集成電路：從電子管、晶體管到CPU

進入20世紀(jì)以后，各個科學(xué)領(lǐng)域和技術(shù)部門的計算需求堆積如山，尤其是二戰(zhàn)的爆發(fā)，各國進入生死存亡的關(guān)頭，軍事需求極大地催生了各種技術(shù)的應(yīng)用，在這種情況下，對高速計算工具有了更多的需求。盡管依靠計算工人解決了最緊急的需求，但在效率和運算量上卻存在天然的缺陷。這也使計算機確定了從電子管到晶體管，從專用設(shè)備到全社會普及的發(fā)展之路。

電子管：二戰(zhàn)帶來的抉擇

在教科書中，ENIAC就是電子計算機的起源，而電子管也就在那一刻，確定了其在計算機發(fā)展史中的地位。其實，在電子計算機的襁褓期，機電結(jié)構(gòu)還是純電子計算機，繼電器還是電子管？計算機的發(fā)展也面臨著迷茫中的抉擇。

1943年，當(dāng)二戰(zhàn)激戰(zhàn)正酣時，美軍迫切需要高速計算工具，以計算炮彈的彈道。在迅速獲得15萬美元的預(yù)算后，速度成為第一訴求，繼電器在收到信號后因為有百分之一秒延時而拖慢計算速度注定要被拋棄。而真空三極管的誕生，讓計算機可以快速的通過控制柵極電流，來開啟或關(guān)斷電子管兩端的電流，獲得比繼電器速度快成千上萬倍的開關(guān)速度。這對于提升當(dāng)時計算機的速度大有好處。正因為這樣的優(yōu)勢，讓電子管擊敗繼電器，成為早期計算機的核心運算部件。

在這樣的要求下，擁有17468個電子三極管、7200個電子二極管、70000個電阻， 10000個電容器、1500個繼電器、6000多個開關(guān)、重達(dá)30噸的ENIAC在三年后，也就是1946年2月14日終于誕生，而讓它姍姍來遲的，還是預(yù)算，要知道ENIAC最終花了軍方48萬美元。其每秒執(zhí)行5000次加法或400次乘法的計算能力在今天看起來微不足道。不過別忘了，之前的Z3計算機每秒只能進行3~4次加法計算，5秒才能計算一次乘法。電子管讓計算機有了千倍的速度提升。這也確定了ENIAC的歷史地位，并確定了電子管在計算機發(fā)展中的重要性。

集成電路：從電子管、晶體管到CPU

第一臺電子計算機ENIAC的歷史照片

晶體管計算機：縮小為衣櫥大小

ENIAC的誕生，讓科學(xué)家們享受了計算的暢快，但卻必須痛苦地使用它。不僅因為它貴，更因為電子管實在太耗電，零件的壽命也太短，據(jù)說ENIAC每次一開機，整個費城西區(qū)的電燈都為之黯然失色。同時接近18000個電子管，幾乎每15分鐘就可能燒掉一個，但操作人員可能要花15分鐘以上的時間才能找出壞掉的管子，使用上極不方便。曾有人調(diào)侃道：“只要那部機器可以連續(xù)運轉(zhuǎn)五天，而沒有一只真空管燒掉，發(fā)明人就要額手稱慶了”。

因此在晶體管技術(shù)投入實用后，計算機的計算元件也迅速的電子管向晶體管進化，1954年，美國貝爾實驗室研制成功第一臺使用晶體管線路的計算機，取名“催迪克”（TRADIC），裝有800個晶體管。而計算機的體積，也由ENIAC的房間般大小，縮小為衣櫥般體積。晶體管快速的開關(guān)速度和結(jié)構(gòu)的簡化以及在催迪克上引入的浮點運算，讓其速度有了極大的提高。不過如果近距離看催迪克的話，常常會以為它還是臺電子管計算機，因為當(dāng)年制造工藝的落后，讓催迪克上的晶體管依舊使用了玻璃外殼的真空封裝，而不像現(xiàn)在的晶體管那樣，采用的是塑料或陶瓷封裝。

而軍事領(lǐng)域，依舊是當(dāng)時計算機服務(wù)的主要對象，實際上在催迪克誕生后不久，它就被搬到了波音B-52亞音速遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機（即B-52轟炸機）內(nèi)，1955年，美國在阿塔拉斯洲際導(dǎo)彈上裝備了以晶體管為主要元件的小型計算機，計算機的進步直接催生了軍事的發(fā)展。

集成電路：從電子管、晶體管到CPU

首臺晶體管計算機“催迪克”

CPU：集成工藝的勝利

晶體管可以做得很小，那么可不可以將眾多晶體管放在一起，配合其他元件，實現(xiàn)特定功能呢？在1958年，美國德州儀器的工程師JackKilby就發(fā)明了安裝有三個元件的集成電路。不過那么低的集成度，對于計算機來說，實在沒太大的意義。直到1964年，集成工藝的提升，讓集成電路內(nèi)已經(jīng)可以安裝更多的晶體管時，IBM 360才成為首款使用集成電路的計算機。而這款計算機不僅永遠(yuǎn)改變了IBM，同樣永遠(yuǎn)的改變了計算機行業(yè)，這款讓IBM招募了6萬名新員工，建立了5座新工廠，研發(fā)費用超過了50億美元的大型機，雖然當(dāng)時售價高達(dá)250萬美元，但在短短四周內(nèi)，就獲得千臺大訂單。而當(dāng)時美國的銀行在線交易系統(tǒng)、登月計劃等等，也都是在IBM 360支持下完成的。