“計算機之父”巴貝奇

這是一個不太為人們熟知，卻在計算機史上不能忽視的名字：查爾斯·巴貝奇。他被稱為“計算機之父”，雖然他窮極一生也未能制造出他描述的機器，但是他那超前了一個世紀的設想，卻是現(xiàn)代計算機理論設計的雛形。

現(xiàn)今出版的許多計算機書籍扉頁里，都登載著巴貝奇的照片：寬闊的額，狹長的嘴，銳利的目光顯得有些憤世嫉俗，堅定但絕非缺乏幽默的外貌，給人以一種極富深邃思想的學者形象。

查爾斯·巴貝奇，出生于英格蘭西南部的托特納斯，父親是一位富有的銀行家。童年時代的巴貝奇顯示出極高的數(shù)學天賦，考入劍橋大學后，他掌握的數(shù)學知識甚至超過了教師。

畢業(yè)留校，24歲的巴貝奇榮幸地受聘擔任劍橋“路卡辛講座”的數(shù)學教授——這是一個很少有人能夠獲得的殊榮。假若巴貝奇繼續(xù)在數(shù)學理論領域耕耘，本可以走上鮮花鋪就的坦途。然而，這位曠世奇才卻選擇了一條無人敢于攀登的崎嶇險路。

用一臺機器“拯救宇宙”

18世紀末，法國發(fā)起了一項宏大的計算工程──人工編制《數(shù)學用表》，這在沒有先進計算工具的當時，可是件極其艱巨的工作。法國數(shù)學界調(diào)集大批精兵強將，組成了人工手算的流水線，算得天昏地暗，才完成了17卷大部頭書稿。即便如此，計算出的數(shù)學用表仍然存在大量錯誤。

有一天，巴貝奇與著名的天文學家赫舍爾湊在一起，對兩大部頭的天文數(shù)表評頭論足，發(fā)現(xiàn)錯漏百出，巴貝奇目噔口呆，他喊道：“天哪，但愿上帝知道，這些計算錯誤已經(jīng)充斥彌漫了整個宇宙！”所以，他想要造一臺機器來“拯救宇宙”。

巴貝奇的第一個目標是制作一臺“差分機”。他從法國人杰卡德發(fā)明的編程提花織布機上獲得靈感，想設計一臺可以自動處理不同函數(shù)的計算機器。

1822年，巴貝奇小試鋒芒便初戰(zhàn)告捷，第一臺差分機呱呱墜地。但是，這一“小試”也耗去了整整10年。在他孤軍奮戰(zhàn)下造出的這臺機器，運算精度達到了6位小數(shù)，當即就演算出好幾種函數(shù)表。后來的實際運用證明，這種機器非常適合于編制航海和天文方面的數(shù)學用表。

差分機二號失敗

成功的喜悅激勵著巴貝奇，他上書皇家學會，請求政府資助他建造第二臺運算精度為20位小數(shù)的大型差分機。英國政府破天荒地與他簽訂了第一個合同，財政部慷慨地為這臺大型差分機提供1.7萬英鎊的資助。在當年，這筆款項的數(shù)額無異于天文數(shù)字──要知道，1831年約翰·布爾制造一臺蒸汽機車頭的費用才784英磅。

然而，第二臺差分機卻以失敗告終！25000個精密零件，誤差率不超過每英寸千分之一，即便使用現(xiàn)代先進的加工設備和技術，要想造出這種高精度的機械也絕非易事。

當時，巴貝奇把差分機交給了英國最著名的機械工程師約瑟夫·克萊門特所屬的工廠制造，但工程進度十分緩慢。設計圖紙改了又改，工人們把零件重做一遍又一遍。日復一日，年復一年，直到又一個10年過去了，全部零件卻只完成不足一半數(shù)量。參加試驗的同事們再也堅持不下去，紛紛離他而去。

巴貝奇獨自苦苦支撐了第三個10年，最終無力回天。在痛苦的煎熬中，他無計可施，只得把全部設計圖紙和已完成的部分零件送進倫敦皇家學院博物館供人觀賞。

分析機——計算機設計的理論雛形

差分機的制造，雖然以失敗告終，但是，天才巴貝奇提出來的理念卻讓后人敬仰——1834年，巴貝奇提出了一項新的更大膽的設計。不是僅僅能制表的差分機，而是一種通用的數(shù)學計算機，即“分析機”——它能自動解算有100個變量的復雜算題，每個數(shù)可達25位，速度可達每秒鐘運算一次。

巴貝奇首先為分析機構思了一種齒輪式的“存貯庫”，每一齒輪可貯存10個數(shù)，總共能儲存1000個50位數(shù)。分析機的第二個部件是“運算室”，其基本原理與帕斯卡的轉輪相似，但他改進了進位裝置，使50位數(shù)加50位數(shù)的運算可完成于一次轉輪之中。

此外，巴貝奇也構思了送入和取出數(shù)據(jù)的機構以及在“存儲庫”和“運算室”之間運輸數(shù)據(jù)的部件，他甚至還考慮到如何使這臺機器處理依條件轉移的動作。

一個多世紀過去后，現(xiàn)代電腦的結構幾乎就是巴貝奇分析機的翻版，只不過它的主要部件被換成了大規(guī)模集成電路而已。僅此一說，巴貝奇就當之無愧于計算機的“開山鼻祖”。（責任編輯/梅松）