人类计算工具的发明和改进

人类自古以来就不断发明和改进计算工具。最原始的人造计算工具是算筹。算筹在春秋战国时期使用就已非常普遍了。根据史书的记载，算筹是一根根同样长短和粗细的小棍子，多用竹子制成，也有用木头、兽骨、象牙、金属等材料制成的。它采用十进制记数法，有纵式和横式两种摆法，这两种摆法都可以表示1至9九个数字（数字0用空位表示）。算筹的记数方法为：个位用纵式，十位用横式，百位用纵式，千位用横式……这样从右到左、纵横相间，就可以表示任意大的自然数了。

计算工具发展史上的第一次重大改革是算盘的出现，它也是我国先民首先创造和使用的。算盘由算筹演变而来，最终在元代后期取代了算筹，是公认的最早的计算工具。

17世纪，欧洲出现了利用齿轮技术设计出的计算工具。1642年，法国数学家帕斯卡发明了帕斯卡加法器，这是人类历史上第一台机械式计算工具。它是由齿轮组成、以发条为动力、通过转动齿轮来实现加减运算、用连杆实现进位的计算装置。

德国哲学家、数学家莱布尼茨决心把这种机器的功能扩大为乘除运算。于是，1673年他研制了一台能进行四则运算的机械式计数器，这台机器在进行乘法运算时采用进位加，即步进的方法，后来演化为二进制，被现代计算机采用。

1886年，美国统计学家何乐礼采用机电技术取代纯机械装置，制造了第一台可以自动进行加减乘除四则运算、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。这是人类历史上第一次利用计算机进行大规模的数据处理。

1939年，美国爱荷华州立大学数学物理学教授阿塔纳索夫和他的研究生贝利共同研制了一台名为ABC的电子计算机。在阿塔纳索夫的设计方案中，第一次提出利用电子技术提高计算机的运算速度。

第二次世界大战中，美国宾夕法尼亚大学物理学教授莫克利和他的研究生埃克特受军械部的委托，为计算弹道和射击表启动了研制ENIAC的计划，这台机器被后人誉为“标志人类计算工具历史性变革的巨型机器”。

之后，普林斯顿大学数学教授冯·诺依曼发表了《离散变量自动电子计算机》方案，确立了现代计算机的基本结构，提出计算机应具有运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个基本组成部分，并提出“采用二进制”和“存储程序”这两个重要的基本思想。

最终冯·诺依曼吸取了图灵机的理论成果开发出冯·诺依曼架构。从此，数字计算机的整体架构得以确立。