人类近代计算的历史演变

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  引言 人类在计算的发展经历了漫长的历史阶段,伴随着人类文明的演进和需求的变迁,发展到电子计算机时代后,又经历了集中计算的大型计算机及超级计算机时代、分布式客户端/服务器时代、个人计算机时代、Unix工作站时代、互联网时代、Web2.0时代、网格计算时代、电子商务时代,以致来到“云计算时代”。这中间的每个阶段都是互相交错,盘转融合的,而整个的计算演变使计算性能越来越强大,计算作为服务功能越来越便捷和经济。
  高高在上的大型计算机的时代
  这一时代的标志物是和“深蓝”,需求的主要来源是国家和企业,追求的是计算速度和计算能力的提升。
  其中不得不提的人物是阿兰·麦席森·图灵和约翰·冯·若依曼。图灵是现代计算机理论模型的提出者,而冯·若依曼则是将这一模型付诸实践的人。
  历史往往由一些天才创造,图灵无疑就是创造历史的人。他在24岁时向伦敦权威的数学杂志投了一篇论文,给出了一个简单的模型,这个模型就是“图灵命题”。这个命题,被誉为“阐明现代电脑原理的开山之作”,并冠以“理想计算机”的名称。天妒英才,42岁的图灵吃了在氰化物溶液中浸泡过的苹果后离开了人世,他对计算的贡献也随之终止了。今天,苹果电脑公司以那个咬了一口的苹果作为其商标图案,就是为了纪念这位伟大的先驱者。
  按数据进行存储,自动完成程序所描述的处理工作,这就是图灵机最基本的功能。虽然图灵离开了人世,但是他的思想留了下来,冯·诺依曼将图灵的伟大思想付诸实践并发扬光大。
  
  ENIAC时代
  在那个时代,计算机的研制所需的人力、物力、财力不是某个个人或者某个企业可以独立承担的,只有获得足够的国家财力支撑才有可能实现,而创新的风险是很高的,这也决定了这一划时代的产物不太可能出现在和平年代。符合以上条件的唯一背景似乎就只有战争了,至于是军事战争还是商业战争,这就要看战争主体的实力了。
  第二次世界大战中,为了满足美国军方需求,宾夕法尼亚大学的莫克利博士与研究生埃克特一起建造了ENIAC——人类第一台全自动电子计算机。它的运算速度为每秒5000次加减法。当时用于弹道计算,从台式机械计算机所需的7~10小时缩小到30秒以下,代替了弹道实验室近200名工程师的繁重计算。
  但是ENIAC有一个不可原谅的缺陷——不具备“在计算机内存储程序”的特征,这导致它每次解决新问题时,需要准备几天时间,而计算本身只需要几分钟,计算的高速与程序的手工操作存在很大的矛盾。
  这一矛盾在1945年以计算机之父冯·诺依曼为首的小组设计的EDVAC(离散变量自动电子计算机)上得到了解决。它向全世界宣告,电子计算机的时代开始了。
  
  深蓝
  在此之后的很长一段时间内,计算机的开发和应用都集中在大型机领域,追求的是计算速度的提升,其中的登峰造极的颠峰代表非“深蓝”莫属。1977年发生了一件关于计算机的具有轰动效应的事情——IBM“深蓝”对阵象棋世界冠军卡斯帕罗夫——人机PK。
  “深蓝”重量达1.4吨,有32个节点,每个节点有8块专门为进行国际象棋比赛设计的处理群,运算速度为每秒2亿步,这样快速的运算速度绝对是人脑所没有办法比拟的。IBM研制小组向“深蓝”输入了100年来所有国际特级大师开局和残局的下法,即将象棋大师的智慧输给了“深蓝”。它在走每一步之前都会通过超强的计算能力将“头脑”中存储的所有可能的走法尝试一遍,选择最佳的走法,这样,对弈就变成了单纯的计算。它不会疲倦,不会有心理的起伏,也不会受到对手的干扰,它的缺陷是没有直觉,不能进行真正的思考。根据这样的调查结果,卡斯帕罗夫想要赢过“深蓝”就唯有通过直觉、判断和经验了。
  大战如约进行,双方经过激烈的拼杀,前5局战成2.5:2.5平,到了决胜局,卡斯帕罗夫意外地仅走了19步就向“深蓝”拱手称臣,那句“我已无力再战”更是震撼人心。“深蓝”赢得了比赛,战胜了“棋王”,在人机大战中,人类输了。
  当然,“深蓝”的意义绝不仅仅是陪人类下棋的玩具,否则这玩意也太昂贵了。我们需要这样的计算机,因为“深蓝”存在的意义在于帮助人们研究如何最大限度地发挥电脑的优势,为人类更好地服务。
  这一时期计算机的应用大多集中在军事、气象、医学等领域,在民间的应用并不多,虽然也有部分企业引入了小型机,但是对于大多数人来说,计算机依旧是个陌生的概念,绝对是高高在上可望而不可及的。直到PC机的出现才打破了这一局面。
  
  PC机时代的到来
  在PC机出现之前,一切要都按照客户机/服务器模式运转。所有的应用软件,所有的数据,所有的控制都位于大型的电脑主机上,这些电脑主机通常被称为服务器。如果用户想访问特定的数据或运行特定的程序,他必须连接到主机上,获得适当的权限,然后才能执行他的业务。用户通过终端连接和使用主机,对于主机给出的结果,用户只能接受而不能有任何异议,如果想要对结果做出任何改变,就只有等待数天或者数周。而这一缺陷也隐隐预示着PC机时代的辉煌。
  这时代的标志物是IBM PC,需求的主要来源是个人、家庭和企业,追求的是计算机应用的多样化——即软件开发。
  PC一词源自于1978年IBM的第一部桌上计算机型号PC,个人计算机不需要共享其他计算机的处理单元、磁盘和打印机等资源也可以独立工作。
  IBM并不是第一个研制和生产微型电脑的企业,IBM的成功主要是大型机,由于没有把握好时机,IBM被DEC公司夺走了小型机霸主的地位。20世纪70年代末,以苹果公司为代表的“车库”公司,短短几年就把微型机电脑繁衍成了大气候。个人电脑市场的潜力是巨大的,而“蓝色巨人”在计算机革命浪潮中步子却慢了半拍,竟然陷入十分尴尬的处境。
  经过几年的观望和徘徊,IBM公司的高层于1980年4月秘密地召开了一次会议,会议上决定实施“国际象棋”项目。研制出了一种新的机器,IBM公司决定把新机器命名为“个人电脑”,即IBM PC机。
  1981年12月,IBM在纽约介绍PC机,这几乎是一个横空出世的爆炸新闻。更令人惊讶的是,这家世界上最传统的巨人集团,公开宣布放弃独自制造所有软、硬件的策略,不仅使广大用户认可了个人电脑,而且促使全世界各地的电子电脑厂商争相转产PC机,仿造出来的产品就是IBM PC兼容机。这样的技术、产品和商业模式极大地加速了计算机和人类社会的发展速度。
  随着PC机的普及和软件功能的强大,人们开始将重心从对数据和资源的处理逐渐转移到了数据和资源的共享上面,最早的阿帕网(ARPAnet)的想法就来自于此,而Internet的雏形就是阿帕网。
  
  Internet让PC机合在了一起
  这一时代的标志物是“万维”网和Web2.0,需求的主要来源是个人和各种民间团体,追求的是信息的个性化和沟通的自由无疆界。
  在PC机发展的早期,拥有PC机的人员主要包括两类:研究人员和程序员。此时的PC机更多的是一种工作站的角色,与一般人的生活依旧没有太多的交集,当然PC机时代后期的PC游戏除外,直到互联网出现之后,PC机才真正开始走入千家万户。
  (摘自科学出版社《云计算:深刻改变未来》 编著:张为民 等)
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