卅年史詩(shī)！地球上出現(xiàn)過(guò)的CPU完全收
CPU,Central processing unit.是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的核心部件，又稱(chēng)為“微處理器(Microprocessor)”。對(duì)于PC而言，CPU的規(guī)格與頻率常常被用來(lái)作為衡量一臺(tái)電腦性能強(qiáng)弱重要指標(biāo)。今年是intel x86架構(gòu)25周年，而x86架構(gòu)的CPU對(duì)我們大多數(shù)人的工作、生活影響頗為深遠(yuǎn)。
在開(kāi)始intel x86神奇時(shí)光之旅前面，我們需要弄清楚歷史上幾件很重要的事件，計(jì)算機(jī)的始祖到底是誰(shuí)？是ENIAC嗎？
這張圖相信很多人都看過(guò)。
世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC
教科書(shū)里面的答案是ENIAC。這個(gè)答案不算正確，但也沒(méi)完全錯(cuò)。ENIAC是美國(guó)賓州大學(xué)研制的第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，也是世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。準(zhǔn)確一點(diǎn)說(shuō)：ENIAC是世界上第一臺(tái)通用型計(jì)算機(jī)。ENIAC是Electronic Numerical Integrator And Computer的縮寫(xiě)，它于1946年2月15日誕生；當(dāng)時(shí)的資助者是美國(guó)軍方，目的是計(jì)算彈道的各種非常復(fù)雜的非線性方程組。眾所周知，這些方程組是沒(méi)有辦法求出準(zhǔn)確解的，因此只能用數(shù)值方法近似地進(jìn)行計(jì)算，因此研究一種快捷準(zhǔn)確計(jì)算的辦法很有必要。
那個(gè)時(shí)候的“程序設(shè)計(jì)”，需要插拔N多的插頭
美國(guó)軍方花費(fèi)了48萬(wàn)美元經(jīng)費(fèi)在ENIAC項(xiàng)目上，這在當(dāng)時(shí)可是一筆巨款，要不是為了二次世界大戰(zhàn)，誰(shuí)能舍得出這么大的錢(qián)？事實(shí)上ENIAC也是美國(guó)陸軍軍械部和賓州大學(xué)莫爾學(xué)院聯(lián)合發(fā)布的，而非書(shū)本上所提的只有賓州大學(xué)。
從技術(shù)上而言，ENIAC是沒(méi)有太明晰的CPU概念的。因?yàn)樗捎秒娮庸茏鳛榛倦娮釉?。用了足?8800個(gè)電子管，而每個(gè)電子管大約有一個(gè)普通家用25瓦燈泡那么大。這樣整部電腦就有了8英尺高、3英尺寬、100英尺長(zhǎng)的身軀，體積有研立方米，重達(dá)30噸，耗電高達(dá)140千瓦。每秒能進(jìn)行5000次加法運(yùn)算(而人最快的運(yùn)算速度每秒僅5次加法運(yùn)算)，還能進(jìn)行平方和立方運(yùn)算，計(jì)算正弦和余弦等三角函數(shù)的值及其它一些更復(fù)雜的運(yùn)算。這樣的速度在當(dāng)時(shí)已經(jīng)是人類(lèi)智慧的最高水平。
但是，其實(shí)ENIAC還不是計(jì)算機(jī)的最早始祖?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的思想由來(lái)已久，到了19世紀(jì)已經(jīng)才日漸成熟，但是當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平很低弱，所以根本無(wú)法制造出可以運(yùn)行的系統(tǒng)來(lái)，其中最據(jù)代表性的就是巴貝奇的分析機(jī)。
巴貝奇分析機(jī)部件
英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員、劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)教授巴貝奇(Charles Babbage, 1792-1871.)，是一位富有的銀行家的兒子。他于1792年出生于英格蘭西南部的托格茅斯，后來(lái)繼承了相當(dāng)豐厚的遺產(chǎn)。巴貝奇把繼承的財(cái)富都用于科學(xué)研究，并顯示出極高的數(shù)學(xué)天賦，考入劍橋大學(xué)后，他發(fā)現(xiàn)自己掌握的代數(shù)知識(shí)甚至超過(guò)了教師。1817年獲碩士學(xué)位，1928年受聘擔(dān)任劍橋大學(xué)“盧卡辛講座”的數(shù)學(xué)教授，這是只有牛頓等科學(xué)大師才能獲得的殊榮。
巴貝奇教授，Charles Babbage
巴貝奇不但精于科學(xué)理論，更喜歡將科學(xué)應(yīng)用在各種發(fā)明創(chuàng)造上。他最早提出，人類(lèi)可以制造出通用的計(jì)算機(jī)，來(lái)代替大腦計(jì)算復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題。當(dāng)時(shí)并沒(méi)有電子技術(shù)的應(yīng)用，于是巴貝奇的設(shè)想就架構(gòu)在當(dāng)時(shí)日趨成熟的機(jī)械技術(shù)上。巴貝奇將他設(shè)想的通用計(jì)算機(jī)命名為“分析機(jī)”，并希望它能自動(dòng)解算有100個(gè)變量的復(fù)雜算題，每個(gè)數(shù)達(dá)25位，速度達(dá)到每秒鐘運(yùn)算一次。分析機(jī)包括齒輪式“存貯倉(cāng)庫(kù)”(Store)和“運(yùn)算室”即“作坊”(Mill)，而且還有他未給出名稱(chēng)的“控制器”裝置，以及在“存貯倉(cāng)庫(kù)”和“作坊”之間運(yùn)輸數(shù)據(jù)的輸入輸出部件。這種天才的思想，劃時(shí)代地提出了類(lèi)似于現(xiàn)代電腦五大部件的邏輯結(jié)構(gòu)，也為后世的通用處理器誕生奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
最初，巴貝奇還有政府的資助來(lái)研究設(shè)計(jì)“分析機(jī)”，但是短視的英國(guó)政府于1842年，斷然宣布停止對(duì)巴貝奇的一切資助，而當(dāng)時(shí)的科學(xué)界也譏笑他是“愚笨的傻瓜”，公然稱(chēng)差分機(jī)“毫無(wú)任何價(jià)值”。不過(guò)英雄的故事里面總是有美人垂青，英國(guó)著名詩(shī)人拜倫的女兒愛(ài)達(dá)·拉夫拉斯伯爵夫人(注解1)，是唯一能理解巴貝奇的人，也是世界計(jì)算機(jī)先驅(qū)中的第一位女性。她幫助巴貝奇研究分析機(jī)，建議用二進(jìn)制數(shù)代替原來(lái)的十進(jìn)制數(shù)(編者注：真是天才！)。她還指出分析機(jī)可能像雅各織布機(jī)一樣編程，并發(fā)現(xiàn)了編程的要素。她還為某些計(jì)算開(kāi)發(fā)了一些指令，并預(yù)言計(jì)算機(jī)總有一天會(huì)演奏音樂(lè)。第二年，她幫助巴貝奇處理論文的譯稿時(shí)，加入了許多獨(dú)特的見(jiàn)解，深得巴貝奇教授的贊許。
在愛(ài)達(dá)夫人短暫生命的最后十年里，全力協(xié)助巴貝奇工作，甚至把自己的珠寶手飾都拿出來(lái)變賣(mài)，以幫助巴貝奇度過(guò)經(jīng)濟(jì)難關(guān)。之后，巴貝奇又獨(dú)自堅(jiān)持了近20年，直至1871年，這位先驅(qū)者孤獨(dú)地離開(kāi)了人世時(shí)，分析機(jī)終于沒(méi)能制造出來(lái)，未完成的一部分也被保留在英國(guó)皇家博物館里。巴貝奇逝世后，他的兒子亨利·巴貝奇少將制造了若干個(gè)復(fù)制品，送往世界各地保存。亨利堅(jiān)定地相信，總有一天，他父親的這種機(jī)器一定會(huì)被后人制造出來(lái)。
近年來(lái)，科學(xué)界已經(jīng)普遍確認(rèn)巴貝奇在信息科學(xué)的鼻祖地位。1991年，為了紀(jì)念巴貝奇200周年誕辰，英國(guó)肯圣頓(Kensington)科學(xué)博物館根據(jù)這些圖紙重新建造了一臺(tái)差分機(jī)。復(fù)制過(guò)程中，只發(fā)現(xiàn)圖紙存在著幾處小的錯(cuò)誤。復(fù)制者特地采用18世紀(jì)中期的技術(shù)設(shè)備來(lái)制作，不僅成功地造出了機(jī)器，而且可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
后人完成的巴貝奇分析機(jī)
為什么要提這些舊事？其實(shí)無(wú)論是英特爾、IBM、微軟，還是甲骨文，如果沒(méi)有這些先驅(qū)們的奉獻(xiàn)，就沒(méi)有今天的繁榮。另外，我國(guó)的教育對(duì)于這一段歷史的描述非常差，編者希望這樣的說(shuō)明能夠在開(kāi)始以下intel x86神奇時(shí)光之旅前，有一個(gè)很好的交待，權(quán)作拋磚引玉吧。
[注解1：1981年，美國(guó)國(guó)防部花了10年的時(shí)間，研制了一種計(jì)算機(jī)全功能混合語(yǔ)言，并成為軍方數(shù)千種電腦的標(biāo)準(zhǔn)。為了紀(jì)念?lèi)?ài)達(dá)夫人，這種語(yǔ)言被正式命名為ADA語(yǔ)言，并贊譽(yù)她是“世界上第一位軟件工程師”。]
在以下部分的介紹里，我們將看到集成電路的通用型CPU誕生……<
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