科普系列(1)最早计算机

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最早的机械计算机是手动的,把数字输入进去,然后用摇动摇把,结果就出来了。速度也不算快,甚至比不上熟练的算盘使用者。但机械这东西,只要被发明出来,就会不断改进,早期的蒸气机车也不如马车。

但为什么它又和算盘不一样呢?算盘其实只是一个显示和存储中间过程的工具,它本身并不能运算。运算要靠人的大脑记忆很多口诀,奥秘就在这口诀上了。这口诀包含了人类的智慧和基本算术思想,如果你想把它命名成魔法也完全可以。念出一段咒语,借助一个简单的算盘,就能完成很多大数的运算,神奇吧?但是,人们并不满足。懒人是科技进步的动力,懒人们懒得去记忆那些复杂的口诀,也懒得练那复杂的手法,他们设想要有一种机械能实现那些口诀就好了,这样一个普通人随便摇动手把就能计算。然而很多尝试都失败了,虽然也产生了一些有用的东西,比如电表、水表里的那种机械计数器,正转一圈数字加一,反转减一,但要实现更多的计算就复杂得多了,主要是需要实现的口诀太多了。

直到1642年,法国人帕斯卡(Blaise Pascal,早期伟大魔导师,计算机编程语言passcal就是为纪念他命名的,学过初中物理的也知道压强的单位也是用他命名的)发明了世界上第一台加减法计算机。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”一声跌落下来,推动十位数的齿轮前进一档。

然后,大魔导师莱布尼茨(这也是大牛人,至今微积分还用他的一套符号)改进了PASCAL的机械,使它能算乘除法。

莱布尼茨发明的新型计算机约有1米长,内部安装了一系列齿轮机构,除了体积较大之外,基本原理继承于帕斯卡。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”的装置。步进轮是一个有9个齿的长圆柱体,9个齿依次分布于圆柱表面;旁边另有个小齿轮可以沿着轴向移动,以便逐次与步进轮啮合。每当小齿轮转动一圈,步进轮可根据它与小齿轮啮合的齿数,分别转动1/10、2/10圈……,直到9/10圈,这样一来,它就能够连续重复地做加法。所以,乘法器就这样产生了。

虽然老莱发明的计算机是如此的简陋,但潜力无限。因为它不是算盘那种只是单纯输入和显示的工具(和一张纸一支笔没大区别),它本身通过机械设计就记忆住了魔法口诀!这很重要,过去只能是魔法师本人来施展魔法,现在,可以把魔法存储在机械设计里,普通人哪怕不懂魔法,只要转动摇把就能放魔法了。这是一个划时代的革命,怎么强调它的重要性都不为过。事实上现在正火热的人工智能,就是掌握了一套学习算法,并把这学习算法放在机器里。虽然学习算法要比算术口诀复杂得多,但开端就在于此。

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