石海明

一、巴贝奇发明机械式计算机的过程

在计算机器的发展历史中，为数不多的人物，因其突出的贡献而镌刻下了自己的名字，英国数学家查理·巴贝奇(1792-1871)就是其中之一。1819年，巴贝奇第一次到巴黎访问，期间，他听说普罗尼组织了一个重大的法国制表计划，这个庞大的计划花了十年时间才结束，普罗尼为此耗费了大量心血。然而，遗憾的是，尽管整个计划中组织工作已做得相当细致严密，但巴贝奇在法国科学院的图书馆中所见的表的手抄稿依然存在许多错误。这件事在年轻的巴贝奇心中留下了深深的印象。1820年巴贝奇回到英国，准备为天文学会制造一套星座表。在此后的制表过程中，他发现许多数学用表都含有大量错误，于是，巴贝奇决定在他科学生涯的早期，出版一份没有错误的数学用表。

对人工制表的困难及难免的错误，巴贝奇通过实践深有体会……不过在新的情况下，随着生产技术的发展，已经出现了生产效率高的机器。他决定不再模仿普罗尼那种依靠大量人力、以劳动密集型的手工方式来组织制表工作。他想借助出现大规模生产技术发展的有利形势，发明一种能进行算术运算的机器以代替人力。这样不仅可以减轻工人劳动，大大提高制表效率，而且还避免了数学用表中的错误，使没有错误的表真正成为现实。他想发明的机器后来对计算机器的发展具有重大影响。

巴贝奇想发明的机器叫差分机。这种根据差分原理设计和制造的自动计算机器，能够存储一系列数并对这些数进行加法运算，这些数为函数值的一次差、二次差……直至n次常数差以及函数值。关于萌发差分机的思想，巴贝奇曾在《一位哲学家的生活》一书中写道：

“一个晚上，我坐在剑桥分析学会房间里的一张桌子前面，一份对数表摊在我面前，当时我的头脑处于一种恍惚的状态。有一位同学走进房间，看到我半睡，便喊起来：‘好啊!巴贝奇，你在做什么梦?我回答：‘我在想那些可以计算这些对数表的机器。

1822年，巴贝奇终于研制出了一台可工作的模型机。它能对六位数进行计算，可以求出具有常数二次差的任何函数值。巴贝奇深知他将设计的机器的价值，对于一个海运和工业发达的国家，十分需要高质量的数学用表，而他将设计和制造的差分机可以准确地计算，并消除在人工编制数学用表过程中的人为错误，且经费开支少得多。在1822年7月3日，他给皇家学会主席汗弗莱·戴维先生写了一份信，请求皇家学会能帮助争取政府支持。英国政府邀请皇家学会调查了这项工程，并同意贷款1500英镑。巴贝奇也从自己的私人财产中拿出5000英镑资金。然而，很快他就发现工程实施比他原来想象的要复杂得多，他需要更多的资金和技术上的支持。幸运的是，他得到了塞缪尔·克莱门特的帮助和政府的后续支持。1833年，他提出了差分机二型的思想。这是一种可以控制计算机程序的通用数字机，就是通常所说的“分析机”。它比差分机的设计更完善，程序设计的思想在这里得到了更充分的发挥。但随后科研探索之路却愈走愈难，克莱门特已弃他而去，政府也不再提供支持。此后巴贝奇千方百计努力赚钱以继续研究，但直到1871年巴贝奇去世，分析机终究也没有能制造出来。

二、启示

1．技术发明依赖于当时的科学技术条件

与当时的工业技术水平相比，巴贝奇制造计算机的设想过于宏大了。尽管当时英国是世界上工业水平最高的国家，其机械加工能力也难以使巴贝奇的设想实现。巴贝奇的这种机器的出现，必须等到电子学发展的时代才有可能。我们不妨设想一下，第一台电子计算机的机重三十吨，占地面积一百七十平方米，如果把这些电子器件改用齿轮、凸轮、杠杆、金属线等机械器件，它的规模之大、精度之高也就可想而知了。显然，要依托19世纪的生产技术水平制造出这台大而精密的机器，是当时时代的物质条件所不能容许的。

2．资金支持在一定时候也是决定技术发明成功与否的重要因素

无论是在研制差分机的时候，还是在后来向分析机挑战的日子里，资金的困难一直困扰着巴贝奇。在整个研制过程中，英国政府总共提供了17000英镑的资助，而巴贝奇从自己的资产中，贡献了20000英镑。在1842年政府决定不再支持他的研究项目后，为了筹款制造这台机器，巴贝奇绞尽脑汁，尝试了许多挣钱办法。资金短缺，也使分析机的发明搁浅成为一种必然。

3．发明家要甘当铺路石

尽管巴贝奇穷尽四十年之光阴，却未能成功发明分析机，但他愈挫愈奋的执著精神及其创新设想、创新构思，仍不断地激励和启迪着后人，并发明出一代一代至臻完善的计算机，对人类文明和进步产生重大影响。人类社会的未来之路，需要数不胜数的和巴贝奇一样的铺路石子。