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康熙年间,皇家已经用上了计算机


时间:2021-08-20  来源:  作者:  点击次数:


康熙时期,皇室已经使用电脑了

世博惠

周乾

人们的日常生活和生产实践都离不开计算。在中国古代,计算工具主要是计算和算盘。17世纪,随着欧洲机械制造技术的发展,计算机开始出现,其制造技术由传教士传入中国。故宫曾经是明清两代的宫殿,里面收藏着几台世界上极为罕见的原始手摇电脑。这些计算机是中国科学史上的珍贵文物。它们是清朝康熙年间宫廷办公室制作的,包括圆盘型和芯片型,可以进行各种数学计算。

磁盘计算机是基于帕斯卡的计算机原理。1642年,法国数学家布莱斯帕斯卡利用时钟制造技术发明了表盘计算器。这种加法器和算盘的区别是可以利用齿轮的转动实现进位:数字用齿轮表示,齿轮之间有啮合装置。当低档旋转一次时,高档旋转一位数。经过改进,这个计算器由传教士介绍给康熙皇帝,深受康熙皇帝的喜爱。

故宫博物院的一台磁盘电脑是黄铜制成的,长55厘米,宽11.5厘米,高4.8厘米。它由10个磁盘组成。每个圆盘由面板、底盘和底部齿轮组成。面板的大部分位置是固定的,只有下方的铜挡板可以移动。表盘直径3.6厘米,中心刻有代表数字的汉字。从左到右分别是100,000,10,000,100,2,货币,分,生丁,毫,代表从100,000到1/100,000的数字,外围是从1到9的刻度。

面板的顶部和底部对称设有方孔、扇形孔A和B,铜挡板旁边还设有扇形孔C。其中,方孔用于插入拨针,扇孔A、B用于显示已知数字,扇孔C用于显示计算结果。底盘直径4.8厘米,可通过齿轮驱动旋转。机箱包括内外两圈数字,都是空格(代表0)到9,只显示在扇形孔内,其他位置被面板挡住。计算时,将拨针插入方孔,顺时针旋转机箱,在扇形孔A和扇形孔B中显示两个已知的待计算数字;将拨针插入面板四周10个小孔中的一个,顺时针旋转机箱,计算结果可以显示在C扇区,当铜挡板向上拨时,扇形孔C显示乘法(加法)结果;分配显示除法(减法)的结果。当计算结果超过9时,扇形孔c显示为空白,左盘的齿轮带动左盘的齿轮旋转一格,使左盘对应的扇形孔c增加或减少1,即结算结果前进或后退一位。磁盘计算器可以做加法、减法、乘法和除法。

清廷制造的芯片计算机主要是通过纳皮尔对帕斯卡计算机进行改造实现的。纳皮尔是英国数学家纳皮尔发明的乘法工具,从明朝传入中国。Napier的计算原理是格乘法,即将两个奇数的乘法结果放入一个格中,然后将所有格的结果相加并汇总。Napier由10根木条组成,每根木条上都刻有数字。除了右边第一根木条是固定的,其他木条可以根据需要调整或拼接。乘法时,每个网格的结果不超过乘法表的最大值(81),每个网格的值写在网格对角线的两边。沿着对角线将每个网格的计算结果相加即可得到总结果。以4259为例说明:首先选择4、2、5、9对应的芯片,然后分别相乘得到36、18、45。然后把每个格子里的数字沿对角线相加,进位9,即“5,4 8(前进一位),1 6 1和3”就可以得到3825的结果。芯片计算机不仅可以进行加减乘除运算,还可以进行平方、立方、平方计算。

故宫博物院的一台纸芯片电脑长17厘米,宽9厘米,高5厘米。其主要结构包括韩国纸屑、铜轴、齿轮和按键。铜轴有10对,每对都可以进行一位数的计算,所以电脑可以进行十位数的计算。每对铜轴上下设置,轴的一端设置有六齿齿轮,上下齿轮之间增加六齿齿轮与上下齿轮啮合。上、中、下齿轮相啮合,使任意一个铜轴齿轮转动后,另一个铜轴齿轮可被带动同向转动。纸屑附着在铜轴上,所以当齿轮转动时,一根铜轴上的纸屑被收集,另一根铜轴上的纸屑被展开,这使得纸屑在计算机上移动。使用时,将钥匙插入电脑正面的小孔中,转动一根铜轴的齿轮,带动两根铜轴转动,纸屑数量会不断变化。当每个铜轴上的纸屑旋转到已知数量时,可以根据纳皮尔芯片计数法读出相应的结果。

清代故宫博物院收藏的皇家电脑,不仅是中国古代技艺精湛的工匠智慧的结晶,也是外国传教士的贡献,因此是东西方科学文化交流的产物。而且,它们对于研究中国古代数学、机械制造等相关学科的发展历史也具有重要的参考价值。

(作者是故宫博物院研究馆员)


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