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科学与人文讲座2021年第5期报道:机械计算机发展史

  • 创建时间: 2021-04-21
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2021416日星期五下午13点半,中国科学院大学人文学院2021年第5科学与人文讲座在玉泉路校区人文楼教一阶举行。本次讲座特邀清华大学科学史系王哲然助理教授作了题为机械计算机发展史的报告,中国科学院大学人文学院苏湛副教授主持了本期讲座。

在讲座开始前,王老师首先对清华大学科学博物馆的设计理念和特色进行了讲解,并邀请同学们关注近期博物馆的展览。

本次讲座,分为四个部分。第一部分的主题是古代计算和机械工具。王老师先介绍了国内早期的计数工具,例如算筹、算盘等,并对算筹的使用方式和算盘的起源、型制都做了详细的解释。对于国外的计算工具,王老师聚焦于罗马的筹码算板和文艺复兴时期的金属算筹、代币,并指出罗马的筹码算板已经体现了算法的思想。王老师总结认为,东西方古代计算的共同特征有三,表现为手动计算、进位与借位需要人工完成、十进制成为主流计算方式。在计数机械领域的代表则为罗马的里程计和中国的记里鼓车。最后,王老师介绍了安提凯希拉计算装置,该装置用于计算行星运动,证明了古希腊人高超的机械技术。

第二部分的主题是纳皮尔筹与席卡德机。王老师认为,纳皮尔筹是一种乘法计算的工具,其缺点是依然需要手动进位借位,所以可能会导致错误。席卡德为了解决纳皮尔筹的这个问题,发明了席卡德机。席卡德机将纳皮尔筹和一些机械装置结合在一起,实现了自动的进位和借位。不过,令人遗憾的是,席卡德机却因为一场大火损坏,没能流传开来。

第三部分的主题是帕斯卡机和莱布尼茨机。帕斯卡机共有六台存世,设计的初衷是为了解决繁琐的税务计算。王老师展示了帕斯卡机的结构图并做了讲解。帕斯卡机的缺点在于,不能直接做减法,因此只能通过补码机制来实现减法运算。莱布尼茨机的核心结构是阶梯鼓轮,通过将该装置的并联即可实现四则运算。不过,受制于17世纪落后的技术,直到19世纪中期,莱布尼茨机才投入商用。

第四部分的重点是巴比奇的差分机和分析机。巴比奇的差分机是人类机械计算机的集大成者,耗资巨大却没能完全实现巴比奇的构想。因1843年英国政府停止了对其资助导致半途而废。其改进型差分机二号同样因为缺乏资金,只留下了设计图纸。随后,王老师展示了巴比奇差分机的现代复原品。最后,王老师介绍了巴比奇对分析机的构想。相比差分机,分析机可以实现更多的功能,且应用到了打孔卡片的思想。巴比奇的机械计算机是计算工具从手动走向电动的重要过渡。

在同学提问环节,王老师和苏老师以及同学们就讲座中涉及的一些问题进行了热烈讨论。在座的听众表示受益匪浅。讲座在热烈的掌声中圆满结束。

                                   【图/鲍傅臻,文/鲍傅臻】

【主讲人简介】

王哲然,清华大学科学史系助理教授。研究方向为西方前现代数理科学史、科学仪器史、文艺复兴时期的科学技术与艺术。