电脑是谁发明的

电脑的诞生是人类智慧千年积淀的结晶，并非一人之功。从古代计算工具到机械装置，再到机电计算机雏形，最终在20世纪中叶催生出电子计算机。本文将追溯从算盘到ENIAC的关键历程，剖析查尔斯·巴贝奇的差分机与分析机构想、康拉德·祖斯的Z系列机电计算机、约翰·阿塔纳索夫的ABC原型，以及莫奇利、艾克特团队建造ENIAC的里程碑意义，揭示电脑这一划时代发明的多源性与协作本质。

       一、 计算思想的远古萌芽：从工具到机械的雏形

       现代计算机的源头可追溯至人类对简化计算的原始需求。古代文明如苏美尔、巴比伦和埃及，依赖算盘（Abacus）进行基础算术运算。据大英博物馆馆藏文献及考古发现，现存最古老的算盘实物可追溯至公元前300年的萨拉米斯算盘（Salamis Tablet）。17世纪，苏格兰数学家约翰·纳皮尔（John Napier）发明了“纳皮尔骨筹”（Napier's Bones），一种利用刻有数字的骨棒或象牙棒进行乘除运算的辅助工具，极大提升了复杂计算的效率。随后，威廉·奥特雷德（William Oughtred）在1622年基于纳皮尔的对数理论，发明了圆形计算尺（Slide Rule），成为工程师和科学家不可或缺的计算工具长达三百多年。

       二、 机械计算时代的奠基者：帕斯卡与莱布尼茨

       真正意义上可自动执行算术运算的机械装置诞生于17世纪。法国数学家和哲学家布莱士·帕斯卡（Blaise Pascal）在1642年，年仅19岁时，为了帮助担任税务官的父亲计算税款，发明了“帕斯卡计算器”（Pascaline）。这是历史上第一台获得专利并投入实际应用的机械计算器，利用齿轮传动实现加减法（通过技巧也能做乘除）。德国博学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz）深受帕斯卡启发，在1673年改进了设计，创造了他的“步进计算器”（Stepped Reckoner）。莱布尼茨的机器首次实现了直接进行四则运算（特别是乘除法）的能力，并引入了革命性的“阶梯鼓”（Stepped Drum）或称为“莱布尼茨轮”的核心传动机构，这一设计原理在后续两百多年的机械计算器中被广泛采用。

       三、 超越时代的构想：巴贝奇与“差分机”、“分析机”

       19世纪早期，英国数学家查尔斯·巴贝奇（Charles Babbage）提出了超越时代的伟大构想，被誉为“计算机之父”。受当时航海和工程领域对精确数学用表（如对数表、三角函数表）的迫切需求，以及手工编制错误频出的困扰，巴贝奇在1822年设计了“差分机一号”（Difference Engine No. 1）。这是一种专门用于计算多项式函数值并自动制表的精密机械装置，其设计复杂度远超以往。虽然因当时制造工艺限制和资金问题未能最终完成（伦敦科学博物馆于1991年根据其图纸成功复原了工作模型），但它证明了复杂机械自动计算的可行性。更令人惊叹的是，巴贝奇在1837年构思了更具革命性的“分析机”（Analytical Engine）。分析机设计包含现代计算机的五大核心部件：输入（打孔卡片）、存储（“仓库”Store）、运算（“工厂”Mill）、控制（微程序控制）和输出。它被公认为世界上第一个通用计算机的概念设计。数学家奥古斯塔·埃达·金，洛夫莱斯伯爵夫人（Ada Lovelace）为分析机编写了历史上第一个算法程序，用于计算伯努利数，并深刻阐述了其超越单纯数值计算的潜力，因此被尊为世界上第一位程序员。

       四、 自动化计算的曙光：霍尔瑞斯的制表机

       19世纪末，大规模数据处理的需求在美国人口普查中爆发。1880年的人口普查耗时长达7年进行手工统计，效率极低。美国统计学家赫尔曼·霍尔瑞斯（Herman Hollerith）借鉴了提花织机使用打孔卡片控制图案的原理，在1884年发明了机电式制表机（Tabulator）。该机器使用打孔卡片输入数据，通过卡片上的孔位是否导通电路来识别信息，利用电磁计数器进行自动累加统计。在1890年美国人口普查中，霍尔瑞斯系统大获成功，将数据处理时间从预计的10年缩短到仅2年半，并节省了大量人力物力。霍尔瑞斯于1896年创立的制表机器公司（Tabulating Machine Company），正是后来国际商业机器公司（IBM）的前身之一。打孔卡片技术成为此后数十年计算机数据输入和存储的主流方式。

       五、 机电计算机的先驱：祖斯与Z系列

       在电子计算机诞生前夕，机电式计算机代表了最高技术水平。德国工程师康拉德·祖斯（Konrad Zuse）在几乎与世隔绝的环境下，于1938年在其父母家的客厅里完成了世界上第一台二进制、可编程的机电式计算机Z1（尽管其可靠性不高）。随后在1941年，他成功制造了功能更完善的Z3。Z3使用二进制浮点运算，通过打孔电影胶片输入程序，由继电器构成逻辑单元，被认为是世界上第一台功能完整、由程序控制的自动数字计算机（图灵完备性在1998年被严格证明）。尽管Z3在二战中被炸毁，但其设计理念极具开创性。祖斯后续设计的Z4成为世界上第一台商用计算机。

       六、 哈佛的里程碑：艾肯与Mark系列

       与此同时，美国哈佛大学的霍华德·艾肯（Howard Aiken）在IBM的支持下，于1944年完成了“哈佛Mark I”（Harvard Mark I / IBM ASCC）。这台庞然大物长约15米，高约2.4米，包含约76万个零部件和长达800公里的导线，由继电器、计数器、旋转开关等机电部件构成。它可以通过打孔纸带或卡片编程，执行复杂的科学计算序列。Mark I被美国海军用于弹道计算等任务，是当时最强大的计算机之一。艾肯团队后续开发的Mark II、III、IV系列计算机，虽然仍主要使用机电部件（Mark III和IV部分引入了电子管），但在自动顺序控制和大规模计算方面贡献卓著。

       七、 电子计算的突破：阿塔纳索夫-贝瑞计算机（ABC）

       电子计算机时代的曙光出现在美国爱荷华州立大学（当时称为爱荷华州立学院）。物理学教授约翰·文森特·阿塔纳索夫（John Vincent Atanasoff）和他的研究生克利福德·贝瑞（Clifford Berry）在1937至1942年间，设计并部分建造了一台名为阿塔纳索夫-贝瑞计算机（Atanasoff-Berry Computer, ABC）的原型机。ABC具有多项划时代的关键创新：它是第一台使用二进制表示数据的电子计算机；它采用电子真空管进行逻辑运算（约300个电子管），速度远超继电器；它使用电容鼓存储器进行数据的动态刷新存储（再生存储器概念雏形）；其运算单元实现了并行处理。尽管ABC是专用机（用于求解线性方程组），且未完全建成和广泛使用，但它首次成功地将电子技术应用于数字计算的核心逻辑部分，为现代电子计算机奠定了至关重要的基础。1973年，美国明尼苏达地方法院在著名的“斯佩里兰德诉霍尼韦尔”专利诉讼案中，正式裁定ENIAC的专利无效，并确认阿塔纳索夫才是电子数字计算机的第一发明人。

       八、 巨人登场：ENIAC与莫奇利、艾克特

       尽管ABC奠定了电子计算的基础，但通常被公众和早期文献广泛认为是世界上第一台通用电子数字计算机的是ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）。ENIAC由美国宾夕法尼亚大学摩尔电气工程学院的约翰·莫奇利（John Mauchly）和普雷斯珀·艾克特（J. Presper Eckert）领导设计建造，项目于1943年启动，1945年底完成，1946年2月14日正式对外公布。ENIAC的诞生直接服务于二战期间美国陆军军械部计算火炮射击表的迫切需求。这台庞然大物重达30吨，占地约167平方米，使用了约18,000个电子真空管、70,000个电阻器、10,000个电容器和6,000多个手动开关。其运算速度比当时的机电计算机（如哈佛Mark I）快了一千倍以上。虽然ENIAC的编程是通过重新插拔电缆和设置开关来实现的，极其繁琐（而非存储程序），但其强大的计算能力（每秒5,000次加法或约400次乘法）和在解决复杂问题（如氢弹设计的部分计算）上的成功，向世界宣告了电子计算时代的真正到来，并深刻影响了后续计算机的发展方向。

       九、 存储程序概念的奠基者：冯·诺依曼与EDVAC

       ENIAC的一个主要局限是其程序与数据分离，编程极其耗时。在ENIAC项目进行期间，杰出的数学家约翰·冯·诺依曼（John von Neumann）作为顾问深度参与其中。基于对ENIAC局限性的认识以及图灵理论（艾伦·图灵1936年提出的通用图灵机理论）的影响，冯·诺依曼在1945年6月撰写了一份划时代的报告草案《EDVAC报告书的第一份草案》（First Draft of a Report on the EDVAC）。这份报告系统地提出了“存储程序”（Stored-Program）的概念：将程序指令像数据一样存储在计算机的内存中，由中央处理器依次读取并执行。这一革命性构想解决了程序快速切换的难题，并使得计算机能够通过修改内存中的程序来执行不同的任务，大大提升了通用性和效率。基于此设计的EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）虽然比英国的EDSAC稍晚运行（1951年），但它首次完整实现了冯·诺依曼体系结构，成为后续几乎所有通用计算机设计的蓝本，因此该架构被称为“冯·诺依曼架构”。

       十、 英国的贡献：图灵理论、曼彻斯特宝贝与EDSAC

       在英国，理论先驱艾伦·图灵（Alan Turing）1936年发表的论文《论可计算数及其在判定问题上的应用》中提出的“图灵机”（Turing Machine）模型，为计算理论和可计算性奠定了数学基础，明确了通用计算机的理论可能性。战后，英国在实践方面也取得了重要突破。曼彻斯特大学的弗雷德里克·威廉姆斯（Frederic C. Williams）、汤姆·基尔伯恩（Tom Kilburn）和杰夫·图灵顿（Geoff Tootill）等人，在1948年6月成功运行了“曼彻斯特宝贝”（Manchester Baby / Small-Scale Experimental Machine）。这是世界上第一台成功运行并验证了存储程序概念的电子计算机，它使用威廉姆斯阴极射线管（Williams-Kilburn Tube）作为内存。紧接着，剑桥大学的莫里斯·威尔克斯（Maurice Wilkes）团队，在1949年5月成功运行了EDSAC（Electronic Delay Storage Automatic Calculator）。EDSAC是真正意义上第一台投入实际运行的、功能完整的、存储程序式电子数字计算机，它采用了水银延迟线作为内存，为早期用户提供了实用的计算服务。这两台机器共同证明了存储程序概念的可行性和巨大优势。

       十一、 商业化的浪潮：UNIVAC与计算机时代的开启

       在ENIAC成功后，莫奇利和艾克特离开学术界，于1946年创办了艾克特-莫奇利计算机公司（Eckert–Mauchly Computer Corporation），旨在设计制造商业化的通用电子计算机。他们最重要的产品是UNIVAC I（UNIVersal Automatic Computer I）。尽管公司后来因资金困难被雷明顿兰德公司（Remington Rand）收购，UNIVAC I项目得以继续。1951年3月，第一台UNIVAC I交付给美国人口普查局。UNIVAC I是设计目标面向商业和行政数据处理的第一台大规模生产的商用计算机，采用了磁带作为大容量外部存储设备。1952年美国总统大选之夜，UNIVAC I在仅有少量选票统计的情况下，就成功预测了艾森豪威尔将以压倒性优势获胜，震惊全国，也让电子计算机的名声传遍世界，正式开启了计算机的商业化和社会化应用时代。

       十二、 微型化的革命：晶体管的发明

       早期电子计算机（第一代）庞大、昂贵、耗电且故障率高，其核心原因是依赖电子真空管。1947年，美国贝尔实验室的威廉·肖克利（William Shockley）、约翰·巴丁（John Bardeen）和沃尔特·布拉顿（Walter Brattain）发明了点接触晶体管（Point-Contact Transistor），并在随后几年迅速发展出更实用的结型晶体管。晶体管具有体积小、重量轻、功耗低、发热少、寿命长、开关速度快等革命性优势。晶体管的发明是电子技术史上的里程碑，三位发明者因此共同荣获1956年诺贝尔物理学奖。它彻底取代了电子管，使得计算机的体积和成本得以大幅下降，可靠性和速度大幅提升，直接推动了第二代（晶体管计算机，1950年代末至1960年代中期）和第三代（集成电路计算机，1960年代中期开始）计算机的发展，为计算机最终走入千家万户铺平了道路。

       结语：集体智慧的丰碑

       回望电脑的发明之路，绝非一人一时之功。它是跨越数个世纪，由无数天才的构想、不懈的探索、关键的技术突破（从齿轮、继电器到真空管、晶体管）以及深刻的数学理论（二进制、布尔代数、图灵机）共同交织而成的壮丽史诗。帕斯卡、莱布尼茨奠定了机械计算的基础；巴贝奇和洛夫莱斯伯爵夫人描绘了通用可编程机器的宏伟蓝图；霍尔瑞斯解决了大规模数据处理；祖斯、艾肯在机电时代奋力前行；阿塔纳索夫和贝瑞首次将电子管用于数字逻辑运算；莫奇利、艾克特团队建造了ENIAC，向世界展示了电子计算的磅礴伟力；冯·诺依曼奠定了存储程序的经典架构；图灵提供了坚实的理论基础；曼彻斯特和剑桥的团队率先将其变为现实；肖克利、巴丁、布拉顿发明的晶体管则开启了微型化和普及化的大门。因此，将电脑的发明归功于任何单一“发明者”都是片面的。现代电脑是数千年人类智慧积淀、数百年来工程师与科学家前赴后继、协作创新的集体结晶，是人类文明史上最伟大的发明之一。它深刻地重塑了我们认识世界、改造世界的方式，并仍在持续加速演进。