簡介
機械式電腦是法國的科學家帕斯卡發明的人類第一台齒輪式計算機。 它的出現告訴人們用純機械裝置可代替人的思維和記憶，是人類歷史上不朽的珍品 。
歷史背景
1623年6月19日，位於法國中部的克勒蒙菲朗的一個貴族家庭中，伴隨著“哇”的一聲啼哭，一個小精靈降臨人世。自生下了小帕斯卡，家裡增添了無限生機和歡樂。帕其卡生下時十分瘦弱，為使他長大成才，父母操盡了心。這就是後來著名的數學家 布萊士·帕斯卡（Blaise Pascal 1623—1662).
帕斯卡的父親是位並不著名的數學家，但卻是一位較有名望的稅務統計師。他酷愛數學，深深地體會到數學是一門探索性很強的學科。他擔心孩子學數學會勞神傷身，出於對兒子溺愛，他決心不讓帕斯卡涉足數學。當然，父親的顧慮是多餘的。
小帕斯卡天賦很高，他雖體弱多病，但從清秀的眉宇間卻透露出一股靈氣。他勤奮好學，興趣廣泛，平時很少外出玩耍，整天如饑似渴地看書學習，做札記。他七八歲就學完了差不多相當於國小的全部課程。他充滿幻想，富有才氣，儘管父親把自己的全部數學書籍都收藏起來，只讓他看語文書和兒童詩歌，連學校開設的數學課也不讓他上，可是，這一切還是不能阻礙帕斯卡對數學產生濃厚的興趣。而且父親越是不讓他學習數學，他心裡萌發的探索數學奧秘的願望越是強烈。那年，他12歲，常聽到父親與朋友們談論“幾何”，他聽不懂，不知“幾何”為何物，就去問老師。老師告訴他：“幾何就是作出正確無誤的圖形，並找出它們之間的比例關係的一門科學。”他深信幾何是一門十分有趣的學科，便偷偷地借來幾本幾何書，邊讀邊用鵝毛筆在紙上畫幾何圖形，興味無窮。
1635年，帕斯卡隨父親遷居巴黎。初秋的巴黎郊外，氣候宜人，景色美麗。一天，帕斯卡和父親到郊外遊玩，回到家裡，準備稍作休息後一起共進晚餐。這時，帕斯卡好像自言自語，又好像是告訴父親一件重大事情似地說： “三角形三個內角的總和是兩個直角。”父親為兒子的這一見解驚呆了，楞了半人說不出話來。兒子的見解意味著一個不平常的發現。這個發現來自一個年僅12歲的少年，做父親的內心不知有多么激動。他撫摸著帕斯卡的頭，過了好半天才喃喃地說：“是的，孩子，是的。 ”
世界上第一台齒輪式計算機
帕斯卡的重大發現改變了父親的做法。父親挑選了歐幾里得的《幾何原本》給兒子學習，也不再阻攔他上數學課，平時還常為他解答疑難問題，並帶帕斯卡參觀各種科技展覽，參加數學、物理的學術討論會，鼓勵他大膽地發表自己的見解。帕斯卡接觸到了不少當時著名的數學家、物理學家、機械師……他領略到了數學的奧秘，眼界大開，學識上大有長進。
1639年，剛滿16歲的帕斯卡對圓錐曲線等問題進行了大量的研究，掌 握了圓錐曲線的共性，寫出了震驚世界的論文。1640年《圓錐曲線論》一書出版，人們把他的這一偉大貢獻譽為“阿波羅尼斯之後的二千年的巨大進步。”從此，帕斯卡英名傳遍歐洲。
帕斯卡的父親，作為一名數學家和稅務統計師，每天要解答各方面提出的疑難問題，在一旁的帕斯卡看到父親整天苦於統計大量的數據，便產生了強烈的願望，要造一個理想的計算工具，來解脫父親的辛勞。
以前的計算工具和計算方法如筆算、算表、算圖等速度慢，精度低，遠遠不能滿足當時統計工作的需要。1642年，19歲的帕斯卡決心研製一種新的計算工具。帕斯卡有他的特點，一旦他對某件事發生興趣，就會不顧一切地想方設法去完成。
帕斯卡研究了機器運轉的各種傳動機構，又走訪聽取了一些著名工匠的意見，對自己設計的計算機圖紙反覆推敲，不斷試驗，不斷改進，最後定樣。他根據數的進位制 （十進位制）想到了採用齒輪來表示各個數位上的數字，通過齒輪的比來解決進位問題。低位的齒輪每轉動10圈，高位上的齒輪只轉動1圈。這樣採用一組水平齒輪和一組垂直齒輪相互嚙合轉動，解決計算和自動進位，組成了一台計算機。
第一台齒輪式計算器帕斯卡於1642年設計出了計算機的圖紙，連外殼和齒輪用什麼樣的金屬材料都作了認真的選擇，同年造出了一台計算機。
帕斯卡的這台計算機可以計算到8位數字，表示數字的齒輪共16個，每 個齒輪均分成10個齒，每個齒表示0～9中的一個數，並按大小排列。8個 齒輪在上面組成垂直齒輪組，從左到右構成8位讀數，分別表示個位數、十位數、百位數……千萬位數；另外8個齒輪在下面組成水平齒輪組，從左到右可以進行8位數的加減。
6年後，帕斯卡對自己發明的計算機提出了專利申請，1649年獲得專利權。當他的計算機在盧森堡宮展出時，成千上萬的人被吸引住了。帕斯卡自己也為這一偉大傑作而陶醉，他時常到盧森堡宮去看這件不朽的“藝術品”，深感自豪。帕斯卡計算機的發明是人類在計算工具上的新突破。它發明的意義遠遠超出了這台計算機本身的使用價值，它告訴人們用純機械裝置可代替人的思維和記憶。從此在歐洲興起了“大家來造思維工具”的熱潮。還有很多遊人和學者慕名前往盧森堡宮參觀這一歷史上的珍品——世界上第一台齒輪式計算機。
帕斯卡發明製造的齒輪式計算機還保留有6台。其中5台在巴黎藝術和手工藝品博物館內，一台保存在德勒斯登的物理教學沙龍。這些計算機長約30厘米，寬15厘米，高10厘米，是科學史上難得的珍品。
帕斯卡一直被公認為世界上第一台齒輪式計算機的發明者，他也為自己的這一成就而感到無比自豪。但在帕斯卡發明之前，德國的數學家卡什爾已設計製造出6位數的齒輪式計算機。卡什爾是著名的東方語言學家，數學家。他對天文學也有頗深的研究。他常困於大量的數據計算，被繁雜的計算攪得精疲力盡。現實中的問題促使他創造一種新的得力的計算工具，來減輕計算上的沉重負擔。1623年，他開始著手構思設計，同年造出了樣機，以後又進行了一些改進。這台計算機的原理與帕斯卡的有相同之處，使用過程中也極易發生故障。從歷史上來看，人們對卡什爾發明計算機了解很少，它的社會影響極小，直到1958年，人們才在有關歷史資料中得知他發明齒輪式計算機的情況。因此，在談到第一個齒輪式計算機發明時，不能不提及卡什爾。實際上，卡什爾才是齒輪式計算機的第一個發明者 。
萊布尼茲計算器
帕斯卡發明的第一台計算機觸動了一位著名的學者，他就是在近代科學史上舉足輕重的萊布尼茲。
萊布尼茲（1646～1716），德國人，博學多才。他和科學大師牛頓是同時代人。
1672年，他因外交事務到法國和英國居住了4年。在這4年中，他一生 的事業發生了轉折。這期間，他結識了許多科學家。其中與惠更斯（1629～1695，擺鐘的發明人）的交往，激發起他對數學研究的濃厚興趣。雖說萊布尼茲是“半路出家”，但他憑著刻苦鑽研的精神，竟然後來居上，對數學及計算科學作出了3項重大貢獻，躋身於數學大師行列，其中任何一項貢獻都足以使他名垂後世。
萊布尼茲一生對科學最大的貢獻就是發明了微積分，牛頓也是發明者之一。但他們研究的路徑不同。牛頓從物體的變速運動開始，創立了微積分學。而萊布尼茲則從幾何學的角度考慮，也創立了微積分學，他所採用的表達形式更為合理，更為簡潔。有興趣的讀者可以翻翻高等數學或理論物理學等書，
在書里你會看到一個被拉長了的字母“S”——“∫”，這是積分的符號，它就是萊布尼茲在200多年前最先使用的，並且一直沿用。
萊布尼茲對科學技術的第二大貢獻是發明了機械式計算機。萊布尼茲對帕斯卡的發明異常欽佩。為改進當時的齒輪式計算機，他特地從德國遷居到法國巴黎，親眼看一看帕斯卡的計算機，並聘請了著名的機械專家協助工作。帕斯卡不是已經製造成功了計算機嗎？為什麼他還投入如此巨大的精力呢？原來帕斯卡的計算機只能用於加減運算，對乘除只能用連加和連減的方法來解決，使用時必須記住加減的次數，很不方便，速度又很慢。這樣，這台計算機所能起的作用就很有限了。萊布尼茲深感有必要研製一種真正實用的計算機，減輕人們在計算上的沉重負擔。他曾說過：“讓一些傑出的人才像奴隸般地把時間浪費在計算上是不值得的。”萊布尼茲的突出成就是他提出了直接計算乘除的計算機的設計思想。他在給一位朋友的信中曾這樣寫到：“我為製成這種計算機而感到無比幸福，它與帕斯卡的計算機相比有天壤之別，因為我的機器能在瞬時間裡完成很大數字的乘除而不必連續加減。”
萊布尼茲的計算器萊布尼茲計算器是一個長100厘米、寬30厘米、高25厘米的盒子(圖左)，主要由不動的計數器和可動的定位 機構兩部分組成。不動部分有12個小讀數窗，分別對應帶有十個齒的齒輪，用以顯示數字。可動部分有一個大圓盤和八個小圓盤。用圓盤上的指針確定數字，然後把可動部分移至對應位置，並轉動大圓盤進行運算。可動部分的移動用一個搖柄控制，整個機器由一套齒輪系統傳動。萊布尼茲計算器的主要部件是梯形軸，即帶有不同長度齒的小圓柱，圓柱的齒象梯形的樣子。這種梯形軸是齒數可變的齒輪的前驅，有助於順利實現比較簡便的乘除運算；同時，把機器分為可動與不動部分的設計，導致滑架移位機構的產生，簡化了多位數的乘除運算。萊布尼茲的這兩項發明，長期為各式計算機所採用，在手搖計算機發展史上做出了重要貢獻。 萊布尼茲的計算器及其設計思想，引起了巴黎科學院和倫敦皇家學會極大的興趣。為此，在1673年，萊布尼茲被選為巴黎科學院院士和倫敦皇家學會會員。同年，他所製成的樣機送到倫敦展出。萊布尼茲也為自己的這項對計算工具的重大改革而深深激動，他說這使他“感到非常幸福”；他興奮地說：“天文學家再也不必繼續訓練為了計算所需要的耐心了……，如果使用機器，這種工作可以交給任何別的人去做 。
契卡德計算機
機械式電腦契卡德計算機幾乎就在英國牧師奧卻德完成計算尺研製的同一時期，歐 洲大陸上空顯現了計算機發明的第一抹曙光。人們大都把第一台機械計算 機的榮譽歸功於法國的帕斯卡，但鮮為人知的是，在帕斯卡之前，德國科學家契克卡德（W. Schickard） 曾經製作出一台更出色的計算機器。
機械式電腦1623年，契克卡德教授為自己的摯友、天文學家克普勒製作了一種 機械計算機。據說，契克卡德只造了兩台原型，是否還在何處保存著不得而知。人們是在 他的一封信里發現了該機器的示意圖， 才知道了這個事實。契克卡德計算機能 做6位數加減法，或許設定了某種“溢出”響鈴裝置；機器上部附加一套圓柱型“納 皮爾算籌”，因此也能進行乘除運算。1960年，契克卡德家鄉的人根據示意圖 重新製作出契卡德計算機，驚訝地發現它確實可以工作。93年5月，德國為契克卡 德誕辰400周年舉辦展覽會，隆重紀念這位被一度埋沒的計算機先驅 。
