世界算力简史（中）

接上集：世界算力简史（上）

在上一篇里，小枣君提到了ENIAC的诞生。

其实，在1945年-1948年，也就是我们中国还处于内战时期时，除了ENIAC诞生外，科技领域还发生了好几件大事。这些大事相互作用，最终彻底改变了人类的命运。

第一件大事：冯·诺依曼架构的提出

冯·诺依曼（John Von Neumann）是美籍匈牙利人，1903年出生，1930年移民美国，成为普林斯顿大学的教授。

冯·诺依曼

1944年，冯·诺依曼开始参与原子弹的研制。因为研制过程需要进行大量的计算，他就开始关注计算机相关的研究进展。经人引荐，他作为顾问，参与到了ENIAC的研究中。

基于ENIAC的研究，冯·诺依曼等人在1945年又提出了一个新的方案——EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，电子离散变量计算机）。

在冯·诺依曼撰写的总结报告《关于EDVAC的报告草案》中，他详细阐述了一种制造电子计算机和进行程序设计的新思路，并设计了由运算器、逻辑控制、存储器、输入和输出设备组成的新型架构。

是的没错，这就是著名的冯·诺依曼架构。

冯·诺依曼架构

直到现在，冯·诺依曼架构仍然是我们计算机的主流架构。基于这个贡献，冯·诺依曼也被世人誉为“现代计算机之父”。（他在数学和经济学领域的贡献也很卓著，被称为“博弈论之父”。）

第二件大事：信息论的提出

1948年，贝尔实验室的克劳德·香农（Claude Elwood Shannon）出版了《通信的数学理论》。这本书被看作是信息论的奠基之作。

香农

香农给出了通信系统的基本模型，提出了信息熵的概念以及数学表达式。

他指出，信息是可以被量化的，用数字编码可以代表任何类型的信息。香农还推出了比特（bit）的概念，将其称为“用于测量信息的单位”。

香农提出的香农公式，更是指导了整个通信行业发展，直到现在也没有被突破。

简单来说，香农的信息论，真正为信息技术奠定了真正的理论基础。他是当之无愧的现代信息通信技术“祖师爷”。

第三件大事：晶体管的发明

这个就不用多说了吧。

1947年，同样是来自贝尔实验室的威廉·肖克利（William Shockley）、约翰·巴丁（John Bardeen）和沃尔特·布拉顿（Walter Brattain），共同发明了世界上第一个晶体管。

晶体管的问世，开辟了电子时代的新纪元。

上面说的三件大事，给信息技术革命打下了坚实的基础。信息技术产业，开始进入爆炸式发展的阶段。

█ 1950-1967：集成电路时代

1951年，发明了ENIAC的约翰·埃克特（J. Presper Eckert）和约翰·莫奇利（John Mauchly）再度合作，研制了世界上第一台商用计算机系统——UNIVAC-1。

UNIVAC

这套系统被美国人口普查部门用于人口普查，它还成功预测了1952年底的美国总统大选，一夜之间名声大噪。

1952年，冯·诺依曼领导设计的EDVAC终于制造完成，开始运行。

冯诺依曼和EDVAC

相比ENIAC，EDVAC拥有独立的存储，是第一台使用磁带的计算机。当时，磁存储已初露锋芒，成为信息载体的新选择。

• 晶体管的应用

再后来，晶体管技术开始逐渐成熟，进入市场。

相比真空管（电子管），它的体积更小，功耗更低，使得电子设备变得更加小巧、省电。

1954年，世界上第一台晶体管计算机TRADIC，在美国空军投入使用（贝尔实验室研制）。其运行功耗不超过100W，体积不超1立方米，相比当年的ENIAC有天壤之别。

TRADIC

1958年，美国的RCA公司造出了世界上第一台全部使用晶体管的计算机——RCA501。

RCA501

不久后，1959年，IBM公司不甘落后，也生产出全部晶体管化的的计算机——IBM 7090。

IBM 7090

基于IBM 7090，美洲航空公司和IBM共同研发了世界上第一款订票系统——Sabre。Sabre迅速普及，带动了IBM计算机的市场份额激增。

• 集成电路的诞生

说到这里，我们要回过头，讲讲发明了晶体管的威廉·肖克利。

肖克利

肖克利所带领的团队虽然合作发明了晶体管，但内部关系并不好。主要原因，是因为肖克利这个人为人刻薄，很难相处。

晶体管发明后，没多久，团队成员纷纷离开了他。

1954年，肖克利在贝尔实验室也待不下去了，就跑去教书。再后来，1956年，他来到美国西部加利福尼亚州的山景城，在一个名叫Palo Alto的小城市（后来是硅谷的一部分），成立了“肖克利半导体实验室”。

实验室吸引了很多优秀年轻人的加入。其中就包括罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）和戈登·摩尔（Gordon Moore）等8人。

后来，肖克利的事业再次因个人原因走入困境。于是，1957年9月18日（这个日子后来被《纽约时报》评为美国历史上最重要的十天之一），上面提到的8个年轻人，一起向肖克利提交辞呈。肖克利大发雷霆，痛斥这帮“忘恩负义”的年轻人，骂他们是“八叛徒”(traitorous eight)。

“八叛徒”出走后，共同成立了仙童半导体（Fairchild Semiconductor）。

这家公司大家应该很耳熟，它可以说是世界半导体产业的摇篮，芯片界的黄埔军校。

1959年，德州仪器的杰克·基尔比（Jack St. Clair Kilby）和仙童半导体的罗伯特·诺伊斯，先后发明了基于锗基底扩散工艺和硅基底平面工艺的集成电路，打开了集成电路时代的大门。

基尔比发明的集成电路

1959年之后的计算机，大量采用了晶体管和集成电路。计算机的体积不断缩小，功能不断增强。

• 软件产业的萌芽

拥有更快的处理器、更大的内存、更丰富的I/O设备，就意味着可以承担更多的任务。

于是，“多道程序系统”出现了。

在“多道程序系统”之前，计算机是手工操作，以及批处理系统操作，效率低下。

“多道程序系统”，采用了通道和中断技术，允许系统执行“挂起”操作。计算机从串行变成了并行，可以同时运行多个任务，提升了效率。

这个系统，基本上已经接近于真正的操作系统了。

除了操作系统之外，计算机语言也进步了。

1957年，IBM公司成功开发了FORTRAN高级语言。它是世界上第一个被正式采用并流传至今的高级编程语言。

所谓高级语言，就是一种接近于人们使用习惯的程序设计语言。它容易学习，通用性强，写出的程序比较短，便于推广和交流。

1960年4月，COBOL语言正式发布。1964年，BASIC语言发布。

高级语言的不断涌现，为后面的软件产业爆发奠定了基础。

• IBM System/360

1960年代，IBM是世界计算机行业毫无疑问的“领头羊”。在计算机市场，他们占据绝对的市场领先地位（在北美市场，市占率超过三分之二）。

1961年12月，IBM公司启动了一项人类史上规模最大的商用产品开发计划。这项计划耗资50亿美元（约今日的460亿美元）、雇用6万多名新员工、新建5座工厂。

1964年4月7日，计划成果初现，IBM公司正式发布了六种规格的System/360商用大型主机。

IBM System/360

360，是360度角的意思，表示全方位的服务。它是世界上首个指令集可兼容计算机。单个操作系统可以适用整个系列，而不需要像之前的计算机一样，每种主机量身定做操作系统。

这时，人们才明白，原来电脑主体硬件升级之后，操作系统、应用软件还有外围硬件，都是可以继续使用的。“兼容”的概念，开始形成了。

IBM System/360是IBM史上最成功的机型，虽然研发投入巨大，但回报同样可观——每台主机的价格在250到300万美元之间（约合现在的2000万美元），每月售出超过千台。蓝色巨人年销售额的一半，都来自于这个系列。

美国太空总署的阿波罗登月计划，全美的银行跨行交易系统，以及航空业界最大的在线票务系统等，都使用了IBM System/360。

值得一提的是，虽然IBM霸占了大型机市场，但60年代初，很多IT公司创立，他们转向了IBM不太在乎的小型化计算机市场，并取得了不错的成果。

例如，DEC公司（1957年成立）以及他们发布的PDP-8、PDP-11、VAX-11系列主机。

PDP-8

这些主机体积小、功耗低、运算速度也不算差（每秒几十万次基本运算），获得了很多用户的欢迎。

█ 1967-1979：大规模集成电路时代

时代的车轮继续滚滚向前。1967年，大规模集成电路（Large Scale Integration，LSI）出现了，真正的芯片时代到来。

1968年7月，罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔从仙童半导体公司辞职，创立了英特尔（Intel）公司。

最开始，英特尔是做半导体存储器产品的。后来，因为竞争激烈，他们转向处理器方向。

1971年，英特尔开发出了世界上第一个商用处理器——Intel 4004。这款处理器片内集成了2250个晶体管，能够处理4bit的数据，每秒运算6万次，工作频率为108KHz。

Intel 4004

Intel 4004的出现，标志着微处理器时代的开始。

1974 年，英特尔又推出了Intel 8080，其性能是4004的20倍。

Intel 8080

Intel 8080的意义丝毫不输于4004，因为它是面向个人电脑开发的微处理器。MITS公司于1974年推出的经典微型电脑Altair 8800，就是基于8080处理器。

Altair 8800

Altair 8800在1975年1月的《大众电子学》杂志社上发布后，引起了计算机爱好者的广泛关注。其中，就包括一个哈佛大学的楞青少年，以及他的伙伴。

他俩后来一起为Altair 8800设计了Altair BASIC，并创办了一家名叫Microsoft（微型软件）的公司。

没错，这个楞青的名字叫做比尔·盖茨，他的伙伴叫保罗·艾伦。

• 谁是第一台个人电脑

Altair 8800经常被称为第一台个人电脑（PC），但实际上，这个称谓是存在争议的。

1971年，美国的Kenbak公司发布了Kenbak-1计算机。这台计算机，被计算机历史博物馆认为是世界上第一台个人计算机。

Kenbak-1由中小型集成电路组成，没有使用微处理器。该系统最初售价为750美元，仅制造和销售了大约40台。1973年，Kenbak公司倒闭，Kenbak-1停产。

1973 年，法国R2E公司生产了第一台基于微处理器的商用计算机——Micral。Micral的说明书里，首次提到了“微机（Micro-computer）”。

Micral

另一个“第一台个人电脑”的有力争夺者，是来自著名的施乐公司帕洛阿图研究中心（Xerox PARC）的Alto。

1973年，他们推出了Alto（“奥托”）。它是第一台使用鼠标和图形用户界面 (GUI) 的计算机，和我们现在使用的计算机已经很像了。它的很多设计，对乔布斯的苹果，以及比尔盖茨的微软，产生了深远的影响。

1975年，王安公司（WANG）推出了世界上第一台具有编辑、检索功能的文字处理机，初具台式电脑的雏形。这台电脑的屏幕能直接显示文字，键盘可以快速修改文稿。

1977年，有三台个人电脑经典机型推出，分别是Commodore公司的Commodore PET、苹果公司的APPLE II、Tandy Radio Shack的TRS-80 Model II。

个人电脑的大量出现，意义极为重大。

它改变了计算机产业的商业模式，标志着算力不再仅为少数大型企业服务（大型机），而是开始昂首走向了普通家庭和中小企业。

• 技术蓄力

除了处理器之外，计算机存储设备和网络技术也有显著进步。

1973年，IBM又发明了Winchester（温彻斯特）硬盘3340。

Winchester 3340

这块磁盘使用了密封组件、润滑主轴和小质量磁头。工作时，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触。这便是现代硬盘的原型。

换句话说，你现在用的磁盘，架构上和1973年没有太大区别。

网络方面，1970年，Internet的雏形ARPAnet基本完成。

1973年5月22日，施乐公司PARC研究中心的罗伯特·梅特卡夫（Robert M. Metcalfe）正式提出了“以太网”的设想，并于11月份设计实现。

梅特卡夫

1978年，在温顿·瑟夫（Vinton G. Cerf）、罗伯特.卡恩（Robert E. Kahn）等人的努力下，TCP/IP也诞生了。

在软件产业方面，1970年代的成果同样令人应接不暇。

1973年，贝尔实验室的肯·汤普森（Ken Thomson）和丹尼斯.里奇（Dennis Ritchie）正式发表论文，宣告了UNIX操作系统的存在，引起全行业轰动，被视为现代操作系统诞生的标志。

正在操作DEC PDP-11计算机的

肯·汤普森（坐者）和丹尼斯.里奇（站者）

1970年和1972年，Forth编程语言和C语言先后开发完成。

数据库技术，也有重大突破。1970年，IBM公司的研究员埃德加·弗兰克·科德（Edgar Frank Codd），通过一篇名为《大型共享数据库数据的关系模型》的论文，开启了关系数据库时代。

埃德加·弗兰克·科德

关系数据库的出现，为后来数据库应用高速发展奠定了基础。

1974年，IBM公司圣何塞实验室发起了IBM System R项目，首次实现了结构化查询语言（SQL）。

1977年，后来被称为IT狂人的拉里·埃里森（Larry Ellison）与合作人共同投资了2000美元，成立了SDL公司（后来的Oracle公司）。1979年，他们推出了Oracle数据库，开启了商业数据库的全新时代。

Oracle的联合创始人

1970年代已经离我们比较久远了，很多事情可能都已淡忘。

但实际上，IT产业的真正起步，是在1970年代。大规模集成电路的崛起，存储技术的成熟，基础软件（操作系统、数据库）的出现，都是在那一时期。

令人眼花缭乱的成果，虽然现在看上去并不是很起眼，但都是从0到1的重要突破。

基础夯实之后，进入1980年，更疯狂的IT浪潮，即将袭来。

未完待续……

敬请期待——《世界算力简史（下）》

参考文献：

1、《计算机的发展历史汇总》，网络；

2、《算力发展简史》， 庐山真容；

3、《世界上第一台个人电脑是哪台？》，小盒子，知乎；

4、《电子计算机的发展世代概述》，吴国发，知乎；

5、《IT历史连载-计算机和个人电脑的历史》，网络；

6、维基百科、百度百科；