電子管:二戰(zhàn)帶來(lái)的抉擇

       在教科書中，ENIAC就是電子計(jì)算機(jī)的起源，而電子管也就在那一刻，確定了其在計(jì)算機(jī)發(fā)展史中的地位。其實(shí)，在電子計(jì)算機(jī)的襁褓期，機(jī)電結(jié)構(gòu)還是純電子計(jì)算機(jī)，繼電器還是電子管？計(jì)算機(jī)的發(fā)展也面臨著迷茫中的抉擇。

1943年，當(dāng)二戰(zhàn)激戰(zhàn)正酣時(shí)，美軍迫切需要高速計(jì)算工具，以計(jì)算炮彈的彈道。在迅速獲得15萬(wàn)美元的預(yù)算后，速度成為第一訴求，繼電器在收到信號(hào)后因?yàn)橛邪俜种幻胙訒r(shí)而拖慢計(jì)算速度注定要被拋棄。而真空三極管的誕生，讓計(jì)算機(jī)可以快速的通過(guò)控制柵極電流，來(lái)開(kāi)啟或關(guān)斷電子管兩端的電流，獲得比繼電器速度快成千上萬(wàn)倍的開(kāi)關(guān)速度。這對(duì)于提升當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的速度大有好處。正因?yàn)檫@樣的優(yōu)勢(shì)，讓電子管擊敗繼電器，成為早期計(jì)算機(jī)的核心運(yùn)算部件。

          在這樣的要求下，擁有17468個(gè)電子三極管、7200個(gè)電子二極管、70000個(gè)電阻, 10000個(gè)電容器、1500個(gè)繼電器、6000多個(gè)開(kāi)關(guān)、重達(dá)30噸的ENIAC在三年后，也就是1946年2月14日終于誕生，而讓它姍姍來(lái)遲的，還是預(yù)算，要知道ENIAC最終花了軍方48萬(wàn)美元。其每秒執(zhí)行5000次加法或400次乘法的計(jì)算能力在今天看起來(lái)微不足道。不過(guò)別忘了，之前的Z3計(jì)算機(jī)每秒只能進(jìn)行3~4次加法計(jì)算，5秒才能計(jì)算一次乘法。電子管讓計(jì)算機(jī)有了千倍的速度提升。這也確定了ENIAC的歷史地位，并確定了電子管在計(jì)算機(jī)發(fā)展中的重要性。

第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC的歷史照片 

晶體管計(jì)算機(jī):縮小為衣櫥大小

        ENIAC的誕生，讓科學(xué)家們享受了計(jì)算的暢快，但卻必須痛苦地使用它。不僅因?yàn)樗F，更因?yàn)殡娮庸軐?shí)在太耗電，零件的壽命也太短，據(jù)說(shuō)ENIAC每次一開(kāi)機(jī)，整個(gè)費(fèi)城西區(qū)的電燈都為之黯然失色。同時(shí)接近18000個(gè)電子管，幾乎每15分鐘就可能燒掉一個(gè)，但操作人員可能要花15分鐘以上的時(shí)間才能找出壞掉的管子，使用上極不方便。曾有人調(diào)侃道：“只要那部機(jī)器可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)五天，而沒(méi)有一只真空管燒掉，發(fā)明人就要額手稱慶了”。

       因此在晶體管技術(shù)投入實(shí)用后，計(jì)算機(jī)的計(jì)算元件也迅速的電子管向晶體管進(jìn)化，1954年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功第一臺(tái)使用晶體管線路的計(jì)算機(jī)，取名“催迪克”（TRADIC），裝有800個(gè)晶體管。而計(jì)算機(jī)的體積，也由ENIAC的房間般大小，縮小為衣櫥般體積。晶體管快速的開(kāi)關(guān)速度和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化以及在催迪克上引入的浮點(diǎn)運(yùn)算，讓其速度有了極大的提高。不過(guò)如果近距離看催迪克的話，常常會(huì)以為它還是臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)，因?yàn)楫?dāng)年制造工藝的落后，讓催迪克上的晶體管依舊使用了玻璃外殼的真空封裝，而不像現(xiàn)在的晶體管那樣，采用的是塑料或陶瓷封裝。

       而軍事領(lǐng)域，依舊是當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)服務(wù)的主要對(duì)象，實(shí)際上在催迪克誕生后不久，它就被搬到了波音B-52亞音速遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機(jī)（即B-52轟炸機(jī)）內(nèi)，1955年，美國(guó)在阿塔拉斯洲際導(dǎo)彈上裝備了以晶體管為主要元件的小型計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的進(jìn)步直接催生了軍事的發(fā)展。

 圖：首臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)“催迪克”

CPU：集成工藝的勝利

        晶體管可以做得很小，那么可不可以將眾多晶體管放在一起，配合其他元件，實(shí)現(xiàn)特定功能呢？在1958年，美國(guó)德州儀器的工程師JackKilby就發(fā)明了安裝有三個(gè)元件的集成電路。不過(guò)那么低的集成度，對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，實(shí)在沒(méi)太大的意義。直到1964年，集成工藝的提升，讓集成電路內(nèi)已經(jīng)可以安裝更多的晶體管時(shí)，IBM 360才成為首款使用集成電路的計(jì)算機(jī)。而這款計(jì)算機(jī)不僅永遠(yuǎn)改變了IBM，同樣永遠(yuǎn)的改變了計(jì)算機(jī)行業(yè)，這款讓IBM招募了6萬(wàn)名新員工，建立了5座新工廠，研發(fā)費(fèi)用超過(guò)了50億美元的大型機(jī)，雖然當(dāng)時(shí)售價(jià)高達(dá)250萬(wàn)美元，但在短短四周內(nèi)，就獲得千臺(tái)大訂單。而當(dāng)時(shí)美國(guó)的銀行在線交易系統(tǒng)、登月計(jì)劃等等，也都是在IBM 360支持下完成的。　　

　　  而隨著集成度的提高，一個(gè)改變了計(jì)算機(jī)發(fā)展步伐的產(chǎn)品，也正在孕育之中。那就是處理器。世界上第一款商用處理器，也就是Intel 4004的誕生，那可是充滿戲劇性。話說(shuō)上世紀(jì)六十年代末，日本的一家計(jì)算器廠商Busicom要生產(chǎn)一種新的產(chǎn)品, 并期望能用到商場(chǎng)的收款機(jī)里，當(dāng)Busicom的工程師帶著自己的要求找到Intel時(shí)，這家如今的巨無(wú)霸，當(dāng)年還只是剛成立不久、單純生產(chǎn)存儲(chǔ)器的小公司，可Intel毅然承接了這一設(shè)計(jì)訂單。但即便有摩爾這樣的天才，初生的Inltel研發(fā)過(guò)程也十分吃力，直到1971年，4004才研發(fā)成功，這已經(jīng)超過(guò)合同期。延遲交貨讓Busicom極為惱怒，并借此要求Intel降價(jià)。違約在先的Intel只能做出妥協(xié) 但卻附加了一個(gè)條件：允許Intel自由出售4004芯片。至此Intel公司完成了從單一的存儲(chǔ)器制造商向微處理器制造商的轉(zhuǎn)型，如今Busicom已不知在何處，Intel卻成了科技業(yè)的巨無(wú)霸。假若當(dāng)年intel不提出這一要求，或是及時(shí)交貨的話，那么如今整個(gè)PC市場(chǎng)規(guī)則也許就會(huì)全部改寫。但可以確定的是，PC時(shí)代依舊會(huì)如約而來(lái)。

IBM 360成為首款使用集成電路的計(jì)算機(jī)

世界上第一款商用處理器：Intel4004