从简单到复杂 人类渐入计算时代(下)

第二节：电子计算机的诞生

实际上，近代科学的发展在很大程度上促进了计算工具的发展，而电子计算机的诞生与发展也对整个人类社会的发展起到了举足轻重的作用。

早在19世纪，英国数学家巴贝奇设计了一部能够自动进行数学或逻辑运算的机器：分析机。由于那个时代的机械工艺水平还不能使一个计算机设计者实现他的理想，所以，巴贝奇没有造出实际的计算机。然而他的想法都留在了精细的设计图上，而且确有惊人之处。他把数据记录在卡片上，在卡片的不同位置上打孔，代表不同的数字，然后把打孔卡送入分析机进行运算。要知道，现代计算机在磁碟软盘出现以前，一直使用在纸带上打孔的方式来输入、输出数据。正因为他设想中的计算机概念与现代计算机的特性极其相似，因此，他被后人视作“计算机之父”。

从各种资料上研究发现，让人颇有些遗憾的是，在巴贝奇去世后，这个世界等了七十多年才等来了计算机时代的曙光。

20世纪40年代初，二战期间。那时，军队的主要武器就是飞机和大炮，如果谁研制出新型大炮，就能赢得战争。因此，美国陆军在马里兰州的阿伯丁设立了“弹道研究实验室”。

美国军方要求该实验室每天为陆军炮兵部队提供六张火力表。千万别小瞧了这六张火力表，它们所需的工作量大得惊人!事实上，每张火力表都要计算几百门大炮炮弹轨迹。

使用当时的计算工具，即使实验室的二百多名计算人员加班加点工作，也需要两个多月的时间才能算完一张火力表。在“时间就是胜利”的战争年代，这么慢的速度怎么能行呢?恐怕还没等先进的武器研制出来，就已经被人家打败了。

为了改变这种状况，宾夕法尼亚大学莫尔学院的物理学家莫希利，于1942年提出了试制第一台电子计算机的设想。

美国军方得知后，马上拨款大力支持，成立了一个以莫希利、埃克特为首的研制小组开始研制工作。不久，著名数学家冯?诺依曼加入了研制小组。他对计算机的许多关键性问题的解决做出了重要贡献。

历时两年多，世界上第一台计算机“埃尼阿克”研制成功。1945年春天，“埃尼阿克”首次试运行成功。1946年2月10日，美国陆军军械部和宾夕法尼亚大学莫尔学院联合向世界宣布“埃尼阿克”的诞生，从此揭开了电子计算机发展和应用的序幕。

现在人们常打交道的绝大多数都是个人计算机，它体积小，重量轻，所以在许多人的心目中，可能会想当然地认为最初的计算机也有这么“苗条”。第一台计算机“埃尼阿克”可是不折不扣的庞然大物。它采用电子管作为基本电子元件。用了足足有一万八千八百个电子管，而每个电子管大约有一个普通家用二十五瓦灯泡那么大。所以，它和今天的计算机相比，实在是又大又笨——占地一百七十平方米，有好几个房间那么大，重量约三十吨。

“埃尼阿克”这个庞然大物每秒能进行五千次加法运算(据测算，人最快的运算速度每秒仅五次加法运算)，每秒五百次乘法运算。它还能进行平方和立方运算，计算正弦和余弦等三角函数的值及其他一些更复杂的运算。

这种计算机的速度和今天的高速计算机相比，实在是微不足道。但在当时，它确实是一个奇迹般的创造： 它比人工计算快几十万倍，美国陆军上百名计算人员花几天都算不清楚的大炮炮弹轨迹，它只用三十秒钟就算出来了。

“埃尼阿克”体积庞大，耗电惊人，运算速度不过几千次，但它比当时已有的计算装置要快一千倍，而且还有按事先编好的程序自动执行算术运算、逻辑运算和存储数据的功能。“埃尼阿克”的诞生宣告了一个新时代的开始。

不过，在ENIAC产生之前，英国的A.M.图灵已提出了“理想计算器”的理论，并探讨了制造通用数字计算器的可能性。1943年实际上制造出破译密码的计算器，但由于军事保密，外人未知其详。

电子计算器，又称计算机在40多年得到高速的发展，其使用的组件亦已经历了四代的变化。包括第一代的电子管、第二代的晶体管、第三代的集成电路、及第四代的大规模集成电路。

当然，人类当然不会满足于此。自第一台计算机问世以后，随着科学技术的飞速发展，计算机的发展发生了日新月异的变化：体积越来越小；速度越来越快；价格越来越便宜；功能越来越强。如今，计算机发展到了第四代，目前正在向第五代、第六代智能化计算机发展。

很显然，计算机的广泛应用对人类社会产生了极其深远的影响，人们称它是一场翻天覆地的信息革命。现在，电子计算器的功能已不止是一种计算工具，它已渗入了人类的活动领域，并改变着整个社会的面貌，使人类社会迈入一个新的阶段。

随着计算机集中化、大型化的趋势一直延续到了集成电路和超大规模集成电路阶段，并且在未来云计算阶段依然会继续存在和发展，同时人们对个人计算机的追求也从未停止。随着英特尔公司于1971年推出第一颗微处理器Intel 4004，个人计算机的大门被无意中打开。计算机爱好者们敏锐地发现，这正是他们一直在寻找的计算机“心脏”，一大批计算机爱好者开始尝试用它打造属于个人的计算机。随后的两年里，特德?霍夫(Ted Hoff)和他的同事们相继研制出了Intel 8008和Intel 8080微处理器芯片，并直接催生出了整个PC产业。现在回首历史，我们也有理由相信，Intel 8080改变了整个计算机产业的历史，之后数十年中除了英特尔公司始终坚持微处理器的研发，IBM、摩托罗拉、Zilog、Cyrix、威盛、AMD等厂商也曾经或者依然在微处理器领域做出努力。正是在这些企业的坚持下，微处理器才能从4位到64位、从单核到多核、从108kHz到5GHz、从10微米到32纳米工艺，不断地发展和进步。

微处理器的诞生不但是电子学的重大进步，也为各行各业的技术革新提供了最有利的工具。如今，小到各种智能玩具、家电、数码设备，大到汽车、工业机器人、航天飞机，都离不开微处理器。微处理器正在融入现代社会的方方面面，它不但是PC进步的核心，也是时代进步的核心。

不过，在这里不得不指出的是，英特尔x86架构对这个计算机产业也产生了巨大的影响和作用。1978年Intel 8086中央处理器中首度出现x86架构，它是从Intel 8008处理器中发展而来的，而8008则是发展自Intel 4004的。8086在三年后为IBM PC所选用，之后x86便成为了个人计算机的标准平台，成为了历来最成功的CPU架构。

其他公司也有制造x86架构的处理器，计有Cyrix（现为VIA所收购）、NEC集团、IBM、IDT以及Transmeta。后来Intel也推出了Intel 64，开创了x86的64位时代。

2007年1月，Intel公开发表使用其45纳米制程"Penryn"芯片家族的PC和服务器。"Penryn"是这一系列依据英特尔Core微架构之笔记本电脑、台式机和服务器芯片家族的代号，首次正式发布时共有16款处理器，除了一款Intel Core 2 Extreme QX9650是针对普通台式机市场外，其余的双核Xeon 5200系列和四核5400系列都是服务器处理器。

根据IDC报告显示，英特尔至强服务器芯片2010年第四季度市场占有率再创新高，相比去年同期增长1.3%。与此同时，该报告还预测，2011年中国x86服务器出货量将再次攀升，年增长率将高达12.6%。其中有相关数据显示，戴尔在中国x86服务器市场占有率年年攀升，戴尔x86服务器的出货量增长速度为市场整体增长率的两倍左右。

第三节：大型主机曾经的辉煌

早在1964年4月，诞生了第一台IBM大型机System360。这项投资50亿美元的投资，被证实是一项启动创新商业运作的历史性变革。到了1998年，IBM引入了System 390第5代服务器。Turbo型号突破了1000个MIPS的障碍，使它成为世界上最强大的主机之一。本节分析大型主机对那个时代的贡献，以及大型主机对计算的推动。而在60年代，主机大行其道也分标志着大型主机时代的来临。

上世纪90年代，PC技术逐渐成熟，Unix、Linux大行其道，与时代步伐“不一致”的大型主机陷入困境。一种“大型主机过时了”的看法甚为流行。为应对挑战，IBM大型主机采用了“无缝技术”等创新思想，经历了重大变革，从封闭走向开放，终于安全度过大型主机的非常时期。
如今，互联网技术的发展似乎又给大型主机带来了新的挑战：在虚拟化、云计算等概念烘托下，轻盈化的计算平台似乎又将大型主机的“笨重”比照出来。而实际上，当数据挖掘的时代渐远，数据大集中时代到来，大型主机处理海量数据的优势才更显现出来：在数据挖掘时代，分布式系统比较流行，但却无法解决在处理海量数据时的误差问题。与刀片服务器相比，大型主机仍然具有无法比肩的性能优势。市场研究机构BMC对1100家大型主机用户和管理软件制造商的年度调查显示，IT部门把大型主机作为计算平台使用的计划将延续下去。

就当前的中国市场而言，未来几年，分布于医疗、交通、电信、金融、教育等领域的机会，就是大型主机在中国市场的重要机会。高吞吐量决定了大型主机在海量数据方面的优势，数据的安全性也是大型主机突出的优势：在医疗、公安系统的信息化中，数据的安全性、稳定性至关重要。

不过，从服务器市场发展历程来看，大型主机风靡全球的时代已经过去，但目前依然有比较稳固的市场。20世纪70年代大型主机迈入成熟阶段且成为普遍的应用，80年代后随着Unix服务器的崛起，给大型主机市场严重的冲击。当前，国内服务器市场上大型主机所占市场份额保持稳定增长， IBM任然是国内大型主机的提供商，IBM占据96%以上的市场份额。大型主机主要应用在金融、电信、交通、能源、制造等支柱行业，目前金融行业是大型主机的主要市场，占八成以上。

大型主机的性能优势如可用性、可扩展性、安全性、分区和负载能力是其他类型服务器所不及的。大型主机处理复杂多任务时的超强能力，宕机时间远远低于其他类型的服务器；大型机I/O能力强，擅长于超大型数据库的访问；采取动态分区管理，根据不同应用负载量的大小灵活地分配系统资源；从底层防止入侵的设计策略使大型主机安全性提高。以上特性对于像金融、电信、交通、能源、政府等行业中对于系统处理能力和稳定性要求都极为苛刻的应用来说，大型主机是不可替代的。

但是，大主机的发展绝对不可能没有对手，大型主机高昂的价格、专有的系统是制约了市场成长主要因素，用户IT硬件投入的紧缩、对开放系统的热衷、其他类型计算机性能的迅速提升都影响大型主机市场发展。

据分析，一方面，大型主机的一次性投入高昂、使用专用软件、技术人员缺乏。大型价格一般在百万美元、每年还要花费较高的维护费用。一般大型主机上面运行的都是一些专用软件，应用软件数量有限，只有上百种。大型主机使用作业控制语言(JCL)，加上专有系统和非主流软件造成相应的技术人员缺乏。

另一方面，随着国内IT建设的发展，用户对于IT基础平台的投入逐渐减少，更多的将如何更好地利用IT资源为企业创造更多价值作为重点，硬件投入不如软件投入增加得快。由于考虑到使用专有系统会受到多方面的束缚，所以用户更多地考虑能否在开放的系统上运行自己的应用软件。Sun、HP，包括IBM在内的主要RISC系统厂商不断提高高端产品性能，无论从CPU的数量和频率、内存容量、分区能力等方面都不断有大幅提升。同时IA机群也对大型主机低端市场进行渗透。

大型主机广阔的空间在于一些行业用户。从总体来看，行业用户的发展趋势以及厂商的不断投入为大型主机带来更为广阔的市场。

银行、证券、保险、政府等行业的数据大集中工程，企业应用整合(EAI)的实施都对IT平台提出更高的要求，企业的发展使IT应用越来越复杂和多样、应用环境越来越苛刻，大型主机更有用武之地。现有用户为了使多年沿袭下来的应用软件能够延续而继续使用大型主机平台。另一方面由于全球经济衰退的影响，受到IT预算和消费的制约，用户开始推迟开发新的信息系统，Unix服务器的市场发展开始缓慢，也给了大型主机一个迅速成长的契机。

而且，厂商不断投入开发出新的产品使性能不断提高、系统更加开放。比如更多的CPU带来更快的运算速度、更多的分区可以集中处理更复杂的应用；特别是厂商在大型主机上引入Linux，对于用户来说最大的好处是可以使用流行的软件，这也会带来成本的下降。以IBMSystemz产品为例，目前，在Systemz的工作负载大概有26%左右在Linux上面。

同时，如果没有创新，大型主机早就成为历史了。对于这点，在大型主机方面的创新IBM一直引领着这个行业的潮流。2010年7月IBM宣布推出zEnterprise大型主机服务器和一个全新设计的系统，该系统能够允许大型主机、POWER7和System x 服务器上的工作负载共享资源，并作为一个单一的、虚拟的系统进行管理。可见，大机独自辉煌的时代已经过去了。