電子管:二戰(zhàn)帶來的抉擇

       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15萬美元的預(yù)算后,，速度成為第一訴求，繼電器在收到信號后因?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)可以快速的通過控制柵極電流，來開啟或關(guān)斷電子管兩端的電流,，獲得比繼電器速度快成千上萬倍的開關(guān)速度,。這對于提升當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的速度大有好處。正因?yàn)檫@樣的優(yōu)勢,，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,，而讓它姍姍來遲的,，還是預(yù)算，要知道ENIAC最終花了軍方48萬美元,。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微不足道,。不過別忘了，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ENIAC每次一開機(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，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功第一臺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,。晶體管快速的開關(guān)速度和結(jié)構(gòu)的簡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,。不過如果近距離看催迪克的話,，常常會以為它還是臺電子管計(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,。不過那么低的集成度，對于計(jì)算機(jī)來說,，實(shí)在沒太大的意義,。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6萬名新員工，建立了5座新工廠,，研發(fā)費(fèi)用超過了50億美元的大型機(jī),，雖然當(dāng)時(shí)售價(jià)高達(dá)250萬美元，但在短短四周內(nèi),，就獲得千臺大訂單,。而當(dāng)時(shí)美國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,?！　?/p>

　　  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)，這家如今的巨無霸,，當(dāng)年還只是剛成立不久,、單純生產(chǎn)存儲器的小公司，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)過程也十分吃力，直到1971年,，4004才研發(fā)成功,，這已經(jīng)超過合同期。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市場規(guī)則也許就會全部改寫。但可以確定的是,，PC時(shí)代依舊會如約而來,。

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