計算機硬體歷史

早期的計算工具

• 計算尺是基本的手動計算器，易于乘除

1614年，蘇格蘭數學家納皮爾發現利用加減計算乘除的方法，依此發明對數，納皮爾在制作第一張對數表的時候，必需進行大量的乘法運算，而一條物理線的距離或區間可表示真數，于是他設計出計算器納皮爾的骨頭協助計算^[2]，到1633年，英國牧師奧特雷德利用對數基礎，發明出一種圓形計算工具比例環（Circles of Proportion），后來逐漸演變成近代熟悉的計算尺，直到口袋型計算器發明之前，有一整個世代的工程師，以及跟數學沾上邊的專業人士都使用過計算尺，美國阿波羅計劃里的工程師甚至利用計算尺就將人類送上了月球，其精確度達到3或4位的有效數字，

• 巴斯卡的滾輪式加法器

1623年，德國科學家施卡德建造出世界已知的第一部機械式計算器，成為計算機世代之父，這部機械改良自時鐘的齒輪技術，能進行六位數的加減，并經由鐘聲輸出答案，因此又稱為“算數鐘”，可惜后來毀于火災，施卡德也因戰禍而逝，

1642年法國數學家帕斯卡為稅務所苦的稅務員父親發明了滾輪式加法器²，可透過轉盤進行加法運算，1673年德國數學家萊布尼茨使用階梯式圓柱齒輪加以改良，制作出可以四則運算的步進計算器，可惜成本高昂，不受當代重視^[3]，

直到1820年之后，機械式計算器才被廣為使用，法國人湯瑪斯以萊布尼茨的設計為基礎，率先成功量產可作四則運算的機械式計算器，后來命名為湯瑪斯計算器（Thomas Arithmometer），此后機械式計算器風行草偃，直到1970年代的150年間，有十進制的加法機、康普托計算器、門羅計算器以及科塔計算器等相繼面市，萊布尼茨還倡導過現代電腦的核心理論──二進制系統，不過直到1940年代（從1800年代的巴貝奇，到1946年誕生的埃尼阿克），大部分的設計連小數點都未能兼顧，

• 巴斯卡的滾輪式加法器

1623年，德國科學家施卡德建造出世界已知的第一部機械式計算器，成為計算機世代之父，這部機械改良自時鐘的齒輪技術，能進行六位數的加減，并經由鐘聲輸出答案，因此又稱為“算數鐘”，可惜后來毀于火災，施卡德也因戰禍而逝，

1642年法國數學家帕斯卡為稅務所苦的稅務員父親發明了滾輪式加法器²，可透過轉盤進行加法運算，1673年德國數學家萊布尼茨使用階梯式圓柱齒輪加以改良，制作出可以四則運算的步進計算器，可惜成本高昂，不受當代重視^[3]，

直到1820年之后，機械式計算器才被廣為使用，法國人湯瑪斯以萊布尼茨的設計為基礎，率先成功量產可作四則運算的機械式計算器，后來命名為湯瑪斯計算器（Thomas Arithmometer），此后機械式計算器風行草偃，直到1970年代的150年間，有十進制的加法機、康普托計算器、門羅計算器以及科塔計算器等相繼面市，萊布尼茨還倡導過現代電腦的核心理論──二進制系統，不過直到1940年代（從1800年代的巴貝奇，到1946年誕生的埃尼阿克），大部分的設計連小數點都未能兼顧，

1835到1900年代：程式化計算機

可編程化是通用計算機的重要定義，意即只要變更指令的儲存序列，通用計算機就能模擬其它形式的計算機，

前1940年代：模擬計算機

電腦在這個時代仍屬稀有，人們對于問題的解決方案通常是寫死在表格紙上（像是曲線圖和列線圖解），用來一并解決相似的問題，比如說暖氣機里的溫度和壓力分布，

早期的數字電腦

1930年代后期到1940年代，受到二次大戰影響，此一時期被認為是計算機發展史中的混亂時期，戰爭開啟了現代電腦的時代，電子電路、繼電器、電容及真空管相繼登場，取代機械器件，就連類比計算器也被數字計算器所代替，阿塔那索夫貝理電腦（ABC）、Z3電腦、巨像電腦和埃尼阿克也在手工精心打造下誕生，使用包含繼電器或真空管的電路，以打孔卡或打孔帶作為輸入和主要（非短期）儲存媒介，

在這個時期，功能各異的電腦陸續生產，穩定發展，剛開始的時候，沒人能想像現代電腦的存在，除了為世人遺忘的巴貝奇計劃和艾倫·圖靈的數學理論，到了這個時代的后期，電子離散順序自動計算機登場，成為第一部可儲存程式的數字電腦，此一期間的電腦系統，暫存記憶體使用延遲線存盤器迅速崛起，直到1970年代中期，幾乎取代其它形式成為最主要的暫存記憶體，

1936年，圖靈發表的研究報告對計算機和計算機科學領域造成巨大沖擊，這篇報告主要是為了證明回圈處理程式的死角，亦即停機問題的存在，圖靈也以演算法概念為通用計算機（純理論器件）作出定義，后來稱為圖靈機，取代哥德爾漸趨累贅的通用語言，除了記憶體限制，現代電腦已經具備圖靈完全的條件，也就是說，現代電腦的演算法執行力已與通用圖靈機相當，記憶體限制有時也被視為一般用途電腦與特殊用途電腦的差別，

一部計算機要實際成為一般用途的電腦，就必須要有像是打孔帶之類便于使用的讀寫器件，而為了要達到多功能多用途，馮·諾伊曼結構下的記憶體可一并儲存程式和資料，當時的電腦差不多都是使用這種架構，理論上這種架構可以應用在全機械的計算機上（像巴貝奇的設計），加上電子學，使得現代電腦的特征──執行速度加快和微型化成為可能，

二次大戰時期的電腦發展分為三道平行方向，其中有兩方不是被大為忽略，就是被慎重的隱瞞起來，一個是德國科學家楚澤的作品，再則是英國秘密開發的巨像電腦，兩者對美國的各項計算機計劃都沒有太多影響，戰后英美計算機科學家在一些將計算機器件實用化方面則有著重要的合作經驗，

首代馮·諾伊曼結構及其機種

第一部成功運作的馮·諾伊曼結構電腦是1948年曼徹斯特大學的小規模實驗機，又稱“寶貝”，隨后在1949年，曼徹斯特馬克一號電腦登場，功能完整，以威廉管和磁鼓作為記憶體媒介，并且引進變址暫存器的功能，

競逐“第一部數字儲存程式電腦”名號的還有在劍橋大學設計建造的延遲存盤電子自動計算器（簡稱EDSAC），EDSAC比曼徹斯特的“寶貝”年輕一個年頭，但是解決問題的能力不遑多讓，然而實際上，啟發EDSAC的就是埃尼阿克的繼任者──離散變數自動電子計算機（簡稱EDVAC），不像平行處理的埃尼阿克，EDVAC只使用單一的處理單元，此一設計簡單好用，走在后來微型化趨勢的前端，還增加了可靠的程度，近代電腦結構多取經自曼徹斯特馬克一號、EDSAC和EDVAC，有些人也將其視為電腦界的“夏娃”，

歐洲大陸第一部通用型可編程化電腦是小型電子計算機（簡稱МЭСМ），由蘇聯基輔電機學會的瑟吉·亞歷塞維奇·列別捷夫帶領一組科學家團隊所建造，МЭСМ在1950年開始運作，使用6000根真空管，25千瓦的電力，每秒可作3000次運算，其它早期電腦還有澳洲設計的科學與工業研究議會自動計算機（簡稱CSIRAC），在1949年作首次程式測驗，

1947年，一家以飲料起家的英國餐飲公司約瑟·里昂公司，對新式的辦公室管理技術產生莫大的興趣，決定積極參與電腦的商業開發，到了1951年，里昂一號電腦起跑，執行了世上第一個辦公室電腦的例行指令，

1960年代后：第三波

主條目：計算機硬體歷史 (1960年代后)

第三波電腦世代來臨，電腦使用度爆炸性的成長，這些全仰賴杰克·基爾比和羅伯特·諾伊斯的獨立發明集成電路（或微芯片），引領英特爾的馬辛·霍夫和Federico Faggin佛德里克·法金發明微處理器，在1960年代，大量的電腦技術和過去的第二波電腦世代重疊，直到1975年后期，第二波電腦世代的機器仍在持續量產，像是UNIVAC 494，

微處理器的誕生連帶刺激微電腦的發展，輕便小巧，物廉價美的電腦成為個人及小公司唾手可得的工具，微電腦在1970年代初登場，到了1980年代后就已經成為家家戶戶都可看到的產品了，第一款流行的個人電腦據信是出自蘋果電腦公司的創辦人之一斯蒂夫·沃茲尼亞克，不過他的第一部電腦Apple I出現得比KIM-1和Altair 8800晚，第一部具有圖形音效能力的蘋果電腦也晚于Commodore PET，電腦逐漸成為微電腦架構的天下，再加上來自大型電腦的特色后，現如今已主宰大部分的電腦市場，

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