为分析机的打孔卡安排指令顺序，因此有人认为她是世界首位程式设计师，不过也有人不以为然，关于爱达的贡献在计算机科学上的重要性向有不少争论。

初期，机械式计算器、收银机、记帐机等都被重新设计，改用电动马达，配合变档齿轮使其更加灵活。1930年代，四则运算已经是桌上型机械计算器的基本功能，当时电脑的英文单字“Computer”指的是一群以操作数学计算器为业的“计算师”。在曼哈顿计划时期，许多精通微分方程式的女性数学家都挤在房间里当起计算师 效祖国，后来的诺贝尔奖得主物理学家费曼先生还当过计算师主管。即使是名闻遐迩的波兰数学家乌拉姆，在战后也曾被利用来求取氢弹的数学似近值。

1948年，科塔计算器面市，这款机械式计算器造型轻便小巧，大小约莫有如一个胡椒粉研磨器。之后整个1950年代到1960年代，各种品牌相继面市，争奇斗艳，好不热闹。

电脑在这个时代仍属稀有，人们对于问题的解决方案通常是写死在表格纸上（像是曲线图和列线图解），用来一并解决相似的问题，比如说暖气机里的温度和压力分布。

二次大战之前，当时的