“計算機(jī)之父”巴貝奇

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

現(xiàn)今出版的許多計算機(jī)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(xué)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(xué)天賦，考入劍橋大學(xué)后，他掌握的數(shù)學(xué)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(dān)任劍橋“路卡辛講座”的數(shù)學(xué)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(xué)理論領(lǐng)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(jī)器“拯救宇宙”

18世紀(jì)末，法國發(fā)起了一項宏大的計算工程──人工編制《數(shù)學(xué)用表》，這在沒有先進(jìn)計算工具的當(dāng)時，可是件極其艱巨的工作。法國數(shù)學(xué)界調(diào)集大批精兵強(qiáng)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(xué)用表仍然存在大量錯誤。

有一天，巴貝奇與著名的天文學(xué)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(jī)器來“拯救宇宙”。

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

1822年，巴貝奇小試鋒芒便初戰(zhàn)告捷，第一臺差分機(jī)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(jī)器，運算精度達(dá)到了6位小數(shù)，當(dāng)即就演算出好幾種函數(shù)表。后來的實際運用證明，這種機(jī)器非常適合于編制航海和天文方面的數(shù)學(xué)用表。

差分機(jī)二號失敗

成功的喜悅激勵著巴貝奇，他上書皇家學(xué)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(jī)。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(jī)提供1.7萬英鎊的資助。在當(dāng)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(jī)車頭的費用才784英磅。

然而，第二臺差分機(jī)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(jìn)的加工設(shè)備和技術(shù)，要想造出這種高精度的機(jī)械也絕非易事。

當(dāng)時，巴貝奇把差分機(jī)交給了英國最著名的機(jī)械工程師約瑟夫·克萊門特所屬的工廠制造，但工程進(jìn)度十分緩慢。設(shè)計圖紙改了又改，工人們把零件重做一遍又一遍。日復(fù)一日，年復(fù)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(shè)計圖紙和已完成的部分零件送進(jìn)倫敦皇家學(xué)院博物館供人觀賞。

分析機(jī)——計算機(jī)設(shè)計的理論雛形

差分機(jī)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(shè)計。不是僅僅能制表的差分機(jī)，而是一種通用的數(shù)學(xué)計算機(jī)，即“分析機(jī)”——它能自動解算有100個變量的復(fù)雜算題，每個數(shù)可達(dá)25位，速度可達(dá)每秒鐘運算一次。

巴貝奇首先為分析機(jī)構(gòu)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(jī)的第二個部件是“運算室”，其基本原理與帕斯卡的轉(zhuǎn)輪相似，但他改進(jìn)了進(jìn)位裝置，使50位數(shù)加50位數(shù)的運算可完成于一次轉(zhuǎn)輪之中。

此外，巴貝奇也構(gòu)思了送入和取出數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)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(jī)器處理依條件轉(zhuǎn)移的動作。

一個多世紀(jì)過去后，現(xiàn)代電腦的結(jié)構(gòu)幾乎就是巴貝奇分析機(jī)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(dāng)之無愧于計算機(jī)的“開山鼻祖”。（責(zé)任編輯/梅松）