《白云书园》之数字时代(三四)

计算机前世篇[差分机和二代差分机]

在差分机项目开始的近十年后,1832年,巴贝奇终于有足够的零件组装差分机的一个部分了。该部分大约24英寸高,19英寸宽,14英寸深,大概是整个机器的七分之一。它的工作很完美,可以计算六位数二阶差分的序列。这是当时最复杂和精致的机械了。

这个珍贵的发明被转移到巴贝奇住所旁边的一个耐火建筑。他经常在那里举办周六晚上聚会向朋友们 展示他的发明。惠灵顿公爵也因为自己在其中的角色感到骄傲,成为这个聚会的常客。

巴贝奇差分机建成的一部分

巴贝奇的每周晚会成为伦敦最流行的聚会。他的家也是最有趣的地方,收藏着各种有趣的小玩意。因为这些聚会,巴贝奇的名字也经常出现在作家,演员,贵族和政客以及科学家,工程师和商人的日记里。写了关于物种起源的 Charles Darwin(查尔斯·达尔文)在日记里写道:

I remember a funny dinner at my brother’s, where, amongst a few others were Babbage and Lyell [Charles Lyell, the founder of modern geology], both of whom liked to talk. Carlyle however silenced everyone by haranguing during the whole dinner on the advantages of silence. After dinner, Babbage, in his grimmest manner, thanked Carlyle for his very interesting lecture on silence.

我记得在我兄弟那的一次有趣的晚餐,其中就有巴贝奇和莱尔[查尔斯·莱尔,现代地质学的奠基人],而且他们两人很喜欢说话。但凯雷却在晚餐过程宣讲“沉默是金”,使得大家整晚都很沉默。晚餐后,巴贝奇以最严峻的方式感谢卡莱尔关于沉默的讲座。

这时不管从哪个角度看,巴贝奇都是人生赢家。但伴随着成功的一面,危机也一直在酝酿。在建造差分机的这十年中,负责制造过程的克莱门特在经济上一直是非常受益 的。到1832年时政府支付的大约12,000英镑主要经过克莱门特的手,他的利润非常大,而且他还拥有制造过程用生产的价值几千英镑的工具。当时法律规 定这些工具最后属于制造者(克莱门特),而不属于设计者(巴贝奇)或出资者(政府)。当巴贝奇要求他搬到巴贝奇附近以便管理和审核财物时,他担心自己的利润会大幅下降,先是拒绝,后来答应搬家但又列出超值的搬家费用估计并要求每年660英镑维持两个家。

这时政府已经花了12,000英镑在这个烧钱的项目上了。财政部拍案而起,拒绝了他的要求。克莱门特的自私变成完成差分机的一个主要障碍,而项目也从此走了下坡路。克莱门特起先统计财物经过独立审查,但又拒绝。在这种情况下,巴贝奇拒绝支付他的账单。克莱门特似乎也嫉妒巴贝奇的才能和财富,解雇了工作人员,并拒绝交出发动机的计划或部件,直到他的账单被支付。

项目就此陷于停顿。直到1834年,财政部终于妥协付,满足了克莱门特的要求,他也交出动机的计划或部件。在工作已经停止一年多后,1834年7月16日,巴贝奇写信 给财政部道:“图纸和差分机部件终于在一个安全的地方了,我也快要被这个令人厌恶和烦恼的事件烦死了。”

在几次试图向政府申请资金重新启动 差分机项目的尝试失败后,在项目开始后的19年,政府最终于1842年取消了整个项目。回头看,政府总共投入了17,000英镑,巴贝奇自己也出资 6,000英镑,最后差分机还是没有完工。据说在1831年制造一台蒸汽机车的费用才用784英磅。巴贝奇本身的性格,过分的精益求精,政治原因以及克莱门特的自私可能都是最终失败的原因之一。 在伦敦皇家学院博物院里,我们还能见到巴贝奇的设计图纸和未完成的差分机。

虽然差分机项目暂时失败了,但差分机的概念本身还是获得了大量的宣传。不管是不是由巴贝奇,还是由别人,这种机器的建成只是时间问题。 1834年,瑞典人Per Georg Scheutz 在爱丁堡评论中读到巴贝奇的这个项目,就被这个项目迷住了。他自己用小木头,电线,和纸板建造了一个小模型。他的儿子在1837年也加入进来,俩人到1840年时建造出一个可以算一阶差分的金属模型。最终他们获得了瑞典政府资助,完成了可计算四阶差分,处理15位数字,并打印出结果的差分机。

Per Georg Scheutz 建成的差分机

这个机器在测试运行中,用大约80小时计算了一万个对数值,其中还包括了在计算中使用的20不同的方程式之间的回位车轮所花时间。没有任何人力计算机可以这么快或这么准确。Scheutzes的差分机是机器的巨大数学计算潜力的第一个具体体现。

其实巴贝奇也没有放弃对差分机的工作。他在1847年到1849年间,又将差分机的设计大幅改进,把零件个数降低到只要大概8000个。这也就是他的 difference engine 2(二代差分机)。但他并没有花太多的时间去建造这个差分机,所以历史上人们对他这个没有建造的差分机到底能不能正常工作也就不太清楚了。

直到1985年,伦敦科学博物馆在为了纪念巴贝奇诞辰200周年(1991年)的筹备过程中,组织了由 Doron Swade 领衔的一个小组来完全按巴贝奇的设计来建造二代差分机。这个小组用了十七年时间, 直到2002年,完成了二代差分机。建成的机器完全实现了巴贝奇当时设计的功能。这台机器现在还在伦敦科学博物馆展出。微软的前 CTO Nathan Myhrvold 出资建了第二个复制机,把它借给在加州山景城(Mountain View,California)的计算机博物馆展出。[1]

Doron Swade 领衔建造的二代差分机

后来,还一位在苹果工作的软件工程师傅 Andrew Carol 对差分机也很有兴趣,他用乐高积木建了台差分机。哥们,你也太油菜花了吧![2]

Andrew Carol 的乐高差分机

说起巴贝奇为什么不建二代差分机,不是他没钱接着烧,而是他觉得这机器有点过时了,不好玩了。受设计制造差分机过程的启发,他找到个更好玩的主意。他投入到另一场更大的战役中,要设计和制造另一个更复杂的机器:Analytical Engine (分析机,也就是现代计算机的雏形)。


[1]计算机博物馆关于差分机的展示:

http://www.computerhistory.org/babbage/

http://youtu.be/KBuJqUfO4-w

[2]关于乐高差分机更多的故事:

http://acarol.woz.org/LegoDifferenceEngine.html

[*]这本科幻小说就是以巴比奇和他的差分机故事为背景的 http://book.douban.com/subject/24153098/

[**] 原文同时发布在: 《白云书园》之数字时代(三四) http://wp.me/p5Da4b-8e

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