计算机的诞生 计算机是如何诞生的？

1974年以前，个人电脑基本消失了，现在到处都是。它坐在每张桌子上，住在每个行李箱里。它取代了打字机、计算器、手工会计系统、计算表、电话、图书馆、画板、剧院、家教、玩具等等。

它是怎么诞生的？

个人电脑的起源是相当革命性的，因为它不是由专业的研发团队在昂贵而设备完善的实验室里开发出来的。它始于企业和学术机构之外，是由黑客、电脑发烧友和企业家在车库、地下室和卧室的业余时间犯错误而创造的。这些革命者对这项技术的痴迷点燃了导火索。

如果要追溯源头，不仅可以追溯到50年代的超级计算机，还可以追溯到19世纪小说中的思维机器。

上帝保佑，但愿计算可以用蒸汽进行。

-查尔斯·巴贝奇，19世纪的发明家

在一个下着雨的夏日，诗人拜伦和雪莱在瑞士度过了一段时间，讨论人工生命和人工思维，想知道他们是否能“制造某种生物的各个部分，把它们放在一起，给它体温”。玛丽·雪莱记得这次讨论，并在他后来著名的小说《弗兰肯斯坦》中提出了这个主题。

对于蒸汽时代的读者来说，玛丽·雪莱笔下的弗兰肯斯坦实在令人毛骨悚然。

弗兰肯斯坦是一位热衷于生命起源的生物学家。他经常带着犯罪心理出没于藏身地，试图用尸体的不同部分拼凑出一个巨大的人体。当怪物终于得到他的生命，睁开眼睛时，弗兰肯斯坦被他狰狞的面孔吓得抛弃了他，但他为了女伴、温暖、友情而追逐弗兰肯斯坦；随之而来的是一系列奇怪的悬疑和谋杀案。-百度百科

19世纪初迎来了机械化时代，机械化动力的主要标志是蒸汽机。蒸汽机最初安装在轮子上来推动轮子。1825年，世界上第一条公共铁路投入运营。蒸汽给当时的人们带来了神秘，就像电和原子能带来的神秘一样。

“蒸汽朋克”电脑

1833年，英国数学家、天文学家和发明家查尔斯·巴贝奇谈到用蒸汽驱动计算，并真正开始设计这样一种机器。巴贝奇声称，如果这台机器被制造出来，它可以使计算行为甚至思维机械化。当时很多人把巴贝奇当成现实生活中的弗兰肯斯坦。

▲19世纪的数学家和发明家查尔斯·巴贝奇，早在计算机成功出现的100年前，就设计了一种可以“机械化思维”的机器。

虽然巴贝奇的设计没有成为现实，但他绝不是想家空。在1871年去世之前，巴贝奇致力于研究他所谓的“分析机器”，并从最先进的逻辑和数学思想中汲取营养。巴贝奇的目的是制造一种能把人从重复的枯燥和乏味的脑力劳动中解放出来的机器，就像一些新机器把人从体力消耗的繁重工作中解救出来一样。

巴贝奇有一个从事科学编年史的同事，也是他的赞助人，名叫奥古斯塔·爱达·拜伦。她是拜伦的女儿，师从代数学家奥古斯都·德·摩根，后来成为洛夫莱斯伯爵夫人。奥古斯塔·爱达·拜伦既是作家又是业余数学家。因此，她可以通过文章和论文向受过高等教育的公众和英国贵族的潜在赞助人解释巴贝奇的想法。此外，她还写了很多文章介绍巴贝奇的分析机是如何解决高等数学问题的。由于她的工作，奥古斯塔·爱达·拜伦被许多人认为是世界上第一个计算机程序员。80年代初，美国国防部以她的名字命名Ada编程语言，从而肯定Ada对计算机编程的贡献。

▲奥古斯塔·爱达·拜伦，又名洛夫莱斯伯爵夫人，普及巴贝奇分析机，并对其进行编程，预言这种机器将来可以用来做复杂的事情，比如创作音乐。

玛丽.雪莱写的《弗兰肯斯坦》在当时引起了公众对新技术的恐惧。因此，奥古斯塔·爱达·拜伦认为最好让他的听众放心，巴贝奇的分析仪不具备独立思考的能力。她向他们保证，机器本身不会思考，只能按照人的指令行动。

事实上，巴贝奇的分析机与真正的现代计算机非常相似，“按人的指令行事”的概念实际上相当于我们今天所说的计算机编程。

根据巴贝奇的设计，分析仪是一个巨大的、嘈杂的、昂贵的、漂亮的、闪亮的黄铜和钢制成的分析仪。数字存储在由齿轮组成的临时存储器中，数字的添加和传递是通过凸轮和棘轮的操作来完成的。根据设计，分析仪可以存储1000个数字，每个数字最多50位。内置内存容量现在称为机器的内存大小。按照今天的标准，Babbage分析仪的运行速度可以说是龟速——它不能在一秒钟内完成一次加法运算，但实际上它的内存比20世纪四五十年代第一批可用的计算机和70年代早期的微型计算机都要大。

虽然巴贝奇为分析仪设计了三个详细的方案，但他从未制造过这台机器。他设计的差机虽然简单，但也体现了他的野心，没能做成。在他之后的100多年里，人们普遍认为，当时的机械制造技术无法生产出这些机器所需的数千个精密零件。1991年，伦敦科学博物馆负责计算的高级馆长多兰·斯沃德用巴贝奇拥有的技术、工艺和材料创造了巴贝奇的差分机。斯沃德的成功揭示了巴贝奇生活中的讽刺。

巴贝奇比其他人早100多年成功地设计了一台计算机。他设计的机器实际上是在他那个时代工作和制造的。巴贝奇之所以无法实现梦想，是因为他无法筹集到足够的资金，这多半是因为他与那些能提供资金的人疏远了。

如果巴比奇能更圆滑一些，或者奥古斯塔·爱达·拜伦更有钱一些，恐怕狄更斯笔下的伦敦会有这么庞大的蒸汽电脑，帮助现实生活中的一些老吝啬鬼算账，或者蒸汽电脑会和查尔斯·达尔文下棋。但是正如玛丽·雪莱所预言的，制造思维机器的关键是电。

会计算的机器

美国逻辑学家查尔斯·皮尔斯通过教授英国数学家乔治·布尔的著作，将符号逻辑从大西洋彼岸带到了美国。在这个过程中，皮尔斯从根本上重新定义并极大地丰富了布尔代数。布尔以一种无可争议的方式将逻辑和数学结合在一起，皮尔斯可能在19世纪中期最了解布尔代数。

不仅如此，皮尔斯还有其他发现。他发现了逻辑和电学之间的联系。

20世纪80年代，皮尔斯发现布尔代数可以用来模拟电气开关电路。布尔逻辑的真/假完全映射了流经复杂电路的电流的通/断模式。换句话说，逻辑可以用电路来表示。这意味着可以构造出由电驱动的计算机和逻辑机。他们不仅仅是小说家“空的想法，他们可能会实现，最终也会实现。

皮尔斯有个学生叫艾伦·马夸德，他在1885年真的设计了一个可以进行简单逻辑运算的功率逻辑机，但他至今还没有造出来。皮尔斯用来解释如何模拟布尔代数的开关电路是计算机的基本组成部分。这种设备的独特之处在于它可以管理信息，这与当前或机车完全不同。

机械开关被电路取代，因此计算设备的体积可以变得更小。事实上，第一台功率逻辑机是本杰明·布拉克设计制造的便携式设备，小到可以放在公文包里。这台1936年制造的Braque逻辑机，可以用来处理三段论形式的逻辑语句。比如“一个人会死；苏格拉底是男的，逻辑机可以接受苏格拉底会死的推论，但拒绝苏格拉底是女的推论。后一种错误的推理会闭合回路，触发机器的警示灯，表示出现了逻辑错误。

黑逻辑机是一种功能有限的特殊机器。但是当时出来的专用计算设备大多是用来处理数字问题的，而不是逻辑问题。早在皮尔斯还在研究逻辑和电学的关系时，赫尔曼·霍尔瑞斯就在设计一台制表机来进行1890年美国人口普查的计算。

霍尔瑞斯的公司最终被一家公司合并，该公司后来更名为国际商业机器公司。到20世纪20年代末，IBM通过向企业出售特殊的计算机器而盈利，这使得这些企业能够自动化他们的日常数字计算工作。但IBM的机器不是电脑，也不是黑逻辑机那样的机器。它们只是被过度美化的大计算器。

计算机的诞生

在麻省理工学院的博士论文中，克劳德·香农解释了如何使用电源开关电路来模拟布尔逻辑50年前就预测到了)。受这篇论文的启发，IBM高管在20世纪30年代同意花钱建造一台基于机电继电器的大型计算机器。他们当时给了哈佛大学教授霍华德·艾肯一笔相当可观的钱——50万美元用于开发Mark I，一种受Babbage analyzer启发的计算设备。巴贝奇设计了一个纯机械装置。相比之下，Mark I是一款机电设备，采用继电器作为开关，继电器阵列作为数字存储空。这台机器运行时噪音很大，继电器不停地开关，咔嗒咔嗒响个不停。1944年，马克一世出道，广受好评。人们说科幻小说中的电子大脑终于变成了现实。但IBM高管并不高兴，因为艾肯在推出电脑时并没有提到IBM的资助。

IBM对这项投资感到遗憾。但原因更多。在Mark I开发之前，其他技术都有了新的进展，使得Mark I在出来之前就已经过时了。

▲赫尔曼·霍尔瑞斯发明了世界上第一台大规模数据处理设备，并于1890年成功应用于美国人口普查。他是数据处理行业的鼻祖。

电力驱动正在让位于电子驱动。当其他人用继电器代替蒸汽驱动的巴贝奇机器时，爱荷华州立大学的数学和物理学教授约翰·阿塔纳索夫看到了用电子元件代替继电器的可能性。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·贝里的帮助下设计了美国广播公司。ABC是Atanasoff-BerryComputer的缩写。本设备的开关装置不是继电器，而是真空管。

这种开关设备的升级是一次技术飞跃。理论上以真空管作为开关元件的机器比继电器机器更快更高效。但ABC像Babbage Analytical Machine一样没能出来，可能是因为atanasoff筹集的资金不足7000美元，远远不够造这台机器。然而，阿塔纳索夫和贝里确实组装了一个简单的原型。他们用大量的电线和实数空管道拼出了一个粗糙的桌面计算器。atanasoff以真空管为开关元件，极大地推动了计算机技术的发展。与继电器开关相比，真空管的高效率使电脑的出现成为现实。

▲霍尔瑞斯人口普查计算机为1890年美国人口普查节省了一个数量级的时间。

▲托马斯·沃森于1914年加入霍尔瑞斯领先的数据处理公司，后来更名为IBM。

True 空管是一种去除空气体的玻璃管。托马斯·爱迪生发现电子在一定条件下可以在真空中流动，李德·福雷斯特最终利用爱迪生效应将真空控制成电子开关。20世纪50年代，真空管广泛应用于电视机、电脑等电子设备。现在，我们仍然可以用显像管看到电脑显示器或电视屏幕。

到了20世纪30年代，计算机的诞生是理所当然的事情。电脑似乎也注定是昂贵的大专用设备。体积大，价格高的问题在几十年后得到解决，但打破单一使用被提上了当时的议事日程。

▲ True 空管道在20世纪50年代，计算机里到处都是True 空管道，就像这个IBM 701处理器。

英国数学家艾伦·图灵曾经设想过这样一种机器，它只有一个目的，就是读取能够描述一个任务的编码指令，并根据指令自行完成任务。这个想法在当时是闻所未闻的。如果一台机器真的能完成指令中描述的所有任务，那么它就是一台真正的通用设备。也许在图灵之前，没有人有这样宏伟的想法。但在10年内，图灵的想法变成了现实。那些指令变成了程序，图灵的想法变成了另一位数学家约翰·冯·诺依曼手中的通用计算机。

二战期间，将计算机变成现实的大部分工作是在秘密实验室进行的。图灵就是这么运作的。1943年，费城摩尔电气工程学院的约翰·莫克利和约翰·埃克提出了一个关于计算机的想法。不久，他们开始与美军合作开发电子数字积分器和计算机。一旦成功，它将成为第一台全电子数字计算机。ENIAC是除了信息输入输出的外围设备以外的纯真空管机。

谁应该被认为发明了ENIAC总是有争议的。ENIAC可能是按照Mocelli遇到atanasoff后形成的思路设计的，但至少ENIAC是真实的。Mocelli和eckert吸引了许多天才数学家加入ENIAC项目，其中包括才华横溢的john von neumann。

冯诺依曼加入了ENIAC项目，为ENIAC的建设做出了很多贡献。他还为更复杂的电子离散变量自动计算机提供了一个基本想法。人们对冯·诺依曼的贡献也有很多报道。

冯·诺依曼将摩尔电气工程研究所的重点从技术转移到逻辑。在他看来，EDVAC不仅仅是一种计算设备。

按照冯诺依曼的说法，EDVAC除了算术运算外，还应该能够用代码符号进行逻辑运算和运算，用代码符号进行运算和解释的指令，也应该是编入机器中用于继续运算和运算的代码符号。这是现代计算机概念中最后的基本见解。

冯·诺依曼规定EDVAC应该能够根据指令编写程序，而这些指令本身又作为数据输入到计算机中，这就为计算机存储程序创造了一个标准。

▲约翰·莫克利是ENIAC的设计师之一。图为1976年，他在大西洋城计算机节上向早期的个人电脑爱好者发表演讲。

▲ ENIAC是世界上第一台全电子数字计算机，1945年12月问世。

1945年5月以后，冯·诺依曼提出了把ENIAC改成EDVAC那样的可编程计算机的方法，阿黛尔·戈尔茨坦写了一种语言，可以使机器更容易操作。从那以后，没有人在原来的运行模式下运行ENIAC。

1946年初，ENIAC研制成功，运行速度比接力计算机快1000倍。但是即使是电子计算机，ENIAC在运行的时候还是会发出异响。ENIAC是一个满是滴答作响的电传打字机、旋转磁带驱动器和遍布墙壁的相对安静的电子电路板的房间。ENIAC有2万个开关元件，重约30吨，耗电150千瓦。虽然功率很大，但ENIAC在任何时候都只能处理20位小数。然而，在它被完全制造出来之前，它已经有了很大的用途。1945年，ENIAC被用来计算美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的原子弹试验。

二战结束后，那些秘密实验室开始破译他们的工作成果和设计，从而出现了一个新的行业。制造电脑马上就成了一门生意，而且因为电脑的特点，还是一个大产业。工程师莫克利和埃克特刚刚走出ENIAC的成功光环，帮助雷明顿打字机公司转变为斯佩里通用自动计算机公司。在接下来的几年里，Univac这个词变成了电脑的同义词，就像当你提到舒洁时，你会想到面巾纸一样。但斯佩里也有一些强劲的竞争对手。马克一号项目失望之后，IBM高管重整旗鼓，开始制造通用电脑。两家公司形成了不同的经营风格。IBM员工都穿着蓝色条纹西装，而斯佩里的大楼里全是穿着运动鞋的年轻毕业生。不知道公司形象好还是业务能力强。没过多久，IBM就从斯佩里手中抢到了行业领袖的位置。

不久，大家用的电脑大部分都是IBM做的，随着市场的扩大，IBM的市场份额持续增加。其他计算机公司也相继成立，普遍接受过IBM或sperry培训的工程师的指导。位于明尼阿波利斯的CDC脱离了IBM，之后霍尼韦尔、宝来、通用电气、RCA、NCR都开始生产电脑。在不到10年的时间里，这八家公司主宰了羽翼未丰的计算机市场。由于IBM的营业额远远领先于其他七家公司，这八家公司经常被戏称为“白雪公主和七个小矮人”。

▲约翰·冯·诺依曼学识渊博，对计算机编程、ENIAC和EDVAC做出了根本性的贡献。

不过《白雪公主和七个小矮人》很快就会被一些自大的暴发户教训一顿。20世纪60年代出现了一种新型计算机。与以前的计算机相比，这种计算机体积更小，价格更低。借用当时流行的超短裙概念，人们称这种电脑为“迷你电脑”。在小型机制造商中，波士顿的DEC和加州帕洛阿尔托的惠普是最著名的。这些公司当时生产的计算机是图灵和冯·诺依曼所指的通用计算机。它们更小、更高效、更强大。

不久后，计算机的核心技术取得了巨大的突破，使计算机在功能、效率和小型化方面取得了惊人的进步。

——本文摘自《硅谷之火:个人电脑的诞生与衰落》