数字经济大变革
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1.1 PC时代:大浪淘沙,数字经济的启蒙期

1946年,世界上第一台计算机诞生,它的名字叫ENIAC,全称为Electronic Numerical Integrator And Computer,即电子数字积分计算机。ENIAC是世界上第一台通用计算机,也是继ABC(阿塔纳索夫-贝瑞计算机)之后的第二台电子计算机。

ENIAC是图灵完备[2]的电子计算机,能够对其进行编程,解决各种计算问题。

第一台通用计算机ENIAC

ENIAC于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学宣告诞生。承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师组成,他们是埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯。其中,总工程师埃克特当时仅25岁。ENIAC的诞生正式标志着人类开始进入数字经济时代。

莫克利(左)与埃克特(右)

ENIAC长30.48 m,宽6 m,高2.4 m,占地面积约170 m2,有30个操作台,耗电量为每小时150 kW,造价为48万美元。它包含了17468个真空电子管、7200个晶体二极管、1500个中转、70000个电阻器、10000个电容器、1500个继电器、6000多个开关,计算速度是每秒5000次加法或400次乘法,是使用继电器运转的机电式计算机的1000倍、手工计算的20万倍。

第一台通用计算机的诞生,除了当时直接参与研制的“莫尔小组”,不得不提的是另外的两位关键科学家:艾伦·麦席森·图灵和冯·诺依曼,他们分别奠定了现代计算机科学和工程的基础。

艾伦·麦席森·图灵,英国数学家、逻辑学家,被称为“计算机科学之父”“人工智能之父”。1931年图灵进入剑桥大学国王学院,毕业后到美国普林斯顿大学攻读博士学位,第二次世界大战爆发后回到剑桥,后曾协助军方破解德国的著名密码系统Enigma,帮助盟军取得了二战的胜利。图灵对于人工智能的发展有诸多贡献,提出了一种用于判定机器是否具有智能的试验方法,即图灵试验。至今,每年都会有图灵试验相关的比赛在世界各地举办。此外,图灵提出的著名的图灵机模型为现代计算机的逻辑工作方式奠定了基础。

艾伦·麦席森·图灵

冯·诺依曼,是在计算机历史上做出卓越贡献的应用数学家,是现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等领域的科学全才之一,被后人称为“计算机之父”“博弈论之父”。

冯·诺依曼

冯·诺依曼对现代信息产业的最大贡献是提出了冯·诺依曼机(Von Neumann Machine),又称冯·诺依曼计算机,奠定了现代计算机的体系结构,它由5部分组成,分别是运算器、控制器、存储器(包括内存储器和外存储器)、输入设备和输出设备。

冯·诺依曼机的体系结构

通用计算机从诞生至今,经历了四个主要发展阶段:第一个阶段是电子管计算机时代,第二个阶段是晶体管计算机时代,第三个阶段是中小规模集成电路计算机时代,第四个阶段是大规模及超大规模集成电路计算机时代。

通用计算机的四个发展阶段

电子管计算机中,通常多使用真空管元件来作为内存中最主要的逻辑电路单元,主存储器部分则通常使用水银延迟线存储器、磁鼓片和磁芯板块等,外接存储设备方面则比较普遍使用磁带存储设备;软件方面,也是通过机器语言或者汇编语言来实现编程的,软件应用单一。电子管计算机体积庞大、运算速度慢、功耗大、可靠性差、价格昂贵;其应用以科学计算为主。

晶体管计算机的基本逻辑电路元件是晶体管,以磁芯作为主存储器,以磁盘作为外存储器;软件也有非常大的发展,高级语言及其编译程序不断出现,以批处理为主的操作系统也得到了发展;计算机性能得到了很大的提升,不仅体积和重量缩小了,耗电量降低了,而且可靠性也大幅提高;这个阶段的计算机开始应用于工业领域。

中小规模集成电路计算机,在设计方面,主要存储器结构和逻辑部分都已经使用了中小规模的集成电路,而主存储器也开始采用半导体存储器;在程序设计软件方面,人们对现有的程序设计语言已经进行了大量的标准化工作,并逐步发展出结构化程序设计的新思想与方法;而微型计算机芯片的封装体积也在逐步缩小。计算的效率、准确性,存储器的容量和质量,以及稳定性测试能力等一些关键的技术指标也已得到大幅度提升。在这一阶段,计算机的普及和应用也有了迅速发展。

大规模及超大规模集成电路计算机的主要逻辑部件采用大规模和超大规模集成电路,而主存储器普遍采用半导体存储器,这使得计算机的外围设备更加多样化、系列化。在程序设计软件方面,软件固化技术已经实现,面向对象的计算机程序设计思想开始出现,数据库技术和计算机网络技术得到了广泛的应用;软件应用也得到了极大丰富,图形界面交互软件、网络通信软件、数据库软件、企业应用软件都在这一阶段大量涌现。