【文章內(nèi)容簡介】 給其后風(fēng)靡一時的手搖計算機鋪平了道路。不久，因獨立發(fā)明微積分而與牛頓齊名的萊布尼茨，又為計算機提出了“二進制”數(shù)的設(shè)計思路。有人說，他的想法來自于東方中國。大約在公元1700年左右某天，友人送給他一幅從中國帶來圖畫，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觀察八卦的每一卦象，發(fā)現(xiàn)它們都由陽（—）?和陰（）兩種符號組合而成。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)律的二進制數(shù)字嗎？?若認為陽（—）是“1”?，陰（）是“0”，八卦恰好組成了二進制000到111共8個基本序數(shù)。正是在中國人睿智的啟迪下，萊布尼茨最終悟出了二進制數(shù)之真諦。雖然萊布尼茨設(shè)計的計算機用的還是十進制，但他率先系統(tǒng)提出了二進制數(shù)的運算法則，直到今天，二進制數(shù)仍然左右著現(xiàn)代電腦的高速運算。帕斯卡的計算機經(jīng)由萊布尼茨的改進之后，人們又給它裝上電動機以驅(qū)動機器工作，成為名符其實的“電動計算機”，并且一直使用到本世紀(jì)20年代才退出舞臺。盡管帕斯卡與萊布尼茨的發(fā)明還不是現(xiàn)代意義上的計算機，但它們畢竟昭示著人類計算機史里的第一抹曙光。要讓機器聽人類的話，按人類的意愿去計算，就要實現(xiàn)人與機器之間的對話，或者說，要把人類的思想傳送給機器，讓機器按人的意志自動執(zhí)行。說來也怪，實現(xiàn)人與機器對話的始作俑者卻不是研制計算機的那些前輩，而是與計算機發(fā)明毫不相干的兩位法國紡織機械師。他們先后發(fā)明了一種指揮機器工作的“程序”，把思想直接“注入”到了提花編織機的針尖上。顧名思義，提花編織機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器。應(yīng)該是，提花編織機最早出現(xiàn)在中國。在我國出土的戰(zhàn)國時代墓葬物品中，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操作技術(shù)，?她的機器配置了120根經(jīng)線，平均60天即可織成一匹花布，每匹價值萬錢。明朝刻印的《天工開物》一書中，還赫然地印著一幅提花機的示意圖?？梢韵胂?，當(dāng)歐洲的王公貴族對從“絲綢之路”傳入的美麗綢緞贊嘆不已時，中國的提花機也必定會沿著“絲綢之路”傳入歐洲。不過，用當(dāng)時的編織機編織圖案相當(dāng)費事。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，織工們必須細心地按照預(yù)先設(shè)計的圖案，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，法國紡織機械師布喬（B.?Bouchon）突發(fā)奇想，想出了一個“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)線運動，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。啟動機器后，正對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。這樣一來，編織針就自動按照預(yù)先設(shè)計的圖案去挑選經(jīng)線，布喬的“思想”于是“傳遞”給了編織機，而編織圖案的“程序”也就“儲存”在穿孔紙帶的小孔之中。真正成功的改進是在80年后，另一位法國機械師杰卡德（），大約在1805年完成了“自動提花編織機”的設(shè)計制作。那是舉世矚目的法國大革命的年代──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設(shè)計構(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，杰卡德的機器才得以組裝完成。杰卡德為他的提花機增加了一種裝置，能夠同時操縱1200個編織針，控制圖案的穿孔紙帶后來也換成了穿孔卡片。據(jù)說，杰卡德編織機面世后僅25年，考文垂附近的鄉(xiāng)村里就有了600臺，?在老式蒸氣機噗嗤噗嗤的伴奏下，把穿孔卡片上的圖案變成一匹匹漂亮的花綢布。紡織工人最初強烈反對這架自動化的新鮮玩意的到來，因為害怕機器會搶去他們的飯碗，使他們失去工作，但因為它優(yōu)越的性能，終于被人們普遍接受。1812年，僅在法國已經(jīng)裝配了萬余臺，并通過英國傳遍了西方世界，杰卡德也因此而被受予了榮譽軍團十字勛章和金質(zhì)獎?wù)?。杰卡德提花編織機奏響了19世紀(jì)機器自動化的序曲。在倫敦出版的《不列顛百科全書》和中國出版的《英漢科技詞匯大全》兩部書中，“JACQUARD”（杰卡德）一詞的詞條下，英語和漢語的意思居然都是“提花機”，可見，杰卡德的名字已經(jīng)與提花機融為了一體。杰卡德提花機的原理，即使到了電腦時代的今天，依然沒有更大的改動，街頭巷尾小作坊里使用的手工絨線編織機，其基本結(jié)構(gòu)仍與杰卡德編織機大體相似。此外，杰卡德編織機“千瘡百孔”的穿孔卡片，不僅讓機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程序和數(shù)據(jù)?；蛟S，我們現(xiàn)在把“程序設(shè)計”俗稱為“編程序”，就引申自編織機的“編織花布”的詞義。今天出版的許多計算機書籍扉頁里，都登載著巴貝奇（C.?Babbage）的照片：寬闊的額，狹長的嘴，銳利的目光顯得有些憤世嫉俗，堅定的但絕非缺乏幽默的外貌，給人以一個極富深邃思想的學(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，如運用運籌學(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路。事情還得從法國講起。?18世紀(jì)末，?法蘭西發(fā)起了一項宏大的計算工程──人工編制《數(shù)學(xué)用表》，這在沒有先進計算工具的當(dāng)時，是件極其艱巨的工作。法國數(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，計算出的數(shù)學(xué)用表仍然存在大量錯誤。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，對兩大部頭的天文數(shù)表評頭論足，翻一頁就是一個錯，翻兩頁就有好幾處。面對錯誤百出的數(shù)學(xué)表，巴貝奇目瞪口呆，他甚至喊出聲來：“天哪，這些計算錯誤已經(jīng)充斥彌漫了整個宇宙！”這件事也許就是巴貝奇萌生研制計算機構(gòu)想的起因。巴貝奇在他的自傳《一個哲學(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)會辦公室里，神志恍惚地低頭看著面前打開的一張對數(shù)表。一位會員走進屋來，瞧見我的樣子，忙喊道：?喂！你夢見什么啦？?我指著對數(shù)表回答說：?我正在考慮這些表也許能用機器來計算！?”巴貝奇的第一個目標(biāo)是制作一臺“差分機”。所謂“差分”的含義，是把函數(shù)表的復(fù)雜算式轉(zhuǎn)化為差分運算，用簡單的加法代替平方運算。那一年，剛滿20歲的巴貝奇從法國人杰卡德發(fā)明的提花編織機上獲得了靈感，差分機設(shè)計閃爍出了程序控制的靈光──它能夠按照設(shè)計者的旨意，自動處理不同函數(shù)的計算過程。巴貝奇耗費了整整十年光陰，于1822年完成了第一臺差分機，它可以處理3個不同的5位數(shù)，計算精度達到6位小數(shù)，當(dāng)即就演算出好幾種函數(shù)表。由于當(dāng)時工業(yè)技術(shù)水平極低，第一臺差分機從設(shè)計繪圖到機械零件加工，都是巴貝奇親自動手完成。當(dāng)他看著自己的機器制作出準(zhǔn)確無誤的《數(shù)學(xué)用表》，高興地對人講：“哪怕我的機器出了故障，比如齒輪被卡住不能動，那也毫無關(guān)系。你看，每個輪子上都有數(shù)字標(biāo)記，它不會欺騙任何人?！币院髮嶋H運用證明，這種機器非常適合于編制航海和天文方面的數(shù)學(xué)用表。成功的喜悅激勵著巴貝奇，他連夜奮筆上書皇家學(xué)會，要求政府資助他建造第二臺運算精度為20位的大型差分機。英國政府看到巴貝奇的研究有利可圖，破天荒地與科學(xué)家簽訂了第一個合同，?。，?用以彌補研制經(jīng)費的不足。在當(dāng)年，這筆款項的數(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蒸汽機車的費用才784英磅。然而，第二臺差分機在機械制造工廠里觸上了“暗礁”。第二臺差分機大約有25000個零件，?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械也絕非易事。巴貝奇把差分機交給了英國最著名的機械工程師約瑟夫克萊門特所屬的工廠制造，但工程進度十分緩慢。設(shè)計師心急火燎，從劍橋到工廠，從工廠到劍橋，一天幾個來回。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10年過去后，巴貝奇依然望著那些不能運轉(zhuǎn)的機器發(fā)愁，全部零件亦只完成不足一半數(shù)量。參加試驗的同事們再也堅持不下去，紛紛離他而去。巴貝奇獨自苦苦支撐了第三個10年，終于感到無力回天。那天清晨，巴貝奇走進車間，偌大的作業(yè)場空無一人，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器旁，深深地嘆了口氣。在痛苦的煎熬中，他無計可施，只得把全部設(shè)計圖紙和已完成的部分零件送進倫敦皇家學(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。英國政府宣布斷絕對他的一切資助，連科學(xué)界的友人都用一種怪異的目光看著他。英國首相譏諷道：“這部機器的唯一用途，就是花掉大筆金錢！”同行們譏笑他是“愚笨的巴貝奇”?；始覍W(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“毫無任何價值”……就在痛苦艱難的時刻，孤獨苦悶的巴貝奇意外地收到一封來信，寫信人不僅對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，巴貝奇實驗室門口走進來一位年輕的女士。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。巴貝奇一時愣在那里，他與這位女士似曾相識，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?！澳€記得我嗎？”女士低聲問道，“十多年前，您還給我講過差分機原理?！笨吹桨拓惼婷曰蟮难凵?，她又笑著補充說：“您說我像野人見到了望遠鏡?！卑拓惼婊腥淮笪?，想起已經(jīng)十分遙遠的往事。面前這位女士和那個小女孩之間，依稀還有幾分相似。原來，?伯爵夫人本名叫阿達奧古斯塔（AdaAugusta），是英國著名詩人拜倫的獨生女。她比巴貝奇的年齡小20多歲，1815年出生。阿達自小命運多舛，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。可能是從未得到過父愛的緣由，小阿達沒有繼承到父親詩一般的浪漫熱情，卻繼承了母親的數(shù)學(xué)才能和毅力。還是在阿達的少女時代，母親的一位朋友領(lǐng)著她們?nèi)⒂^巴貝奇的差分機。其他女孩子圍著差分機嘰嘰喳喳亂發(fā)議論，摸不著頭腦。只有阿達看得非常仔細，她十分理解并且深知巴貝奇這項發(fā)明的重大意義?；蛟S是這個小女孩特殊的氣質(zhì)，在巴貝奇的記憶里打下了較深的印記。他趕緊請阿達入座，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算機器。就這樣，在阿達27歲時，她成為巴貝奇科學(xué)研究上的合作伙伴，迷上這項常人不可理喻的“怪誕”研究。其時，她已經(jīng)成了家，丈夫是洛甫雷斯伯爵。按照英國的習(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，阿達的友情援助更堅定了他的決心。還在大型差分機進軍受挫的1834年，巴貝奇就已經(jīng)提出了一項新的更大膽的設(shè)計。他最后沖刺的目標(biāo)，不是僅僅能夠制表的差分機，而是一種通用的數(shù)學(xué)計算機。巴貝奇把這種新的設(shè)計叫做“分析機”?，它能夠自動解算有100個變量的復(fù)雜算題，