接上集:世界算力簡史(上)
在上一篇裡,小棗君提到了ENIAC的誕生。
其實,在1945年-1948年,也就是中國還處於內戰時期時,除了ENIAC誕生外,科技領域還發生了好幾件大事。這些大事相互作用,最終徹底改變了人類的命運。
第一件大事:馮·諾依曼架構的提出
馮·諾依曼(John Von Neumann)是美籍匈牙利人,1903年出生,1930年移民美國,成為普林斯頓大學的教授。
![44aff6dbac6f1a335c703402bea3e86cdb66fc7d 馮·諾依曼](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/44aff6dbac6f1a335c703402bea3e86cdb66fc7d.jpg)
馮·諾依曼
1944年,馮·諾依曼開始參與原子彈的研製。因為研製過程需要進行大量的計算,他就開始關注計算機相關的研究進展。經人引薦,他作為顧問,參與到了ENIAC的研究中。
基於ENIAC的研究,馮·諾依曼等人在1945年又提出了一個新的方案——EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer,電子離散變數計算機)。
在馮·諾依曼撰寫的總結報告《關於EDVAC的報告草案》中,他詳細闡述了一種製造電子計算機和進行程式設計的新思路,並設計了由運算器、邏輯控制、儲存器、輸入和輸出設備組成的新型架構。
是的沒錯,這就是著名的馮·諾依曼架構。
![7eb74a0bab00100eb1f344d25fdcc7c231a445b8 馮·諾依曼架構](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/7eb74a0bab00100eb1f344d25fdcc7c231a445b8.jpg)
馮·諾依曼架構
直到現在,馮·諾依曼架構仍然是我們計算機的主流架構。基於這個貢獻,馮·諾依曼也被世人譽為「現代計算機之父」。(他在數學和經濟學領域的貢獻也很卓著,被稱為「博弈論之父」。)
第二件大事:資訊論的提出
1948年,貝爾實驗室的克勞德·夏農(Claude Elwood Shannon)出版了《通訊的數學理論》。這本書被看作是資訊論的奠基之作。
![02e40732623047b6304ff436491cefb3c977bd9b 夏農](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/02e40732623047b6304ff436491cefb3c977bd9b.jpg)
夏農
夏農給出了通訊系統的基本模型,提出了資訊熵的概念以及數學表達式。
他指出,資訊是可以被量化的,用數字編碼可以代表任何類型的資訊。夏農還推出了比特(bit)的概念,將其稱為「用於測量資訊的單位」。
夏農提出的夏農公式,更是指導了整個通訊行業發展,直到現在也沒有被突破。
簡單來說,夏農的資訊論,真正為資訊技術奠定了真正的理論基礎。他是當之無愧的現代資訊通訊技術「祖師爺」。
第三件大事:電晶體的發明
這個就不用多說了吧。
1947年,同樣是來自貝爾實驗室的威廉·肖克利(William Shockley)、約翰·巴丁(John Bardeen)和沃爾特·布拉頓(Walter Brattain),共同發明了世界上第一個電晶體。
![aa4525c83e82b6270684e207be51e9b5f1c45ac7 電晶體的問世,開闢了電子時代的新紀元](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/aa4525c83e82b6270684e207be51e9b5f1c45ac7.jpg)
電晶體的問世,開闢了電子時代的新紀元。
上面說的三件大事,給資訊技術革命打下了堅實的基礎。資訊技術產業,開始進入爆炸式發展的階段。
█1950-1967:積體電路時代
1951年,發明了ENIAC的約翰·埃克特(J. Presper Eckert)和約翰·莫奇利(John Mauchly)再度合作,研製了世界上第一臺商用計算機系統——UNIVAC-1。
![bef07d0b40310c42e1a5d35b7a5d5cdf957b73d7 UNIVAC](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/bef07d0b40310c42e1a5d35b7a5d5cdf957b73d7.jpg)
UNIVAC
這套系統被美國人口普查部門用於人口普查,它還成功預測了1952年底的美國總統大選,一夜之間名聲大噪。
1952年,馮·諾依曼領導設計的EDVAC終於製造完成,開始運行。
![4a49770efa516a84c91671a012fdc5551cfda99b 馮諾依曼和EDVAC](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/4a49770efa516a84c91671a012fdc5551cfda99b.jpg)
馮諾依曼和EDVAC
相比ENIAC,EDVAC擁有獨立的儲存,是第一臺使用磁帶的計算機。當時,磁儲存已初露鋒芒,成為資訊載體的新選擇。
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電晶體的應用
再後來,電晶體技術開始逐漸成熟,進入市場。
相比真空管(電子管),它的體積更小,功耗更低,使得電子設備變得更加小巧、省電。
1954年,世界上第一臺電晶體計算機TRADIC,在美國空軍投入使用(貝爾實驗室研製)。其運行功耗不超過100W,體積不超1立方米,相比當年的ENIAC有天壤之別。
![a6b8ebb4d275da477bab7a15e5903df9783f08e1 TRADIC](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/a6b8ebb4d275da477bab7a15e5903df9783f08e1.jpg)
TRADIC
1958年,美國的RCA公司造出了世界上第一臺全部使用電晶體的計算機——RCA501。
![3efb679ef2c1a35d9febabf41e02f8e21724f9a5 RCA501](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/3efb679ef2c1a35d9febabf41e02f8e21724f9a5.jpg)
RCA501
不久後,1959年,IBM公司不甘落後,也生產出全部電晶體化的的計算機——IBM 7090。
![fb84498eed356955ffdba4a1f761705edd6a3dd9 IBM 7090](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/fb84498eed356955ffdba4a1f761705edd6a3dd9.jpg)
IBM 7090
基於IBM 7090,美洲航空公司和IBM共同研發了世界上第一款訂票系統——Sabre。Sabre迅速普及,帶動了IBM計算機的市場份額激增。
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積體電路的誕生
說到這裡,我們要回過頭,講講發明了電晶體的威廉·肖克利。
![c148bac4968b47597f1941adb5f9374f0e9fe744 肖克利](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/c148bac4968b47597f1941adb5f9374f0e9fe744.jpg)
肖克利
肖克利所帶領的團隊雖然合作發明了電晶體,但內部關係並不好。主要原因,是因為肖克利這個人為人刻薄,很難相處。
電晶體發明後,沒多久,團隊成員紛紛離開了他。
1954年,肖克利在貝爾實驗室也待不下去了,就跑去教書。再後來,1956年,他來到美國西部加利福尼亞州的山景城,在一個名叫Palo Alto的小城市(後來是矽谷的一部分),成立了「肖克利半導體實驗室」。
實驗室吸引了很多優秀年輕人的加入。其中就包括羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce)和戈登·摩爾(Gordon Moore)等8人。
![abd0705ce255e9686983e95d8ac35474c1e2d673](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/abd0705ce255e9686983e95d8ac35474c1e2d673.jpg)
後來,肖克利的事業再次因個人原因走入困境。於是,1957年9月18日(這個日子後來被《紐約時報》評為美國曆史上最重要的十天之一),上面提到的8個年輕人,一起向肖克利提交辭呈。肖克利大發雷霆,痛斥這幫「忘恩負義」的年輕人,罵他們是「八叛徒」(traitorous eight)。
「八叛徒」出走後,共同成立了快捷半導體(Fairchild Semiconductor)。
![6174954cc9bf48ef2df1931752ff779aa103e114](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/6174954cc9bf48ef2df1931752ff779aa103e114.jpg)
這家公司大家應該很耳熟,它可以說是世界半導體產業的搖籃,晶片界的黃埔軍校。
1959年,德州儀器的傑克·基爾比(Jack St. Clair Kilby)和快捷半導體的羅伯特·諾伊斯,先後發明了基於鍺基底擴散工藝和矽基底平面工藝的積體電路,打開了積體電路時代的大門。
![e9db0de35cbcf68887e4608f83992bdbfef15775 基爾比發明的積體電路](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/e9db0de35cbcf68887e4608f83992bdbfef15775.jpg)
基爾比發明的積體電路
1959年之後的計算機,大量採用了電晶體和積體電路。計算機的體積不斷縮小,功能不斷增強。
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軟體產業的萌芽
擁有更快的處理器、更大的記憶體、更豐富的I/O設備,就意味著可以承擔更多的任務。
於是,「多道程序系統」出現了。
在「多道程序系統」之前,計算機是手工操作,以及批處理系統操作,效率低下。
「多道程序系統」,採用了通道和中斷技術,允許系統執行「掛起」操作。計算機從序列變成了並行,可以同時運行多個任務,提升了效率。
這個系統,基本上已經接近於真正的作業系統了。
![9d0998c2e9233b6d3f19ecf7b611eed33ac56795 除了作業系統之外,計算機語言也進步了](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/9d0998c2e9233b6d3f19ecf7b611eed33ac56795.jpg)
除了作業系統之外,計算機語言也進步了。
1957年,IBM公司成功開發了FORTRAN高級語言。它是世界上第一個被正式採用並流傳至今的高級程式語言。
所謂高級語言,就是一種接近於人們使用習慣的程式設計語言。它容易學習,通用性強,寫出的程序比較短,便於推廣和交流。
1960年4月,COBOL語言正式發佈。1964年,BASIC語言發佈。
高級語言的不斷湧現,為後面的軟體產業爆發奠定了基礎。
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IBM System/360
1960年代,IBM是世界計算機行業毫無疑問的「領頭羊」。在計算機市場,他們佔據絕對的市場領先地位(在北美市場,市佔率超過三分之二)。
1961年12月,IBM公司啟動了一項人類史上規模最大的商用產品開發計劃。這項計劃耗資50億美元(約今日的460億美元)、僱用6萬多名新員工、新建5座工廠。
1964年4月7日,計劃成果初現,IBM公司正式發佈了六種規格的System/360商用大型主機。
![47205e41b842e2ef149af095ab232a34d84541fd IBM System/360](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/47205e41b842e2ef149af095ab232a34d84541fd.jpg)
IBM System/360
360,是360度角的意思,表示全方位的服務。它是世界上首個指令集可兼容計算機。單個作業系統可以適用整個系列,而不需要像之前的計算機一樣,每種主機量身定做作業系統。
這時,人們才明白,原來電腦主體硬體升級之後,作業系統、應用軟體還有外圍硬體,都是可以繼續使用的。「兼容」的概念,開始形成了。
IBM System/360是IBM史上最成功的機型,雖然研發投入巨大,但回報同樣可觀——每臺主機的價格在250到300萬美元之間(約合現在的2000萬美元),每月售出超過千臺。藍色巨人年銷售額的一半,都來自於這個系列。
美國太空總署的阿波羅登月計劃,全美的銀行跨行交易系統,以及航空業界最大的線上票務系統等,都使用了IBM System/360。
值得一提的是,雖然IBM霸佔了大型機市場,但60年代初,很多IT公司創立,他們轉向了IBM不太在乎的小型化計算機市場,並取得了不錯的成果。
例如,DEC公司(1957年成立)以及他們發佈的PDP-8、PDP-11、VAX-11系列主機。
![8e21f2ece1b907eeb2627b6aa6bfbc11ddb04934 PDP-8](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/8e21f2ece1b907eeb2627b6aa6bfbc11ddb04934.jpg)
PDP-8
這些主機體積小、功耗低、運算速度也不算差(每秒幾十萬次基本運算),獲得了很多使用者的歡迎。
█1967-1979:大規模積體電路時代
時代的車輪繼續滾滾向前。1967年,大規模積體電路(Large Scale Integration,LSI)出現了,真正的晶片時代到來。
1968年7月,羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾從快捷半導體公司辭職,創立了英特爾(Intel)公司。
![9dcd087b8b379d82394e0d18d35e595430cd4afa](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/9dcd087b8b379d82394e0d18d35e595430cd4afa.jpg)
最開始,英特爾是做半導體儲存器產品的。後來,因為競爭激烈,他們轉向處理器方向。
1971年,英特爾開發出了世界上第一個商用處理器——Intel 4004。這款處理器片內集成了2250個電晶體,能夠處理4bit的資料,每秒運算6萬次,工作頻率為108KHz。
![fd3f2abf5831136f6748679c5ff0cca88eee3e83 Intel 4004](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/fd3f2abf5831136f6748679c5ff0cca88eee3e83.jpg)
Intel 4004
Intel 4004的出現,標誌著微處理器時代的開始。
1974 年,英特爾又推出了Intel 8080,其性能是4004的20倍。
![56e93fcc36cc6fe3ed8c1b3f7ccb1ff1abb3e93f Intel 8080](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/56e93fcc36cc6fe3ed8c1b3f7ccb1ff1abb3e93f.jpg)
Intel 8080
Intel 8080的意義絲毫不輸於4004,因為它是面向個人電腦開發的微處理器。MITS公司於1974年推出的經典微型電腦Altair 8800,就是基於8080處理器。
![ce19475892a0d5a785a8bcf57ea594924dcc2ca1 Altair 8800](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/ce19475892a0d5a785a8bcf57ea594924dcc2ca1.jpg)
Altair 8800
Altair 8800在1975年1月的《大眾電子學》雜誌社上發佈後,引起了計算機愛好者的廣泛關注。其中,就包括一個哈佛大學的楞青少年,以及他的夥伴。
他倆後來一起為Altair 8800設計了Altair BASIC,並創辦了一家名叫Microsoft(微型軟體)的公司。
沒錯,這個楞青的名字叫做比爾·蓋茲,他的夥伴叫保羅·艾倫。
![15af0457b75ac23e2d041c1ae14dcc1892afe623](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/15af0457b75ac23e2d041c1ae14dcc1892afe623.jpg)
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誰是第一臺個人電腦
Altair 8800經常被稱為第一臺個人電腦(PC),但實際上,這個稱謂是存在爭議的。
1971年,美國的Kenbak公司發佈了Kenbak-1計算機。這臺計算機,被計算機歷史博物館認為是世界上第一臺個人計算機。
![a2c4f4c94da15830dd785dc6b5fb6238e3eb5e85](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/a2c4f4c94da15830dd785dc6b5fb6238e3eb5e85.jpg)
Kenbak-1由中小型積體電路組成,沒有使用微處理器。該系統最初售價為750美元,僅製造和銷售了大約40臺。1973年,Kenbak公司倒閉,Kenbak-1停產。
1973 年,法國R2E公司生產了第一臺基於微處理器的商用計算機——Micral。Micral的說明書裡,首次提到了「微機(Micro-computer)」。
![a261eeeba7d55fbcfc3969c557e0bab55d7c3c98 Micral](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/a261eeeba7d55fbcfc3969c557e0bab55d7c3c98.jpg)
Micral
另一個「第一臺個人電腦」的有力爭奪者,是來自著名的施樂公司帕洛阿圖研究中心(Xerox PARC)的Alto。
1973年,他們推出了Alto(「奧托」)。它是第一臺使用滑鼠和圖形使用者界面 (GUI) 的計算機,和我們現在使用的計算機已經很像了。它的很多設計,對賈伯斯的蘋果,以及比爾蓋茲的微軟,產生了深遠的影響。
![fdae50ccd70a7548d7513a4a53384c7da502c77f](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/fdae50ccd70a7548d7513a4a53384c7da502c77f.jpg)
1975年,王安公司(WANG)推出了世界上第一臺具有編輯、檢索功能的文書處理機,初具臺式電腦的雛形。這臺電腦的螢幕能直接顯示文字,鍵盤可以快速修改文稿。
![275ab55da8a2a3f9c1e87436ecc71b01e701440d](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/275ab55da8a2a3f9c1e87436ecc71b01e701440d.jpg)
1977年,有三臺個人電腦經典機型推出,分別是Commodore公司的Commodore PET、蘋果公司的APPLE II、Tandy Radio Shack的TRS-80 Model II。
![4964488b51c568a52d90e997ef158db4410462ce 個人電腦的大量出現,意義極為重大](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/4964488b51c568a52d90e997ef158db4410462ce.jpg)
個人電腦的大量出現,意義極為重大。
它改變了計算機產業的商業模式,標誌著算力不再僅為少數大型企業服務(大型機),而是開始昂首走向了普通家庭和中小企業。
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技術蓄力
除了處理器之外,計算機儲存設備和網路技術也有顯著進步。
1973年,IBM又發明了Winchester(溫徹斯特)硬碟3340。
![b769248b61a4ff723acb28d86cbeb07d722b187e Winchester 3340](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/b769248b61a4ff723acb28d86cbeb07d722b187e.jpg)
Winchester 3340
這塊磁碟使用了密封元件、潤滑主軸和小質量磁頭。工作時,磁頭懸浮在高速轉動的碟片上方,而不與碟片直接接觸。這便是現代硬碟的原型。
換句話說,你現在用的磁碟,架構上和1973年沒有太大區別。
網路方面,1970年,Internet的雛形ARPAnet基本完成。
1973年5月22日,施樂公司PARC研究中心的羅伯特·梅特卡夫(Robert M. Metcalfe)正式提出了「乙太網」的設想,並於11月份設計實現。
![72cfcef976bec0fdcbf1e448353c14c0f9f4c35f 梅特卡夫](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/72cfcef976bec0fdcbf1e448353c14c0f9f4c35f.jpg)
梅特卡夫
1978年,在溫頓·瑟夫(Vinton G. Cerf)、羅伯特.卡恩(Robert E. Kahn)等人的努力下,TCP/IP也誕生了。
在軟體產業方面,1970年代的成果同樣令人應接不暇。
1973年,貝爾實驗室的肯·湯普森(Ken Thomson)和丹尼斯.裡奇(Dennis Ritchie)正式發表論文,宣告了UNIX作業系統的存在,引起全行業轟動,被視為現代作業系統誕生的標誌。
![5800a7c12c4bd6b6b2b2536c3d9be22b085ff572 正在操作DEC PDP-11計算機的](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/5800a7c12c4bd6b6b2b2536c3d9be22b085ff572.jpg)
正在操作DEC PDP-11計算機的
肯·湯普森(坐者)和丹尼斯.裡奇(站者)
1970年和1972年,Forth程式語言和C語言先後開發完成。
資料庫技術,也有重大突破。1970年,IBM公司的研究員埃德加·弗蘭克·科德(Edgar Frank Codd),通過一篇名為《大型共享資料庫資料的關係模型》的論文,開啟了關係資料庫時代。
![7f390d3a17419de30fe9c10f859bd67be95eb08f 埃德加·弗蘭克·科德](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/7f390d3a17419de30fe9c10f859bd67be95eb08f.jpg)
埃德加·弗蘭克·科德
關係資料庫的出現,為後來資料庫應用高速發展奠定了基礎。
1974年,IBM公司聖何塞實驗室發起了IBM System R項目,首次實現了結構化查詢語言(SQL)。
1977年,後來被稱為IT狂人的拉里·埃裡森(Larry Ellison)與合作人共同投資了2000美元,成立了SDL公司(後來的Oracle公司)。1979年,他們推出了Oracle資料庫,開啟了商業資料庫的全新時代。
![9af6aa1a4d47f4d4882c5f5f3b294aa92eb9c6eb Oracle的聯合創始人](https://www.6park.co.uk/wp-content/uploads/2024/01/9af6aa1a4d47f4d4882c5f5f3b294aa92eb9c6eb.jpg)
Oracle的聯合創始人
1970年代已經離我們比較久遠了,很多事情可能都已淡忘。
但實際上,IT產業的真正起步,是在1970年代。大規模積體電路的崛起,儲存技術的成熟,基礎軟體(作業系統、資料庫)的出現,都是在那一時期。
令人眼花繚亂的成果,雖然現在看上去並不是很起眼,但都是從0到1的重要突破。
基礎夯實之後,進入1980年,更瘋狂的IT浪潮,即將襲來。
未完待續……
敬請期待——《世界算力簡史(下)》
參考文獻:
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2、《算力發展簡史》, 廬山真容;
3、《世界上第一臺個人電腦是哪臺?》,小盒子,知乎;
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5、《IT歷史連載-計算機和個人電腦的歷史》,網路;
6、維基百科、百度百科;
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