杏彩体育官方平台计算机产业史：模式颠覆和技术融合

多片机 | 2024-03-24 23:01:52| 来源：杏彩体育app 作者：杏彩体育官网入口

　　1943年（二战期间）宾州大学开始研发第一台计算机ENIAC，并且于1946年在纽约时报发布，计算机的发明和战争离不开，战争部门开始讨论利用计算机进行核武器分析、天气预报、石油勘探、飞行器设计、弹道测量等一系列功用，其中蒙特卡洛模拟、天气预报等恰好也是ENIAC的早期核心场景，在计算机出现之前，这些工作都是由大量的人手工计算，这些计算一般是女员工承担，而早期的计算机编程程序员也是女性为主的。此后政府继续计划第二台计算机EDVAC，其主要有三个维度的突破：其一是硬件，其采用高速内存+二进制存储；其二是采用冯诺依曼计算架构，其将计算机的开关（当时还是真空管，后来晶体管其实也是就是一系列开关的集合）称作神经元，将存放程序和数据的内存称作器官，而存储和计算都采用二进制，这就是bits。EDVAC有一个类似CPU的中心化计算单元，其仅与内存连接。其三则是具备一系列操作代码，其与人们进行科学计算习惯契合。EDVAC的基础循环就是从内存里面读取操作指令，对操作指令进行解码，然后执行。

　　早期计算机销售。冯诺依曼的夫人为ENIAC编写了第一个执行蒙特卡洛模拟的程序，此后科研人员还给类似的计算机配置了CRT显示器，增加了数据结构寄存器，将单个操作代码能访问的地址从1个增加到4个，且从传统的串行读取bits的的方式增加了并行读取。为了复用程序，汇编程序被发明第一个基于符号汇编程序是IBM进军计算机项目组开发的。1947年当时Association for Computing Machinery成立，这是IEEE的前身。早期业内人士认为计算机在美国市场很有限，可能也就5-6台的市场空间，结果证明其远远低估了计算机的潜力。1948年，第一台计算机建造者Eckert和Mauchly合伙成立公司开始销售类似的计算机，第一代Univac计算机每秒可以做465次乘法运算，运行时钟频率是2.25MHz，这些数据相比ENIAC，Univac内存更大，读取数据速度更快。第一台计算机交付给了美国统计局，到1954年大概有20台计算机投入使用，单价是100万美元（天价），这些客户里面主要是政府机构，也包括GE、Du Pont等大公司。从Univac早期应用场景来看，除了科研场景，商业场景里面其替代效应最强的是，比如GE购买计算机后主要用来四个具体任务：工资支付、原材料规划和库存管理、订单管理和支付、会计管理。这些场景原来就是基于IBM的卡片计算机（也可以解释为何后来IBM能够统治计算机市场，因为这个属于延续式技术创新），而更先进设备带来的人力节省（卡片计算机需要很多人力搬运卡片）是说服高管更换设备重要原因。

　　IBM成为领先者。二战结束后，冷战带来的国防预算依然是支撑计算机产业发展重要源泉。1952年IBM第一台电子计算机IBM701推出，其最早19台全部交付给了美国国防部，从而被称为“国防计算机”，其采取租赁形式，1.5万美元/月。IBM701计算机大致和Univac相似，但是读取内存速度更快，因为其一次读取一个词，而后者一次读取一个bit，701用作场景包括武器设计、飞行器设计、加密计算等。到1956年，得益于强大的销售能力和客户资源，IBM交付的大型计算机的数量就超过Univac，其主力型号704（交付了140台），是701的升级版，其采用了Core Memory（即使断电也可以存储数据），支持浮点计算能力（表示成10的几次方，对科学计算很重要，因为支持很大数字运算），支持结构化寄存器（编程更简单），从而获得了客户亲睐。下一代IBM 709进一步升级了硬件——能够支持大数据的输入输出、拥有独立数据存储、打印机设备管理的模块（单独计算机）。早期找到可靠的存储设备是难点，当时高端计算机存储用的都是高速磁带，也有用磁鼓（Drum）做存储设备的低价计算机（售价3万美元，相对于高端百万美元）。

　　科学编程语言Fortran等。汇编语言实现了人类书写指令，机器执行指令。而编译器则负责将数学公式，以及更高阶的编程语言转换成为机器能直接执行的语言。1957年，IBM基于704型号推出了Fortran编程语言，由于早期计算机编程效率很低，编程+debugging的成本甚至超过了执行程序的成本，因此Fortran出现更多将程序员从冗余的过程中解放，更多聚焦真正想解决的问题。比如Fortran用于计算的符号和语法和代数很接近，其编程效率和表现很强。早期的程序分享主要基于民间组织，1955年一群IBM 701客户组成了SHARE分享组织，很快聚集了62个会员单位，并且开始分享类似求逆矩阵等基础数学程序，这些分享组织是早期开源社区的基础。SHARE分享程序里面还包括早期操作系统的雏形，由于内存资源很稀缺，这些软件在本身体量很小的前提下提供管理内存等功效，早期GM（通用汽车）是实验室开发了一个batch processing的程序，用来控制程序运行的流程，告诉计算机接下来运行是Fortran程序，还是一个新的程序，其后来演变成为IBM计算机的早期的操作系统。Algol发布于1958年，也是早期重要编程语言，其引入了Block架构，拥有begin和end的block可以成为一个独立的指令，且Algol支持一个程序调用自己不断重复运行（recursion）。Stack（堆栈）的数据结构也被提出来，用来和Algol进行结合，而无线循环的程序就会遇到Stackover的错误。

　　晶体管和超级计算机。1950年，ATT旗下贝尔实验室发明了晶体管，由于其当时反垄断调查不允许其进入除运营商外赛道，因此贝尔实验室以较低价格（2.5万美元）给予其他公司晶体管授权，例如就是这时候学习了这门技术，晶体管体积更小（尤其是后来集成电路发明后），更可靠，其很快在计算机领域普及替代真空管，成为计算机重要的“神经元”，比如IBM 709推出一年后，就推出了晶体管版本7090，售价300万美元，卖了几百台，其升级版本7094租赁价格是3万美元/月。早期程序员编程都不是实时的，需要先输入程序，然后等待运行结果，通过看指示灯检测运行状态，通过打印结果来看运行结果寻找问题。1955年，IBM推出超级计算机Stretch，其计算能力是IBM 704的100倍，相对传统计算机采用读取-解码-运行的步骤，Stretch读取数据时，可以同时计算其他程序，因此效率更高。Stretch还配备了IBM当时的黑科技“硬盘”，配备了虚拟内存技术，其类似现代的虚拟机，可以让有限的内存显得更大。1960年其正式被命名为7030，售价高达1350万美元（天价），但是其实际表现仅是规划的一半（虽然也是很强），其商业上不成功，但却孵化了后来划时代的IBM 360系列，没有汗水是被浪费的。其他超级计算机厂商主要包括Control Data，其Cray 1客户主要也是国防部，具备向量计算等能力，销量达到80台，单台售价800万美元，直到1982年，Cray都是全球最快的计算机。

　　IBM称霸商用计算机。计算机的应用场景除了科学计算，同样还有商业应用。美国企业中存在一种对自动化办公本身的信仰——他们相信计算机有一天能够处理公司全部交易，并且处理全部商业数据，为管理者提供决策依据。早期，IBM 650计算机是最成功的型号，其基于磁鼓存储，因此售价相对低廉，其销量达到2000台，月租金是3500美元。为了普及计算机，从源头大学生做起，Watson Jr允许大学用4折价格购买机器，而其后续型号IBM1401（其速度达到650系列7倍）则继续渗透到每一个IBM传统卡片式计算机的客户，销量达到1.2万。到1962年，IBM仅仅推出第一台电子计算机7年后，其来自计算机收入便超过了卡片式计算机，其占据美国计算机市场三分之一。针对大数据体量计算，IBM的硬盘发明也有了用武之地，相对于传统磁带（搜索数据要6分钟）或者磁鼓，硬盘可以高速提取任意数据，效率提升很显著。此外，在SHARE等开源社区，一些基础分类、工资支付等基础程序开始流行。相对于Fortran在科学计算领域成功，Cobol则是在数据处理领域核心的编程语言，其基于类似英语语法编程方式，能够实现各种数据处理的功能。

　　IBM360成为行业标准。从需求来看，科学计算和商用存在一定差异，前者需要复杂的计算，但往往数据量不大；但是后者则往往有大量数据，但只需要简单计算。因此早期IBM针对两种场景有单独产品线，但很快IBM就开始策划开发一款计算机产品打通两大需求。1965年，IBM推出了360系列，奠定了其此后50年在大型商用机领域的领先地位，同时也是打通科学计算（7070系列）和商用计算（1401系列）两大领域的划时代产品。360系列除了自身很强能力外，还有拥有向前兼容性，即有别于此前IBM计算机不同型号互相不兼容，360系列能够兼容此前IBM系列程序，360高端系列可以模仿科学计算机系列，而低端系列则能够胜任此前商用系列的能力。IBM360系列实际上是IBM身家性命的赌注，其连带一起发布了150款新产品，包括新键盘、硬盘、磁带等。360系列一经推出第一个月就收到了1100个订单，大多数NASA的计算机第一时间就切换到了360系列以适用当时美国登月计划。但是IBM初期经历了产能瓶颈，软件交付也是难题，最开始IBM准备推出一个单一OS/360操作系统，后来宣布放弃改成针对大小内存，硬盘和磁带存储的型号推出四个不同的操作系统。整体来看，360系列在商用领域还是更加成功，而科学超级计算机则是CDC的市场，不过商用领域后来市场规模远大于科学计算，1960年代中期计算机领域就被称为白雪公主（IBM）和七个小矮人（RCA，Honeywell等），1970年IBM安装计算机达到3.5万台，1971年IBM净利润突破了10亿美元，360系列一直到1990年代仍然是IBM的拳头产品。

　　数据库和IRS。1960年代，基于计算机的数字化管理成为很多人的畅想，很多人觉得计算机可以传统公司管理架构和流程，传统员工对公司忠诚度之类的因素变得不再重要，而就事论事的理性元素将更加重要（因为任何人什么贡献都可以被计算机量化），管理将进一步被去中心化。然而，这种系列在当时技术条件下被证明只是美好的幻影，就连整合一个大公司各个不同系统都是一件很难的事情。不过，来自GE 的Bachman发明了数据库的雏形，Integrated Data Store（IDS），这样软件要使用数据，不用直接和数据打交道，而是采用IDS的指令，数据库成为系统重要基础设施，Bachman也因为这个发明获得了图灵奖。美国税务局IRS是商用计算机早期大客户，其1960年代税务升级系统预算达到6.5到8.5亿美元，1965年起针对每个美国纳税公民提供一个独特SSN号码，进一步便利了计算机进行数据处理。不过后来，针对公民隐私的指控（白宫可以方便看到任意公民的税务情况），使得IRS系统更新一直落后时。