這是一個(gè)不太為人們熟知，卻在計(jì)算機(jī)史上不能忽視的名字：查爾斯·巴貝奇。他被稱(chēng)為“計(jì)算機(jī)之父”，雖然他窮極一生也未能制造出他描述的機(jī)器，但是他那超前了一個(gè)世紀(jì)的設(shè)想，卻是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)理論設(shè)計(jì)的雛形。

現(xiàn)今出版的許多計(jì)算機(jī)書(shū)籍扉頁(yè)里，都登載著巴貝奇的照片：寬闊的額，狹長(zhǎng)的嘴，銳利的目光顯得有些憤世嫉俗，堅(jiān)定但絕非缺乏幽默的外貌，給人以一種極富深邃思想的學(xué)者形象。

查爾斯·巴貝奇，出生于英格蘭西南部的托特納斯，父親是一位富有的銀行家。童年時(shí)代的巴貝奇顯示出極高的數(shù)學(xué)天賦，考入劍橋大學(xué)后，他掌握的數(shù)學(xué)知識(shí)甚至超過(guò)了教師。

畢業(yè)留校，24歲的巴貝奇榮幸地受聘擔(dān)任劍橋“路卡辛講座”的數(shù)學(xué)教授——這是一個(gè)很少有人能夠獲得的殊榮。假若巴貝奇繼續(xù)在數(shù)學(xué)理論領(lǐng)域耕耘，本可以走上鮮花鋪就的坦途。然而，這位曠世奇才卻選擇了一條無(wú)人敢于攀登的崎嶇險(xiǎn)路。

用一臺(tái)機(jī)器“拯救宇宙”

18世紀(jì)末，法國(guó)發(fā)起了一項(xiàng)宏大的計(jì)算工程──人工編制《數(shù)學(xué)用表》，這在沒(méi)有先進(jìn)計(jì)算工具的當(dāng)時(shí)，可是件極其艱巨的工作。法國(guó)數(shù)學(xué)界調(diào)集大批精兵強(qiáng)將，組成了人工手算的流水線(xiàn)，算得天昏地暗，才完成了17卷大部頭書(shū)稿。即便如此，計(jì)算出的數(shù)學(xué)用表仍然存在大量錯(cuò)誤。

有一天，巴貝奇與著名的天文學(xué)家赫舍爾湊在一起，對(duì)兩大部頭的天文數(shù)表評(píng)頭論足，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)漏百出，巴貝奇目噔口呆，他喊道：“天哪，但愿上帝知道，這些計(jì)算錯(cuò)誤已經(jīng)充斥彌漫了整個(gè)宇宙！”所以，他想要造一臺(tái)機(jī)器來(lái)“拯救宇宙”。

巴貝奇的第一個(gè)目標(biāo)是制作一臺(tái)“差分機(jī)”。他從法國(guó)人杰卡德發(fā)明的編程提花織布機(jī)上獲得靈感，想設(shè)計(jì)一臺(tái)可以自動(dòng)處理不同函數(shù)的計(jì)算機(jī)器。

1822年，巴貝奇小試鋒芒便初戰(zhàn)告捷，第一臺(tái)差分機(jī)呱呱墜地。但是，這一“小試”也耗去了整整10年。在他孤軍奮戰(zhàn)下造出的這臺(tái)機(jī)器，運(yùn)算精度達(dá)到了6位小數(shù)，當(dāng)即就演算出好幾種函數(shù)表。后來(lái)的實(shí)際運(yùn)用證明，這種機(jī)器非常適合于編制航海和天文方面的數(shù)學(xué)用表。

差分機(jī)二號(hào)失敗

成功的喜悅激勵(lì)著巴貝奇，他上書(shū)皇家學(xué)會(huì)，請(qǐng)求政府資助他建造第二臺(tái)運(yùn)算精度為20位小數(shù)的大型差分機(jī)。英國(guó)政府破天荒地與他簽訂了第一個(gè)合同，財(cái)政部慷慨地為這臺(tái)大型差分機(jī)提供1.7萬(wàn)英鎊的資助。在當(dāng)年，這筆款項(xiàng)的數(shù)額無(wú)異于天文數(shù)字──要知道，1831年約翰·布爾制造一臺(tái)蒸汽機(jī)車(chē)頭的費(fèi)用才784英磅。

然而，第二臺(tái)差分機(jī)卻以失敗告終！25000個(gè)精密零件，誤差率不超過(guò)每英寸千分之一，即便使用現(xiàn)代先進(jìn)的加工設(shè)備和技術(shù)，要想造出這種高精度的機(jī)械也絕非易事。

當(dāng)時(shí)，巴貝奇把差分機(jī)交給了英國(guó)最著名的機(jī)械工程師約瑟夫·克萊門(mén)特所屬的工廠(chǎng)制造，但工程進(jìn)度十分緩慢。設(shè)計(jì)圖紙改了又改，工人們把零件重做一遍又一遍。日復(fù)一日，年復(fù)一年，直到又一個(gè)10年過(guò)去了，全部零件卻只完成不足一半數(shù)量。參加試驗(yàn)的同事們?cè)僖矆?jiān)持不下去，紛紛離他而去。

巴貝奇獨(dú)自苦苦支撐了第三個(gè)10年，最終無(wú)力回天。在痛苦的煎熬中，他無(wú)計(jì)可施，只得把全部設(shè)計(jì)圖紙和已完成的部分零件送進(jìn)倫敦皇家學(xué)院博物館供人觀(guān)賞。

分析機(jī)——計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的理論雛形

差分機(jī)的制造，雖然以失敗告終，但是，天才巴貝奇提出來(lái)的理念卻讓后人敬仰——1834年，巴貝奇提出了一項(xiàng)新的更大膽的設(shè)計(jì)。不是僅僅能制表的差分機(jī)，而是一種通用的數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)，即“分析機(jī)”——它能自動(dòng)解算有100個(gè)變量的復(fù)雜算題，每個(gè)數(shù)可達(dá)25位，速度可達(dá)每秒鐘運(yùn)算一次。

巴貝奇首先為分析機(jī)構(gòu)思了一種齒輪式的“存貯庫(kù)”，每一齒輪可貯存10個(gè)數(shù)，總共能儲(chǔ)存1000個(gè)50位數(shù)。分析機(jī)的第二個(gè)部件是“運(yùn)算室”，其基本原理與帕斯卡的轉(zhuǎn)輪相似，但他改進(jìn)了進(jìn)位裝置，使50位數(shù)加50位數(shù)的運(yùn)算可完成于一次轉(zhuǎn)輪之中。

此外，巴貝奇也構(gòu)思了送入和取出數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)以及在“存儲(chǔ)庫(kù)”和“運(yùn)算室”之間運(yùn)輸數(shù)據(jù)的部件，他甚至還考慮到如何使這臺(tái)機(jī)器處理依條件轉(zhuǎn)移的動(dòng)作。

一個(gè)多世紀(jì)過(guò)去后，現(xiàn)代電腦的結(jié)構(gòu)幾乎就是巴貝奇分析機(jī)的翻版，只不過(guò)它的主要部件被換成了大規(guī)模集成電路而已。僅此一說(shuō)，巴貝奇就當(dāng)之無(wú)愧于計(jì)算機(jī)的“開(kāi)山鼻祖”。（責(zé)任編輯/梅松）