計(jì)算機(jī)發(fā)展史

無處不在、無所不能的電腦，已歷經(jīng)了50多個(gè)春華秋實(shí)。50余年在人類的歷史長(zhǎng)河中只是一瞬間，電腦卻徹底改變了我們的生活?；仡欕娔X發(fā)展的歷史，并依此上溯它的起源，真令人驚嘆滄海桑田的巨變；歷數(shù)電腦史上的英雄人物和跌宕起伏的發(fā)明故事，將給后人留下了長(zhǎng)久的思索和啟迪。請(qǐng)讀者隨著我們的史話倒轉(zhuǎn)時(shí)空，從電腦最初的源頭說起。

誰(shuí)都知道，電腦的學(xué)名叫做電子計(jì)算機(jī)。以人類發(fā)明這種機(jī)器的初衷，它的始祖應(yīng)該是計(jì)算工具。英語(yǔ)里“Calculus”（計(jì)算）一詞來源于拉丁語(yǔ)，既有“算法”的含義，也有腎臟或膽囊里的“結(jié)石”的意思。遠(yuǎn)古的人們用石頭來計(jì)算捕獲的獵物，石頭就是他們的計(jì)算工具。著名科普作家阿西莫夫說，人類最早的計(jì)算工具是手指，英語(yǔ)單詞“Dight”既表示“手指”又表示“整數(shù)數(shù)字”；而中國(guó)古人常用“結(jié)繩”來幫助記事，“結(jié)繩”當(dāng)然也可以充當(dāng)計(jì)算工具。石頭、手指、繩子……，這些都是古人用過的“計(jì)算機(jī)”。

不知何時(shí)，許多國(guó)家的人都不約而同想到用“籌碼”來改進(jìn)工具，其中要數(shù)中國(guó)的算籌最有名氣。商周時(shí)代問世的算籌，實(shí)際上是一種竹制、木制或骨制的小棍。古人在地面或盤子里反復(fù)擺弄這些小棍，通過移動(dòng)來進(jìn)行計(jì)算，從此出現(xiàn)了“運(yùn)籌”這個(gè)詞，運(yùn)籌就是計(jì)算，后來才派生出“籌”的詞義。中國(guó)古代科學(xué)家祖沖之最先算出了圓周率小數(shù)點(diǎn)后的第6位，使用的工具正是算籌，這個(gè)結(jié)果即使用筆算也很不容易求得。

歐洲人發(fā)明的算籌與中國(guó)不盡相同，他們的算籌是根據(jù)“格子乘法”的原理制成。例如要計(jì)算1248×456，可以先畫一個(gè)矩形，然后把它分成3×2個(gè)小格子，在小格子邊依次寫下乘數(shù)、被乘數(shù)的各位數(shù)字，再用對(duì)角線把小格子一分為二，分別記錄上述各位數(shù)字相應(yīng)乘積的十位數(shù)與個(gè)位數(shù)。把這些乘積由右到左，沿斜線方向相加，最后就得到乘積。1617年，英國(guó)數(shù)學(xué)家納皮爾把格子乘法表中可能出現(xiàn)的結(jié)果，印刻在一些狹長(zhǎng)條的算籌上，利用算籌的擺放來進(jìn)行乘、除或其他運(yùn)算。納皮爾算籌在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，是歐洲人主要的計(jì)算工具。算籌在使用中，一旦遇到復(fù)雜運(yùn)算常弄得繁雜混亂，讓人感到不便，于是中國(guó)人又發(fā)明了一種新式的“計(jì)算機(jī)”。

著名作家謝爾頓在他的小說《假如明天來臨》里講過一個(gè)故事：騙子杰夫向經(jīng)銷商兜售一種袖珍計(jì)算機(jī)，說它“價(jià)格低廉，絕無故障，節(jié)約能源，十年中無需任何保養(yǎng)”。當(dāng)商人打開包裝盒一看，這臺(tái)“計(jì)算機(jī)”原來是一把來自中國(guó)的算盤。世界文明的四大發(fā)源地──黃河流域、印度河流域、尼羅河流域和幼發(fā)拉底河流域──先后都出現(xiàn)過不同形式的算盤，只有中國(guó)的珠算盤一直沿用至今。珠算盤最早可能萌芽于漢代，定型于南北朝。它利用進(jìn)位制記數(shù)，通過撥動(dòng)算珠進(jìn)行運(yùn)算：上珠每珠當(dāng)五，下珠每珠當(dāng)一，每一檔可當(dāng)作一個(gè)數(shù)位。打算盤必須記住一套口訣，口訣相當(dāng)于算盤的“軟件”。算盤本身還可以存儲(chǔ)數(shù)字，使用起來的確很方便，它幫助中國(guó)古代數(shù)學(xué)家取得了不少重大的科技成果，在人類計(jì)算工具史上具有重要的地位。

15世紀(jì)以后，隨著天文、航海的發(fā)展，計(jì)算工作日趨繁重，迫切需要探求新的計(jì)算方法并改進(jìn)計(jì)算工具。1630年，英國(guó)數(shù)學(xué)家奧特雷德使用當(dāng)時(shí)流行的對(duì)數(shù)刻度尺做乘法運(yùn)算，突然萌生了一個(gè)念頭：若采用兩根相互滑動(dòng)的對(duì)數(shù)刻度尺，不就省得用兩腳規(guī)度量長(zhǎng)度嗎？他的這個(gè)設(shè)想導(dǎo)致了“機(jī)械化”計(jì)算尺的誕生。奧特雷德是理論數(shù)學(xué)家，對(duì)這個(gè)小小的計(jì)算尺并不在意，也沒有打算讓它流傳于世，此后二百年，他的發(fā)明未被實(shí)際運(yùn)用。18世紀(jì)末，以發(fā)明蒸汽機(jī)聞名于世的瓦特，成功地制出了第一把名副其實(shí)的計(jì)算尺。瓦特原來就是一位儀表匠，他的蒸汽機(jī)工廠投產(chǎn)后，需要迅速計(jì)算蒸汽機(jī)的功率和氣缸體積。瓦特設(shè)計(jì)的計(jì)算尺，在尺座上多了一個(gè)滑標(biāo)，用來“存儲(chǔ)”計(jì)算的中間結(jié)果，這種滑標(biāo)很長(zhǎng)時(shí)間一直被后人所沿用。

1850年以后，對(duì)數(shù)計(jì)算尺迅速發(fā)展，成了工程師們必不可少的隨身攜帶的“計(jì)算機(jī)”，直到20世紀(jì)五、六十年代，它仍然是代表工科大學(xué)生身份的一種標(biāo)志。

凝聚著許許多多科學(xué)家和能工巧匠智慧的早期計(jì)算工具，在不同的歷史階段發(fā)揮過巨大作用，但也將隨著科學(xué)發(fā)展而逐漸消亡，最終完成它們的歷史使命。

第一臺(tái)真正的計(jì)算機(jī)是著名科學(xué)家帕斯卡（B.Pascal）發(fā)明的機(jī)械計(jì)算機(jī)。

帕斯卡1623年出生在法國(guó)一位數(shù)學(xué)家家庭，他三歲喪母，由擔(dān)任著稅務(wù)官的父親拉扯他長(zhǎng)大成人。從小，他就顯示出對(duì)科學(xué)研究濃厚的興趣。

少年帕斯卡對(duì)他的父親一往情深，他每天都看著年邁的父親費(fèi)力地計(jì)算稅率稅款，很想幫助做點(diǎn)事，可又怕父親不放心。于是，未來的科學(xué)家想到了為父親制做一臺(tái)可以計(jì)算稅款的機(jī)器。19歲那年，他發(fā)明了人類有史以來第一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)。

帕斯卡的計(jì)算機(jī)是一種系列齒輪組成的裝置，外形像一個(gè)長(zhǎng)方盒子，用兒童玩具那種鑰匙旋緊發(fā)條后才能轉(zhuǎn)動(dòng)，只能夠做加法和減法。然而，即使只做加法，也有個(gè)“逢十進(jìn)一”的進(jìn)位問題。聰明的帕斯卡采用了一種小爪子式的棘輪裝置。當(dāng)定位齒輪朝9轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，棘爪便逐漸升高；一旦齒輪轉(zhuǎn)到0，棘爪就“咔嚓”一聲跌落下來，推動(dòng)十位數(shù)的齒輪前進(jìn)一檔。

帕斯卡發(fā)明成功后，一連制作了50臺(tái)這種被人稱為“帕斯卡加法器”的計(jì)算機(jī)，至少現(xiàn)在還有5臺(tái)保存著。比如，在法國(guó)巴黎工藝學(xué)校、英國(guó)倫敦科學(xué)博物館都可以看到帕斯卡計(jì)算機(jī)原型。據(jù)說在中國(guó)的故宮博物院，也保存著兩臺(tái)銅制的復(fù)制品，是當(dāng)年外國(guó)人送給慈僖太后的禮品，“老佛爺”哪里懂得它的奧妙，只把它當(dāng)成了西方的洋玩具，藏在深宮里面。

帕斯卡是真正的天才，他在諸多領(lǐng)域內(nèi)都有建樹。后人在介紹他時(shí)，說他是數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、哲學(xué)家、流體動(dòng)力學(xué)家和概率論的創(chuàng)始人。凡是學(xué)過物理的人都知道一個(gè)關(guān)于液體壓強(qiáng)性質(zhì)的“帕斯卡定律”，這個(gè)定律就是他的偉大發(fā)現(xiàn)并以他的名字命名的。他甚至還是文學(xué)家，其文筆優(yōu)美的散文在法國(guó)極負(fù)盛名。可惜，長(zhǎng)期從事艱苦的研究損害了他的健康，1662年英年早逝，死時(shí)年僅39歲。他留給了世人一句至理名言：“人好比是脆弱的蘆葦，但是他又是有思想的蘆葦。”

全世界“有思想的蘆葦”，尤其是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的后來者，都不會(huì)忘記帕斯卡在渾沌中點(diǎn)燃的亮光。1971年發(fā)明的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言──PASCAL語(yǔ)言，就是為了紀(jì)念這位先驅(qū)，使帕斯卡的英名長(zhǎng)留在電腦時(shí)代里。

帕斯卡逝世后不久，與法蘭西毗鄰的德國(guó)萊茵河畔，有位英俊的年輕人正挑燈夜讀。黎明時(shí)分，青年人站起身，揉了一下疲乏的腰部，臉上流露出會(huì)心的微笑，一個(gè)朦朧的設(shè)想已醞釀成熟。雖然在帕斯卡發(fā)明加法器的時(shí)候，他尚未出世，但這篇由帕斯卡親自撰寫的關(guān)于加法計(jì)算機(jī)的論文，卻使他似醍醐灌頂，勾起強(qiáng)烈的發(fā)明欲。他就是德國(guó)大數(shù)學(xué)家、被《不列顛百科全書》稱為“西方文明最偉大的人物之一”的萊布尼茨（G.Leibnitz）。

萊布尼茨早年歷經(jīng)坎坷。當(dāng)幸運(yùn)之神降臨之時(shí)，他獲得了一次出使法國(guó)的機(jī)會(huì)。帕斯卡的故鄉(xiāng)張開臂膀接納他，為他實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)器的夙愿創(chuàng)造了契機(jī)。在巴黎，他聘請(qǐng)到一些著名機(jī)械專家和能工巧匠協(xié)助工作，終于在1674年造出一臺(tái)更完美的機(jī)械計(jì)算機(jī)。

萊布尼茨發(fā)明的新型計(jì)算機(jī)約有1米長(zhǎng)，內(nèi)部安裝了一系列齒輪機(jī)構(gòu)，除了體積較大之外，基本原理繼承于帕斯卡。不過，萊布尼茨技高一籌，他為計(jì)算機(jī)增添了一種名叫“步進(jìn)輪”的裝置。步進(jìn)輪是一個(gè)有9個(gè)齒的長(zhǎng)圓柱體，9個(gè)齒依次分布于圓柱表面；旁邊另有個(gè)小齒輪可以沿著軸向移動(dòng)，以便逐次與步進(jìn)輪嚙合。每當(dāng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，步進(jìn)輪可根據(jù)它與小齒輪嚙合的齒數(shù)，分別轉(zhuǎn)動(dòng)1/10、2/10圈……，直到9/10圈，這樣一來，它就能夠連續(xù)重復(fù)地做加法。

稍熟悉電腦程序設(shè)計(jì)的人都知道，連續(xù)重復(fù)計(jì)算加法就是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)做乘除運(yùn)算采用的辦法。萊布尼茨的計(jì)算機(jī)，加、減、乘、除四則運(yùn)算一應(yīng)俱全，也給其后風(fēng)靡一時(shí)的手搖計(jì)算機(jī)鋪平了道路。

不久，因獨(dú)立發(fā)明微積分而與牛頓齊名的萊布尼茨，又為計(jì)算機(jī)提出了“二進(jìn)制”數(shù)的設(shè)計(jì)思路。有人說，他的想法來自于東方中國(guó)。

大約在公元1700年左右某天，友人送給他一幅從中國(guó)帶來圖畫，名稱叫做“八卦”，是宋朝人邵雍所摹繪的一張“易圖”。萊布尼茨用放大鏡仔細(xì)觀察八卦的每一卦象，發(fā)現(xiàn)它們都由陽(yáng)（—）和陰（--）兩種符號(hào)組合而成。他撓有興趣地把8種卦象顛來倒去排列組合，腦海中突然火花一閃──這不就是很有規(guī)律的二進(jìn)制數(shù)字嗎？若認(rèn)為陽(yáng)（—）是“1”，陰（--）是“0”，八卦恰好組成了二進(jìn)制000到111共8個(gè)基本序數(shù)。正是在中國(guó)人睿智的啟迪下，萊布尼茨最終悟出了二進(jìn)制數(shù)之真諦。雖然萊布尼茨設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)用的還是十進(jìn)制，但他率先系統(tǒng)提出了二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算法則，直到今天，二進(jìn)制數(shù)仍然左右著現(xiàn)代電腦的高速運(yùn)算。

帕斯卡的計(jì)算機(jī)經(jīng)由萊布尼茨的改進(jìn)之后，人們又給它裝上電動(dòng)機(jī)以驅(qū)動(dòng)機(jī)器工作，成為名符其實(shí)的“電動(dòng)計(jì)算機(jī)”，并且一直使用到本世紀(jì)20年代才退出舞臺(tái)。盡管帕斯卡與萊布尼茨的發(fā)明還不是現(xiàn)代意義上的計(jì)算機(jī)，但它們畢竟昭示著人類計(jì)算機(jī)史里的第一抹曙光。

要讓機(jī)器聽人類的話，按人類的意愿去計(jì)算，就要實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器之間的對(duì)話，或者說，要把人類的思想傳送給機(jī)器，讓機(jī)器按人的意志自動(dòng)執(zhí)行。

說來也怪，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器對(duì)話的始作俑者卻不是研制計(jì)算機(jī)的那些前輩，而是與計(jì)算機(jī)發(fā)明毫不相干的兩位法國(guó)紡織機(jī)械師。他們先后發(fā)明了一種指揮機(jī)器工作的“程序”，把思想直接“注入”到了提花編織機(jī)的針尖上。

顧名思義，提花編織機(jī)具有升降紗線的提花裝置，是一種能使綢布編織出圖案花紋的織布機(jī)器。

應(yīng)該是，提花編織機(jī)最早出現(xiàn)在中國(guó)。在我國(guó)出土的戰(zhàn)國(guó)時(shí)代墓葬物品中，就有許多用彩色絲線編織的漂亮花布。據(jù)史書記載，西漢年間，鉅鹿縣紡織工匠陳寶光的妻子，能熟練地掌握提花機(jī)操作技術(shù)，她的機(jī)器配置了120根經(jīng)線，平均60天即可織成一匹花布，每匹價(jià)值萬錢。明朝刻印的《天工開物》一書中，還赫然地印著一幅提花機(jī)的示意圖?？梢韵胂?，當(dāng)歐洲的王公貴族對(duì)從“絲綢之路”傳入的美麗綢緞贊嘆不已時(shí)，中國(guó)的提花機(jī)也必定會(huì)沿著“絲綢之路”傳入歐洲。

不過，用當(dāng)時(shí)的編織機(jī)編織圖案相當(dāng)費(fèi)事。所有的綢布都是用經(jīng)線（縱向線）和緯線（橫向線）編織而成。若要織出花樣，織工們必須細(xì)心地按照預(yù)先設(shè)計(jì)的圖案，在適當(dāng)位置“提”起一部分經(jīng)線，以便讓滑梭牽引著不同顏色的緯線通過。機(jī)器當(dāng)然不可能自己“想”到該在何處提線，只能靠人手“提”起一根又一根經(jīng)線，不厭其煩地重復(fù)這種操作。

1725年，法國(guó)紡織機(jī)械師布喬（B.Bouchon）突發(fā)奇想，想出了一個(gè)“穿孔紙帶”的絕妙主意。布喬首先設(shè)法用一排編織針控制所有的經(jīng)線運(yùn)動(dòng)，然后取來一卷紙帶，根據(jù)圖案打出一排排小孔，并把它壓在編織針上。啟動(dòng)機(jī)器后，正對(duì)著小孔的編織針能穿過去鉤起經(jīng)線，其他的針則被紙帶擋住不動(dòng)。這樣一來，編織針就自動(dòng)按照預(yù)先設(shè)計(jì)的圖案去挑選經(jīng)線，布喬的“思想”于是“傳遞”給了編織機(jī)，而編織圖案的“程序”也就“儲(chǔ)存”在穿孔紙帶的小孔之中。真正成功的改進(jìn)是在80年后，另一位法國(guó)機(jī)械師杰卡德（J.Jacquard），大約在1805年完成了“自動(dòng)提花編織機(jī)”的設(shè)計(jì)制作。

那是舉世矚目的法國(guó)大革命的年代──攻打巴士底獄，推翻封建王朝，武裝保衛(wèi)巴黎，市民們高唱著“馬賽曲”，紛紛走上街頭，革命風(fēng)暴如火如荼。雖然杰卡德在1790年就基本形成了他的提花機(jī)設(shè)計(jì)構(gòu)想，但為了參加革命，他無暇顧及發(fā)明創(chuàng)造，也扛起來福槍，投身到里昂保衛(wèi)戰(zhàn)的行列里。直到19世紀(jì)到來之后，杰卡德的機(jī)器才得以組裝完成。

杰卡德為他的提花機(jī)增加了一種裝置，能夠同時(shí)操縱1200個(gè)編織針，控制圖案的穿孔紙帶后來也換成了穿孔卡片。據(jù)說，杰卡德編織機(jī)面世后僅25年，考文垂附近的鄉(xiāng)村里就有了600臺(tái)，在老式蒸氣機(jī)噗嗤噗嗤的伴奏下，把穿孔卡片上的圖案變成一匹匹漂亮的花綢布。紡織工人最初強(qiáng)烈反對(duì)這架自動(dòng)化的新鮮玩意的到來，因?yàn)楹ε聶C(jī)器會(huì)搶去他們的飯碗，使他們失去工作，但因?yàn)樗鼉?yōu)越的性能，終于被人們普遍接受。1812年，僅在法國(guó)已經(jīng)裝配了萬余臺(tái)，并通過英國(guó)傳遍了西方世界，杰卡德也因此而被受予了榮譽(yù)軍團(tuán)十字勛章和金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆?/span>

杰卡德提花編織機(jī)奏響了19世紀(jì)機(jī)器自動(dòng)化的序曲。在倫敦出版的《不列顛百科全書》和中國(guó)出版的《英漢科技詞匯大全》兩部書中，“JACQUARD”（杰卡德）一詞的詞條下，英語(yǔ)和漢語(yǔ)的意思居然都是“提花機(jī)”，可見，杰卡德的名字已經(jīng)與提花機(jī)融為了一體。杰卡德提花機(jī)的原理，即使到了電腦時(shí)代的今天，依然沒有更大的改動(dòng)，街頭巷尾小作坊里使用的手工絨線編織機(jī)，其基本結(jié)構(gòu)仍與杰卡德編織機(jī)大體相似。

此外，杰卡德編織機(jī)“千瘡百孔”的穿孔卡片，不僅讓機(jī)器編織出絢麗多彩的圖案，而且意味著程序控制思想的萌芽，穿孔紙帶和穿孔卡片也廣泛用于早期電腦以存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)?；蛟S，我們現(xiàn)在把“程序設(shè)計(jì)”俗稱為“編程序”，就引申自編織機(jī)的“編織花布”的詞義。

今天出版的許多計(jì)算機(jī)書籍扉頁(yè)里，都登載著巴貝奇（C.Babbage）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)定的但絕非缺乏幽默的外貌，給人以一個(gè)極富深邃思想的學(xué)者形象。

巴貝奇是一位富有的銀行家的兒子，1792年出生在英格蘭西南部的托特納斯，后來繼承了相當(dāng)豐厚的遺產(chǎn)，但他把金錢都用于了科學(xué)研究。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，他發(fā)現(xiàn)自己掌握的代數(shù)知識(shí)甚至超過了教師。畢業(yè)留校，24歲的年青人榮幸受聘擔(dān)任劍橋大學(xué)“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，牛頓的老師巴羅是第一名，牛頓是第二名。在教學(xué)之余，巴貝奇完成了大量發(fā)明創(chuàng)造，如運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)理論率先提出“一便士郵資”制度，發(fā)明了供火車使用的速度計(jì)和排障器等等。假若巴貝奇繼續(xù)在數(shù)學(xué)理論和科技發(fā)明領(lǐng)域耕耘，他本來是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人敢于攀登的崎嶇險(xiǎn)路。

事情還得從法國(guó)講起。18世紀(jì)末，法蘭西發(fā)起了一項(xiàng)宏大的計(jì)算工程──人工編制《數(shù)學(xué)用表》，這在沒有先進(jìn)計(jì)算工具的當(dāng)時(shí)，是件極其艱巨的工作。法國(guó)數(shù)學(xué)界調(diào)集大批數(shù)學(xué)家，組成了人工手算的流水線，算得天昏地暗，才完成了17卷大部頭書稿。即便如此，計(jì)算出的數(shù)學(xué)用表仍然存在大量錯(cuò)誤。據(jù)說有一天，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，翻一頁(yè)就是一個(gè)錯(cuò)，翻兩頁(yè)就有好幾處。面對(duì)錯(cuò)誤百出的數(shù)學(xué)表，巴貝奇目瞪口呆，他甚至喊出聲來：“天哪，這些計(jì)算錯(cuò)誤已經(jīng)充斥彌漫了整個(gè)宇宙！”

這件事也許就是巴貝奇萌生研制計(jì)算機(jī)構(gòu)想的起因。巴貝奇在他的自傳《一個(gè)哲學(xué)家的生命歷程》里，寫到了大約發(fā)生在1812年的一件事：“有一天晚上，我坐在劍橋大學(xué)的分析學(xué)會(huì)辦公室里，神志恍惚地低頭看著面前打開的一張對(duì)數(shù)表。一位會(huì)員走進(jìn)屋來，瞧見我的樣子，忙喊道：‘喂！你夢(mèng)見什么啦？’我指著對(duì)數(shù)表回答說：‘我正在考慮這些表也許能用機(jī)器來計(jì)算！’”巴貝奇的第一個(gè)目標(biāo)是制作一臺(tái)“差分機(jī)”。所謂“差分”的含義，是把函數(shù)表的復(fù)雜算式轉(zhuǎn)化為差分運(yùn)算，用簡(jiǎn)單的加法代替平方運(yùn)算。那一年，剛滿20歲的巴貝奇從法國(guó)人杰卡德發(fā)明的提花編織機(jī)上獲得了靈感，差分機(jī)設(shè)計(jì)閃爍出了程序控制的靈光──它能夠按照設(shè)計(jì)者的旨意，自動(dòng)處理不同函數(shù)的計(jì)算過程。

巴貝奇耗費(fèi)了整整十年光陰，于1822年完成了第一臺(tái)差分機(jī)，它可以處理3個(gè)不同的5位數(shù)，計(jì)算精度達(dá)到6位小數(shù)，當(dāng)即就演算出好幾種函數(shù)表。由于當(dāng)時(shí)工業(yè)技術(shù)水平極低，第一臺(tái)差分機(jī)從設(shè)計(jì)繪圖到機(jī)械零件加工，都是巴貝奇親自動(dòng)手完成。當(dāng)他看著自己的機(jī)器制作出準(zhǔn)確無誤的《數(shù)學(xué)用表》，高興地對(duì)人講：“哪怕我的機(jī)器出了故障，比如齒輪被卡住不能動(dòng)，那也毫無關(guān)系。你看，每個(gè)輪子上都有數(shù)字標(biāo)記，它不會(huì)欺騙任何人。”以后實(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。

成功的喜悅激勵(lì)著巴貝奇，他連夜奮筆上書皇家學(xué)會(huì)，要求政府資助他建造第二臺(tái)運(yùn)算精度為20位的大型差分機(jī)。英國(guó)政府看到巴貝奇的研究有利可圖，破天荒地與科學(xué)家簽訂了第一個(gè)合同，財(cái)政部慷慨地為這臺(tái)大型差分機(jī)提供出1.7萬英鎊的資助。巴貝奇自己也貼進(jìn)去1.3萬英鎊巨款，用以彌補(bǔ)研制經(jīng)費(fèi)的不足。在當(dāng)年，這筆款項(xiàng)的數(shù)額無異于天文數(shù)字──有資料介紹說，1831年約翰·布爾制造一臺(tái)蒸汽機(jī)車的費(fèi)用才784英磅。

然而，第二臺(tái)差分機(jī)在機(jī)械制造工廠里觸上了“暗礁”。

第二臺(tái)差分機(jī)大約有25000個(gè)零件，主要零件的誤差不得超過每英寸千分之一，即使用現(xiàn)在的加工設(shè)備和技術(shù)，要想造出這種高精度的機(jī)械也絕非易事。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·克萊門特所屬的工廠制造，但工程進(jìn)度十分緩慢。設(shè)計(jì)師心急火燎，從劍橋到工廠，從工廠到劍橋，一天幾個(gè)來回。他把圖紙改了又改，讓工人把零件重做一遍又一遍。年復(fù)一年，日復(fù)一日，直到又一個(gè)10年過去后，巴貝奇依然望著那些不能運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器發(fā)愁，全部零件亦只完成不足一半數(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，終于感到無力回天。

那天清晨，巴貝奇走進(jìn)車間，偌大的作業(yè)場(chǎng)空無一人，只剩下滿地的滑車和齒輪，四處一片狼藉。他呆立在尚未完工的機(jī)器旁，深深地嘆了口氣。在痛苦的煎熬中，他無計(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)院博物館供人觀賞。1842年，在巴貝奇的一生中是極不平常的一年。英國(guó)政府宣布斷絕對(duì)他的一切資助，連科學(xué)界的友人都用一種怪異的目光看著他。英國(guó)首相譏諷道：“這部機(jī)器的唯一用途，就是花掉大筆金錢！”同行們譏笑他是“愚笨的巴貝奇”。皇家學(xué)院的權(quán)威人士，包括著名天文學(xué)家艾瑞等人，都公開宣稱他的差分機(jī)“毫無任何價(jià)值”……

就在痛苦艱難的時(shí)刻，孤獨(dú)苦悶的巴貝奇意外地收到一封來信，寫信人不僅對(duì)他表示理解而且還希望與他共同工作。娟秀字體的簽名，表明了她不凡的身份──伯爵夫人。

接到信函后不久，巴貝奇實(shí)驗(yàn)室門口走進(jìn)來一位年輕的女士。她身披素雅的斗蓬，鬢角上斜插一朵白色的康乃馨，顯得那么典雅端莊。巴貝奇一時(shí)愣在那里，他與這位女士似曾相識(shí)，又想不起曾在何處邂逅。女士落落大方地作了自我介紹，正是那位寫信人。

“您還記得我嗎？”女士低聲問道，“十多年前，您還給我講過差分機(jī)原理。”看到巴貝奇迷惑的眼神，她又笑著補(bǔ)充說：“您說我像野人見到了望遠(yuǎn)鏡。”巴貝奇恍然大悟，想起已經(jīng)十分遙遠(yuǎn)的往事。面前這位女士和那個(gè)小女孩之間，依稀還有幾分相似。原來，伯爵夫人本名叫阿達(dá)·奧古斯塔（AdaAugusta），是英國(guó)著名詩(shī)人拜倫的獨(dú)生女。她比巴貝奇的年齡小20多歲，1815年出生。阿達(dá)自小命運(yùn)多舛，來到人世的第二年，父親拜倫因性格不合與她的母親離異，從此別離英國(guó)。可能是從未得到過父愛的緣由，小阿達(dá)沒有繼承到父親詩(shī)一般的浪漫熱情，卻繼承了母親的數(shù)學(xué)才能和毅力。

還是在阿達(dá)的少女時(shí)代，母親的一位朋友領(lǐng)著她們?nèi)⒂^巴貝奇的差分機(jī)。其他女孩子圍著差分機(jī)嘰嘰喳喳亂發(fā)議論，摸不著頭腦。只有阿達(dá)看得非常仔細(xì)，她十分理解并且深知巴貝奇這項(xiàng)發(fā)明的重大意義?；蛟S是這個(gè)小女孩特殊的氣質(zhì)，在巴貝奇的記憶里打下了較深的印記。他趕緊請(qǐng)阿達(dá)入座，并欣然同意與這位小有名氣的數(shù)學(xué)才女共同研制新的計(jì)算機(jī)器。

就這樣，在阿達(dá)27歲時(shí)，她成為巴貝奇科學(xué)研究上的合作伙伴，迷上這項(xiàng)常人不可理喻的“怪誕”研究。其時(shí)，她已經(jīng)成了家，丈夫是洛甫雷斯伯爵。按照英國(guó)的習(xí)俗，許多資料在介紹里都把她稱為“洛甫雷斯伯爵夫人”。

30年的困難和挫折并沒有使巴貝奇屈服，阿達(dá)的友情援助更堅(jiān)定了他的決心。還在大型差分機(jī)進(jìn)軍受挫的1834年，巴貝奇就已經(jīng)提出了一項(xiàng)新的更大膽的設(shè)計(jì)。他最后沖刺的目標(biāo)，不是僅僅能夠制表的差分機(jī)，而是一種通用的數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)。巴貝奇把這種新的設(shè)計(jì)叫做“分析機(jī)”，它能夠自動(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。

今天我們?cè)倩厥卓纯窗拓惼娴脑O(shè)計(jì)，分析機(jī)的思想仍然閃爍著天才的光芒。

由于巴貝奇晚年因喉疾幾乎不能說話，介紹分析機(jī)的文字主要由阿達(dá)替他完成。阿達(dá)在一篇文章里介紹說：“這臺(tái)機(jī)器不論在可能完成的計(jì)算范圍、簡(jiǎn)便程度以及可靠性與精確度方面，或者是計(jì)算時(shí)完全不用人參與這方面，都超過了以前的機(jī)器。”巴貝奇把分析機(jī)設(shè)計(jì)得那樣精巧，他打算用蒸汽機(jī)為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)大量的齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)。巴貝奇的分析機(jī)大體上有三大部分：其一是齒輪式的“存貯庫(kù)”，巴貝奇稱它為“倉(cāng)庫(kù)”（Store），每個(gè)齒輪可貯存10個(gè)數(shù)，齒輪組成的陣列總共能夠儲(chǔ)存1000個(gè)50位數(shù)。分析機(jī)的第二個(gè)部件是所謂“運(yùn)算室”，它被巴貝奇命名為“作坊”（Mill），其基本原理與帕斯卡的轉(zhuǎn)輪相似，用齒輪間的嚙合、旋轉(zhuǎn)、平移等方式進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算。為了加快運(yùn)算速度，他改進(jìn)了進(jìn)位裝置，使得50位數(shù)加50位數(shù)的運(yùn)算可完成于一次轉(zhuǎn)輪之中。第三部分巴貝奇沒有為它具體命名，其功能是以杰卡德穿孔卡中的“0”和“1”來控制運(yùn)算操作的順序，類似于電腦里的控制器。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，比如，第一步運(yùn)算結(jié)果若是“1”，就接著做乘法，若是“0”就進(jìn)行除法運(yùn)算。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“倉(cāng)庫(kù)”和“作坊”之間不斷往返運(yùn)輸數(shù)據(jù)的部件。

阿達(dá)“心有靈犀一點(diǎn)通”，她非常準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)道：“分析機(jī)‘編織’的代數(shù)模式同杰卡德織布機(jī)編織的花葉完全一樣”。于是，為分析機(jī)編制一批函數(shù)計(jì)算程序的重?fù)?dān)，落到了數(shù)學(xué)才女的肩頭。阿達(dá)開天辟地第一次為計(jì)算機(jī)編出了程序，其中包括計(jì)算三角函數(shù)的程序、級(jí)數(shù)相乘程序、伯努利函數(shù)程序等等。阿達(dá)編制的這些程序，即使到了今天，電腦軟件界的后輩仍然不敢輕易改動(dòng)一條指令。人們公認(rèn)她是世界上第一位軟件工程師。眾所周知，美國(guó)國(guó)防部據(jù)說是花了250億美元和10年的光陰，把它所需要軟件的全部功能混合在一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中，希望它能成為軍方數(shù)千種電腦的標(biāo)準(zhǔn)。1981年，這種語(yǔ)言被正式命名為ADA（阿達(dá)）語(yǔ)言，使阿達(dá)的英名流傳至今。

不過，以上講的都是后話，殊不知巴貝奇和阿達(dá)當(dāng)年處在怎樣痛苦的水深火熱之中！由于得不到任何資助，巴貝奇為把分析機(jī)的圖紙變成現(xiàn)實(shí)，耗盡了自己全部財(cái)產(chǎn)，弄得一貧如洗。他只好暫時(shí)放下手頭的活，和阿達(dá)商量設(shè)法賺一些錢，如制作什么國(guó)際象棋玩具，什么賽馬游戲機(jī)等等。為籌措科研經(jīng)費(fèi)，他們不得不“下海”搞“創(chuàng)收”。最后，兩人陷入了惶惶不可終日的窘境。阿達(dá)忍痛兩次把丈夫家中祖?zhèn)鞯恼鋵毸瓦M(jìn)當(dāng)鋪，以維持日常開銷，而這些財(cái)寶又兩次被她母親出資贖了回來。貧困交加，無休止的腦力勞動(dòng)，使阿達(dá)的健康狀況急劇惡化。1852年，懷著對(duì)分析機(jī)成功的美好夢(mèng)想，軟件才女英年早逝，死時(shí)年僅36歲。阿達(dá)去世后，巴貝奇又默默地獨(dú)自堅(jiān)持了近20年。晚年的他已經(jīng)不能準(zhǔn)確地發(fā)音，甚至不能有條理地表達(dá)自己的意思，但是他仍然百折不撓地堅(jiān)持工作。1871年，為計(jì)算機(jī)事業(yè)貢獻(xiàn)畢生精力的先驅(qū)者巴貝奇，終于滿懷著對(duì)分析機(jī)無言的悲悵，孤獨(dú)地離開了人世。有人把他的大腦用鹽漬著保存起來，想經(jīng)過若干年后，有更先進(jìn)技術(shù)來研究他大腦保存的精神。

分析機(jī)終于沒能造出來，巴貝奇和阿達(dá)失敗了。巴貝奇和阿達(dá)的失敗是因?yàn)樗麄兛吹锰h(yuǎn)，分析機(jī)的設(shè)想超出了他們所處時(shí)代至少一個(gè)世紀(jì)！社會(huì)發(fā)展的需求和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的可能，使得他們注定要成為的悲劇人物。盡管如此，巴貝奇和阿達(dá)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(jì)方案，近2000張組裝圖和50000張零件圖……，更包括那種在逆境中自強(qiáng)不息，為追求理想奮不顧身的拼搏精神。

巴貝奇巨星隕落后，世人已逐漸將他淡忘，20世紀(jì)已經(jīng)來臨。計(jì)算機(jī)的歷史等待著，等待著巴貝奇式的人物再世，等待著人類劃時(shí)代的壯舉。

大約在1936年，美國(guó)青年霍德華·艾肯（H.Aiken）來哈佛大學(xué)攻讀物理學(xué)博士學(xué)位。恰好在世紀(jì)之交來到人世的艾肯，屬于大器晚成的科學(xué)家。由于家庭貧困，他不得不以半工半讀的方式艱難地讀完高中。大學(xué)期間，也是一邊工作，一邊刻苦學(xué)習(xí)，直到畢業(yè)后才謀到一份工程師的工作。36歲那年，他毅然辭去收入豐厚的職務(wù)，重新走進(jìn)大學(xué)校門。由于博士論文的研究涉及到空間電荷的傳導(dǎo)理論，需要求解非常復(fù)雜的非線性微分方程，在進(jìn)行繁瑣的手工計(jì)算之余，艾肯很想發(fā)明一種機(jī)器代替人工求解的方法，幻想能有一臺(tái)計(jì)算機(jī)幫助他解決數(shù)學(xué)難題。

三年之后，正如萊布尼茨在書里“找到”帕斯卡一樣，艾肯也是在圖書館里“發(fā)現(xiàn)”的巴貝奇和阿達(dá)。巴貝奇和阿達(dá)的論文，令年輕人心搖旌動(dòng)。70多年過去后，巴貝奇仿佛還在對(duì)他娓娓而談：“任何人如果不接受我失敗的教訓(xùn)，還仍然下決心去研制一臺(tái)把數(shù)學(xué)分析的全部工作都包括在內(nèi)的機(jī)器的話，我不怕把自己的名譽(yù)交給他去作出應(yīng)有的評(píng)價(jià)，因?yàn)橹挥兴磐耆私馕夜ぷ鞯男再|(zhì)及其成果的價(jià)值”。以艾肯所處時(shí)代的科技水平，也許已經(jīng)能夠完成巴貝奇未競(jìng)的事業(yè)，造出通用計(jì)算機(jī)。為此，他寫了一篇《自動(dòng)計(jì)算機(jī)的設(shè)想》的建議書，提出要用機(jī)電方式，而不是用純機(jī)械方法來構(gòu)造新的“分析機(jī)”。然而，正在求學(xué)的讀書人根本沒有可能籌措到那么大的一筆經(jīng)費(fèi)。

取得博士學(xué)位的艾肯進(jìn)入了美國(guó)海軍軍械局。一名小小的中尉，他仍然沒有錢。“金錢不是萬能的”，但是，對(duì)于艾肯實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)夢(mèng)想來說，“沒有錢卻是萬萬不能的”，否則只會(huì)重蹈巴貝奇和阿達(dá)的復(fù)轍。

年輕的海軍中尉想到了制表機(jī)行業(yè)的IBM公司。

艾肯從他一位老師口中得知IBM董事長(zhǎng)沃森的大名，他的老師此時(shí)正在一所由IBM出資創(chuàng)辦的“哥倫比亞大學(xué)統(tǒng)計(jì)局”里任職，非常樂意為學(xué)生寫了份推薦信。艾肯連續(xù)通宵達(dá)旦地準(zhǔn)備材料，擬好了一份詳細(xì)的可行性報(bào)告，直接跑去找沃森。他聽老師講，沃森的作風(fēng)從來就是獨(dú)斷專行，不設(shè)法說服此人，研制計(jì)算機(jī)的計(jì)劃一準(zhǔn)泡湯。

IBM的總部座落在一幢古色古香的建設(shè)物里。沃森坐在寬大的寫字臺(tái)后，一言不發(fā)聽艾肯陳述。在他的背后，是整整齊齊擺滿各種書籍的大書柜，書柜的上方貼著只有一個(gè)單詞的格言──思考（THINK），這是沃森最為推崇的行動(dòng)準(zhǔn)則。

艾肯說完了該說的話，忐忑不安地望著對(duì)面這位愛好“思考”的企業(yè)家。

“至少需要多少錢？”沃森開口詢問。“恐怕要投入數(shù)以萬計(jì)吧”，艾肯喃喃地回答，“不過……”

沃森擺了擺手，打斷了艾肯的話頭，拿起筆來，在報(bào)告上劃了幾下。

艾肯心里一緊：“沒戲了！”出于禮貌，他還是恭敬地用雙手接過那張紙，隨即低頭一瞅，頓時(shí)喜上眉稍──沃森的大筆一揮，批給了計(jì)算機(jī)100萬美元！

有了IBM作堅(jiān)強(qiáng)后盾，新的計(jì)算機(jī)研制工作在哈佛物理樓后的一座紅磚房里開了場(chǎng)，艾肯把它取名為“馬克1號(hào)”（MarkⅠ），又叫做“自動(dòng)序列受控計(jì)算機(jī)”。IBM又派來萊克、德菲和漢密爾頓等工程師組成攻關(guān)小組，財(cái)源充足，兵強(qiáng)馬壯。比起巴貝奇和阿達(dá)，艾肯的境況實(shí)在要幸運(yùn)得多。IBM也因此從生產(chǎn)制表機(jī)、肉鋪磅秤、咖啡碾磨機(jī)等亂七八糟玩意的行業(yè)里，正式跨進(jìn)了計(jì)算機(jī)的“領(lǐng)地”。

艾肯設(shè)計(jì)的馬克1號(hào)已經(jīng)是一種電動(dòng)的機(jī)器，它借助電流進(jìn)行運(yùn)算，最關(guān)鍵的部件，用的是普通電話上的繼電器。馬克1號(hào)上大約安裝了3000個(gè)繼電器，每一個(gè)都有由彈簧支撐著的小鐵棒，通過電磁鐵的吸引上下運(yùn)動(dòng)。吸合則接通電路，代表“1”；釋放則斷開電路，代表“0”。繼電器“開關(guān)”能在大約1/100秒的時(shí)間內(nèi)接通或是斷開電流，當(dāng)然比巴貝奇的齒輪先進(jìn)得多。

為馬克1號(hào)編制計(jì)算程序的也是一位女?dāng)?shù)學(xué)家格雷斯·霍波（G.Hopper）。這位聲名遐邇的數(shù)學(xué)博士，1944年參加到哈佛大學(xué)計(jì)算機(jī)研究工作，她說：“我成了世界上第一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)MarkⅠ的第三名程序員。”霍波博士后來還為第一臺(tái)儲(chǔ)存程序的商業(yè)電子計(jì)算機(jī)UNIVAC寫過程序，又率先研制成功第一個(gè)編譯程序A-O和計(jì)算機(jī)商用語(yǔ)言COBOL，被公認(rèn)是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言領(lǐng)域的帶頭人。有一天，她在調(diào)試程序時(shí)出現(xiàn)了故障，拆開繼電器后，發(fā)現(xiàn)有只飛蛾被夾扁在觸點(diǎn)中間，從而“卡”住了機(jī)器的運(yùn)行。于是，霍波恢諧地把程序故障統(tǒng)稱為“臭蟲”（bug），而這一奇怪的“稱呼”，后來成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的專業(yè)行話，如DOS系統(tǒng)中的調(diào)試程序，程序名稱就叫DEBUG。

1944年2月，馬克1號(hào)計(jì)算機(jī)在哈佛大學(xué)正式運(yùn)行。從外表看，它的外殼用鋼和玻璃制成，長(zhǎng)約15米，高約2.4米，自重達(dá)到31.5噸，是個(gè)像恐龍般巨大身材的龐然大物。據(jù)說，艾肯和他的同事們，為它裝備了15萬個(gè)元件和長(zhǎng)達(dá)800公里的電線。這臺(tái)機(jī)器能以令當(dāng)時(shí)人們吃驚的速度工作──每分鐘進(jìn)行200次以上的運(yùn)算。它可以作23位數(shù)加23位數(shù)的加法，一次僅需要0.3秒；而進(jìn)行同樣位數(shù)的乘法，則需要6秒多的時(shí)間。只是它運(yùn)行起來響聲不絕于耳，有的參觀者說：“就象是擠滿了一屋子編織絨線活的婦女”，也許你會(huì)聯(lián)想到，馬克1號(hào)計(jì)算機(jī)也與杰卡德編織機(jī)有天然的聯(lián)系。馬克1號(hào)代表著自帕斯卡以來，人類所制造的機(jī)械計(jì)算機(jī)或電動(dòng)計(jì)算機(jī)之頂尖水平，當(dāng)時(shí)就被用來計(jì)算原子核裂變過程。它以后運(yùn)行了15年，編出的數(shù)學(xué)用表我們至今還在使用。1946年，艾肯和霍波聯(lián)袂發(fā)表文章說，這臺(tái)機(jī)器能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)人們預(yù)先選定的系列運(yùn)算，甚至可以求解微分方程。

馬克1號(hào)終于實(shí)現(xiàn)了巴貝奇的夙愿。事隔多年后，已經(jīng)擔(dān)任大學(xué)教授的艾肯談起巴貝奇其人其事來，仍然驚嘆不已，他曾感慨地說，如果巴貝奇晚生75年，我就會(huì)失業(yè)。但是，馬克1號(hào)是早期計(jì)算機(jī)的最后代表，從它投入運(yùn)行的那一刻開始就已經(jīng)過時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)此刻，人類社會(huì)已經(jīng)跨進(jìn)了電子的時(shí)代。