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數字技術擊敗模擬技術

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霍爾瑞斯和巴貝奇設計的機器是數字化的,也就是說它們會使用數字進行計算,這裡的數字指的是像0、1、2、3這種獨立和明確的整數。在他們的機器中,這些整數的加減是透過齒輪上的數字切換來實現的,就像是計數器一樣。另外一種可以實現計算的方式是製造出可以模仿或將物理現象模型化的裝置,然後根據在模型上的測量結果進行計算。這種機器被稱為模擬(analog)計算機,因為它們是透過模擬的方式來工作的。模擬計算機無須依賴獨立的整數進行計算;相反,它們使用的是連續函式。在模擬計算機中,電壓、繩子在滑輪上的位置、水壓或者距離這樣的變數會被用於模擬求解問題中的對應量。例如,計算尺是模擬的,算盤是數字的;帶有指標的鐘表是模擬的,顯示數字的鐘表是數字的。

大約在霍爾瑞斯製造出他的數字製表機的時候,英國曆史上兩位傑出的科學家——凱爾文勳爵(Lord Kelvin)和他的哥哥詹姆斯·湯姆森(James Thomson)正在設計一臺模擬機器。這是一臺專門用於處理冗長乏味的微分方程求解的機器,它可以幫助製作潮汐表,以及記錄炮彈發射角對應彈道的表格。19世紀70年代初,這對兄弟製成了一臺以求積儀為基礎的裝置,這個工具可以用於測量二維圖形的面積,例如在紙上的一條曲線下方的面積。操作者可以透過描繪曲線的輪廓來計算出對應的面積,在這個過程中,裝置上的小圓球會在一個旋轉的大圓盤表面緩慢移動。因為它可以計算出曲線下方的面積,所以它可以透過積分的方式實現方程求解——換句話說,它可以進行基礎的微積分計算。凱爾文和他哥哥利用這種方法制作出了一臺“調和推算機”(harmonic synthesizer),它可以在四個小時之內計算出一張年度潮汐表。然而,他們一直無法將多臺這樣的裝置連線在一起求解帶有多個變數的方程,因為這樣做會帶來一些難以克服的機械難題。

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