计算机发展史中计算机诞生时间- 畅鱼网

做人如果没梦想，同咸鱼有嘛分别？

——《少林足球》

前两天双11，过来人都说，这是一年中折扣力度最大（商家清库存）的时候。那天，我把这一年多省下来的猪肉钱都花了，秒杀了一款Mac Pro。

心满意足之后，不禁感叹，现在的人真幸福！毕竟在1974 年之前，个人计算机基本上还没有踪影，像现在这样，人手一个笔记本电脑简直是想都不敢想的事情。

这时候又不禁好奇：计算机是怎么一步一步发展起来的呢？

个人计算机于20 世纪70 年代中期问世，但若要追本溯源，不仅可回溯到20 世纪50 年代的巨型计算机，甚至还可回溯到19 世纪蒸汽时代中那些能思考的机器。

01 火种

在计算机的发展史中，“计算机之父”这个称号，虽然一直在阿兰·图灵和冯·诺依曼之间徘徊，但有一点是毋庸置疑的：在所有讲述计算机发端的故事里，一定是从 19 世纪的一位英国发明家开始讲起，他就是查尔斯·巴贝奇，他是最早提出建造强大计算机器想法的人。

查尔斯·巴贝奇（1792—1871）

“蒸汽朋克”计算机

1833 年，英国数学家、天文学家及发明家查尔斯·巴贝奇谈起用蒸汽驱动计算，并从逻辑学和数学最先进的思想中汲取营养，致力于研究他所谓的“分析机”。

他的目的是做出一台能将人们从重复枯燥、令人厌倦的脑力劳动中解放出来的机器，这台机器本身不会思考，只能根据人的指令行事。

其实，巴贝奇的分析机与真正的现代意义上的计算机十分类似，而“根据人的指令行事”这个概念实际上就相当于我们今天所说的计算机编程。

由于技术条件、经费限制，以及无法忍耐对设计不停地修补，分析机差分机在他有生之年均未能问世。但这却是人类首次尝试制造大型计算机的开始。

会计算的机器

19 世纪80 年代，美国逻辑学家查尔斯·皮尔斯发现，英国数学家乔治·布尔的布尔代数可用于模拟电气开关电路。布尔逻辑的真/ 假完全映射了电流流经复杂电路中开/ 关的方式，换句话说，逻辑可以用电路来表示。这就意味着电力驱动的计算机和逻辑机是可以构造出来的。

机械开关为电回路所替代，使得计算设备的体积可以变得更小。

第一台电力逻辑机是由本杰明·布拉克设计并制造出来的便携式装置，体积小到可以装进公文包中。这台制造于1936 年的布拉克逻辑机可用于处理三段论形式的逻辑语句。譬如说，将“男人终有一死；苏格拉底是男人”编入机器，逻辑机可接受“苏格拉底终有一死”的推论，而拒绝“苏格拉底是女人”的推论。后者这类错误的推理会关闭回路并触发机器的警告灯，表示发生了逻辑错误。

布拉克逻辑机是一台功能有限的专用机器。

然而，当时问世的大多数专用计算装置都是用来处理数字问题而不是处理逻辑问题的。早在皮尔斯还在研究逻辑与电力之间的联系时，赫曼·霍列瑞斯就在设计一台制表机，以进行1890 年的美国人口普查的计算。

赫曼·霍列瑞斯　发明了世界上第一台大规模数据处理装置，并于1890 年成功应用于美国人口普查。

霍列瑞斯的公司最终被一家企业合并了，这家企业后来更名为国际商用机器公司（简称IBM）。到20 世纪20 年代末，IBM 靠向企业售卖专用计算机器盈利，让这些企业能够将日常的数字计算工作自动化。但IBM 的机器还不是计算机，也不是像布拉克逻辑机那样的机器。它们不过是被过分美化的大型计算器而已。

霍列瑞斯人口普查计算机器　为美国1890 年的人口普查节省了一个数量级的时间（资料来源：IBM 档案）

计算机的诞生

1937年，年仅21岁的克劳德·香农在其麻省理工学院的硕士论文中解释了如何利用电力开关电路模拟布尔逻辑（查尔斯·皮尔斯在50 年前就曾预言过）。这是一个标志着二进制电子电路设计和逻辑门应用开始的重要时刻。

受到该论文的鼓舞，IBM的高管于20 世纪30 年代同意斥资制造一台基于机电式继电器的大型计算机器——Mark I。但在Mark I 研制工作开始之前，其他方面的技术就已取得了新的进展，这使得Mark I 尚未问世就已然过时。

当其他人像Mark I一样，将蒸汽驱动的巴贝奇式机器换成电气继电器时，爱荷华州立大学的数学和物理学教授约翰·阿塔纳索夫看到了将电气继电器换成电子元件的可能性。在美国参加第二次世界大战前不久，阿塔纳索夫在克利福德·贝里的帮助下设计出了ABC。ABC 是阿塔纳索夫- 贝里计算机（Atanasoff-Berry Computer）的首字母缩写，这台设备的开关装置采用的不是继电器，而是真空管。

这个开关装置的更新换代是一次技术性飞跃。理论上说，以真空管为开关元件的机器运算起来比继电器机器更快速、更高效。但ABC 和巴贝奇分析机一样，也未能问世，这也许是因为阿塔纳索夫所筹集的经费还不到7000 美元，远不足以建造这台机器。不过，阿塔纳索夫和贝里确实组装出了一台简单的样机。他们用大量的电线和真空管拼出了一台粗糙的台式计算器。

通过将真空管作为开关元件这一举措，阿塔纳索夫大大推动了计算机技术的发展。相较于继电器开关，真空管的高效使得计算机的面世成为现实。

真空管　 20 世纪50 年代，计算机中到处都是真空管，如图中这台IBM 701 处理器（资料来源：IBM 档案）

真空管是抽掉了空气的一种玻璃管。托马斯·爱迪生发现，电子在某些条件下能在真空中流动，而李·德·福里斯特利用“爱迪生效应”最终将真空管制成了电子开关。

20 世纪50 年代，真空管被广泛应用到电视机、计算机等电子设备中。现如今我们仍可以看到应用显像管的计算机显示器或电视机屏幕。

到20 世纪30 年代，计算机的诞生已经是顺理成章。计算机似乎也注定是价格昂贵的大块头专用设备。体积大、价格高的问题几十年后才得以解决，但打破单一用途这一点在当时就已提上日程。

02 第一代计算机

英国数学家阿兰·图灵曾设想过这样一台机器，这台机器的目的只有一个，即读取某一可描述任务的编码指令，并根据指令自行完成任务。这个想法在当时可谓前所未闻。若一台机器真的能够完成指令描述的所有任务，那么它就是一台真正的通用设备。或许在图灵之前没有任何人有过如此宏大的想法。但在10 年之内，图灵的想法就变成了现实。那些指令变成了程序，而图灵的设想在另一位数学家约翰·冯·诺伊曼的手中变成了一台通用计算机。

ENIAC

1943 年，美国费城莫尔电气工程学院的约翰·莫奇利和约翰·埃克特提出了一个关于计算机的想法。很快，他们就和美国军方开始合作研发电子数字积分计算机（Electronic Numerical Integrator and Computer，简称ENIAC）。这是第一台全电子数字计算机。除了用于信息输入与输出的外围设备，ENIAC 就是一台纯粹的真空管机器。

约翰·莫奇利　ENIAC 的设计者之一图为他在1976年的大西洋城电脑节上向早期个人计算机发烧友演讲

ENIAC　世界上第一台全电子数字计算机，于1945 年12 月问世

莫奇利和埃克特吸引了不少才华横溢的数学家加入ENIAC 项目，其中包括聪明绝顶的约翰·冯·诺伊曼。

约翰·冯·诺伊曼　博学多识，为计算机编程以及ENIAC 和EDVAC 做出了奠基式的贡献

1946 年年初，ENIAC 开发完成，它的运行速度比继电式计算机快1000 倍。但尽管是电子计算机，ENIAC 运行起来仍然咔咔作响。ENIAC 就是一屋子滴答作响的电传打字机、滋滋转的磁带驱动器以及满墙相对安静的电子线路板。

ENIAC 有20 000 个开关元件，重约30 吨，耗电150 千瓦。尽管功率很大，但任何时候ENIAC 一次只能处理20 个十进制数字。不过在完全制造完成之前，它就已经派上了大用场。1945 年，ENIAC 被用于美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯市原子弹测试的计算。

冯·诺伊曼不但为建造ENIAC 做出了许多贡献，他还为一台更加复杂的电子离散变量自动计算机（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，简称EDVAC）提供了基本设想。

EDVAC

冯·诺伊曼将莫尔电气工程学院的重点从技术方面转移到了逻辑方面。在他看来，EDVAC 不仅仅是一台用来计算的设备。

冯·诺伊曼觉得，除算术运算之外，EDVAC 应该还能进行逻辑运算，并能以代码符号进行运算，而且那些以代码符号进行运算和解释的指令本身也应该是编入机器的代码符号，并用以继续操作运算。这是现代计算机概念中最后一个根本性洞见。

冯·诺伊曼规定EDVAC 应该能根据指令来编写程序，而这些指令本身是作为数据输入计算机的，这为存储程序计算机创建了标准。

1945 年5 月之后，冯·诺伊曼提出将ENIAC 改为EDVAC 那样的可编程计算机的方法，阿黛尔·戈尔斯坦编写了能让机器更易操作的语言（包含55 种操作）。从那以后，再没有人以最初的操作模式来运行ENIAC 了。

03 第二代计算机（晶体管）

20 世纪40 年代，计算机的开关装置还在使用机械继电器，它那连续开合的声音就像货运列车那样咔咔作响。到20 世纪50 年代，真空管取代了机械继电器。但真空管在技术上走进了死胡同，它们不可能再小了，而且由于它们会发热，彼此之间必须间隔一定的距离。因此，早期的计算机都像患了象皮病一样，看起来臃肿无比。

到1960 年，研究固态元件的物理学家为计算机世界引入了一种全新的器件。这种使人们将真空管弃之如敝屣的东西叫作晶体管。

晶体管的发明

20 世纪40 年代，关于锗与硅等化学元素的晶体在电场中表现出来的行为，量子力学方面的实验得出了一些奇怪的预测（后来被证实）。这些晶体无法归为绝缘体或导体，于是它们被称作半导体。

半导体有一个让电气工程师欣喜若狂的特性——可使电流只朝一个方向流动而不朝另一个方向流动。电气工程师很快就利用了这一特性，他们用这种晶体的薄片对电流进行整流，使交流电变为直流电。被称作晶体管机的早期收音机是最早使用晶体整流器的商品。

晶体整流器除了整流它什么也做不了。所以，另一种东西很快便几乎完全取代了晶体整流器。那就是李·德·福里斯特发明的三极管—— 一种让收音机大放异彩的真空管。

三极管的用途比晶体整流器要多得多，它能放大通过的电流，还能利用较弱的次级电流改变从它的一极流向另一极的强电流。

三极管的发明是电力与逻辑“联姻”过程中的重要一步，而这种以一种电流来改变另一种电流的能力，对EDVAC 类通用计算机的设计至关重要。

AT&T 公司的人开始关注三极管，尤其是那些在贝尔实验室工作的研究人员。威廉·肖克利当时就在贝尔实验室工作。肖克利说服了贝尔实验室，允许他组织一个团队来研究这项有趣的新发现。他的小组中有实验科学家沃尔特·布拉顿和理论家约翰·巴丁。

后来巴丁发现，晶体表面的抑制作用会干扰电流的流动。布拉顿的一个实验证明了巴丁的发现是正确的。1947 年12 月23 日，晶体管（即三极管）诞生了。晶体管具备了真空管的全部功能，而且功能更强。它的尺寸更小、发热更少，而且不会烧坏。

晶体管是一小片惰性晶体，具有有趣的电气特性，一面世即被视为一项革命性技术发明。其发明者约翰·巴丁、沃尔特·布拉顿和威廉·肖克利因为这项技术创新，于1956 年获得诺贝尔物理学奖。

晶体管的意义绝不仅仅在于淘汰了另一项技术，它是量子物理学应用方面的一系列实验的结晶，最终将计算机从工程师和科学家专用的巨型计算机变成像电视机一样可以随意购买的商品。作为一项技术突破，它不仅使得20 世纪60 年代微型计算机得以面世，还促使20 世纪70 年代个人计算机革命得以爆发。

04 第三代计算机（集成电路）

巨型计算机向微型计算机转型中，最重要的一环，将若干个晶体管的功能合并到一个半导体装置中。

研究人员很快就着手制造这些复杂的半导体。因为这类装置将大量的晶体管集成为一种更复杂的电路，所以被称为集成电路。由于它们本身是一些轻薄的硅片，人们也称它们为晶片或芯片。

制造芯片是一个复杂且费用高昂的过程，很快就产生了一个专门制造芯片的完整产业链。

最早开始生产商用芯片的是当时的电子器件公司，其中较早的一家创业公司是肖克利半导体公司，由肖克利于1955 年在他的家乡加州帕洛阿尔托创办。

肖克利的公司雇用了当时半导体领域中的许多佼佼者。肖克利半导体公司后来又派生出仙童半导体公司，而硅谷就是以此发源的。

仙童半导体公司成立10 年后，其离职员工几乎遍布所有的半导体公司。甚至像20 世纪60 年代进入半导体产业的摩托罗拉之类的大型电子元件公司，也雇用了不少曾在仙童工作过的工程师。

除了RCA 公司、摩托罗拉和德州仪器公司之外，大多数半导体公司都在圣克拉拉谷地，距离帕洛阿尔托的肖克利的公司不过一箭之遥。由于半导体芯片几乎都是硅片，圣克拉拉谷地很快便以“硅谷”之名闻名于世。

起初，除了军事和宇航工业，其他领域几乎都不需要高度复杂的集成电路。某些类型的集成电路则多用于大型计算机和微型计算机中。其中，最为重要的是内存芯片，即那些只要通电即可存储并保存数据的集成电路。内存芯片使半导体装置成为主流。

当时的内存芯片实现了几百个晶体管的功能。其他集成电路的设计目的不是将流经其中的数据保留下来，而是以某种方式修改这些数据，以便进行简单的算术或逻辑运算。到20 世纪70 年代初期，市场对电子计算器的疯狂需求促进了一种新型的、功能更强大的计算机芯片的诞生。

05 第四代计算机（微处理器）

1969 年年初，硅谷半导体制造商英特尔公司受日本Busicom 计算器公司委托，为其一系列计算器生产芯片。马西安·霍夫接受了这项工作。

1955年，晶体管发明者之一威廉·肖克利离开贝尔实验室，创建肖克利半导体实验室，并吸引许多有才华的年轻科学家加入。但很快，肖克利的管理方法和怪异行为引起员工的不满。其中，被肖克利称为“八叛逆”的罗伯特·诺伊斯、高登·摩尔、朱利亚斯·布兰克、尤金·克莱尔、金·赫尔尼、杰·拉斯特、谢尔顿·罗伯茨和维克多·格里尼克联合辞职，并于1957年10月共同创办仙童半导体公司。

由于仙童半导体快速发展，导致内部组织管理与产品问题日益失衡。1968年7月，仙童半导体其中两位共同创办人罗伯特·诺伊斯、高登·摩尔请辞，并于同年7月16日以“集成电子”一名共同创办英特尔公司。

戈登·摩尔（左）与罗伯特·诺伊斯（右）他俩共同创立了英特尔公司

数月前，一位名叫马西安·霍夫的工程师作为第12 位雇员加入英特尔。当他开始接手Busicom 公司委托的工作时，英特尔的雇员已经多达200 名。霍夫刚从学校毕业不久。在取得博士学位之后，他继续在斯坦福大学电气工程系担任研究员。霍夫在那里研究了半导体内存芯片的设计，获得了几项专利，也因此进入了英特尔。

诺伊斯认为，英特尔应当只专注于生产半导体内存芯片，而不应该生产其他产品，所以他聘请了霍夫来给这类芯片设计用场。