差分機才是機械史最復雜的巔峰之作

今天我們來認識一下機械史上最強大腦：英國數(shù)學家查爾斯·巴貝奇，他是可編程計算機的發(fā)明者，計算機的先驅(qū)。他設計過的計算機器有差分機、分析機和第二個差分機。差分機可謂是機械史最復雜的巔峰之作。

在英國政府的支持下，巴貝奇在 1822 年開始了差分機的設計和制造，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。差分機使用有限差分方法來機器計算多項式函數(shù)的值。

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

不過由于當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，但是在設計和制造差分機的十年讓巴貝奇有了設計更強大機器的能力，更加精密的分析機因此面世。

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。

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

在分析機之后，在1847~1849 年間巴貝奇運用在開發(fā)過程中得到的心得，重新設計了差分機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1號的 1/3。可惜的是，這時候巴貝奇已經(jīng)找不到愿意出資的人了，因此差分機2號也只停留在了紙面上。

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

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

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

可見，這個機械是多么的復雜，足可以稱得上早期人類機械史上的巔峰之作。

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

審核編輯：黃飛