机械计算机的历史
十几岁的帕斯卡对父亲有着深厚的感情。每天看着年迈的父亲苦苦计算税率,他很想帮忙,但又怕父亲不放心。于是,未来的科学家们想到了为父亲制造一台计算税收的机器。19岁时,他发明了人类历史上第一台机械计算机。
帕斯卡的计算机是由一系列齿轮组成的装置,看起来像一个长方形的盒子。儿童玩具的钥匙拧紧后才能旋转,只能加减。但是,即使只做加法,也存在“十进一”的进位问题。聪明的帕斯卡采用了小爪棘轮装置。当定位齿轮向9旋转时,棘爪逐渐上升;一旦档位转到0,棘爪咔哒一声落下,将十位数档位向前推一档。
帕斯卡发明成功后,陆续制造了50台被称为帕斯卡加法器的计算机,目前至少还有5台计算机存在。例如,在法国巴黎的理工学院和英国伦敦的科学博物馆都能看到帕斯卡的计算机原型。据说在中国的故宫博物院里,也有两件铜复制品,是外国人送给慈禧太后的礼物。而“老佛爷”并不知道它的秘密,只把它当成西方的洋玩具,藏在深宫里。
帕斯卡是一个真正的天才。他在许多领域都取得了成就。后人介绍他是数学家、物理学家、哲学家、流体动力学家,是概率论的创始人。学过物理的人都知道一个关于液体压强性质的“帕斯卡定律”,这是他的伟大发现,并以他的名字命名。他甚至是个作家,他优雅的散文在法国非常有名。不幸的是,长期艰苦的研究损害了他的健康,他于1662年英年早逝,享年39岁。他留给世人一句至理名言:“人就像一根脆弱的芦苇,但也是一根会思考的芦苇。”
全世界的“思维芦苇”,尤其是计算机领域的后来者,永远不会忘记帕斯卡尔在混乱中点亮的那盏灯。1971发明的编程语言Pascal就是为了纪念这位先驱,让Pascal的大名留在计算机时代。
帕斯卡尔去世后不久,一个英俊的年轻人正在与法国相邻的德国莱茵河边进行夜间阅读。天亮了,小伙子站了起来,揉着疲惫的腰,脸上露出了会心的微笑。一个模糊的想法已经成熟。虽然帕斯卡发明加法器的时候还没有出生,但是这篇由帕斯卡自己写的关于加法计算机的论文让他像一个开明的人,激起了强烈的发明欲望。他就是G .莱布尼茨,德国伟大的数学家,被《大英百科全书》称为“西方文明最伟大的人物之一”。
莱布尼兹
莱布尼茨早年生活艰难。当幸运降临时,他得到了一个去法国的机会。帕斯卡的家乡张开双臂欢迎他,这为他实现拥有一台计算机器的夙愿创造了机会。在巴黎,他聘请了一些著名的机械专家和工匠来协助他的工作,并最终在1674年建成了一台更加完善的机械计算机。
莱布尼茨发明的新型计算机长约1米,内部安装了一系列齿轮机构。除了尺寸大,基本原理都是继承自Pascal。然而,莱布尼茨更胜一筹。他给计算机增加了一个叫做“步进轮”的装置。步进轮是一个有九个齿的长圆柱体,九个齿依次分布在圆柱体的表面;旁边还有一个小齿轮可以沿轴向移动,以便与步进轮一一啮合。小齿轮每转一圈,步进轮就可以分别转动1/10,2/10圈,直到9/10圈,这样就可以不断重复加法。
稍微熟悉计算机编程的人都知道,连续重复计算和加法是现代计算机做乘除运算的方法。莱布尼茨的计算机有四则运算:加减乘除,为后来流行的手摇计算机铺平了道路。
不久,因独立发明微积分而与牛顿齐名的莱布尼茨提出了计算机用“二进制”数的设计思想。有人说他的思想来自东方的中国。
大约在公元1700年前后的某一天,一个朋友送给他一幅来自中国的画,名叫《八卦》,是宋代邵雍所画。莱布尼茨用放大镜仔细观察八卦的每一个图像,发现它们都是由阳(-)和阴(-)两个符号组成的。他饶有兴趣地划着、排着八种卦,突然脑子里闪过一丝火花——这不是很有规律的二进制数吗?如果阳(-)是“1”,阴(-)是“0”,那么八卦就形成了八个基本序数,从000到11 * *。正是受到中国人民智慧的启发,莱布尼茨终于认识到了二进制数的真正含义。虽然莱布尼茨设计的计算机仍然使用十进制,但是他率先系统地提出了二进制数的算法,并且在今天,二进制数仍然控制着现代计算机的高速运算。
帕斯卡的计算机经莱布尼茨改进后,人们在上面装上电机,带动机器工作,就成了名副其实的“电子计算机”,一直使用到20世纪20年代。帕斯卡和莱布尼茨的发明虽然不是现代意义上的计算机,但却展现了人类计算机史上的第一道曙光。