差分機(jī)才是機(jī)械史最復(fù)雜的巔峰之作

今天我們來認(rèn)識一下機(jī)械史上最強(qiáng)大腦：英國數(shù)學(xué)家查爾斯·巴貝奇，他是可編程計算機(jī)的發(fā)明者，計算機(jī)的先驅(qū)。他設(shè)計過的計算機(jī)器有差分機(jī)、分析機(jī)和第二個差分機(jī)。差分機(jī)可謂是機(jī)械史最復(fù)雜的巔峰之作。

在英國政府的支持下，巴貝奇在 1822 年開始了差分機(jī)的設(shè)計和制造，希望將從計算到印刷的過程全部自動化，這樣就可以避免人為誤差。差分機(jī)使用有限差分方法來機(jī)器計算多項式函數(shù)的值。

有限差分方法是個簡單但功能強(qiáng)大的技巧，它用重復(fù)加減的過程來避免需要的乘法和除法。

不過由于當(dāng)時制造工藝水平較低，這個 10 英尺高，10 英尺寬，5 英尺長，重 2 噸，以蒸汽機(jī)驅(qū)動的龐然大物在 10 年間只完成了七分之一，看不到未來的英國政府不得不停止了對該項目的支持（畢竟按照這個趨勢，要 70 年才能完成）。

雖然失去了政府的支持，但是在設(shè)計和制造差分機(jī)的十年讓巴貝奇有了設(shè)計更強(qiáng)大機(jī)器的能力，更加精密的分析機(jī)因此面世。

它能用多項式展開的方法計算對數(shù)和三角函數(shù)，具體的計算過程則是用打孔卡片輸入，完成類似匯編語言的程序指令。

設(shè)計和嘗試建造這個充滿傳奇色彩的機(jī)器成了他整個下半生的夢想。這個分析機(jī)的設(shè)計理念比差分機(jī)更超前，向未來穿越了大概一個世紀(jì)。

在分析機(jī)之后，在1847~1849 年間巴貝奇運(yùn)用在開發(fā)過程中得到的心得，重新設(shè)計了差分機(jī)2號，它可以計算到 31 位數(shù)及第7階差，而且零件數(shù)還只有差分機(jī)1號的 1/3?？上У氖?，這時候巴貝奇已經(jīng)找不到愿意出資的人了，因此差分機(jī)2號也只停留在了紙面上。

第二個差分機(jī)在1849年設(shè)計出來卻在有生之年只實現(xiàn)了很小一部分。盡管如此，巴貝奇為電腦科學(xué)留下了一份極其珍貴的精神遺產(chǎn)，包括30種不同設(shè)計方案，近2000張組裝圖和50000張零件圖。。。

1985年時，倫敦科學(xué)博物館照著巴貝奇的圖紙，打造了一臺完整的差分機(jī)2號，這臺巨大的手搖智能機(jī)械計算機(jī)，長3.35米，高2.13米，有4000多個零件，重2.5噸。

美國加州的計算機(jī)歷史博物館也有一臺差分機(jī)2號，是根據(jù)巴貝奇稍早的一個設(shè)計方案制作的。

可見，這個機(jī)械是多么的復(fù)雜，足可以稱得上早期人類機(jī)械史上的巔峰之作。

蒸汽動力驅(qū)動的機(jī)械式計算機(jī)可以完成人類難以完成的運(yùn)算，有著穩(wěn)定的機(jī)械特性。但是，運(yùn)算速度絕對會受到限制，所以，我們才有了電子計算機(jī)。

審核編輯：黃飛