4、开天辟地的计算机器

几乎就在英国牧师奥却德完成计算尺研制的同一时期，欧洲大陆上空显现了计算机发明的第一抹曙光。人们现在大都把第一台机械计算机的荣誉归功于法国的帕斯卡，但鲜为人知的是，在帕斯卡之前，德国科学家契克卡德（W. Schickard）曾经制作出一台更出色的计算机器。

契克卡德出生在德国西南部一座小镇，当时在图宾根（Tubingen）大学担任教授职务。他广泛涉猎天文学、数学和测量学等诸多领域，一生发明过许多机器；同时，这位教授在艺术雕刻，特别是木雕和铜雕方面也享有盛誉。

1623年，契克卡德教授为自己的挚友、天文学家克普勒（Kepler）制作了一种机械计算机。据说，契克卡德只造了两台原型，现在是否还在何处保存着不得而知。人们是在他的一封信里发现了该机器的示意图， 才知道了这个事实。契克卡德计算机能做6位数加减法，或许设置了某种“溢出”响铃装置；机器上部附加一套圆柱型“纳皮尔算筹”，因此也能进行乘除运算。1960年，契克卡德家乡的人根据示意图重新制作出契卡德计算机，惊讶地发现它确实可以工作。1993年5月，德国为契克卡德诞辰400周年举办展览会，隆重纪念这位被一度埋没的计算机先驱。

17世纪最值得称颂的计算机发明当然属于法国科学家布莱斯·帕斯卡（ B.Pascal）。 在电脑史前史里，帕斯卡被公认为制造出机械计算机的第一人。     自16岁开始， 帕斯卡就在构思一种计算机。1639年，帕斯卡的父亲受命出任诺曼底省监察官，负责征收税款。他看着年迈的父亲费力地计算税率税款，未来的科学家想到了要为父亲制做一台可以帮助计算的机器。

为了这个梦想，帕斯卡日以继夜地埋头苦干，先后做了三个不同的模型，耗费了整整三年的光阴。他不仅需要自己设计图纸，还必须自己动手制造。从机器的外壳，直到齿轮和杠杆，每一个零件都由这位少年亲手完成。为了使机器运转得更加灵敏，帕斯卡选择了各种材料做试验，有硬木，有乌木，也有黄铜和钢铁。终于， 第三个模型在1642年， 帕斯卡19岁那年获得了成功，他称这架小小的机器为“加法器”。

帕斯卡加法器是一种系列齿轮组成的装置，外壳用黄铜材料制作，是一个长20英寸、宽4英寸、高3英寸的长方盒子，面板上有一列显示数字的小窗口，旋紧发条后才能转动， 用专用的铁笔来拨动转轮以输入数字。 这种机器开始只能够做6位加法和减法。然而，即使只做加法，也有个“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”一声跌落下来，推动十位数的齿轮前进一档。

父亲的上司、法国财政大臣来到他家，观看帕斯卡表演“新式的计算机器”， 并且鼓励他投入生产，大力推广这种“人类有史以来第一台计算机”。不久，帕斯卡“加法器”在法国引起了轰动，机器展出时，人们成群结队前往卢森堡宫参观。就连大数学家笛卡尔听说后，  也乘回国探亲的机会，亲自上门观看。帕斯卡后来总共制造了50台同样的机器，  有的机器计算范围扩大到8 位，其中有两台，至今还保存在巴黎国立工艺博物馆里。

帕斯卡发明的加法器在全世界都有若干仿制品，它至少没有被人遗忘，它第一次确立了计算机器的概念。

 ■ 帕斯卡小传 

布莱斯·帕斯卡，1623年出生在法国中部克勒蒙市。三岁丧母，由父亲抚育成人。 八岁随父迁居巴黎，显露出对科学研究浓厚的兴趣。12岁独自发现了 “三角形的内角和等于180度”后，开始师从父亲学习数学。1639年，帕斯卡撰写出一篇出色的数学论文《论圆锥曲线》 ， 数学家德札尔格非常欣赏帕斯卡的才华，把这个曲线命名为  “帕斯卡神秘六线形”，并亲自担任了帕斯卡的教师。

除了发明第一台计算机外， 帕斯卡在诸多领域内都有建树。后人在介绍他时， 说他是数学家、物理学家、哲学家、流体动力学家和概率论的创始人。帕斯卡还发明了注射器，  改进了气压计，创造出水压机。他甚至还是文学家，其文笔优美的科学文章和散文在法国极负盛名。  可惜，长期从事艰苦的研究损害了他的健康，1662年英年早逝，死时年仅39岁。

在他撰写的哲学名著《思想录》 里，帕斯卡留给世人一句名言：“人只不过是一根芦苇， 是自然界最脆弱的东西，但他是一根有思想的芦苇。”  科学界铭记着帕斯卡的功绩， 国际单位制规定“压强”单位为“帕斯卡”，是因为他率先提出了描述液体压强性质的“帕斯卡定律” 。计算机领域更不会忘记帕斯卡的贡献， 1971年面世的PASCAL语言，也是为了纪念这位先驱，使帕斯卡的英名长留在电脑时代里。

  帕斯卡逝世后不久，德国伟大的数学家、因独立发明微积分而与牛顿齐名的   莱布尼茨（G.Leibnitz），发现了一篇由帕斯卡亲自撰写的“加法器”论文，勾起了他强烈的发明欲望，决心把这种机器的功能扩大为乘除运算。

莱布尼茨早年历经坎坷。在获得了一次出使法国的机会后，为实现制造计算机的夙愿创造了契机。 在巴黎， 莱布尼茨聘请到一些著名机械专家和能工巧匠协助工作，终于在1674年造出一台更完善的机械计算机。

莱布尼茨发明的机器叫“乘法器” ，约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减法，在转动手柄的过程中，使这种重复加减转变为乘除运算。

莱布尼茨对计算机的贡献不仅在于乘法器，公元1700年左右，莱布尼茨从一位友人送给他的中国“易图”（八卦）里受到启发，最终悟出了二进制数之真谛。虽然莱布尼茨的乘法器仍然采用十进制，但他率先为计算机的设计，系统提出了二进制的运算法则。在著名的《不列颠百科全书》里，莱布尼茨被称为“西方文明最伟大的人物之一”。

5、编织机编织程序

无论是契克卡德、帕斯卡，还是莱布尼茨，他们发明的机器都缺乏程序控制的功能。工业社会首次大规模应用程序控制的机器不是计算机，而是纺织行业中的提花编织机，然而，它对计算机程序设计的思想产生过巨大的影响力。

提花编织机具有一种升降纱线的装置，能编织图案花纹绸布。提花机最早出现在中国，在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，西汉年间的纺织工匠已能熟练掌握提花机技术，机器配置了120根经线，平均60天即可织成一匹花布.明朝刻印的《天工开物》一书里，也印着一幅提花编织机的示意图。当西方人对“丝绸之路”运来的花布赞叹不已时，提花机也沿着这条路传入欧洲。

用当时的织机编织图案相当费事。所有的花布都是用经线（纵向线）和纬线（横向线）编织，若要织出花样，织工必须按照预先设计的图案，在用人手在适当位置反复“提”起一部分经线，以便让滑梭牵引着不同颜色的纬线通过，编织效率很低。

1725年，法国纺织机械师布乔（B. Bouchon）想出了一个“穿孔纸带”的绝妙主意。布乔首先设法用一排编织针控制所有的经线运动，然后取来一卷纸带，根据图案打出一排排小孔，并把它压在编织针上。启动机器后，正对着小孔的编织针能穿过去钩起经线，其它则被纸带挡住不动。于是，编织针自动按照预先设计的图案去挑选经线，布乔的“思想”“传递”给了编织机，编织图案的“程序”也就“储存”在穿孔纸带的小孔之中。真正成功的改进是80年后，另一位法国机械师杰卡德（J.Jacquard），大约在1801年完成了“自动提花编织机”的设计制作。他出生于里昂，其父是位织工。虽然杰卡德在1790年就基本形成了自动提花机设计构想，但为了参加法国大革命，他无暇顾及发明创造，投身到里昂保卫战的行列里。直到19世纪到来之后，杰卡德的机器才得以组装完成。

杰卡德为他的提花机增加了一种装置，能够同时操纵1200个编织针，控制图案的穿孔纸带后来换成了穿孔卡片。1805年，法国皇帝拿波伦在里昂工业展览会上观看提花机表演后大加赞赏，授予杰卡德古罗马军团荣誉勋章。据说，杰卡德编织机面世后25年，连考文垂附近的乡村里也有了600台， 在老式蒸气机的牵引下，把穿孔卡片上的图案变成一匹匹漂亮的花绸布。

虽然有皇帝支持，杰卡德的机器却遭到织工们的强烈反对，因为他们害怕机器会砸掉他们的饭碗，使他们失去工作，发明家因此生活在恐惧之中。最后，这种性能优越的自动编织机不仅被人们普遍接受，而且还派生出一种新的职业——打孔工人，可以视为最早的“程序录入员”。

  杰卡德编织机奏响了19世纪机器自动化的序曲。伦敦出版的《不列颠百科全书》中，  JACQUARD（杰卡德）一词意思就是“提花机”，他的名字已经与提花机融为一体。他为程序控制机器开辟了广阔的前景，或许，我们现在把“程序设计”俗称为“编程序”，就引申自“编织花布”的词义。杰卡德后来担任过市议员，死于1834年，终年82岁。