作者：管成学,赵骥民
出版社：吉林科学技术出版社
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席卷全球的世纪波：计算机研究发展的故事试读：
序言
十一届全国人大副委员长、中国科学院前院长、两院院士放眼21世纪，科学技术将以无法想象的速度迅猛发展，知识经济将全面崛起，国际竞争与合作将出现前所未有的激烈和广泛局面。在严峻的挑战面前，中华民族靠什么屹立于世界民族之林？靠人才，靠德、智、体、能、美全面发展的一代新人。今天的中小学生届时将要肩负起民族强盛的历史使命。为此，我们的知识界、出版界都应责无旁贷地多为他们提供丰富的精神养料。现在，一套大型的向广大青少年传播世界科学技术史知识的科普读物《世界五千年科技故事丛书》出版面世了。
由中国科学院自然科学研究所、清华大学科技史暨古文献研究所、中国中医研究院医史文献研究所和温州师范学院、吉林省科普作家协会的同志们共同撰写的这套丛书，以世界五千年科学技术史为经，以各时代杰出的科技精英的科技创新活动作纬，勾画了世界科技发展的生动图景。作者着力于科学性与可读性相结合，思想性与趣味性相结合，历史性与时代性相结合，通过故事来讲述科学发现的真实历史条件和科学工作的艰苦性。本书中介绍了科学家们独立思考、敢于怀疑、勇于创新、百折不挠、求真务实的科学精神和他们在工作生活中宝贵的协作、友爱、宽容的人文精神。使青少年读者从科学家的故事中感受科学大师们的智慧、科学的思维方法和实验方法，受到有益的思想启迪。从有关人类重大科技活动的故事中，引起对人类社会发展重大问题的密切关注，全面地理解科学，树立正确的科学观，在知识经济时代理智地对待科学、对待社会、对待人生。阅读这套丛书是对课本的很好补充，是进行素质教育的理想读物。
读史使人明智。在历史的长河中，中华民族曾经创造了灿烂的科技文明，明代以前我国的科技一直处于世界领先地位，涌现出张衡、张仲景、祖冲之、僧一行、沈括、郭守敬、李时珍、徐光启、宋应星这样一批具有世界影响的科学家，而在近现代，中国具有世界级影响的科学家并不多，与我们这个有着13亿人口的泱泱大国并不相称，与世界先进科技水平相比较，在总体上我国的科技水平还存在着较大差距。当今世界各国都把科学技术视为推动社会发展的巨大动力，把培养科技创新人才当做提高创新能力的战略方针。我国也不失时机地确立了科技兴国战略，确立了全面实施素质教育，提高全民素质，培养适应21世纪需要的创新人才的战略决策。党的十六大又提出要形成全民学习、终身学习的学习型社会，形成比较完善的科技和文化创新体系。要全面建设小康社会，加快推进社会主义现代化建设，我们需要一代具有创新精神的人才，需要更多更伟大的科学家和工程技术人才。我真诚地希望这套丛书能激发青少年爱祖国、爱科学的热情，树立起献身科技事业的信念，努力拼搏，勇攀高峰，争当新世纪的优秀科技创新人才。
电脑巨人比尔·盖茨
电子计算机是人类智慧的结晶，它像一道强烈的核冲击波，震撼了20世纪后半个世纪，它像一道耀眼的光环，必将照亮21世纪，照亮人类科技文明的前进方向。50年的发展历程，那些知名的和不知名的科学家和技术专家，流淌过多少苦涩和甘甜交织的汗水，他们用智慧的双手制造了与人脑功能相似的、能帮助人们思维的、处理“信息”的机器。从远古人类祖先用自己的手指做计算工具，到现代高速运行的电子计算机，人类在计算的道路上洒下了多少汗水，才浇灌和培育出这智慧的花朵。
在电子计算机问世半个世纪的前夕，美国拉斯维加斯盛况空前。这个美国最豪华、最奢侈的城市，即将举行世界上最大规模的计算机产品展示会，为全世界各行各业的人提供一个参观、洽谈、了解电脑产品最新动向的机会。拉斯维加斯，这座在沙漠上建筑起来的城市具有梦幻般的美丽和想象不到的豪华。这里有全世界最豪华的酒店，有全世界设计最大、最好的广告牌。全世界与计算机有关的著名厂商和公司，拿着他们的拳头产品，拿着他们的最新设计来到这里，在这里竖起了他们大幅的广告招牌。许许多多的电脑迷涌到这里，来捕捉计算机领域最新的信息，来了解电脑应用的最新成果，来展望计算机发展的新动向。全世界著名的电脑公司的总裁、董事长、总经理们也来到这里，带来了他们的信心和他们的勇气，他们将在这里挑起下一轮电脑发展和竞争的硝烟战火。他们之中有：IBM总裁格士特纳、微软公司（Microsoft）总裁比尔·盖茨、Novell总裁费肯伯格……
1995年11月13日，盛况空前的电脑展示会在阿拉丁酒店的大剧场拉开了帷幕。人们穿着节日的盛装，拥进了装饰豪华、座位舒适、灯光柔和、音响清晰、显示屏幕巨大，可以容纳15000人的大会场，来聆听今年最有成绩，在电脑界最有影响的头号电脑巨人们的讲话。开幕式上，第一个出场的是一位身着笔挺的深色西装的中年男子，他精神饱满、信心十足，迈着稳健的步伐微笑着向大家走来。他叫比尔·盖茨，美国微软公司首席执行总裁和董事会主席，世界上最有影响的电脑企业家。他微笑着说道：“女士们，先生们，朋友们：今天是值得庆祝的一天，首先是微软公司迎来了它的20岁生日，其次是我迈入了不惑之年。
这20年来，我一直带领着微软员工在电脑界奋斗，倾尽了我全部的心血。记得创业之初，我还是个血气方刚的小伙子，一无所有，连出租车的费用都付不起，在像点样的酒吧开个招待会更是天方夜谭。
现在不同了，通过了20年的努力，我不仅有了自己的产业，更重要的是我们已将电子计算机技术推向了世界的各个角落……
下面我想顺便问一下，在座诸位之中还有没有未听说过DOS、Windows的？有没有小朋友不了解电子计算机是干什么的？”
全场一片笑声。大家用笑声回答了比尔·盖茨的幽默，也表达了对这位在电脑界奋斗了20年，将电脑技术推向一个又一个高度的权威人物的敬意。
比尔·盖茨从十几岁起，就对电子计算机产生了浓厚的兴趣。20岁时，他与几位志同道合的年轻朋友，靠着顽强的毅力和坚定的信念，白手起家，创办了微软公司（Microsoft）。20年来，他们艰苦奋斗，锐意创新，使微软公司迅猛发展，几乎垄断了全世界计算机操作系统的软件；著名的DOS、Windows等软件就是微软公司研制出来的产品。在美国甚至有人说，盖茨的影响要超过克林顿总统，因为一旦他的DOS和Windows停止正常运转，美国顿时就会陷入灾难中。1995年，微软公司的股票上升到每股130美元，盖茨以拥有129亿美元的资产跃居民办企业首富，年仅44岁的盖茨，财富已达到730亿美元，并且仍在不断增长，继续稳居世界首富，成为当今世界电脑界的头号巨人。一个没有一点资产的年轻人，20年后取得如此的佳绩，靠的是什么？靠的是拼搏奋斗、艰苦劳动；靠的是渊博的知识和敏锐的洞察力；靠的是电脑技术！难怪今天他向人们发问：你了解电子计算机吗？
电脑——人脑机能的延长
电子计算机也叫电脑，因为它是人脑某些功能的延长，如记忆、判断、计算等能力。目前世界上最先进的计算机每秒钟能做100亿次运算，这绝非人力可及。
圆周率π（3.1415926＜π＜3.1415927）是中国古代科学家祖冲之在1500年以前计算发现的。在祖冲之死去1000多年以后，一位名叫鲁道夫的德国人，花了毕生精力将π值精确到35位数。1615年当他去世后，人们在墓碑上用这35位数代替了他的名字，以纪念他的丰功伟绩。后来法国人威廉·谢克斯在前人的基础上，又用了15年的时间将π值精确到707位，这是靠人力计算所达到的最高纪录。1946年世界上第一台电子计算机问世，它只用了70小时将π值计算到2035位，而且仅用了40秒的时间，就发现谢克斯计算的π值，从第528位开始全都错了。如果用现代最先进的电子计算机，可以在瞬间就能达到这样的结果。
电子计算机这种高速运算的能力可以帮助人们在短时间内做出许多精确的判断，从而把握时机，提高效率。
现代战争中，导弹是最有攻击力的武器之一，有些射程在1000千米以上的导弹，速度几倍于音速，其核弹头的当量在10万吨级以上，即爆炸威力相当于10万吨以上的TNT炸药。尤其是多弹头导弹，其中有些是假弹头，敌方用虚虚实实、真真假假不易分辨的手段达到进攻目标的目的。为了保家卫国，在国防军事设施上都安装了配有电子计算机的反导弹系统。它们是由雷达、电子计算机、拦截导弹等组成的网络系统。在几分钟内远程雷达发现进攻的敌目标，将信息及数据通知计算机，计算机在急速处理众多数据后，能从真假弹头混杂在一起的许多目标中，识别出真弹头，并计算出它的飞行轨道，然后命令拦截导弹升空并时时控制拦截导弹的飞行方向，使它在敌导弹弹头到达地面以前，在空中销毁它。在这极短的时间内，想要对众多数据进行复杂的方程式计算，这就必须依靠高速准确的计算工具——电子计算机。
在海湾战争中，伊拉克的苏制“飞毛腿”导弹构成对多国部队的威胁。美国搬出了“爱国者”导弹予以对抗，连续拦截住了十几个“飞毛腿”的进攻。美国借助36000千米上空的“国防通信卫星”，对伊拉克全境进行监控扫描，如果发现有火箭发射的红外热源，卫星则将信号传送到设在澳大利亚的艾丽斯普林斯空军基地的卫星地面接收站，电脑对信号进行几秒钟的初步处理（筛选），把经过处理的信号及时传输到美国本土科罗拉多州的北美防空司令部的巨型电脑，再经过巨型电脑一分钟处理、分析，若确定是“飞毛腿”导弹的发射火焰，当即算出“飞毛腿”导弹的飞行轨道，并且对海湾地区某一“爱国者”导弹基地下达升空还击命令，待这命令传输到海湾，有效作战时间仅剩下一两分钟了。
电脑的用途远不止于军事，上述只是举例说明。自动控制、组织管理、规划决策、辅助学习等等，都需要电脑参与。世界较发达的国家，电子计算机已经渗透到各个领域，以致我们无法想象，一旦失去了电子计算机，现代世界将会是个什么样子。
古人的遗憾与梦想
繁琐冗长的计算常常给人们带来烦恼和遗憾，有时甚至由于弄不清某个大数值的真正含义，而使自己处境尴尬。
古印度有一位将娱乐看成是天下第一大事的国王。当他玩遍了当时所有的游戏之后，还觉得很不尽兴，命令臣民多多发明供他娱乐的游戏器具。大臣达依尔打算先取得国王的信任，然后再劝谏他专心朝政，冥思苦想了许久，发明了一种新的游戏器具——国际象棋。达依尔将象棋奉献给国王，国王喜形于色，越玩越高兴，立即下旨奖赏爱臣达依尔。
一日早晨，国王当着满朝文武大臣的面对达依尔说：“达依尔，我忠实的仆人，你献上来的象棋我十分珍爱。为此，我决定重重赏你。这样吧，你有什么愿望尽管开口，我一定满足你。”
达依尔决定借此机会规劝这位轻浮的国王。他匍匐在地卑恭地说：“尊敬的陛下，对于您的恩赐我万分感激。如果您允许的话，请让我以自己的方式要一点麦子。”
国王听了他的话感到奇怪，心想，“我有那么多的金银、珠宝、美女、官爵他都不要，却要什么麦子，该不是穷得没有饭吃了吧？”国王笑道：“好吧，说说你的要求！”
达依尔指着面前的象棋棋盘说：“请您在棋盘的第一个小格内放1粒麦子，第二个小格里放2粒麦子，第三个小格里放4粒麦子，第四个小格里放8粒麦子……依此类推，每小格放的麦子都要比前一小格里的麦子粒数增加一倍，当64个小格都摆满完，这些麦子就算赏给微臣了。”
国王听后轻松地说：“达依尔，你的要求并不过分，我一定满足你的要求。来人！抬上麦子，为我忠实的仆人数好他要的麦粒。”
计数工作开始了。棋盘的第一格里放一粒麦子，第二格里放2粒麦子，第三格里放22粒麦子……还不到20个格，一袋麦子就用光了。以后的数量更惊人，一袋袋麦子从国王的面前抬过，一仓仓麦子被取空，可还远远满足不了达依尔的要求。棋盘就像一个贪婪的大口，吞食着国王的麦子，国王大惊失色。
原来达依尔所要的麦子的粒数是以2为公比的等比数列前64项的和，即：2346364
1+2+2+2+2+……+2=2-1
=18446744073709551615（粒）
这么多的麦子若用仓库装，那就要有宽10米，高4米，长度是由地球到太阳一个来回的距离长的粮库才能装得下。这么多麦子大约是全世界2000年里麦子的总产量！
无论是昏庸的国王，还是聪明的达依尔都无法料到数字如此庞大。虽然很早以前人们就希望制造出一种快捷的运算工具，为此也做过大量的研究，但直到20世纪初，它还只是个梦想。
英国著名科学家理查德森是一位在数学上很有成绩的人，他对高阶线性方程组、二次型及不变量理论有独到见解。他的算术演算速度和准确性都是惊人的。几百年来，天气预报一直是根据人们采集的温度、气压、风向、风速等参数资料，通过高阶线性方程组做出的人工“数值预报”。理查德森在1910年提出要利用他的运算速度做伦敦地区的6小时天气预报。伦敦是座多雨的城市，一年四季阴雨绵绵，人们多想了解明天，甚至下午的天气是个什么样呀！他的这个惊人之举得到了许多人的关注和支持，有人给理查德森提供采集的气象资料；有人帮他整理计算结果并做综合判断；有人帮助他广播结果。工作开始了，理查德森快速地将几十个气象资料参数代入方程组，化成最简形式，不停地计算，“快点、再快点，一定要让人们尽早地了解未来几个小时的天气情况”。豆大的汗珠从理查德森的脸上淌下来，握笔的手腕酸胀了，甩几下手；神经太紧张了，休息片刻。好！结果出来了。剩下的就是理查德森和人们一起等待几小时来验证结果了。唉！结果与实际严重的不符！他反复做，可惜老天总不合作。事后理查德森认为，并不是计算方法有问题，而是计算速度太慢，当你还在运算时，大气环境的各种参数已经变了。他感叹道：“也许在遥远的将来，能够使计算速度赶到天气变化的前面，并且使用的成本低于人类从这种预报中获得的利益，但是这看来是梦想。”
真的是梦想吗？不！人类的天性是将梦想变为现实。为此，人类付出了巨大的代价。
紫禁城中的红匣子
北京故宫是中国乃至世界占地面积最大、历史最悠久的古建筑群之一。它曾是中国封建社会明、清两朝皇帝的工作和居住中心，旧称紫禁城。从1420—1911年，这里共住过25位皇帝。这些皇帝不惜动用国库银两，把他们的皇宫修筑得富丽堂皇，以显示封建帝王万乘之尊、富有四海的气派。谁都不知道这里曾收藏过多少奇珍异宝，难怪最后一个清朝宣统皇帝在被迫“辞位”后，仍迟迟不肯离去，直到13年后的1924年11月，在大炮的威逼和荷枪实弹的士兵包围下，才不得不仓促逃出紫禁城，将故宫交还给人民。1925年9月29日故宫正式改名为故宫博物院，从此中国数千年来的奇珍异宝才得以向世人开放。
在故宫近百万件的珍贵文物中，你可能不会注意其中一个红木匣子，可它却是中外专家和学者关注的对象。这个古色古香的红木匣子呈矩形，大小尺寸与装在它里边的器具刚好一致。掀开匣盖，里边是一个表层镀金、边角镶银，大约有40厘米长，15厘米宽，10厘米高的黄铜盒子。这个珍贵的盒子到底是什么呢？它就是世界上现存最完整、时间最早的计算器，发明它的人是法国数学家、物理学家B·帕斯卡（B·Pascal，1623—1662）。世界上现存的帕斯卡计算器样机已经屈指可数了，巴黎艺术和手工艺品博物馆有5台，德累斯顿物理数学沙龙会保存着一台，北京故宫有两台。帕斯卡计算器是有文字记载的、保存完整的世界上第一台机械式加法计算器，因此格外珍贵。帕斯卡计算器是以它的发明人帕斯卡的名字命名的，发明它的时候帕斯卡只有19岁。
帕斯卡生来就是一个体质孱弱的孩子，3岁丧母，是在父亲的精心照料和教育下长大的。他的父亲E·帕斯卡是一位受人尊敬的数学家，供职于诺曼底地方税务署。繁重的税收工作需要大量的数字计算，老帕斯卡整天长时间伏案疾书、全神贯注地算呀，算呀！抽空还要照料他体弱多病的孩子，这种既当爹又当妈的生活使老帕斯卡不堪重负，苦不堪言。父亲所做的一切都深深印在小帕斯卡幼小的心灵里，他立志要用自己的力量来帮助父亲，减轻父亲繁重的计算工作。
一天，工作到深夜的父亲走到小帕斯卡的床前，用手抚摸着他的前额，小帕斯卡突然睁开眼睛，急切地问：“父亲，数学究竟是什么？”老帕斯卡透过儿子睁得大大的、充满好奇的眼睛，猜到这是个在他脑海里思考了很久的问题。他叹息了一声说：“唉！孩子，数学是一门计算科学，而计算需要大量的持续不断的思考，过度紧张的思考会损害健康，你的身体不适合做计算工作。”从此老帕斯卡把家中一切与数学有关的书籍全都收藏起来，他不允许儿子涉足苦海。
这次深夜谈话强烈地震撼了帕斯卡的心灵，是呀！父亲被计算和思考弄得太累了，如果把这种“思考”移植到某种器具上，那么这种器具能不能像人一样计算呢？就像看家犬那样，把区分家里人和外人的“思考”交给它，它就可以为人类看家护院……对呀，想办法制造一个会“思考”的计算工具吧！父亲的禁令激起了帕斯卡无限的遐想和好奇心。他开始偷偷地学习数学，并从10岁起就开始寻找制造会“思考”的机器的途径。
在帕斯卡12岁那年，有一天，父亲心情格外好，他满脸笑容，眼中闪着慈爱的光芒。帕斯卡不失时机地问道：“几何学到底是什么？”“几何学是使作图正确无误的方法，并找出各种图形间的相关联系。”父亲简短地作了回答，示意不准帕斯卡再追问下去。
时隔不久，当帕斯卡拿着用自立定义，自作证明方法，创造性地推导出三角形内角和等于二直角的公式给父亲看时，父亲惊呆了。随即惊喜若狂，他发现儿子原来是个数学天才，他取消了对儿子的一切禁令，并开始亲自教儿子数学。帕斯卡非常高兴，因为终于可以在科学的海洋中自由地遨游了。
寻找一个切实可行的制造计算工具的途径，在帕斯卡的脑海中，已经冥思苦想了10个春秋了，许多方法都已经试验过了。把“思考”强行塞进一个金属盒子里谈何容易，那些试验用过的黄铜盒子呆板僵硬得没有半点儿灵气，它们不知道怎样进位，何时进位，实在叫人扫兴！
如果能让它们在做加法时自动进位、做减法时自动借位，那么不就是相当于教会它们思考了吗！帕斯卡在这个关键问题上一遍一遍地想着，反复地设计着，可惜仍没有成功。一天晚上，帕斯卡还在设计草图前思索着，房间里静悄悄的，只能听到座钟“滴答”“滴答”的摇摆声。忽然钟声响了10下，时针在一种力的牵引下，微微地弹了一下准确地指到10的位置上。这短暂的一瞬就像黑夜中射来了一道强光，使帕斯卡感到眼前为之一亮，对呀！逢10进1，低位齿轮转动10圈，高位齿轮恰好转动1圈，这不就是自动进位吗？
1642年，一台机械式加法计算机在卢森堡宫展出了，整个欧洲为之轰动，许许多多的人涌进卢森堡宫，来观看世界上第一台计算机是怎样代替人来计算的。有人用洋洋洒洒的文章来宣传它；有人用诗的语言来歌颂它。大家都为帕斯卡能用纯粹的机械装置来代替人们的部分思考和记忆的非凡智慧和勇气赞叹不已。卢森堡宫展览大厅人头攒动、比肩接踵，人们尽量地走近它，仔细观察着这个神奇的黄铜盒子：计算器表面有一排窗口，每一个窗口下都有一个刻着0—9这10个数字的拨盘（与现在电话拨盘相似）；拨盘通过盒子内部齿轮相互咬合，最右边的窗口代表个位，对应的齿轮转动10圈，紧挨近它的代表10位的齿轮才能转动一圈，以此类推。在进行加法运算时，每一拨盘都先拨“0”，这样每一窗口都显示“0”，然后拨被加数，再拨加数，窗口就显示出和数。在进行减法运算时，先要把计算器上面的金属直尺往前推，盖住上面的加法窗口，露出减法窗口，接着拨被减数，再拨减数，差值就自动显示在窗口上。
帕斯卡聪颖过人，他16岁就出版了《圆锥曲线论》一书。这本书在世界数学史中占有重要的地位。帕斯卡博学多才，他在微积分、几何学、概率论、流体力学等许多领域都作出了杰出的贡献，像物理学中流体对压强的传递原理（现在人称帕斯卡原理）就是他发现的。然而，在帕斯卡众多的成果中最让他感到满意和自豪的还是这台计算器。因为它不仅圆了帕斯卡童年的梦想，而且“这种计算器所进行的工作，比起动物的行为，更接近人类的思维”。企图用机械来模拟人的思维，在今天看来是十分落后的，然而这种想法正是现代计算机发展的出发点。为此，帕斯卡在计算机史上功不可没。不幸的是帕斯卡终身被病魔困扰，在39岁时便英年早逝了。故宫里的红木匣子已经成为世界科技发展史上的一座丰碑。
送给康熙皇帝的礼物
17世纪末的一天，德国汉诺威一个豪华住宅里，宽大的书房门紧紧地关着，书房里静悄悄的，成百上千册图书整整齐齐地摆在房间四周的书架上，一个硕大的书案横放在暖炉前。书案上放着一个造型优美，长约1米、宽30厘米、高25厘米的金属盒子。盒子制造精细，4个喇叭形木制垫角牢固地镶在底部四边角上，两个雕刻着花纹的金属摇柄控制着盒子的不同部位，黄铜面儿被擦磨得亮晶晶的。一位年约50的绅士坐在书案前的椅子上，凝视着书案上的盒子。他就是房间的主人——德国著名的数学家、哲学家威尔赫·莱布尼兹（Leibuiz Gotfried Wilhelm，1646—1716）。莱布尼兹把自己关在书房里已经有一段时间了。他陷入了深深的沉思中。
摆在面前的盒子，是他用半生精力换来的，它是一个能代替人做加、减、乘、除四则运算的计算器。为了设计和完善这个计算器，他反复拆装、改进，耗费了不知多少心血，今天终于满意地画上一个句号。莱布尼兹怎能不思绪万千？
当莱布尼兹还是个孩子的时候，最愿意听人讲述科学家的故事。其中帕斯卡的故事最令他难忘。他钦佩帕斯卡的毅力和胆识，他为一个体弱多病的人能造出那么神奇的工具而折服，同时也为帕斯卡的英年早逝而叹息。
20岁的莱布尼兹已经是成绩斐然的学者，他在微分学、逻辑学、哲学等方面都取得了辉煌的成就。这时候他对创造计算工具的意义体会越来越深刻，他说：“让一些杰出人才像奴隶般把时间浪费在计算工作上，这是多么不值得。如果能利用计算机，便可以放心地交给其他人去操作。”他把帕斯卡的这样一句话写在纸上，反反复复琢磨着：“人的思维是自动的，但人某些思维过程与机械过程没有差别。”莱布尼兹的哲学素养使他敏感地悟出了帕斯卡思想的先进性和远见性，他相信用机械去代替人类某些思维的设想是可行的。为此，莱布尼兹几年如一日潜心学习机械技术，寻找着从加法过渡到乘法的机理结构，并且已经有了长足的进步。
莱布尼兹怎么也不会忘记，1671年自己成功地设计出不用连续相加而直接进行乘法的机械方法时，心情是多么激动。他写信给朋友，介绍一个梯形轴是怎样通过周围不同的齿长和上面梯形齿牙来实现可变齿数的咬合，使得与它相咬合的另一个齿轮刚好转动所需转动的数目。
1672年莱布尼兹在机械专家的帮助下，成功地制造出世界上第一台能做加、减、乘、除运算的计算机样机，这是当时最先进的计算机。它是由不动和可动两部分组成。不动部分有12个小读数窗，分别对应带有10个齿的齿轮，以显示数字。可动部分有一个大圆盘和8个小圆盘，用圆盘上的指针确定数字，然后把可动部分移至对应位置，并转动大圆盘进行运算。可动部分的移动用一个摇柄控制，整个机器由一套齿轮系统传动。这台样机一经问世，立即引起巴黎科学院和英国皇家学会的极大兴趣。科学家们认为，这项工作是一个划时代的伟大创举，它不单纯是将人的动作交给机械去完成的问题，更重要的是它使人看到了用机械代替人思维的前景。
1673年，莱布尼兹把样机送到伦敦展出，参观的人群络绎不绝，有口皆碑，盛赞莱布尼兹的聪明才智，为他能够给人类提供思维劳动的“替身”表示敬意。在伦敦庆祝莱布尼兹计算机试制成功的会上，莱布尼兹被深深地感动了，他自豪地对旁边的一位天文学家说：“我感到非常幸福。天文学家再也不必继续训练为了计算所需要的耐心了……因为我的机器能在瞬间内完成很大数字的乘除，而不必连续相加减。”
由于17世纪的机械工艺水平的限制，莱布尼兹的计算机不可能尽善尽美，机械部分的滑动咬合故障不断地影响计算机的正常工作。为了消除故障率，莱布尼兹多次改进设计，专门从德国搬到巴黎。在1676—1694年，莱布尼兹不知苦熬了多少个日日夜夜，花费大量钱财，大约有24000塔列尔，真是尽其所能，倾其所有了。成功之花是由汗水浇灌而成的，对这一点莱布尼兹体会得非常深刻。
房间里还是静悄悄的，没有人打断莱布尼兹的思绪。莱布尼兹又想起了爸爸，爸爸在他7岁时去世了，留给他的是这满屋子大量的藏书和许多丰富的知识。记得5岁的一天，爸爸就坐在这把椅子上，给他讲述着：“在非常遥远的东方，有一个古老而又神秘的国度，那是一个文化发达、疆域辽阔、人口众多的国家，那儿的人民勤劳勇敢、聪明善良……那里的国王叫皇帝，经常戴着巍峨的皇冠，穿着宽大的配着像布袋一样袖子的长袍，衣冠表面装饰得华丽夺目，最能吸引人的要算是到处盘旋绕动的龙了。”“龙？”莱布尼兹头一次听到这个名字。“龙是什么样的？”莱布尼兹问爸爸。
爸爸摸了摸孩子的头说：“龙有4只带有利爪的脚，一双凸出的明珠般的眼睛，嘴上长着长长的触须，全身的鳞片闪闪发亮。龙在天空游动翻腾，磅礴舒展的气势能够排山倒海。龙是皇帝的象征，也是那个国度的标志。他们认为自己所在的地域正好是大地的中央，所以他们叫中国。”
从那天起，在莱布尼兹的脑海里就刻印了那个古老中国的神奇形象。一种奇妙的感觉使他经常在这个书房里，翻看那个画有龙的画册。
莱布尼兹又想到了他的二进制数。还是在这个书房里，他拆开了朋友白晋从中国寄来的信。白晋（Bouvet Joachim，1656—1732），法国科学院院士，《康熙皇帝》一书作者。曾两度来中国，颇受清朝康熙皇帝的赏识，与康熙过从甚密。信中夹着一张古老的图深深地吸引了莱布尼兹。图呈圆形，用黑白两色将图分成两部分，看上去像两条相拥相抱的鱼构成了一个完整的圆，圆被划分8个区域，分设8个卦，卦有各自的方位方向和卦名。朋友白晋在信上说明，这是中国流传了3000多年的乾坤八卦图，是造物主的形象。图中有阴爻和阳爻，阴爻和阳爻按四面八方组合成了宇宙万物。“太神奇了！”莱布尼兹想，缤纷浩瀚的宇宙被中国人精辟地归纳成简简单单的八卦图。乾为天，由3个阳爻组成；坤为地，由3个阴爻组成；震为雷，是阳阴阴；巽为风，是阴阳阳；坎为水，是阴阳阴；离为火，是阳阴阳；艮为山，是阴阴阳；兑为泽，是阳阳阴。就这样“阴阳合而万物生”。莱布尼兹如醉如痴地端详着这幅神秘的卦图。
阴爻和阳爻构成万物的思想激发起莱布尼兹无限的遐想。他想到了色彩缤纷的数的世界，如果阴爻代表“0”、阳爻代表“1”，那么中国人的图不是告诉我各种各样的数可以用“0”和“1”组成吗？对呀，0，1，2，3，4，5，6，7，8，9这10个数码组成了以10为基础的十进制数，“逢十进一”，碰到超过9的数，用两个以上的数码表01示。十进制的最低单位是10=1，第二位单位是10=10，第三位的单2位是10=100，其他可以依此类推，523是指有5个100和2个10再加上3个l。那么只有“0”和“1”这两个数码不是也可以组成以2为基础的二进制数吗！碰到2和2以上的数用两位或两位以上表示，最低单12位为20=1，第二位的单位是2=2，第三位的单位是=2=4，第四位的331单位是2=8……十进制中的11可以表示为1个2=8，和2=2再加上1个02=1，写成1011这样的形式，异曲同工的运算法则是“逢二进一”。
一次，莱布尼兹给他的学生讲二进制数时举例说：十进制整数最后5个单位是万、千、百、十、一，二进制整数的最后5个单位是16、8、4、2、1。十进制中15加9等于24，而15的二进制数是1111、9的二进制数是1001, 1111+1001=11000，而11000是指该数有1个24=16和1个23=8，刚好是十进制的24。
从此数学宝库中又增添了一件瑰宝——二进制。二进制在现代电子计算机中大显身手，可以毫不夸张地说，如果没有二进制记数法则，根本谈不上现代电子计算机产生。但是关于这一点当时的人们包括莱布尼兹本人都没有意识到。莱布尼兹因为首创了二进制被法国巴黎科学院选为院士并成为英国皇家学会会员。当莱布尼兹完成了《谈二进制算术》的论文时，他对中国的感情不单单是神奇般地向往，而是怀有深深的敬意。他心里想，中国人在二进制记数制的研究上已经捷足先登，走在自己的前面，自己只不过是将中国的八卦图的阴爻和阳爻组合机理进一步地阐明罢了。
一种由衷的感激之情使沉湎于过去的莱布尼兹从椅子上站了起来，他走到他的计算机前，熟练地操纵着滑动摇柄，转动指针圆盘，算一道乘法算术题，计算机真乖巧，齿轮飞快转动，计数指针有节奏地跳动，正确答案马上显示在窗口上，莱布尼兹满意地点了点头。他说：“这是我最满意的发明，我应该将它送给我所尊敬的人，以表示我对他们的敬意。对了！就送给遥远东方的中国，感谢他们古老发达的文化，感谢他们人民的勤劳和智慧。”决心已定。爸爸对龙的描绘令他永远不会忘记，朋友白晋来信也谈到自称龙的中国皇帝康熙热爱科学，“有高尚的人格、非凡的智慧，更具备与帝王相称的坦荡胸怀”。莱布尼兹拿起笔，伏在书案上，写下了“谨请我崇敬的中国康熙皇帝惠收”几个大字，将它轻轻地放在自己心爱的计算机上，然后摇响了手铃，年轻的仆人闻声走进来，莱布尼兹指了指书案上的计算机，“请设法把它送往伟大的中国。”
伟大的设计师巴贝奇
1816年7月17日，直布罗陀海峡波涛汹涌，在随波逐流的森筏上，瘫倒着15个人，这些断水绝粮，已经绝望了的海难者，忽然发现海平线上升起一根桅杆，他们惊呆了，简直不敢相信眼前的景象，可能是海市蜃楼吧？当30只充满血丝、失魂落魄的眼睛确认真的有一条船向他们驶来，生的光芒闪现出来，他们挣扎着站起来，拼命地挥动着手臂，奋力地从干渴欲裂的喉咙中发出嘶哑的求救的喊声。这15人是遇难的“梅杜萨”号战舰365名水手中的幸存者。他们靠着残忍的厮杀，吃人肉、喝人尿在海上漂泊了13个昼夜。在他们获救后，悲痛地向人们讲述“梅杜萨”号三桅旗舰是怎样偏离航向、迷失方向、搁浅断裂的……新闻媒体马上做了详细的报道，整个欧洲震动了。人们纷纷指责船长的无能，同时也尖锐地指出海航表中的错误势必影响海中船只的准确定位。画家奥多·席里柯根据这个悲惨的事件画了一幅生动的油画，把15名遇险者绝处逢生的表情和内心世界描绘得惟妙惟肖。这幅佳作至今还收藏在罗浮宫中。
事隔不久，一位年轻学者手里拿着一份1766年编印的航海表，匆匆地走进伦敦制表局大门。当他知道接待他的人正是他要找的官员时，毫不客气地说：“先生，我今天来是向您指出正在使用中的航海表严重错误的地方。”年轻人把一张在许多数据下用笔勾画了醒目线的航海表放在官员面前，“经过计算核对这些数据都是不正确的，有些甚至相差甚远”。不等对方说话，年轻人又说：“这种不负责任的航海表，造成了多少灾难，夺去了多少无辜人的生命，难道不应该马上废除它吗？”来人尖锐的语言，严肃的表情和愤怒的目光使官员惊恐不安，不知所措地问“请问，先生您……”
当得知来人是英国剑桥大学教授、著名英国数学家巴贝奇时（Charles Bebbage，1792—1871），官员的脸上露出感激之情说：“巴贝奇教授，多谢您能核对计算。如果您愿意的话，请您给我们的制表工作提出改进意见。”制表局对巴贝奇的计算极其信赖，因为他是著名的数学家，是剑桥大学卢卡斯讲座的数学教授，这一殊荣很少有人能够得到，讲座的第一位教授是巴罗，第二位是牛顿，第三位就是巴贝奇。另外，科学界都知道巴贝奇从1812年起就在设计能自动计算的带有寄存器的计算机。他不但自己制造机械零件，还设计和制造生产零件的设备和机床，他是研究计算的奇才。第二天，巴贝奇应邀参观造表工场。
巴贝奇走进造表工场，心情格外沉重。他看到工场简陋的设备，看到为数不多的手摇计算机在操作人员的手中不停地转动，看到计数人员在忙碌地一边核对一边抄写，看到计算人员苍白的脸色和疲倦、呆滞的眼神，看到检验人员在检查冗长的数据单时的尴尬和无奈表情，巴贝奇的心缩紧了。他想：“唉，计算人员太辛苦了，数表的差错在于制表步骤太繁琐，设备简陋，计算器只能做加、减、乘、除运算，很难胜任稍复杂的计算需要，应该有所改进。”从此，巴贝奇走上了设计使人们从繁琐的计算中真正解放出来的自动计算机的艰苦道路。
几乎与巴贝奇同时，法国政府正紧锣密鼓地进行度量衡制改革，一切以十进制为基础，把原来的直角90度改为100度，把一分60秒改为100秒，这样一来，原来的三角函数表、对数表等等都必须重新编制。法国政府把这需要大量计算的繁重任务交给数学家普罗奈负责。为了完成这项艰巨的工作，普罗奈想出了一个分工计算的智力放大法。他把工作人员分成两个队，两个队人数相同，做同样的运算，以便相互校对。每一队为3个组：第一组由5—6名数学家组成，提出要计算的简明分析公式；第二组9—10名熟悉数学的人，把公式分解成适于计算的形式，并计算相距5或10的一定间隔分布的关键数据；第三组人最多，约100人，他们只是按第二组提出的计算格式和关键数据做重复计算，得出最后的结果。后来由于某种原因法国政府没有将这项改革实施下去，但是普罗奈的工作方法是一项极好的创造。
沉醉于计算工具研制的巴贝奇，从普罗奈分组分工的方法中得到了启示，他发现这是一种先进的化繁就简的方法，并马上吸取过来，应用在设计上。巴贝奇认为任何一项复杂而繁重的计算都可以分解为若干简明的分析公式，而分析公式又可以人为地化简成最适合计算的形式。这样复杂的计算就变成若干简单多项式的计算，利用多项式的数值差分规律（即n次多项式的n次数值差分为同一常数），求得计算结果的步骤大多是相对固定形式的重复计算，而且这恰恰是最繁重的一步。如果能制造出完成简单多项式重复有限步骤的计算机，那不就是最大限度地降低计算人员的劳动吗？实际上巴贝奇的想法就是我们今天的程序设计思想。经过10年的努力，1822年巴贝奇制成了一架适用于计算多项式值的计算机——差分机。它包括3个寄存器，同时又是运算器，它们可以保存3个10万以内的数，并执行加法运算，精度可达到6位数，它还能执行整个计算程序，是一个带有固定程序的专用自动数字计算机。巴贝奇是世界上第一个提出程序设计思想的人。
成功的喜悦使巴贝奇的思想更加活跃，他又开始设计一个更大规模的、能够更精确编制航海表的差分机。这个机器大约2吨重，计划有7个寄存器，精确度可达20位，并且附有自动印刷设备，以避免人工抄写可能出现的差错。英国政府出于对海军长远利益的考虑，慷慨地拿出17000英镑支持巴贝奇的工作。但是由于当时精密机械制造水平相当低，没有人能按照巴贝奇要求的精密度制造出合格的杠杆和齿轮，迫使巴贝奇一次又一次地修改设计，大大地增加了开支，经费用完了，巴贝奇自己又投入13000英镑，以维持研制工作。10年过去了，制造工艺上的问题仍没有得到解决，巴贝奇为此一筹莫展。英国首相布尔宣布，停止对巴贝奇的财政支持，制造更大规模的差分机的工作正式停止。失去了政府的支持和信任，巴贝奇痛苦极了。
然而，巴贝奇并没有因为差分机的失败而气馁，他坚信机器虽然没有制造成功，但这种设计思想是正确的，必须坚持下去。因为计算机是人类进步中迫切需要的工具，是极有生命力的。为了有更多的时间和精力从事他心爱的计算机研制工作，巴贝奇辞去了剑桥大学卢卡斯讲座数学教授的职务，全身心地投入建造他思想中的模型——自动计算机的创造中去。大约在1834年，巴贝奇完成了一种可以控制计算程序的通用数字计算机新设计，他将此称为“分析机”。这台“分析机”有专门控制运算程序的机构，可以进行各种具体的数字运算。设计运算速度是1分钟能进行60次加法运算，完成两个50位数的乘法，只需1分钟。“分析机”以蒸气为动力，全部作业都利用各种齿轮和齿条等的咬合、脱离、旋转、平移等机械原理传动。并用穿孔卡片控制内部的操作，因此可以进行自动计算、自动打印。它还有两个逻辑单元，即被巴贝奇称之为“存储器”的记忆单元，这是由很多刻有十进制数字的轮子组成，可以存储数字。另外，“分析机”有两处
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