巴贝奇的差分机和分析机

巴贝奇的差分机和分析机提花编织机最早出现在中国。在我国出土的战国时代墓葬物品中，就有许多用彩色丝线编织的漂亮花布。据史书记载，西汉年间，钜鹿县纺织工匠陈宝光的妻子，能熟练地掌握提花机操作技术，她的机器配置了120根经线，平均60天即可织成一匹花布，每匹价值万钱。明朝刻印的《天工开物》一书中，还赫然地印着一幅提花机的示意图。可以想象，当欧洲的王公贵族对从“丝绸之路”传入的美丽绸缎赞叹不已时，中国的提花机也必定会沿着“丝绸之路”传入欧洲。不过，用当时的编织机编织图案相当费事。所有的绸布都是用经线（纵向线）和纬线（横向线）编织而成。若要织出花样，织工们必须细心地按照预先设计的图案，在适当位置“提”起一部分经线，以便让滑梭牵引着不同颜色的纬线通过。机器当然不可能自己“想”到该在何处提线，只能靠人手“提”起一根又一根经线，不厌其烦地重复这种操作。1725年，法国纺织机械师布乔（B.Bouchon）突发奇想，想出了一个“穿孔纸带”的绝妙主意。杰卡德提花机奏响了机器自动化的序曲，它的发明还引出了计算机史上一位惊世骇俗伟大人物，他就是英国剑桥大学科学家巴贝奇（C.Babbage）。 巴贝奇对杰卡德提花机，特别是对穿孔卡片控制机器运转的天才设计十分神往，他甚至收藏着一幅用24000张卡片编织而成的杰卡德本人的肖像， 并梦想着用类似的方法设计一台计算机。 18世纪末，法国数学界调集大批数学家，组成了人工手算的流水线，经过长期艰苦奋斗，终于完成了17卷《数学用 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 》的编制，但是，手工计算出的数据出现了大量错误。这件事情强烈刺激了巴贝奇，20岁那年，他着手开始计算机的研制工作。巴贝奇在他的自传《一个哲学家的生命历程》里，写到了发生在1812年的一件事：“有一天晚上，我坐在剑桥大学分析学会办公室里，神志恍惚地低头看着面前打开的一张对数表。一位会员走进屋来，瞧见我的样子，忙喊道：„喂！你梦见什么啦？‟我指着对数表回答说：„我正在考虑这些表也许能用机器来计算！‟” 巴贝奇的第一个目标是制作一台“差分机”。所谓“差分”的含义，是把函数表的复杂算式转化为差分运算，用简单的加法代替平方运算，快速编制不同函数的数学用表。巴贝奇耗费了整整10年时间，于1822年完成了第一台差分机，可以处理3个不同的5位数， 计算精度达到6位小数，当即就演算出好几种函数表。由于当时工业技术水平极低，第一台差分机从设计绘图到机械零件加工，都由巴贝奇亲自动手实施。成功的喜悦激励着巴贝奇，他上书英国皇家学会，要求政府资助他建造第二台运算精度达20位的大型差分机。 英国政府同意为这台机器提供1.7万英镑的资助。巴贝奇自己也投资1.3万英镑巨款，弥补研制经费的不足。 第二台差分机约有25000个零件，零件误差要求不超过每英寸千分之一，用蒸汽机驱动。巴贝奇把机器交给了英国最著名的机械工程师约瑟夫·克莱门特所属工厂制造，但工程进度十分缓慢。第二个10年过去后，全部零件只完成了一半。参加试验的同事们纷纷离去，巴贝奇独自苦苦支撑第三个10年，最后只得把图纸和部分零件送进博物馆保存。 巴贝奇一共绘制了21张大型差分机设计图纸。1991年，为了纪念巴贝奇200周年诞辰，英国肯圣顿（Kensington）科学博物馆根据这些图纸重新建造了一台差分机。复制过程中，只发现图纸存在着几处小的错误。复制者特地采用18世纪中期的技术设备来制作，不仅成功地造出了机器，而且可以正常运转。他们猜想，当年巴贝奇没能完成大型差分机研制，或许不完全是技术方面的问题。   失败的分析机1842年，英国政府宣布断绝对巴贝奇的一切资助，科学界的同行则讥笑他是“愚笨的巴贝奇”，公然称差分机“毫无任何价值”。然而，巴贝奇没有灰心丧气，他为自己确定了一项更大胆的 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ——研制一台通用计算机。这种新机器被命名为“分析机”，巴贝奇希望它能自动解算有100个变量的复杂算题，每个数达25位，速度达到每秒钟运算一次。 巴贝奇设计的分析机不仅包括齿轮式“存贮仓库”（Store）和“运算室”即“作坊”（Mill），而且还有他未给出名称的“控制器”装置，以及在“存贮仓库”和“作坊”之间运输数据的输入输出部件。巴贝奇以他天才的思想，划时代地提出了类似于现代电脑五大部件的逻辑结构。 顶着艰难的条件和舆论压力， 只有27岁的英国女数学家阿达·奥古斯塔勇敢地（Ada Augusta） 支持了巴贝奇的计划。阿达甚至不顾自己已是三个孩子的母亲，坚定地投身于分析机研究，成为巴贝奇的合作伙伴。在1843年发表的一篇论文里，阿达认为机器今后有可能被用来创作复杂的音乐、制图和在科学研究中运用，这在当时确是十分大胆的预见。 在笔记里，阿达还为分析机设计提出了大量有用的建议。她准确地评价说：“分析机„编织‟的代数模式同杰卡德织布机编织的花叶完全一样”。于是，为分析机编制程序的重担，落到了这位数学才女的肩头。她写信告诉巴贝奇，她已经为如何计算“伯努利数”写作了一份规划。 以现在的观点看， 阿达首先为计算拟定了“算法”，然后写作了一份“程序设计流程图”。这份珍贵的规划，被人们视为“第一件计算机程序”。 由于得不到任何资助，巴贝奇和阿达耗尽了自己全部财产，一贫如洗。1852年，因疾病缠身，阿达英年早逝。巴贝奇又独自坚持了近20年。晚年的他甚至不能有条理地表达自己的意思，但是仍然百折不挠地坚持工作。1871年，为计算机事业贡献毕生精力的这位先驱者孤独地离开了人世。分析机终于没能制造出来，未完成的一部分也被保留在英国皇家博物馆里。 巴贝奇逝世后， 他的儿子亨利·巴贝奇（Henry Babbage）少将制造了若干个“运算室”部件的复制品，送往世界各地保存。亨利坚定地相信，总有一天，他父亲的这种机器一定会被后人制造出来。巴贝奇与阿达小传 查尔斯·巴贝奇， 一位富有的银行家的儿子，1792年出生在英格兰西南部的托格茅斯， 后来继承了相当丰厚的遗产，但他把金钱都用于科学研究。童年时代的巴贝奇显示出极高的数学天赋， 考入剑桥大学后，他发现自己掌握的代数知识甚至超过了教师。 1817年获硕士学位，1928年受聘担任剑桥大学“卢卡辛讲座”的数学教授，这是只有牛顿等科学大师才能获得的殊荣。 1820年巴贝奇创建剑桥大学分析学会；1827年出版了从1到108000的对数表；1831年， 他领导建立英国科学进步协会； 1832年出版《机械制造经济学》 ；1834年创立伦敦统计学会；1864年出版《一个哲学家的生命历程》。 除了差分机和分析机之外， 巴贝奇一生还有许多发明，如：铁路排障器；功率计；统一邮资规范；格林威治时间信号；日光摄影光学望远镜等等。 1871年， 在他离开人世的时候，有人把他的大脑用酒精保存起来，想经过若干年后， 用更先进技术来研究他大脑保存的精神。在靠近月球的北极，有一个陨石坑被命名为“巴贝奇坑” ，科学界将永远缅怀他的功绩。1977年，为了研究信息革命的历史，美国建立了巴贝奇研究所（简称CBI）。巴贝奇是世界公认的“计算机之父”。         阿达·奥古斯塔，1815年生于伦敦，她是英国著名诗人拜伦（L.Byron）的女儿。因父母婚姻破裂，出生5星期后就一直跟随母亲生活。母亲安娜·密尔班克（A.Millbanke）是位业余数学爱好者，阿达没有继承父亲诗一般的浪漫热情，却继承了母亲的数学才能。 阿达19岁嫁给了威廉·洛甫雷斯伯爵， 因此，史书也称她为洛甫雷斯伯爵夫人（Lady Lovelace）。由于巴贝奇晚年因喉疾几乎不能说话，介绍分析机的文字主要由阿达替他完成。 阿达的生命是短暂的，她对计算机的预见超前了一个世纪以上。 阿达也死于36岁，与她父亲拜伦相似。根据她的遗愿，她被葬于诺丁汉郡其父亲身边。 美国国防部据说花了10年的时间， 把所需软件的全部功能混合在一种计算机语言中， 希望它能成为军方数千种电脑的标准。1981年，这种语言被正式命名为ADA（阿达）语言，人们赞誉她是“世界上第一位软件工程师”。