前面已經基本上把關于造一臺簡單計算機的整體結構說完了。so,問題來了,原理明白了,怎么實現呢?
從理論上來說,任何能夠實現與或非操作的,有大量重復,可以組裝起來的元件,都可以構造這樣的機器,在前面介紹了丹尼爾.希利斯用積木來實現的,在三體里面介紹馮諾依曼是用秦始皇的無數士兵來做的(三體迷如果不記得這一段,回去面壁去)。
但從實際上來說,因為里面要用到大量重復的元件,那么任何一個元件出點錯,都可能會對整體的計算結果造成影響,所以實際能夠用在大規模制造的上得,需要考慮不容易出錯,大規模組裝的話,還要考慮體積、功耗等等,從目前的發展來看,大規模的集成電路是歷史選擇的方向。當然,如果有一天,生物分子或者是其它材料能夠更好實現,也可以考慮用更先進的材料來做(似乎人類的工業文明就是一部材料的發展史。。)。
集成電路-當代科技的承載
最早的計算機是用繼電器實現的, 是通過通電以后,里面的金屬片被磁力吸引以后進行連通和斷電以后放開來實現輸入和輸出。
繼電器是機械的,彎曲時需要金屬彈簧片,經常工作,容易拆斷,而且如果有一小片污垢或紙片粘在觸點之間,就會失靈。1947年,Hopper在Mark II檢查故障時,在一個繼電器中找到了一個飛蛾,在日志里面記錄了“第一次發現了bug”,這就是bug這個詞的由來。
后面緊跟著繼電器之后使用的是真空管,真空管是在玻璃瓶內部抽真空,以利于游離電子的流動,比起繼電器來,故障率好一些。
但真正推動現代電路技術大規模發展的,還是晶體管,晶體管是利用半導體實現電流的放大而實現的,從最早的點接觸晶體管到硅晶體管,發展的二三十年的歷程,晶體管最大的好處是可獨立包裝或在一個非常小的的區域。
關于集成電路發展的簡史:
1943年,哈佛的Mark II使用了13000個繼電器。
在摩爾電氣工程學校, J.Presper Eckert和John Mauchly設計了E N I A C(electronic numerical integrator and computer,電子數字積分器和計算機)。它采用了18 000個真空管,于1 9 4 5年末完成。
1947年:威廉·邵克雷(William Shockley)、約翰·巴頓(John Bardeen)和沃特·布拉頓(Walter Brattain)成功地在貝爾實驗室制造出第一個晶體管。1956年,獲得諾貝爾物理學獎
1953年:第一個采用晶體管的商業化設備投入市場,即助聽器。
1961年4月25日:第一個集成電路專利被授予羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce)。
1968年7月:英特爾公司成立,英文名Intel為“集成電子設備(integrated electronics)”的縮寫。
1978年:英特爾標志性地把英特爾8088微處理器銷售給IBM新的個人電腦事業部。
2014年我國集成電路產量1034.83億塊,暫時沒有世界一年集成電路的產量,也就是說在人類歷史短短的百年之間形成的,我們通過制造了這樣一些藏在無數設備內部的芯片,極大的擴展了我們大腦本身的計算能力,有時候我們好好想想,我們社會比起一百年以來,先進性和舒適性體現在哪,其實就是無數的機器在為我們服務。這些芯片的算力已經遠遠超出了歷史這數十億年來非自然制造的計算能力,這也是我們這個時代在走向外在世界數字化息重構這條道路上的體現,雖然這樣的發展,也不知道是好還是壞,但我們確實不可避免的走在這條路上。
(未完,待續)