計算機(jī)發(fā)展中的硬件和軟件

劉旌揚

摘 要：自從1946年第一臺電子計算機(jī)問世以來，我們的世界經(jīng)歷了革命性的變化。從大型軍用計算機(jī)，到80年代的個人計算機(jī)浪潮，再到如今的移動智能手機(jī)?，F(xiàn)如今，計算機(jī)的硬件和軟件都開始以極快的速度發(fā)展，我們也在跟著時代進(jìn)步的同時，思考這其中的客觀規(guī)律。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)；硬件發(fā)展；軟件發(fā)展

中圖分類號：TP32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0032-02

隨著2016年9月16日第七代蘋果手機(jī)的問世，我們的生活再一次被更加先進(jìn)的通話技術(shù)，更加便捷的移動支付和照相功能推動。短短幾年，蘋果手機(jī)帶來了一股科技風(fēng)暴，讓所有熱愛新技術(shù)，新產(chǎn)品的群眾走上了浪潮之巔。我們很難想象，在短短70年間，從ENIAC到蘋果七代手機(jī)，計算機(jī)經(jīng)歷了怎么樣翻天覆地的變化。

1 計算機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述

計算機(jī)發(fā)展至今天，顯然不是一蹴而就的，期間經(jīng)歷了漫長的探索和彎路，才形成了最后穩(wěn)定的體系。計算機(jī)發(fā)展的雛形最早要追溯到世界大戰(zhàn)期間，盟軍為了破獲德國的軍事密碼，邀請了大量學(xué)者進(jìn)行研究，可結(jié)果令人失望。破譯密碼并不是單純依靠人力可以解決的問題，其原因是破譯密碼需要海量的重復(fù)實驗和計算，這個計算量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于科學(xué)家的能力范圍。當(dāng)時作為盟軍智囊團(tuán)的阿蘭-圖靈第一個意識到這個問題的可解決性。也就是說，人類是否可以制造出一臺有計算能力的機(jī)器，從而幫助自己完成無休止的加減乘除，一旦這個目標(biāo)可以達(dá)成，我們便有望在有限的時間里完成足夠多的計算，從而破譯密碼，完成戰(zhàn)爭的目的。

盟軍依靠圖靈的智慧擊敗了德國，但計算機(jī)的發(fā)展才剛剛開始。計算機(jī)之父馮·諾依曼研究了圖靈的理論之后，意識到這個想法可能會永遠(yuǎn)改變?nèi)祟惖纳罘绞?。諾依曼提出了一個可行的計算機(jī)模型，計算機(jī)由五個部分組成：輸入設(shè)備，輸出設(shè)備，運算器，控制器，存儲器。這五個部分相互協(xié)調(diào)，便可以完成理論上人類需要的所有計算任務(wù)。原理是，輸入和輸出設(shè)備通過和外界的接觸，能夠獲取外界的需求，在完成計算后返回結(jié)果，讓外界知悉。運算器由邏輯電路組成，負(fù)責(zé)進(jìn)行邏輯運算，存儲器有堆棧結(jié)構(gòu)組成，負(fù)責(zé)存儲外部輸入的數(shù)據(jù)，控制器是計算機(jī)最核心的部件，負(fù)責(zé)調(diào)配整個計算機(jī)的資源，并且根據(jù)不同任務(wù)的重要性分配資源。我們不妨通過一個實例來了解計算機(jī)的工作原理，我們的計算機(jī)原本處于待機(jī)狀態(tài)，消耗比較少的能量來維護(hù)基本功能的進(jìn)行。這時我們需要計算機(jī)運行一個“1+1”的任務(wù)，首先，控制器讓計算機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，分配給這個任務(wù)一定的資源幫助其完成任務(wù)。其次，輸入設(shè)備向用戶開放，獲取用戶讀到的數(shù)據(jù)，接著存儲器將用戶輸入的信息變成計算機(jī)可讀的代碼，保留在存儲器中，然后運算器進(jìn)行運算，最后輸出設(shè)備，例如顯示屏和打印機(jī)完成輸出功能，用戶可以獲得想要的結(jié)果。

然而，我們現(xiàn)在的設(shè)想仍然建立在一個沒有生命的機(jī)器上，如何使得有金屬和硅制成的計算機(jī)能夠按照我們的意愿工作，是我們的下一個目標(biāo)。

因而，計算機(jī)軟件的發(fā)展才是解決問題的核心，我們不妨將硬件看作一個工廠，將軟件看作在工廠工作的工人。如何設(shè)計優(yōu)質(zhì)的軟件幫助人們解決問題，便是計算機(jī)發(fā)展第二階段最為關(guān)鍵的問題。我們知道，計算機(jī)軟件同樣有著自己的結(jié)構(gòu)。在一臺計算機(jī)上，首先我們應(yīng)該擁有一個操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)是一切軟件的根。我們在操作系統(tǒng)這個“操場”里才能進(jìn)行各種軟件的開發(fā)和使用。在操作系統(tǒng)之上，自然而然有著應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件的功能是多樣的，我們現(xiàn)在看來，有太多的功能需要我們開發(fā)去實現(xiàn)。目前的電子銀行，電子消費，模式識別等等，都是我們需要探索的新空間。

那么，計算機(jī)硬件和軟件的發(fā)展，究竟有著什么樣的聯(lián)系呢？

2 硬件和軟件的相互推動

說起計算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有一個人的名字不得不提，那就是比爾-蓋茨，一個締造了計算機(jī)羅馬帝國的傳奇人物。

在蓋茨上大學(xué)期間，世面上還流行了笨拙的DOS系統(tǒng)。那個年代，只有極少數(shù)人擁有駕馭計算機(jī)的能力，冗長的操作程序的枯燥的界面使得大部分人對這個機(jī)器沒有興趣?？缮w茨卻發(fā)現(xiàn)了里面的商機(jī)，如果讓大眾喜歡上計算機(jī)并且每個人都擁有一臺，豈不是可以一本萬利，坐享其成？于是偉大的蓋茨便在自家后院的車庫中埋頭苦干，終于研制除了windows1.0版本。Windows這個詞最后改變了世界，因為其提出的“視窗”概念帶來了一個革命。偉大的人就是可以抓住機(jī)會名垂千史，普通的程序員是無論如何也無法發(fā)現(xiàn)將計算機(jī)的操作變得簡化可以給自己帶來無限的利潤，他們在意的僅僅是如何寫出更加難得程序使得自己得到認(rèn)可。于是，在微軟操作系統(tǒng)windows3.0誕生之后，它如同一陣旋風(fēng)席卷世界，群眾發(fā)現(xiàn)原來計算機(jī)的使用并沒有想象中那么復(fù)雜，于是，購買計算機(jī)的概念便在這個時候成型了。

然而，計算機(jī)誕生初期是為美國軍方服務(wù)的，早在1946年，第一臺計算機(jī)ENIAC的價格邊高達(dá)數(shù)十萬美元，這是普通民眾萬萬不能承受的價格。要使得計算機(jī)走入普通人的生活，必不可少的一個步驟是硬件的發(fā)展和價格的降低。

在計算機(jī)誕生的初期，人類利用電子管形成邏輯電路，利用高低電壓來判斷邏輯的是非，這個概念隨著晶體管的發(fā)展而得到革新，在60年代，以肖克力為首的材料物理學(xué)家極大地推動了計算機(jī)的發(fā)展。計算機(jī)的計算能力和物理尺寸主要參數(shù)是電路的數(shù)量和規(guī)模，在計算機(jī)功能不斷擴(kuò)大的今天，計算機(jī)的電路數(shù)量正在以幾何的數(shù)量增加，唯一的解決方法便是通過材料和工藝的發(fā)展，使計算機(jī)的電路規(guī)模變得越來越小。于是，半導(dǎo)體工藝，集成電路工藝在那個年代得到了極大的發(fā)展，科學(xué)家已經(jīng)足夠?qū)⒂嬎銠C(jī)做成普通人可以接受的大小了。

還有一個問題值得深思，計算機(jī)的硬件要比軟件更難形成微軟“一家獨大”的局面。本質(zhì)上的原因我們在前文已經(jīng)分析過了，計算機(jī)的硬件需要由五個部分組成，每個部分的發(fā)展都需要極大的人力，金錢和時間。一個公司不可能在大力研究顯示屏的同時研制最新的芯片。于是，計算機(jī)硬件領(lǐng)域的分工便在這時開始了，以英特爾為首的公司開始研究芯片的制造，以高通公司為首的一部分開始研究數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，以惠普公司為首的其余開始研究顯示屏，打印機(jī)，等人機(jī)交互設(shè)備。這樣，我們只需要將這些公司的產(chǎn)品進(jìn)行整合，一臺計算機(jī)便有了自己的硬件結(jié)構(gòu)，配以軟件的支撐，便可以為普通人所用了。

3 計算機(jī)發(fā)展的黃金模式

從上世紀(jì)80年代開始，計算機(jī)發(fā)展進(jìn)入了前所未有的黃金模式，以微軟為首的軟件公司獨霸操作系統(tǒng)，形成了在所有計算機(jī)上安裝微軟系統(tǒng)的格局，每一臺計算機(jī)一旦安裝微軟系統(tǒng)，就必須向微軟繳納一定量的版權(quán)和使用費用，這樣微軟每復(fù)制一份軟件，就可以得到一份可觀的收入，這個商業(yè)模式一直持續(xù)到今天，也沒有人可以撼動?？梢哉f，微軟靠著版權(quán)和軟件業(yè)的壟斷，建立了計算機(jī)世界的羅馬帝國。而相應(yīng)的硬件生產(chǎn)商，也隨著微軟的步伐不斷獲得利益?，F(xiàn)在的計算機(jī)已經(jīng)形成了高度的集成化，沒有一家公司可以獨立完成計算機(jī)硬件的所有工藝。我們需要來自英特爾的芯片，來自高通的網(wǎng)卡，來自其他公司的顯示屏，驅(qū)動裝置。一旦這些公司各司其職，各取所需，一個龐大的產(chǎn)業(yè)鏈就開始形成，這個時候，用戶面對的是一臺高度集成的計算機(jī)，各家公司已經(jīng)為用戶完成了一切前期的配置安裝，用戶需要做的僅僅是完成自己需要的任務(wù)。例如，有的用戶利用計算機(jī)進(jìn)行辦公，有的利用計算機(jī)進(jìn)行娛樂，有的利用計算機(jī)進(jìn)行日常的生活購物，記錄，存儲等功能。這些功能在計算機(jī)高度發(fā)展的今天已經(jīng)是家常便飯，隨時可以獲得了。

4 結(jié)語

計算機(jī)在人類發(fā)展歷史上絕對是濃墨重彩的一筆，沒有計算機(jī)，便沒有我們的今天。我們在使用計算機(jī)的同時，也要開始思考，究竟是什么人造就了計算機(jī)，是什么人開發(fā)了計算機(jī)的功能，是什么人提出了個人計算機(jī)的概念，是什么趨勢推動了計算機(jī)分結(jié)構(gòu)，分功能地高速發(fā)展，最后形成了若干家公司占有了計算機(jī)領(lǐng)域不可撼動的地位，獲得了大量的利益。只有知道了這些事實，我們才能對手里的手機(jī)，更加確切說是小型移動計算機(jī)有更加深入的了解，并且預(yù)測未來計算機(jī)發(fā)展的趨勢和方向。