小故事——巴比奇和他的计算机

到了19世纪初，英国数学家查尔斯·巴比奇(Charles Babbage，1792—1871)取得了突破性进展，计算机不但能快速地完成加、减、乘、除运算，还能够自动完成复杂的运算，从手动机械跃入自动机械的新时代。巴比奇在剑桥大学求学期间，正是英国工业革命兴起之时，当时为了解决航海、工业生产和科学研究中复杂的计算，许多数学表，如对数表、函数表应运而生。靠手工计算出的三角和对数表再经过打印机打印出来，通常充满了错误。航海业和金融界由于大量使用此表，更是产生了许多不利的影响，巴比奇对此很不满意，决心研制新的计算工具，用机器取代人工来计算这些实用价值很高的数学用表。
巴比奇耗费了整整 10 年光阴，于 1822 年完成了第一台差分机，它可以处理 3 个不同的 5 位数，计算精度达到 6 位小数。当时设计和制造机械式计算机是非常复杂的事情，巴比奇不但自己要制造单个部件，而且还要制造一些机器来生产这些部件。成功的喜悦激励着他决定进一步设计新的差分机，其目标是能计算具有 20 位有效数字的 6 次多项式的值。当时该项设计得到了英国议会、政府资助，他还动用了自己继承的财产，花费了 10 年的时间。由于当时机械加工技术难以达到设计精度，以及巴比奇又产生了一个新的研究计划而失去了对差分机的研制兴趣等原因，差分机的研制计划没有完成。只是在 1991 年，伦敦科学博物馆最终研制成功现代的差分机。
巴比奇新的研制计划就是分析机的设计。巴比奇当初设计分析机的主要目的不仅是为了计算单个的数学函数，而是为了解决多种计算问题，分析机是一种通用计算机。分析机的重要贡献在于它包括了现代计算机所具有的 5 个基本组成部分。
1.输入装置:用穿孔卡片输入数据。
2.存储装置:巴比奇称它为仓库(store)，该装置被设计为能存储 1000 个 50 位十进制数的容量，它既能存储运算数据，又能存储运算结果。
3.资料处理装置:巴比奇称它为磨坊(mill)，通过它来完成加、减、乘、除运算，还能根据运算结果的符号改变计算的进程，用现代术语来说，就是使用了条件转移指令。
4.控制装置:使用指令进行控制，用程序自动改变操作次序。它们是通过穿孔卡片顺序输入处理装置完成的。
5.输出装置:用穿孔卡片或打印方法输出。

按巴比奇的方案，分析机以蒸气为动力，通过大量齿轮来传动。这个分析机已经有了今天计算机的基本框架，可以看成是采用机械方式实现计算过程的最高成就。巴比奇先进的设计思想超越了当时的客观现实。由于当时的机械加工技术还达不到所要求的精度，使得这部以齿轮为元件、以蒸汽机为动力的机器一直到巴比奇逝世也没有完成，1871 年耗尽自己财产，为计算机事业奋斗了近 60 年的他去世了，留下了包括 30 种不同的设计方案，近 2000 张组装图和 50000 张零件图的大量设计图纸。直到 100 年后这位天才设计家的设计思想才被后人实现。如今，每年由国际 IEEE 组织颁发的计算机先驱奖的奖章上就刻着巴比奇的头像，以纪念这位思想超越了时代的计算机先驱。

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