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小小的计算机芯片是怎么把人类带入信息时代的?

 此用户不可见 2018-07-29

各位网友大家好,今天继续给大家连载20年前解放军出版社的专著《战争离我们有多远:张召忠点评军事革命》



第二次世界大战期间,美国宾夕法尼亚大学莫尔电子工程学院的数学家们负责为陆军计算火炮射击诸元表,每张表要计算几百条弹道数据,使用已经发明的台式机械模拟计算机计算一条弹道需要20个小时,后来集中了200多名计算人员参与计算,即便如此,计算一张火力表也还是需要两、三个月,这种状况对战争时期的军队来讲是难以容忍的。



在这种情况下,莫尔学院提出用电子管研制计算机的设想,很快便得到军方的支持,并于1943年开始研制、1945年12月正式制造成功世界上第一台电子计算机,当时人们给它起的名字叫“电子数字交换机和计算器”,英文缩略语为ENIAC。



这是一台个头巨大的电子机器,重达30多吨,占地面积170多平方米,装满了一间大屋子。它使用了17000个电子管,1500个电子机械继电器,启动一次要耗电150000瓦电力,存储量相当于80个字节,运算速度每秒钟5000次,比当时的机械模拟式计算机的速度快1000倍,同时还首次实现了逻辑运算,从而为计算机的发展埔垫了一块具有重要历史意义的基石。



ENIAC研制成功后迅速装备陆军部队部受到高度重视和欢迎,但不久后人们就发现它存在不少问题,比如体积太大、需要大型运输卡车载运,搬运困难,耗电多、不适于野外部署,电子管工作时间稍微一长就发热,不仅毁损严重,夜间还往往招来许多蛾子或飞虫,造成电路短路。尽管如此,人类毕竟有了第一台真正的电子计算机,所以它的诞生应该作为计算机技术的第一次革命。



1946年,一位美籍匈牙利科学家冯·诺依曼首次提出关于设计程序内存的设想,这是一个具有开创性的发明,它为后来计算机的飞速发展提供了重要的理论基础。50年代,贝尔实验室发现一块微小的银色硅片可以代替电子管做电子开关等同样的工作,而且耗费的电流极小、所产生的热量也小,还可大量节省空间。这种硅片后来被制成晶体管并被用来制造新型的电子计算机,从而使计算机体积大大减小,中央处理机的尺寸减小到只有一个机柜大小,耗电量也减少了许多,可靠性也有明显的提高。



这时,人们开始发展第二代晶体管计算机。60年代初,先在制作工艺上进行了改进,不再一个一个地焊接和封装晶体管,而是把许多晶体管按照设计要求连接在一块用硅制成的印刷电路板上,从而形成了最早期的集成电路模式。虽然每个集成电路板上只能包含几十个晶体管,但这种设计思路却为后来的计算机革命奠定了基础。



后来,每块集成电路上就可以堆放几百个晶体管了,这时的集成电路被称作中规模集成电路。用一、两块这样的集成电路板就能制成中央处理机,其性能比以前的电子计算机还要强,最后组装成的计算机尺寸大大减小,于是新颖的小型计算机问世。1964年,美国推出了被公认为世界上第一台小型机的PDP-8型计算机,第二年就研制出16位的标准化小型计算机。



从微型机到智能机



第三代计算机产生于70年代初期。人们沿着电路集成化的思路一直往前走,终于在70年代初进入了大规模集成电路的时代,每个集成电路上能够包含几千个晶体管,而且用一个单片集成电路便能制成微处理机,其性能远远超过以前的中央处理机。这是计算机发展史上的第二次技术革命,因为它把计算机的发展方向推向了微型化。计算机微型化的速度之快令人吃惊,仅仅过了两三年后,到70年代中期就进入了超大规模集成电路的时代,每片集成电路中所含晶体管的数量陡增到几万个,而到80年代初,这一数目就增长到几十万个!



1977年,英特尔公司把价值300美元的微处理机与30吨重的庞然大物ENIAC做了技术对比:小小的微处理机比ENIAC的运算速度要快20倍,内存更大,可靠度提高了几千倍,耗电量和一个灯泡差不多,而不像ENIAC那样相当于一个火车头的耗电量,其体积只有ENIAC的三万分之一,而成本只有它的一万分之一,它不必再用大型卡车载运,体积之小简直可供人们邮购。



英特尔公司个人计算机微处理机的更新换代速度非常快,70年代时主要是8080和8088,80年代则出现了80286、80386和80486,90年代则推出奔腾处理器的80586。微处理机的速度几乎每年翻一番,每秒钟执行100万条指令的数目。1992年美国DEC公司的AIPHA处理机已经达到400,工作频率高达200兆赫。这类高档微机的性能已经超过了前些年DEC公司的PDP和VAX小型机。美国《时代》周刊每年都在它的封面上刊登一位震惊世界的风云人物,1997年的这位风云人物就是英特尔公司总裁格罗夫,它标志着小小的计算机芯片正在把人类带入一个充满活力的信息时代。



微电子技术的这一革命使微型计算机的发展速度加快、体积缩小、性能提高、成本降低。在此之前,小型计算机还是趾高气扬的“白雪公主”,不仅要给它建造专门的“宫殿”,还要保持恒温,热了不好好工作,冷了则不给你干活。那些计算机操作员更是神气活现,一个个身穿白大褂,小心翼翼地进入那近似真空的、一尘不染的计算机房。


微型计算机的出现,给那些不可一世的大型和小型计算机一个当头棒喝,这种计算机小巧玲珑,便于携带,价格便宜,又不娇气,对环境温度、湿度没有苛刻的要求。因此,微型机很快更新换代并牢牢地占领和控制着计算机市场。



从1971年美国英特尔公司研制成功第一台微型机开始,到1983年就更新了四代机型,字长从4位、8位、16位发展到32位;每个集成电路上晶体管的集成度从2200个、4800个、29000个发展到10万个;运算速度从每秒几万次、几十万次、上百万次发展到几百万次;体积从袖珍式、便携式、笔记本式发展到只有巴掌大小的掌上机(0.95X16.5X7厘米);产量每年以50%以上的高速度持续增长,从1974年的45万台、1977年的300万台、1978年的450万台发展到1980年的1000万台。80年代后期,一台386微处理机电路的集成度为250万个晶体管;目前正在试生产的超高速集成电路的集成度多达800万个晶体管;按照美国微技术2000年计划,到2000年将达到6亿个晶体管。


——本文摘自《战争离我们有多远:

张召忠点评军事革命》

第二部:C4ISR。第10章:计算机。P167

截稿至:1998年10月。 解放军出版社,1999年7月第一次印刷


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