机械计算机(上)

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  世界多彩斑斓,信息瞬息万变,计算机已经融入我们生活的方方面面。但是,你是否了解计算机发明的最初形态,是否知晓电子计算机诞生之前的那段岁月?
  计算机,英文为“computer”,最初是指从事数据计算的人,后泛指在计算过程中使用的机械设备。早期计算设备包括算筹、算盘等,甚至可以追溯到公元前87年古希腊人用于计算行星移动的安提基特抟机器。在很长一段时期,人们都使用这种耗费人力且计算缓慢的工具。到中世纪末期,欧洲数学和机械工程学的迅速发展,推动了机械原理在计算历史上的应用和推广。
  1642年,法国著名科学家帕斯卡(B.Pascal)发明了世界上第一台真正意义上的机械计算机。相传帕斯卡是由担任税务官的父亲一手带大的,他深知父亲在计算税率税款时的艰辛,就想为父亲制作一台计算税款的机器。帕斯卡深入研究机器运转的各种传动机构,并走访听取了一些著名工匠的意见,终于在1642年发明了人类有史以来第一台机械计算机。这台计算机外形像一个长方盒子,是一種由系列齿轮组成的装置,能够做加法和减法运算。为了解决加法中“逢十进一”的进位问题,聪明的帕斯卡采用了一种小爪子式的棘轮装置。当定位齿轮朝9转动时,棘爪便逐渐升高;一旦齿轮转到0,棘爪就“咔嚓”一声跌落下米,推动十位数的齿轮前进一档。
  帕斯卡“加法机”的发明是人类在计算工具上的新突破,为以后的计算机设计提供了基本原理。它发明的意义远远超出了计算机本身的使用价值,这无疑向人们证明,利用纯机械装置来代替人的思维和记忆是可能的。自此,欧洲兴起了“大家来造思维工具”的热潮。
  德国数学家莱布尼茨(G.Leibniiz)于1673年发明的“乘法机”就是这个时期的产物。这种新型计算机长约1米,内部安装了一系列齿轮机构,除了体积较大之外,其基本原理遵循了帕斯卡的计算机原理。不过,莱布尼茨技高一筹,他为计算机增添了一种名叫“步进轮”的啮合装置,实现了连续重复计算加法的功能。稍熟悉电脑程序设计的人都知道,连续重复计算加法就是现代计算机做乘除运算采用的办法。莱布尼茨的计算机,加、减、乘、除四则运算一应俱全,也给其后风靡一时的手摇计算机铺平了道路。他还系统地阐述了二进制计数法,并把它和中国的八卦联系起来,这种“二进制”运算法则,为计算机的现代发展奠定了坚实的基础,至今仍然是现代计算机的运算法则。后来,人们为莱布尼茨的计算机安装上电动机,成为名副其实的“电动计算机”,直到20世纪20年代才退出历史舞台。关于计算机的精彩故事,我们下期接着讲!
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