機械計算機（上）

張彩霞

世界多彩斑斕，信息瞬息萬變，計算機已經融入我們生活的方方面面。但是，你是否了解計算機發明的最初形態，是否知曉電子計算機誕生之前的那段歲月？

計算機，英文為“computer”，最初是指從事數據計算的人，后泛指在計算過程中使用的機械設備。早期計算設備包括算籌、算盤等，甚至可以追溯到公元前87年古希臘人用于計算行星移動的安提基特摶機器。在很長一段時期，人們都使用這種耗費人力且計算緩慢的工具。到中世紀末期，歐洲數學和機械工程學的迅速發展，推動了機械原理在計算歷史上的應用和推廣。

1642年，法國著名科學家帕斯卡（B.Pascal）發明了世界上第一臺真正意義上的機械計算機。相傳帕斯卡是由擔任稅務官的父親一手帶大的，他深知父親在計算稅率稅款時的艱辛，就想為父親制作一臺計算稅款的機器。帕斯卡深入研究機器運轉的各種傳動機構，并走訪聽取了一些著名工匠的意見，終于在1642年發明了人類有史以來第一臺機械計算機。這臺計算機外形像一個長方盒子，是一種由系列齒輪組成的裝置，能夠做加法和減法運算。為了解決加法中“逢十進一”的進位問題，聰明的帕斯卡采用了一種小爪子式的棘輪裝置。當定位齒輪朝9轉動時，棘爪便逐漸升高；一旦齒輪轉到0，棘爪就“咔嚓”一聲跌落下米，推動十位數的齒輪前進一檔。

帕斯卡“加法機”的發明是人類在計算工具上的新突破，為以后的計算機設計提供了基本原理。它發明的意義遠遠超出了計算機本身的使用價值，這無疑向人們證明，利用純機械裝置來代替人的思維和記憶是可能的。自此，歐洲興起了“大家來造思維工具”的熱潮。

德國數學家萊布尼茨（G.Leibniiz）于1673年發明的“乘法機”就是這個時期的產物。這種新型計算機長約1米，內部安裝了一系列齒輪機構，除了體積較大之外，其基本原理遵循了帕斯卡的計算機原理。不過，萊布尼茨技高一籌，他為計算機增添了一種名叫“步進輪”的嚙合裝置，實現了連續重復計算加法的功能。稍熟悉電腦程序設計的人都知道，連續重復計算加法就是現代計算機做乘除運算采用的辦法。萊布尼茨的計算機，加、減、乘、除四則運算一應俱全，也給其后風靡一時的手搖計算機鋪平了道路。他還系統地闡述了二進制計數法，并把它和中國的八卦聯系起來，這種“二進制”運算法則，為計算機的現代發展奠定了堅實的基礎，至今仍然是現代計算機的運算法則。后來，人們為萊布尼茨的計算機安裝上電動機，成為名副其實的“電動計算機”，直到20世紀20年代才退出歷史舞臺。關于計算機的精彩故事，我們下期接著講！