机械计算机（上）

张彩霞

世界多彩斑斓，信息瞬息万变，计算机已经融入我们生活的方方面面。但是，你是否了解计算机发明的最初形态，是否知晓电子计算机诞生之前的那段岁月？

计算机，英文为“computer”，最初是指从事数据计算的人，后泛指在计算过程中使用的机械设备。早期计算设备包括算筹、算盘等，甚至可以追溯到公元前87年古希腊人用于计算行星移动的安提基特抟机器。在很长一段时期，人们都使用这种耗费人力且计算缓慢的工具。到中世纪末期，欧洲数学和机械工程学的迅速发展，推动了机械原理在计算历史上的应用和推广。

1642年，法国著名科学家帕斯卡（B.Pascal）发明了世界上第一台真正意义上的机械计算机。相传帕斯卡是由担任税务官的父亲一手带大的，他深知父亲在计算税率税款时的艰辛，就想为父亲制作一台计算税款的机器。帕斯卡深入研究机器运转的各种传动机构，并走访听取了一些著名工匠的意见，终于在1642年发明了人类有史以来第一台机械计算机。这台计算机外形像一个长方盒子，是一種由系列齿轮组成的装置，能够做加法和减法运算。为了解决加法中“逢十进一”的进位问题，聪明的帕斯卡采用了一种小爪子式的棘轮装置。当定位齿轮朝9转动时，棘爪便逐渐升高；一旦齿轮转到0，棘爪就“咔嚓”一声跌落下米，推动十位数的齿轮前进一档。

帕斯卡“加法机”的发明是人类在计算工具上的新突破，为以后的计算机设计提供了基本原理。它发明的意义远远超出了计算机本身的使用价值，这无疑向人们证明，利用纯机械装置来代替人的思维和记忆是可能的。自此，欧洲兴起了“大家来造思维工具”的热潮。

德国数学家莱布尼茨（G.Leibniiz）于1673年发明的“乘法机”就是这个时期的产物。这种新型计算机长约1米，内部安装了一系列齿轮机构，除了体积较大之外，其基本原理遵循了帕斯卡的计算机原理。不过，莱布尼茨技高一筹，他为计算机增添了一种名叫“步进轮”的啮合装置，实现了连续重复计算加法的功能。稍熟悉电脑程序设计的人都知道，连续重复计算加法就是现代计算机做乘除运算采用的办法。莱布尼茨的计算机，加、减、乘、除四则运算一应俱全，也给其后风靡一时的手摇计算机铺平了道路。他还系统地阐述了二进制计数法，并把它和中国的八卦联系起来，这种“二进制”运算法则，为计算机的现代发展奠定了坚实的基础，至今仍然是现代计算机的运算法则。后来，人们为莱布尼茨的计算机安装上电动机，成为名副其实的“电动计算机”，直到20世纪20年代才退出历史舞台。关于计算机的精彩故事，我们下期接着讲！