来看看古老的蒸汽电脑——差分机

知识的每一个进步，如同每个新工具的发明，都会节省人类的劳动。

At each increase of knowledge, as well as on the contrivance of every new tool, human labour becomes abridged.

——Charles Babbage

他耗尽了可以制造两架军舰、22台蒸汽火车头的经费，外加银行家父亲留下的全部身家，穷极一生也没能制造出任何一台他所描述的机器。然而，那些超前了至少一个世纪的设想，被誉为现代计算机的先驱，代表了机械智能的最高水平，他也被称为计算机之父。

这是一个不太为人们熟知

却在计算机历史上不能忽视的名字

查尔斯·巴贝奇

他是活跃于十九世纪的

英国数学家、发明家、机械工程师、管理学家

巴贝奇被称作是计算机之父，话说计算机的爹还真多，图灵也是，冯诺依曼也是，还有阿塔那索夫——因为他发明了史上第一台大型机械计算机，还是能编程的。

巴贝奇出生于200多年前的维多利亚时代，他家境富裕，跟大部分好奇的小男孩一样，从小有任何事情都要寻根究底的习惯，拿到玩具也会拆开来看看里面的构造。

他自小就显示出极高的数学天赋，自学了很多当代的数学知识。1815年巴贝奇就已经在英国皇家学会里做天文学演讲了，1816年他当选为英国皇家学会院士，从此专门从事各种科学研究。

虽然他总没日没夜地搞科研，但在那个时代生娃的时间还是太多，所以他一直携家带口、尴尬地接受着亲爹的资助。直到1827年老巴贝奇去世，这位成了家却一直立不了业的发明家还是没正经工作，同年他妻子也去世了，手头有一大笔遗产可以自由分配——

于是，巴贝奇的科技败家生涯正式开始了

巴贝奇从法国人杰卡德发明的提花编织机上获得了灵感，认为机械能够代替人的思维，按照设计者的旨意，自动处理不同函数的计算过程。

关于巴贝奇研制计算机的起因，巴贝奇的自传《一个哲学家的生命历程》里，写到约莫是1812年的一天晚上，他在剑桥大学的分析学会办公室里，神志恍惚地低头看着面前一张对数表。一位会员走进屋来打趣地问他梦见了什么，他回答正在考虑那些对数表也许能用机器来计算。。。

还有一个流传较广的说法是，18世纪末，法国发起了一项宏大而艰巨的计算工程──人工编制《数学用表》，由于没有先进计算工具，法国数学界调集大批精兵强将，组成了人工手算的流水线，算了个天昏地暗，终于完成了17卷大部头书稿。有一天，巴贝奇与著名的天文学家赫舍尔一起，边看书稿中的天文数表边吐槽，发现居然错误百出，巴贝奇目噔口呆地喊道“天哪，但愿上帝知道，这些计算错误已经充斥弥漫了整个宇宙！”。。。。于是他决心要发明一个计算机器来拯救宇宙。

差分机的局部装置

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第一个差分机模型

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话说，这个差分机究竟是个嘛玩意呢？

所谓差分，就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。

由于当时工业技术水平极低，差分机从设计绘图到机械零件加工，都是巴贝奇亲自动手完成的，但主要零件的误差始终达不到每英寸千分之一的高精确度，大量精密零件制造非常困难。

差分机结构图

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1834年，还胶着于差分机的研发时，巴贝奇就有了一个更大胆的构思。他不满足于仅仅能够制表的差分机，而是想做一种通用的数学计算机。巴贝奇把这种新的设计叫分析机（Analysis Engine），设想它将由蒸汽机为动力，驱动大量的齿轮机构运转，这台机器不论在可能完成的计算范围、简便程度以及可靠性与精确度方面，或者是计算时完全不用人参与这方面，都超过了以前的机器。

然而英国政府在1842年做了一次清算，发现整个计划一共赔掉了17500英镑——差不多相当于22台蒸汽机车，或者2艘战舰。当巴贝奇又上书皇家学会，要求政府资助他建造第二台运算精度为20位的大型差分机时，英国政府表示：您省省吧，我们再不会上当了。。。

1837年的分析机模型

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在分析机之后，在1847~49 年间巴贝奇运用在开发过程中得到的心得，重新设计了差分机2号，它可以计算到31位数及第7阶差，而且零件数还只有差分机1号的1/3。可惜的是，这时候巴贝奇已经找不到愿意出资的人了，因此差分机2号也只停留在了纸面上。

========200年后的分割线========

1985年时，伦敦科学博物馆决定照着巴贝奇的图纸，打造一台完整的差分机2号，纪念巴贝奇诞辰200周年，也给他正名。2002年最终完工的这台巨大的手摇智能机械计算机，长3.35米，高2.13米，有4000多个零件，重2.5吨。

伦敦科学博物馆的差分机2号

无论是独立键盘还是矩阵键盘，单片机检测其是否被按下的依据都是一样的，也就是检测与该键对应的I/O口是否为低电平。独立键盘有一端固定为低电平，单片机写程序检测时比较方便。而矩阵键盘两端都与单片机I/O口相连，因此在检测时需编程通过单片机I/O口送出低电平。检测方法有多种，最常用的是行列扫描和线翻转法。

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美国加州的计算机历史博物馆也有一台差分机2号。它和伦敦那个的型号略有不同，是根据巴贝奇稍早的一个设计方案制作的，属于技术控型千万富翁Nathan Myhrvold个人所有。

加州计算机历史博物馆的差分机2号

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细节动图

满目琳琅

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巴贝奇的最小的儿子亨利·巴贝奇曾想继承父亲的遗志，花了相当长的时间，试图让差分机和分析机的设想成真。1910年他完成了分析机没有程序化能力的一部份计算单元，现陈列于伦敦计算机博物馆。而博物馆已经在考虑按图纸制作一台分析机的可行性了。。。

分析机模型和运算结果

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亨利的分析机模型

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亨利完成的差分机运算单元

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亨利的差分机细节

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现代差分机的零件

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差分机2号的输出端

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差分机2号的运作（2分3秒）

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本文转载自机械美学