集在铁棒中，铁棒变成了强有力的磁铁，吸起了比它自己重20倍的铁块；
一旦切断电流，铁棒失去了磁铁的作用，又变成了一根普通的铁棒。
1829年，美国物理学家亨利（1797—1878）制造了更理想的电磁铁。他
用绝缘导线代替裸铜线，密密匝匝地绕在铁棒上。这种电磁铁通电后具有很
强的磁场。
电能使铁棒具有磁性，断电又能使铁棒失去磁性。利用这种原理，人们
研制出了继电器。利用给这种元件通电和断电的办法可以实现整个电路的接
通或断开。
继电器问世后，广泛用于电报、电话、无线电，成为一种重要的电器元
件。而继电器在现代计算工具中发挥它的重要作用，是在布尔代数建立之
后。
布尔 （1815—1864）是英国自学成才的数理逻辑学家，着力研究人类思
维活动中一些规律性的东西。他创立的布尔代数也称为逻辑代数，为现代计
算机提供了重要的理论准备，即奠定了电路设计的理论基础，虽然，这位抽
象思维的大师从来没有也不可能考虑到计算机的问题。
1847年，布尔的《逻辑的数学分析：论演绎推理的演算法》出版。他应
用通常的代数符号和代数方法研究逻辑问题，奠定了数理逻辑的基础。1854
年，布尔的重要著作《思维规律研究》面世。在这部著作中，他成功地将形
式逻辑归结为一种代数演算，创立了称为“布尔代数”的现代数理逻辑。
布尔在用数学方法研究逻辑问题的过程中，成功地建立起一种逻辑运算
和一套独特的运算规律体系。他用等式表示判断，把推理看作等式的变换。
他的逻辑理论，既可以进行公式推演，又可以对命题取作数值，例如，可以
把真命题取作1，把假命题取作0，复杂命题，只要依照有关的运算规律，
通过计算，最后再还给复杂命题以逻辑解释。
逻辑代数在布尔之后虽有所改进，但基本轮廓未变。这一理论特别适合
于对只有断开、接通两种可能状态的电路系统进行分析和综合。它使具有切
断和接通两种状态（可分别用真命题1和假命题0来表示这两种状态）的继
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电器找到了新的用途，为继电器在计算机中扮演主要角色，提供了理论基
础。
发明了莱布尼兹计算器和二进制的莱布尼兹，曾设想制造一种不仅能进
行计算，还能检验假设的计算机，他希望建立一种普遍的方法，能“把一切
正确的推理归结为一种计算”。显然，在布尔代数建立之前，即人们还不能
用数学形式来描述逻辑思维的规律之前，这种愿望是很难实现的。
1910年，荷兰学者埃伦菲斯特首先考虑到用逻辑代数作为分析与综合继
电器电路的数学方法。30年代后期，人们开始系统研究用布尔代数设计电网
问题。当40年代酝酿复杂的继电器线路或电子线路的自动数字计算机时，
数学也已经为它们准备好了线路设计的有力手段。
（7）霍勒瑞斯统计分析机——机电计算机的先驱
最早将继电器用于计算机的是统计学家。
19世纪中叶，大批移民来到美国。美国每10年要进行一次人口调查统
计，而这种统计十分费工费时，例如，1880年开始的人口调查到1887年还
没有给出量终统计结果。统计学家们迫切希望，在1890年进行新的一次人
口调查前，能有一种协助进行高速统计的机器产生。人口调查机关向国民征
集这种能加快统计的机器。
新的技术总是诞生在最迫切需要这种新技术的地方和最迫切需要这种
新技术的年代。有三位统计学家作出了响应。其中两位发明了使用着色卡片
进行操作的机器，分类和计算仍使用手工操作。另一位统计学家霍勒瑞斯
（1860—1929）则发明了利用穿孔卡片进行操作的机器。这台机器由受压
器、继电器、计数器、分类器和电池等组成，电池为机器提供能源。霍勒瑞
斯统计分析机将信息用穿孔的办法记录在卡片上，利用弱电流技术识别信
息、传递信息、整理信息的计数器仍是机械的。
三件发明送到了美国人口调查局，为了确定哪一架机器更为有效，人们
对它们的信息处理能力进行了一场测验。三台机器各自处理了一万个人的各
种统计资料。结果，霍勒瑞斯统计分析机运算和统计的速度比另两架机器快
一倍。因此，美国1890年人口调查的统计制表工作全部采用霍勒瑞斯机。
这次人口调查共收集了6300万人的调查资料，而且增加了“说英语的家庭
数目”等有关项目。所有的调查登记表汇总以后仅一个月，统计制表任务就
顺利完成了。
霍勒瑞斯机是机电类计算机的先驱，继电器在此大显身手。获得了成功
的统计分析机不久传到加拿大、西欧，还传到了俄国。经过不断的改进，这
类机器达到了成套自动统计记录的水平，而且不仅用于人口资料统计，还用
于会计业务等，应用范围不断扩大。
不过，这种计算机虽然应用了新型的继电器作元件，却是新中有旧。它
仍然沿用机械原理进行工作，齿轮和连杆仍然是它的主要结构。因此，这种
机器结构庞大，运转迟缓。要使它趋于完善，还需要用继电器彻底地革掉齿
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轮和连杆的命。
（8）继电器计算机
19世纪30年代，巴贝吉提出了分析机的设计思想，但由于技术上的困
难，他研制自动计算机的梦想终未能实现。约一百年后，不断进步的科学技
术终于可以无愧于巴贝吉的先进思想了。
德国的年轻工程师朱斯 （1910—）第一个利用继电器为重要元件，制成
了通用程序控制计算机。1934年，朱斯就开始了计算机的制作研究。当时，
他正学习土木工程。在没有人力、财力支持的情况下，他克服困难，依靠自
己的力量，于1938年制成了第一台计算机Z…Ⅰ号。这是一台纯机械结构的
设备，速度慢，可靠性也差。他决心摆脱机械装置的局限性，采用继电器制
造新型的计算机。可是，由于不久后便应征入伍，朱斯改进Z…Ⅰ号、研制新
机器的工作不得不因此中断。他的朋友和合作者希莱尔了解朱斯研究工作的
重要性，向有关当局递交了一份报告，宣传、说明朱斯研究计算机的意义。
这份报告使朱斯的军役获得免除，并 使他的研究计划得到了政府的财政支
持。朱斯非常珍惜这样的机会，加倍努力，于1941年建成了Z…Ⅲ号计算机。
这是第一台新型的通用程序控制计算机，机器全部采用了继电器，还采用了
浮点计数法、二进制运算、带数字存储地址的指令形式等。他把前人关于计
算机的一些先进设计思想综合起来，并具体体现在了他的机器中。朱斯的Z…
Ⅲ号计算机在计算机发展史上，占有重要的一页。
第二次世界大战中，Z…Ⅲ号被炸弹炸毁。朱斯在战时制造的Z…Ⅳ号放在
巴戈里亚省一个农舍的地窖里，被保存了下来。战后，朱斯流亡到瑞士，并
把兴趣转移到计算机软件方面。他首先提出了“程序演算”的理论，即现在
所说的计算机程序设计，对计算机软件的发展有重要影响。
朱斯研制计算机的重要工作是在第二次世界大战期间进行的，在德国以
外，很少人了解他的成果。所以，很长一段时间里，人们以为，美国的霍华
德·艾肯于1944年研制的MARK…Ⅰ是第一台通用程序控制计算机。
1937年，艾肯在哈佛大学物理系读研究生。在他撰写的论文中，涉及到
解许多非线性常微分方程的问题，用一般的数值近似法来求解，工作量将非
常大。为此，艾肯试图制造一台求多项式数值的计算机，并进而制造一台可
以解决一般数学问题的通用计算机。他的想法得到了美国国际商业机器公司
（IBM公司）的资助。当时颇有远见的公司总经理老沃森还于1939年派出四
位有经验的工程师与艾肯合作。1944年8月，机电式程序控制的自动数字计
算机MARK…Ⅰ研制成功，在哈佛大学投入运行。这台机器的运算速度比以往
的计算机有所提高，主要用于科学计算，编制了许多数学用表。研制MARK…
Ⅰ期间，艾肯读到了巴贝吉的著作，并建议别人也去了解巴贝吉杰出、深刻
的思想。计算机制成后，艾肯在机器说明书上，引用了巴贝吉的一段意味深
长的话：“任何人如果不接受我失败的教训，还仍然下决心去研制一台把数
学分析的全部工作都包括在内的机器的话，我不怕把自己的名誉交给他去作
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出应有的评价，因为，只有他才完全了解我工作的性质及其成果的价值。”
MARK…Ⅰ号采用了3000个普通电话继电器作为主要元件。这种继电器长
约1英寸，能在百分之一秒内完成一次开关操作。这台机器处理两个23位
数相乘，约需要4。5秒时间。MARKI没有全部采用继电器，其设计实际上不
如朱斯的Z…Ⅲ，但影响超过了Z…Ⅲ计算机。
1945年至1947年间，艾肯又领导制造成功一台MARK…Ⅱ号计算机。这
台机器全部使用继电器，计算速度和其它性能有新的提高。
与朱斯、艾肯在同一时期，美国贝尔电话实验室的科学家斯棣比兹领导
的一个小组也在研制继电器计算机。他们建造的第一台机器在1940年投入
运行。这是一台专用机，主要用于电气网络复数计算，因此被称为“复数计
算机”，并简称Model…Ⅰ号。Model…Ⅰ号建成后不久，在美国数学学会作了
一次成功的表演，但作为一种专用机，其使用范围毕竟有限。从1944年起，
以斯棣比兹为首的研究小组又用了3年的时间制造了Model…Ⅴ号通用机。这
台机器的性能又有较大提高。
朱斯、艾肯和斯棣比兹的继电器计算机相继研制成功，是人类在计算工
具研究中的又一进步。但是，这类计算机的生命，即它们发挥作用的时间在
整个计算机发展史上是相当短暂的。由于30年代已经具备了制造电子计算
机的技术能力，而且研制电子计算机的努力也几乎同时在进展中，因此，相
比之下，继电器计算机在计算速度、构造性能等方面都有许多先天不足之
处，已经不能满足高速处理大量信息的要求了。
不过，继电器计算机毕竟在许多方面具有现代计算机的技术特性，它们
为早期电子计算机的设计、制造积累了宝贵和重要的经验，同时，也为计算
工具的革命性变革准备了技术力量。
2．电子技术的突破
电子技术作为20世纪信息技术、通讯技术和控制技术的基础是在19世
纪末20世纪初产生和发展起来的，而电子元件则是电子技术迅速发展的主
要前提，电子元件的每一项重要发明，都引起了电子技术的重大突破。这个
时期诞生的电子管，带来了电子技术的第一次重大突破，促进了无线电通讯
和广播技术的迅速发展，导致一系列新技术的出现，而更重要的是，为以电
子管为主要元件的第一代电子计算机的诞生打下了基础。和其他新生事物一
样，电子管的诞生经历了一番曲折的道路。
（1）爱迪生效应和“弗莱明管”
1883年，美国大发明家爱迪生（1847—1931）发明了白炽灯。然而，谁
也没有想到，电灯的出现竟孕育着一项更加伟大的发明。
为了让“光明的使者”更明亮，寿命更长，爱迪生对白炽灯不断进行着
改进和试验。一次试验中，他在灯泡中与灯丝相对的地方封入一个金属片。
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他惊奇地发现，当灯丝发热、发亮时，金属片的表面会发出淡蓝色的亮光，
如果在灯丝和铜片之间联上一个电流计，然后接通电源，电流计上的指针将
发生偏转，这就是说，电路上流动着电流。灯丝与铜片之间是一段电流无法
逾越的真空，按常规理解，电路上不可能产生电流。那么，电流是如何飞越
真空的呢？爱迪生无法解释这一奇怪的现象，也没有作深入的探究，他只是
把这种现象作为一种效应记录了下来，并申请了专利。这个效应就是著名的
爱迪生效应。
用实验确证了电子的存在的英国物理学家J．J．汤姆逊后来对爱迪生效
应进行了研究，证明这种效应是一种热电子发射现象，是真空灯泡中的炽热
灯丝的负电辐射。
事实上，显示爱迪生效应的那只灯泡就是世界第一只电子管。因此，从
这个意义上说，爱迪生发现的这一效应是他对科学进步、世界文明的又一伟
大贡献，但这中间又包含着这位发明大王未能发现电子和认识到电子管价值
的最大遗憾。
英国科学家弗莱明 （1849—1945）熟悉无线电发展的状况，深知检波管
的改进是无线电面临的一个突破口。他对爱迪生效应深感兴趣，并试图利用
这种效应研制新型的检波器。
弗莱明制造了一个与众不同的真空灯泡。他用圆桶形的金属片把灯丝包
围起来，组成一个板极。在板极和灯丝之间加上一个交变电压，同时使灯丝
通电加热。他发现，板极带正电时，灯丝和板极之间有电流通过；而当板极
带负电时，就没有电流通过。这显然是一种新型的电器元件，它只允许电流
向一个方向流动，能把交流电变成直流电。这种新的电�
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