计算机之父艾伦·图灵的侄子，德莫特·图灵爵士，讲述计算机发展史上那些不为人知的故事

专业的角度，浅显的叙述，系统的梳理，深刻的剖析——一部与众不同的计算机科学史

从人类计算的起点开始，直至当下人工智能、量子计算等新科研发展全囊括，一本书即可了解计算机的历史。

现如今，计算机塑造了我们生活的方方面面。我们的口袋里装着50年前难以想象的具有计算能力的手机。每个工作场所都有由台式机、服务器和笔记本电脑搭建的工作平台，以及一系列专门设计的软件。许多行业正在接受人工智能带来的便捷，也承担着一定的风险。世界的变化比以往任何时候都快，而计算机的运作是技术发展的核心。

计算机本身就是一种现象。几个世纪以来，在试图解决复杂问题的时候，人们早已习惯于借助机器。早期的“计算机”根本不是一种机器，而是拥有无限耐心的人利用数学表格进行计算。后来，人工计算被铺满多个房间的笨重机器取代。在半个世纪的时间里，计算机又从一个鲜为人知的科学工具转变为典型的消费品。

本书将带领读者经历一段不可思议的旅程，见识各种想法、发现，以及那些塑造了我们所依赖的现代技术的风云人物。

德莫特·图灵爵士

英国律师和作家，是著名数学家、逻辑学家，计算机之父，艾伦&mid提交申请dot;图灵的侄子。

德莫特爵士先后毕业于谢伯恩国际学院和剑桥大学国王学院，之后又到牛津新学院攻读遗传学，并获得博士学位。2012年，也就是艾伦·图灵诞辰100周年，德莫特爵士成为布莱奇利园的受托人。在第二次世界大战期间，艾伦·图灵曾在那里从事密码破译工作。他也是欧洲后贸易论坛（European Post Trade Forum）成员和图灵信托基金（Turing Trust）的受托人。

目 录

第一章　计算的开始

由天文学引发的计算 2

加法 8

算法 12

帕斯卡 16

航海年鉴 18

第二章　蒸汽计算

螺母和螺栓 24

某些解析 30

打孔卡片 32

征税问题 36

不断迭代的产品 38

星星之火 43

第三章　逻辑推断

做对的事情 46

关于规则的规则  52

抉择问题 56

二进制思想 58

第四章　计算解码

难解之谜 66

布莱切利园 68

灵感爆发（一） 70

世界奇迹 73

德国人的胜利 79

灵感爆发（二） 80

第五章　设备进行曲

间接方法 89

专利争夺战 92

约翰·冯·诺依曼 95

计算机诞生了 97

记忆难题 100

线路上的延迟 103

遗留物和放射性 105

第六章　盒子内的思考

易如反掌 110

计算机语言 115

软件危机 119

富有意义的程序员 120

360度计算 122

简单和有趣 128

第七章　尺寸的变革

消费者掌握主动权 134

计算器 137

计算机革命 146

视窗 146

磁盘操作系统 147

苹果革命 150

娱乐与游戏 154

帕洛阿尔托研究中心的“老鼠” 155

电子邮件 157

互联网 158

互联网泡沫 161

便携式计算机 164

拒绝纳米趋势  166

第八章　计算与生活

信息社会 173

免费内容 175

大世界，小数据 176

防火墙 180

时代的征兆 183

数据与科学 184

第九章　计算生活

对未来的一种启示 190

绝望的语言 192

脑转换 199

人工概念 202

机器人的崛起 206

罗萨姆 208

赛博人 209

无人机的一天 212

模块化机器人 215

第十章　计算塑造未来

超级大脑 221

量子危机 223

注释 226

词汇表 229

图片声明 233

第二章  蒸汽计算

计算图表的所有问题都在于它们是由人计算出来的。错误可能出现在任何阶段：在计算过程中，在抄写计算出来的数字时，在排版时，在校对时……这样的问题困扰着表格的使用者。1821年，数学家兼工程师查尔斯·巴贝奇和他的朋友兼同事、科学家约翰·赫歇尔比较了天文学会制备的两套表格。这两套表格是独立计算的，提供的是相同的信息，却有很多不一致的地方。巴贝奇最后感叹道：“我真希望这些计算都是用蒸汽完成的！”

螺母和螺栓

在蒸汽时代，蒸汽的可靠性、动力和自动化似乎可以解决许多问题。既然蒸汽可以解决在矿井工作时被掩埋的风险问题和通风问题，甚至蒸汽机车也在进行测试，那么这项新技术也许可以应用于计算。事实上，当时巴贝奇尝试的解决方案与蒸汽提供动力来源的关系不大，而是与机械工程的发展相关。瓦特4、特雷维西克5和斯蒂芬森6一直在改进设计，使蒸汽发动机能带动火车沿着铁路行驶，而且制造火车的技术也在发展着。铸造技术使标准化成为可能，并且随着它的发展，大规模生产的相同零件具有了更高的精度。于是，符合标准尺寸、机械钻孔的螺母和螺栓出现了，它们在后续发展中起着重要的作用。机械工具越来越精密，而巴贝奇真正钻研的是计算过程的机械化。

巴贝奇的能力很强，可以将科学思维转化为任何项目所需要的想象力、毅力和关注细节的能力。他潜心研究着使计算机械化的方法。事实上，他对此已经思考了很多年，但直到本章开篇所述的那次经历之后，他才着手去做。巴贝奇突然想到，可以制造一种能够完美地进行复杂计算的机器，因为许多类型的计算都近似于“多项式”。多项式是一种数学函数，其中“变量”（未知数字，如x）是正数，只能通过加法、减法、乘法或除法得出。例如，3x-x2+5是一个简单的多项式。学生们会在二次方程中遇到多项式（例如2x2+2x–12=0），但这些函数更多是应用于对复杂的情况进行建模。

查尔斯·巴贝奇洞察出多项式的一个特征可为他所用，即通过一系列步骤将多项式简化为非常简单的加法——他使用的是“差分法”。巴贝奇自己用加农炮弹堆成三角形金字塔来检验自己的想法。金字塔每一层的球数可以数出来，每层之间球数的差可以计算出来，然后再计算每层相差的球数的差（如下表）。

使用“差分法”，即使是非常复杂的函数也可以简化为简单的加法过程。用巴贝奇的话来说就是：“从以往的解释来看，似乎所有的表格都可以通过差分法或多或少地计算出来。”

他现在要做的就是把这个想法机械化，不管能不能利用蒸汽机。巴贝奇的想法符合实情，凭借影响力，他从英国政府那里获得了一笔资金来实现这一目标。在相当短的时间内，巴贝奇在他才华横溢的工程师同事约瑟夫·克莱门特的帮助下，建造了一台差分机的演示模型，并于1832年展出。虽然它只能计算出三次差分的函数，但它的工作证明了巴贝奇的想法的可行性。这为完整的差分机的制作，以及解决国家计算的一致性问题奠定了基础。

差分机是依靠曲柄工作的。曲柄带动一个轴旋转，这个轴的外观就像一个垂直的钢轴，上面承载着一些圆盘。扁圆柱体上刻着0到9几个数字，就像老式的英镑硬币一样。老式硬币的侧边上面有一行拉丁文“Decus et Tutamen”，意思是“装饰和安全”，巴贝奇可能在自己的设备上也使用过这样一个短语。轮轴最底部的圆盘上的数字代表个位，上面一个圆盘代表的是十位，第三个圆盘上代表的是百位，以此类推……

如果差分机正在计算一系列数的平方值（4，9，16，25，36……），这可以用差分表表示：

那么为了计算平方值，差分机需要在第一列加2，转动曲柄会使2被加到第二列（3）上，然后将这个数字（现在是5）加到第三列（4）上，得到结果（9）。

这其中曲柄起着什么作用呢？它把人为因素从机器中剥离出来。人类会犯错，所以人类唯一可以干预的点就是设置要计算的问题，并（在没有蒸汽的情况下）提供能源。这与以前的计算机器不同，以前的计算机器在进行计算时需要人工来管理操作。就这样，自动化计算诞生了。

大型差分机从未被制造出来。即便是现在来看这件事，也很难确定是什么原因导致这个项目陷入困境。但某些因素是不能忽视的：巴贝奇忙于许多项目；他想改进设计；他过于依赖约瑟夫·克莱门特来执行他的计划，而克莱门特却只会一味地要求资金援助。也可能是因为巴贝奇的儿子查尔斯在1827年去世，几周后他的妻子乔安娜也随之而去。不管怎样，到了1834年，他的研究仍没有什么进展，而此时政府已经发生了变化，他也因此失去了该项目的官方支持。这时，该项目已经花费了17478英镑14先令又10便士，且没有任何迹象表明其发展已经超越了1832年那台小型的演示模型。从这个角度来看，这笔钱本可以购买22台新的斯蒂芬森蒸汽机车（以1831年的价格计算）。

某些解析

到了1834年，巴贝奇仍在忙于发明，他有了关于在计算中使用机械装置的新想法。新的想法远比差分机更雄心勃勃：它不仅具有差分机的所有功能，而且它将具备更加完善的功能。巴贝奇的新机器将有两个不同寻常的特点，导致差分机变成了一堆破铜烂铁。首先，它是可控制的——今天我们称之为可编程的，以便执行任何给它的指示。其次，机器能够修改给它的指令，从而改变功能，以匹配它首次运作的输出目标。这种新机器被命名为分析机。

查尔斯·巴贝奇从未被挑战吓倒，即使是政治上的挑战也一样。他利用自己与高层朋友的关系以及自己飙升的名誉，推动了分析机的发展。设计制造分析机需要大量的研究，因为这台机器所具备的能力将达到且超越现代工程和精密设计的极限。

查尔斯·巴贝奇的分析机在许多方面都领先于现代计算机。虽然它从未被制造出来，但保存下来的详细图纸和描述都记录了它的设计方案。就像差分机一样，分析机也有几列圆盘，每个圆盘的边缘都有数字。其中一些列显示了正在处理的数据——实际上，这些列构成了存储器，或就像巴贝奇所说的是机器的“仓库”。仓库列上的数字可以转移到其他列，以便数据的处理：处理数据的设备被称为“磨坊”。这些列都进行过编排，以便磨坊能够轻松地访问仓库中的数据，并在一个进程完成后将数据返回到仓库中。