计算机科学入门
从人类文明的曙光开始,一直到 1940 年代中期电子计算机诞生。
编程语言和编译器,算法和集成电路,软盘和操作系统,电报机和屏幕,全都是1940~1970年代,大概这30年间里出现的。
那时苹果和微软还不存在,也没有推特,谷歌或者 Uber ,还没到个人电脑时代。
冷战
1945 年二战结束后不久,两个超级大国的关系越发紧张,美国和苏联开始了冷战,因此政府往 科学和工程学 投入大量资金,计算机在战时已经证明了自身的价值 , 比如 曼哈顿计划 和 破解纳粹通讯加密 ,所以政府大量投入资源 , 各种雄心勃勃的项目得以进行。
比如之前提过的 ENIAC, EDVAC, Atlas, Whirlwind,这种高速发展,如果仅靠商业运作是根本无法做到的,要依靠销售收回开发成本。
Univac 1
1950 年代,事情开始发生变化,特别是 Univac 1
,它是第一台取得商业成功的电脑,不像 ENIAC 或 Atlas , Univanc 1
不是一台机器,而是一个型号,一共造了 40 多台。
大部分 Univac
去了政府或大公司,成为美国日益增长的军事工业综合体的一部分,因为政府有钱承担这些尖端科技。
一个著名的例子是,一台给 美国原子能委员会
(U.S atomic energy commission)生产的 Univac 1
,被 CBS (美国的一家电视广播公司)用来预测 1952 年 美国总统大选 的结果,仅用 1% 的选票,Univac 1
正确预测了结果,艾森豪威尔 获得压倒性胜利,而专家预测 **史蒂文森 ** 会赢,这次事件把计算机推到了公众面前。
计算机和以前的机器不一样,以前的机器增强人类的物理能力,比如 卡车 能带更多东西, 自动织布机 更快,机床更精确等等,这些东西代表了工业革命。
Memex
而计算机增强的是人类智力,范内瓦·布什 看到了这种潜力 , 他在1945年发表了一篇文章,描述了一种假想计算设备叫 Memex
,可以用这个设备,存自己所有的书,其他资料以及和别人沟通。而且数据是按照 格式 存储,所以可以快速查询,有很大灵活性,可以辅助我们的记忆,他还预测会出现新的百科全书形式,信息之间相互链接。
Memex
启发了之后几个重要里程碑,比如 伊万·萨瑟兰 的 Sketchpad
,以及 Dough Engelbart 的 oN-LINE
系统。
范内瓦·布什 , 做过 美国科学研究与开发办公室
,这个部门负责在二战期间,资助和安排科学研究。
冷战时 范内瓦·布什 到处游说,想建立一个职责类似,但是在和平时期运作的部门,因此 国家科学基金会
于1950年成立。
至今, 国家科学基金会
依然负责给科学研究提供 政府资金 ,美国的科技领先全球,主要原因之一就是这个机构。
日本半导体崛起
1950年代,消费者开始买 晶体管 设备,其中值得注意的是 收音机
,它又小又耐用,用电池就够了,而且便携,不像 1940 年代之前的收音机,用的是真空管。
收音机非常成功,卖的像 菲比精灵
和 iPhone
一样畅销,日本政府也在寻求工业机会,想振兴战后经济,他们很快动手从 贝尔实验室
取得 晶体管 的授权,帮助振兴日本的半导体和电子行业。
1955年,索尼的第一款产品面世, TR-55 晶体管收音机
,他们把重心放在质量和价格,因此日本公司在短短5年内,就占有了美国便携式收音机市场的一半,这为日本成为美国的强大工业对手,埋下伏笔。
太空竞赛
1953年,整个地球大概有100台计算机,苏联这时的计算机科技只比西方落后几年,苏联在1950年 ,完成了第一个 可编程 电子计算机,但苏联在太空竞赛远远领先。
苏联在1957年 , 把第一个卫星送上轨道, 史波尼克 1 号
。
不久,在1961年苏联宇航员 尤里·加加林
第一个进入太空,美国民众对此不满,使得肯尼迪总统,在加加林太空任务一个月后提出要 * 登陆月球* 。
NASA 的预算增长了几乎十倍,在 1966 年达到顶峰,占了政府预算的 4.5% ,如今, NASA 的预算只占 0.5%。
NASA 用这笔钱资助各种科学研究,阿波罗计划花的钱最多,雇了40万人左右,而且有 2 万多家大学和公司参与。
阿波罗导航计算机
其中一个挑战是 怎样在太空中导航 ,NASA 需要电脑计算复杂的轨道来引导太空船,因此,他们造了 阿波罗导航计算机
(Apollo guidance computer),有3个重要要求。
- 计算机要快。
- 计算机要又小又轻,太空船里的空间不多,而且要飞去月球,能轻一点是一点。
- 要超级可靠,这对太空船非常重要,因为太空中有很多震动,辐射,极端温度变化。
那时的主流科技,真空管和晶体管无法胜任这些要求,所以 NASA 用全新科技:集成电路
。
阿波罗导航计算机
首先使用了集成电路,NASA 是唯一负担得起集成电路的组织,最初,一个芯片差不多 50 美金,导航计算机需要上千个芯片,但美国也因此成功登月,打败苏联。
虽然人们经常把集成电路的发展,归功于阿波罗导航计算机,但它们的产量很低,一共只有 17 次阿波罗任务,实际上是 军事 大大推进了集成电路发展,特别是洲际导弹和核弹,使集成电路大规模生产。
美国建造强大计算机时,也进一步推进了集成电路,一般叫 超级计算机
,因为它们经常比全球最快电脑还快 10 倍以上,但 CDC,Cray,IBM 制造的计算机非常昂贵,几乎只有政府负担得起,这些计算机用于政府机构,比如美国国家安全局,以及实验室比如 劳伦斯·利弗莫尔 实验室
, 洛斯·阿拉莫斯 国家实验室
。
最初,美国的半导体行业 , 靠高利润政府合同起步,因此忽略了消费者市场,因为利润小,因此日本半导体行业在 1950 和 1960 年代 , 靠低利润率占领了消费者市场,日本人投入大量资金,大量制造以达到规模经济,同时研究技术,提高质量和产量,以及用自动化来降低成本。
战后
1970年代,太空竞赛和冷战逐渐消退,高利润的政府合同变少,美国的半导体和电子设备公司发现更难竞争了,虽然很多计算机组件商品化了,但并没有什么帮助。
DRAM 就是 DRAM ,能从日立买便宜的,干嘛要从英特尔买贵的?
1970年代美国公司开始缩小,合并,或直接倒闭,1974 年 英特尔 不得不裁员三分之一,知名的 仙童半导体 也在 1979 年濒临倒闭 , 被其他公司收购了。
为了生存,很多公司把生产外包出去,降低成本,英特尔不再把精力放在内存集成电路 , 而是把精力放在 处理器 ,这个决定最后挽救了公司。
美国公司的无力,导致 夏普 和 卡西欧 这样的日本公司,占领了 1970 年代的主流产品。
手持计算器
手持计算器因为集成电路,计算机又小又便宜,取代了办公室里昂贵的桌面计算器。
对大多数人,这是他们第一次不必用纸笔和计算尺来做计算,手持计算机因此大卖,进一步降低了集成电路的成本,使得微处理器被广泛使用,比如之前讨论过的 Intel 4004
,Intel 在1971年 , 应日本计算器公司 Busicom 的要求做了这个芯片。
消费主义
很快,日本电子产品到处都是,从电视到手表到随身听,而廉价的微处理器,也催生了全新的产品,比如街机游戏。
1972年诞生了 Pong ,1976年诞生了 打砖块 。
因为成本不断下降,很快,普通人也买得起计算机了。
这段期间,第一批家用电脑开始出现,比如1975年的 Altair 8800
。
以及第一款家用游戏机,比如 1977 年的 Atari 2600
。
在短短三十年内,计算机从大到人类可以在 CPU 里走来走去,发展到小到小孩都能拿住的手持玩具,而且微处理器还快得多。
这种巨大变化是由两种力量推动的: 政府 和 消费者 。
政府资金,比如冷战期间美国投入的钱,推动了计算机的早期发展,并且让计算机行业活得足够久,使得技术成熟到可以商用,然后是公司,最后是消费者,把计算机变成了主流。
冷战虽然结束了,但这种关系今天仍在继续,政府依然在资助科学研究,情报机构依然在购买超级计算机,人类仍然被发射到太空里,而你依然在买电视,Xbox,Playstation,笔记本电脑和手机,因此,计算机会继续飞速发展。