今天我們來認識一下機械史上的“最強大腦”查爾斯·巴貝奇，他設計過的差分機可以說是機械史上的巔峰之作，也為我們今天的計算機科學打下了堅實的基礎。

查爾斯·巴貝奇，英國19世紀的數學家、機械工程師和發明家，他的一生都在尋找機器自動執行計算的方法。他被譽為“計算機之父”，是因為他設計出了世界上首個自動計算機概念模型——差分機和分析機。

在19世紀的時候，人們仍然主要依賴人力進行復雜的數學計算，這不僅耗時，而且錯誤率極高。巴貝奇深感這樣的計算方式無法滿足日益增長的科學技術需求，于是他構思出一個機器：差分機。

差分機使用有限差分方法來機器計算多項式函數的值。有限差分方法是個簡單但功能強大的技巧，它用重復加減的過程來避免需要的乘法和除法。

差分機一號局部裝置

不過由于當時制造工藝水平較低，這個 10 英尺高，10 英尺寬，5 英尺長，重 2 噸，以蒸汽機驅動的龐然大物在 10 年間只完成了七分之一，看不到未來的英國政府不得不停止了對該項目的支持（畢竟按照這個趨勢，要 70 年才能完成）。

差分機一號已完成的七分之一

差分機結構圖

雖然失去了政府的支持，但是在設計和制造差分機的十年讓巴貝奇有了設計更強大機器的能力，更加精密的分析機因此面世。

分析機模型

它能用多項式展開的方法計算對數和三角函數，具體的計算過程則是用打孔卡片輸入，完成類似匯編語言的程序指令。

分析機部分組件的實驗模型，巴貝奇自制，現藏倫敦科學博物館

設計和嘗試建造這個充滿傳奇色彩的機器成了他整個下半生的夢想。這個分析機的設計理念比差分機更超前，向未來穿越了大概一個世紀。

在分析機之后，在1847~1849 年間巴貝奇運用在開發過程中得到的心得，重新設計了差分機2號，它可以計算到 31 位數及第7階差，而且零件數還只有差分機1號的 1/3。可惜的是，這時候巴貝奇已經找不到愿意出資的人了，因此差分機2號也只停留在了紙面上。

差分機2號

第二個差分機在1849年設計出來卻在有生之年只實現了很小一部分。盡管如此，巴貝奇為電腦科學留下了一份極其珍貴的精神遺產，包括30種不同設計方案，近2000張組裝圖和50000張零件圖。

1985年時，倫敦科學博物館照著巴貝奇的圖紙，打造了一臺完整的差分機2號，這臺巨大的手搖智能機械計算機，長3.35米，高2.13米，有4000多個零件，重2.5噸。

倫敦科學博物館的差分機2號：

美國加州的計算機歷史博物館也有一臺差分機2號，是根據巴貝奇稍早的一個設計方案制作的。

加州計算機歷史博物館的差分機2號：

差分機2號的運作：

可見，這個機械是多么的復雜，足可以稱得上早期人類機械史上的巔峰之作。

蒸汽動力驅動的機械式計算機可以完成人類難以完成的運算，有著穩定的機械特性。但是，運算速度絕對會受到限制，所以，我們才有了電子計算機。

巴貝奇的遺產并非僅僅在于他的發明，更在于他的洞見和勇氣，他敢于設想并創造出當時無人能及的機器。他的理念和勇于創新的精神影響了無數后來的科學家和工程師，為我們現在的計算機科學奠定了基礎。

今天，我們在享受科技帶來便利的同時，也應該記住這些為科技進步作出貢獻的先驅們。他們的探索和創新，讓我們有了今天的計算機科學和信息技術。