书城科普日新月异的信息科学(新编科技大博览·A卷)
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第3章 电子计算机技术(2)

人类的历史总是会在特定的时期制造出一些千载难逢的机遇给那些应运而生的英才们,让他们创造出一个个神话般的传奇,成为人类文明的历史长卷中一个个闪耀的亮点,激励着后人奋勇向前,奋斗不息,他们的故事也历来被人们津津乐道。

1945年的春天来到了美国的纽约。林立的摩天大楼间弥漫着春天所特有的催人奋发的气息。在纽约著名的计算中心的大门前,一丛丛怒放的鲜花扬起笑脸在向来来往往往的人们致意,但人们的热情显然不在这些鲜花上。IBM公司为她的新型计算机IBM701所举行的招待会的盛大场面已吸引了每位与会者的全部注意力。招待会由著名的物理学家罗伯特·奥本海默致开幕词。这位“原子弹之父”的开幕词刚刚结束,IBM公司的新任执行总裁小沃森满面春风、意气风发地走上讲台。年轻的他风流倜傥,英气逼人,但朝气蓬勃的脸上已明显具备了成熟企业家所特有的自信与沉稳的气质。上得台来的小沃森娓娓而谈,将公司的IBM701计算机满含深情地喻为他企盼已久的“梦中情人”,陈列在计算中心大厅中的IBM701新型计算机更像他生活中曾经那么熟悉的雄鹰战斗机,小沃森将驾驭着它,翱翔于一个更广阔的天空。

不错,IBM701是属于小沃森的。当年他脱下二战时的军装,来到父亲的IBM公司的时候,IBM已经被一种因循守旧、固步自封的气氛包围着。年轻工程师勇于创新的精神被压抑到最底层。在这种情况下,小沃森决心进行彻底的改革,他在父亲老沃森面前慷慨陈词,细述计算机时代的灿烂前景,最终打动了父亲。IBM决定倾全力进军计算机产业。之后,小沃森果断进行工程师队伍的大换血,招募了近4000名计算机人才到IBM麾下。尤其重要的是,小沃森请到了计算机研制的领军人物冯·诺依曼博士做公司的技术顾问,开始研制在当时来说更快、更高、更强的新型计算机。

1953年春天,小沃森携IBM701出现在纽约计算中心的大厅。规模空前盛大的产品招待会和IBM701卓越不凡的品质使它一炮打响。小沃森趁热打铁,决定对IBM701进行批量生产。从1953年3月至1954年,IBM公司的生产车间彻夜轰鸣,以每月交付一台的速度一共生产了18台IBM701,并且被买主抢购一空。IBM701的巨大成功迅速奠定了小沃森和IBM公司在计算机生产领域的地位。

初战告捷,小沃森当然不会就此罢手。小沃森以他那似乎是与生俱来的对商业社会特有的敏感察觉到计算机应用的广阔前景,遂决定在IBM公司制造一种价格较便宜、更适于大范围推广使用的小型机。事实证明小沃森的这一决策又是十分正确的,1954年的冬天,IBM650型机问世,这种宜使用、适用范围广且价格便宜的小型计算机一经问世便十分受欢迎。大批的中小企业竞相购买,IBM650型计算机最后的销售量超过千台。这个数量对于现在可能根本不算什么,可对于计算机刚刚开始进入工业化生产的时代,这足以在全社会掀起一个不小的高潮,同时也足以造就IBM公司在计算机制造业的霸主地位。

在短短的几年间,小沃森以他非凡的能力,驾驶着IBM这一巨型战车冲人计算机制造这一崭新的天地。几次漂亮的战役下来,IBM公司的大旗已经插遍了这一行业的大半江山。有人也把IBM公司的迅速崛起戏称为其他计算机公司的大撤退时代,一大批计算机公司纷纷卷起铺盖退出这一领域,就连在50年代曾是首屈一指的雷明顿·兰德公司,其市场份额亦不足IBM公司的1/10。计算机业从此迈进一个IBM时代。

IBM制造的一种并行计算机试验床,它可模拟各种并行结构并向它提出各种任务硅谷的起源人们说,热衷于赌博的人不会不知道赌城拉斯维加斯,热衷于计算机的也一定不会不知道美国的硅谷。

事实上,对全世界的信息产业的人们来说,硅谷是他们最向往的地方。一般来说,加利福尼亚州的硅谷和麻省波士顿128号公路地区是美国电子工业的两个中心。而今这几年,硅谷的老牌明星惠普、英特尔如日中天,新兴的网景、“Yahoo!”一夜暴富,使硅谷在全世界越发神圣,地位也日益稳固。

硅谷到底有多大?连硅谷人自己也说不准。其实,美国地图上压根儿就找不到硅谷。

硅谷一词是由一位名叫唐·霍夫勒的编辑于1971年在《微电子新闻》周刊上首次提出来的。霍夫勒笔下的硅谷,仅是指以斯坦福大学为中心,向北伸展到红杉城,向南到森尼威尔,东北傍旧金山湾的狭窄地区。而25年后的硅谷,范围已经延伸了很多。

硅谷自然环境很好,一年四季阳光普照,冬天多雨,夏天干燥,气温与我国的广东、海南差不多。这里住的大多是有钱人,家家自备汽车,坐公共交通工具的,一般是外来访客或在本地打工的亚裔人。

硅谷能成为今天的信息产业圣地,仰仗的是斯坦福大学的支持。斯坦福大学的迅速崛起,极大地推动了硅谷电子工业的发展。许多对硅谷作出重要贡献的人士都是斯坦福大学的毕业生。

20世纪20年代,为了提高斯坦福大学的声望,学校四处聘请一些最有名望的科学家到斯坦福任教。从麻省理工学院请来的著名的电子工程师弗雷德·特曼教授就是其中最为重要的一个。

特曼教授鼓励学生们将自己的新技术应用推向市场。在有人提供资金和设备的帮助下,特曼教授的两名学生威廉·休利特和戴维·帕卡德在20世纪30年代末成功地发明了音频振荡器。两人将这个发明卖给了迪斯尼公司,收入用于新产品开发。这两个人创办了惠普公司。

20世纪50年代,要求建立一个工业园区的呼声越来越高。斯坦福大学拥有大约8000英亩以上的土地,已经是副校长的特曼教授与校长华莱士·斯特林决定出租土地建立斯坦福工业园,租期最长可达99年。1951年,斯坦福物理学家瓦里安第一个将自己的公司迁入园区,陆陆续续地,许多公司与斯坦福大学签约,搬进了工业园。

渐渐地,许多公司搬进了斯坦福工业园区。工业园成了许多大公司总部所在地。这就是早期硅谷的发祥地。

时至今日,硅谷已经成为信息产业人士创造财富和神话的地方。

计算机的组成

冯·诺伊曼把计算机分作五部分:计算器、控制器、存储器、输入和输出设备。这五部分便是计算机的组成。

1.输入设备

有人把输入设备比作电子计算机的“眼睛”,这是有一定道理的。有了输入,电子计算机就可以看懂各种数据、信号或语言文字。

输入设备的种类很多,有纸带输入机、电容输入机、卡片输入机等,最常见的是键盘输入机。当操作人员在计算机前不停地敲击键盘时,就是在向电子计算机输入信息。

2.存储器

它相当于电子计算机中的信息“旅馆”。它把输进来的信息,化成二进制数码,存储在一间一间小“房子”里。每个“房间”都有号码,输进的信息必须对号入座。

随着科技的不断发展,电子计算机的应用越来越广泛,原有的内存储器已经满足不了需要。这时,科学家们又制出了外存储器,使外存储器成批地与内存储器交换信息。

电子计算机常用的外存储器有磁鼓、磁带、磁盘、光盘等。假如用电子计算机写作的话,你可以把你的文稿内容,全部存储在只有巴掌大小的磁盘里。

3.计算器

也叫运算器,俗称“电子算盘”。它是电子计算机中负责运算的部分。

计算器由加法器、求补器、寄存器和运算控制线路等组成。

在计算当中,需要把参加运算的数码,暂时寄存一下,每次运算的中间结果也要暂存一下,这都要存入寄存器中。寄存器的位数越多,它所容纳的字也越长,计算的精确度也越高。

4.控制器

计算器可以进行算术四则运算,也可以进行逻辑运算,那么,计算器从哪里取数码呢?选用哪种运算?算完了送到哪里?这一切都得由控制器向各部分发出操作命令。在控制器的统一指挥下,计算机有条不紊地工作着。

5输出设备

这一部分可以说是电子计算机的“嘴”,它可以把计算结果告诉你。

最常见的输出设备是荧光屏。电子计算机操作之后把结果在荧光屏上显示出来。它不仅可以显示数字、符号、文字、公式等,还能显示图形。所以,科学家们往往用计算机来设计汽车、飞机和楼房等。

电子计算机的这5个部分密切合作,迎来了电子计算机的新时代。

计算机程序

计算机程序可以说是19世纪人类智慧最杰出的代表作之一。自从有了程序这个无形的智力空间,它便吸引了无数天才们的心,他们把自己的智慧幻化成蝴蝶最美丽的翅膀,遨游于人类文明的时空,留下一道道绚丽的色彩。顺着这些色彩向前追溯,我们的目光停留在了19世纪的中叶。计算机的发展史告诉我们,计算机程序第一道五彩的曙光正是从这里诞生的。我们再次细细地搜寻,一位婀娜多姿的女子的身影出现了,她便是计算机史上第一位当之无愧的程序设计师:艾达·拜伦。

艾达于1815年出生于英国,她的父亲便是英国著名的诗人拜伦。可是由于父母的离异,艾达从小便在缺乏父爱的环境中成长,然而她却完全继承了父亲的激情澎湃、母亲严谨的数学思维和坚忍不拔的毅力。孩提时代的她曾在母亲的带领下参观了拜比吉发明的差分机,这位天才的计算机先驱和他的设计思想深深打动了少女的心,她暗暗地迷上了拜比吉和他的差分机。长大后的艾达嫁给了洛甫雷斯伯爵,成为一名雍容华贵的伯爵夫人。悠闲的贵族生活明显满足不了她那颗渴望激情的心,对心中梦想的追求她一刻也没有放弃过。艾达毅然决然地放弃了优裕的生活环境,去寻求心中的理想。

这一天,在拜比吉的办公室中,正处于艰难困苦中的科学家迎来了一位不速之客。这位美丽的少妇虽然穿着朴素,但难以掩住她端庄典雅的气质,一双妩媚的大眼睛里不断折射着心底的智慧之光。她便是伯爵夫人——艾达。她的诚意和她对差分机精辟的见解打动了拜比吉,就这样,27岁的艾达正式成为拜比吉在科研事业上的合作伙伴,携手开始了在这条崎岖小路上的探索。艾达的数学天赋不久便得到了淋漓尽致的发挥,有了这个理想的伙伴,拜比吉决定制造一种通用的数学计算机——分析机,艾达则挑起了为机器设计运算程序的重任。她的工作没有任何的先例,正因为如此,她的每一步摸索与尝试在后人看来都是那样的弥足珍贵。艾达在她的程序设计中提到了一套现在叫做条件转移的指令系统,即在设计分析机的解题过程时,可以根据某个被计算结果的正负号,从可能的两条路线中选择一条进行下去。这是一次极大的思想创新,这种机器不仅能代替人的具体计算,而且开始代替人的逻辑判断。现代计算机的这一设计思想可以说完全由此承袭而来。为了提高机器的运算速度,艾达为计算机预先设计了大量的函数表格,将函数表中的数据制成卡片,当机器运算到某个函数时,根据函数相应的自变量值向计算人员提示,计算人员只需要用一定的方法输入变量的值,计算机便能继续运行程序。这一人机交互的设计思想也被原封不动地搬到现代计算机的程序设计中来。

艾达用她的天才和智慧为计算机编制的程序在现代人看来简直是一个奇迹。她所编制程序中的三角函数的运算程序、级数相乘程序、伯努利数计算程序等等即使到了今天,电脑软件界的后辈们仍然不敢轻易改变一条指令。艾达的思想为现代程序设计奠定了基础,人们公认她为世界上第一位伟大的软件工程师。为了永久地纪念这位先驱,1978年美国国防部将众多的软件集合成为一种通用语言,并把它命名为“ADA语言”,以此让这位才女的芳名永远留在电脑史话中。

虽然艾达为分析机编制了最好的程序,可分析机最终却难逃流产的厄运。原因就是当时她和拜比吉先生的思想都太超前了。社会发展的需求和科学技术的水平无法为他们提供必要的技术支持,机器部件的精确度在当时对工厂而言真是勉为其难了,工厂无论如何也造不出符合图纸要求的零件,许多工厂老板认为拜比吉的图纸设计简直是天方夜谭,是一厢情愿的痴人说梦。艾达和拜比吉为了把分析机的图纸变成现实,耗尽了自己全部的家财,艾达忍痛两次把自己丈夫家中的祖传珍宝送进典当行,把当来的钱投入到机器的研制中去,而这些财宝又被她的母亲出资赎了回来。

执着追求、永不退缩的艾达在沉重的经济压力和精神压力下没日没夜地工作着,这严重损害了她的健康。这位伯爵夫人柔弱的身体远不像她的精神那样坚强,带着无限的遗憾,这位计算机史上第一朵傲然怒放的美丽的花朵匆匆凋谢了。1852年,软件才女英年早逝,但却用她卓尔不群的智慧在人类文明的进程中留下了一道鲜明的色彩,ADA语言将永远不会被人们遗忘!

K、M、G的概念

使用电脑时,我们常遇到诸如K、M、G之类的概念,当那些所谓的“大虾”们(因特网上电脑高手的绰号)大谈特谈什么15个G的硬盘、128M内存,你是不是有些摸不着头脑呢?其实,问题很简单,这些都是对电脑的存储容量的描述。