文章插圖
本文是在筆記本電腦上編寫、編輯和設(shè)計(jì)的 ， 這種可折疊、可移動(dòng)的設(shè)備會(huì)讓幾十年前的計(jì)算機(jī)科學(xué)家們大吃一驚 ， 簡(jiǎn)直就像魔術(shù)一樣 。這種機(jī)器包含數(shù)十億個(gè)微小的計(jì)算單元 ， 運(yùn)行著由全球無數(shù)人共同編寫的數(shù)百萬行軟件指令 。無論點(diǎn)擊、移動(dòng)、打字或說話 ， 結(jié)果都會(huì)無縫地顯示在屏幕上 。
計(jì)算機(jī)曾經(jīng)大到塞滿了整個(gè)房間 ， 現(xiàn)在它們卻無處不在 ， 無處不見 ， 如嵌入式手表、汽車引擎、相機(jī)、電視和玩具中 ， 同時(shí)它們也管理著電網(wǎng) ， 分析科學(xué)數(shù)據(jù) ， 預(yù)測(cè)天氣 ?？梢赃@么說 ， 如果沒有計(jì)算機(jī) ， 現(xiàn)代世界的生活就不可能實(shí)現(xiàn) ?，F(xiàn)在科學(xué)家的目標(biāo)是使計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度更快 ， 程序更智能 ， 而他們的努力建立在一個(gè)多世紀(jì)的創(chuàng)新之上 。
計(jì)算機(jī)的歷史1833年 ， 英國(guó)數(shù)學(xué)家查爾斯·巴貝奇設(shè)想了一種可編程機(jī)器 ， 這種機(jī)器預(yù)見到了今天的計(jì)算結(jié)構(gòu) ， 具有存儲(chǔ)數(shù)字的“存儲(chǔ)器”、操作數(shù)字的“處理器”、指令閱讀器和打印機(jī) 。這臺(tái)可編程機(jī)器還有一些邏輯功能比如判斷 ， “如果是X ， 那么是Y” 。巴貝奇只構(gòu)造了這個(gè)機(jī)器的一小部分 ， 但通過巴貝奇的描述 ， 他的朋友阿達(dá)·洛芙萊斯發(fā)現(xiàn) ， 洛芙萊斯是一位伯爵夫人而且還是詩人拜倫的女兒 ， 她發(fā)現(xiàn)這種可編程機(jī)器操縱的數(shù)字可以代表任何東西 。“一種新的、廣泛的、強(qiáng)大的語言被開發(fā)出來 ， ”她寫道 ， 洛夫萊斯成了這臺(tái)機(jī)器操作的專家 ， 在1842年她編寫了人類史上第一個(gè)計(jì)算機(jī)程序 ， 也經(jīng)常被稱為“第一個(gè)程序員” 。
1936年 ， 英國(guó)數(shù)學(xué)家艾倫·圖靈提出了一種可以“重寫它自己的指令”的計(jì)算機(jī)想法 ， 即計(jì)算機(jī)可以不斷地為自己自動(dòng)更新程序 ， 這使得計(jì)算機(jī)可以無限地編程 ， 就像是計(jì)算機(jī)的套娃 。艾倫·圖靈的想法是 ， 使用少量的操作詞匯就可以模擬任何復(fù)雜的機(jī)器 ， 因此這種機(jī)器被稱為“通用圖靈機(jī)” 。
1943年 ， 第一臺(tái)可以真正意義上的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)“巨像”(Colossus)問世 ， 它的誕生是為了第二次世界大戰(zhàn)期間用于英國(guó)破譯戰(zhàn)時(shí)密碼 。它使用了一種由英國(guó)物理學(xué)家弗萊明在1904年發(fā)明的真空電子管 ， 這是一種控制電子流動(dòng)的裝置 ， 用于替代可移動(dòng)的機(jī)械部件 。這使得“巨像”的運(yùn)算速度很快 ， 但工程師們每次想要執(zhí)行新任務(wù)時(shí) ， 都必須手動(dòng)重新接線 。
也許是受到圖靈關(guān)于更容易重新編程的計(jì)算機(jī)概念啟發(fā) ， 創(chuàng)造了美國(guó)第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC的研究團(tuán)隊(duì) ， 準(zhǔn)備為ENIAC的繼任者EDVAC起草一個(gè)新的架構(gòu) 。作為20世紀(jì)最重要的數(shù)學(xué)家之一的馮·諾伊曼 ， 在1945年最終確定了EDVAC的架構(gòu) ， 他描述了一種將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)系統(tǒng) ， 這種設(shè)置現(xiàn)在被稱為馮·諾伊曼架構(gòu) ， 又稱為普林斯頓架構(gòu) ， 直到今天幾乎所有的計(jì)算機(jī)都遵循這種模式 。
1947年 ， 貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的肖克利、巴丁和布拉頓組成的研究小組發(fā)明了晶體管 ， 這是一種通過施加電壓或電流來控制兩點(diǎn)之間電子流動(dòng)的電路 ， 它取代了速度慢、效率低的真空管 。
1958年和1959年 ， 德州儀器公司（TI）和仙童半導(dǎo)體公司(Fairchild Semiconductor)的基爾比和諾依斯各自獨(dú)立發(fā)明了集成電路 ， 在集成電路中 ， 晶體管和它們的連接電路在一個(gè)芯片上加工完成 。
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