正文之前

寫死寫活的一篇課程論文救军，讓我去探討了下計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史。很有趣倘零，寫了我好幾天呢３狻！

正文

【摘要】

計(jì)算機(jī)的發(fā)展史呈驶，很大一部分是計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展史拷泽。作為人類有史以來最為精密，發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮陌l(fā)明袖瞻，計(jì)算機(jī)的地位是毋庸置疑的司致，經(jīng)歷了從30噸的“埃尼阿克”(ENIAC)到如今重量不過幾十克的CPU困鸥，其中所代表的是人類的技藝發(fā)展爽哎，是微電子技術(shù)的爆炸式增長，嚴(yán)格遵循著摩爾定律的發(fā)展曲線使我們衍生出了“云計(jì)算”在扰，“大數(shù)據(jù)”等前所未有的信息化發(fā)展大跨步霉晕。所以本文將主要借助網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)以及國外的英文資料來解析計(jì)算機(jī)處理器發(fā)展的歷程羹唠，了解人類最精美的造物的核心部分的奧秘。并且探索計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展歷史娄昆，可以讓我們更加直觀的了解到這些年的計(jì)算機(jī)行業(yè)的發(fā)展曲線。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)缝彬，處理器萌焰，發(fā)展歷史，CPU谷浅，信息化

【Abstract】

The history of computer processors is a large part of the history of computers. As the most sophisticated human invention, the greatest potential for development of inventions, the computer's status is beyond doubt. After 30 tons of Eniac (ENIAC), but now the weight of only tens of grams of CPU, which represents the development of human technology is the explosive growth of microelectronics, strictly follow the Moore's Law The curve of development has led us to come up with unprecedented strides in concept such as "cloud computing" and "big data." So this article will mainly analyze the course of the development of computer processors with the aid of online literature and foreign materials in English to understand the mysteries of the core part of mankind's most exquisite creations. And to explore the history of the development of computer processors, allows us to more intuitive understanding of the computer industry in recent years, the development curve.

【Keyword】 Computer, Processor, Development History, CPU, Information Technology

1墩邀、引言

科技是創(chuàng)造力掌猛，是社會變革的最終決定力量。但是眉睹，它又與社會制度的變革對生產(chǎn)方式和生產(chǎn)力的發(fā)展產(chǎn)生的影響所不同荔茬，科學(xué)技術(shù)是擁有讓生產(chǎn)方式發(fā)生徹底變革的動力废膘，而計(jì)算機(jī)處理器的誕生與發(fā)展則被譽(yù)為20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，并且我們可以堅(jiān)信慕蔚，計(jì)算機(jī)的處理器在未來的幾個世紀(jì)內(nèi)都將會大放異彩丐黄，即使若干年后人們研制出了量子計(jì)算機(jī)，也是建立在電腦處理器上的孔飒。處理器技術(shù)決定了計(jì)算機(jī)升級換代的發(fā)展速度灌闺，每一代新的處理器技術(shù)，都導(dǎo)致一代新型計(jì)算機(jī)的誕生坏瞄，使數(shù)字技術(shù)擴(kuò)展到一些新的應(yīng)用領(lǐng)域桂对；處理器技術(shù)決定了計(jì)算機(jī)小型化的實(shí)現(xiàn)程度，只有實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步微小型化惦积，才有可能使機(jī)器變得更實(shí)用接校，才能適應(yīng)人類與工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的需要；處理器技術(shù)決定了計(jì)算機(jī)普及化的應(yīng)用深度狮崩。隨著計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力不斷上身蛛勉，人們獲取與制造信息的速度呈現(xiàn)爆炸式的增長，現(xiàn)代人類幾天產(chǎn)生的信息量睦柴，大概與人類誕生到2000年相當(dāng)诽凌。所以“大數(shù)據(jù)”，“大數(shù)據(jù)”坦敌，“物聯(lián)網(wǎng)”等概念如雨后春筍般開始涌現(xiàn)侣诵，而這一切都是基于我們的計(jì)算機(jī)那最核心處的一個小小處理器的。所以狱窘，我想要探索下我們的計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展歷程杜顺，來尋找那些為人們所不熟知的計(jì)算機(jī)往事。

2蘸炸、計(jì)算機(jī)的誕生

2.1 ENIAC 埃尼阿克的誕生

世界上第一臺電子數(shù)字式計(jì)算機(jī)（此前的機(jī)械式計(jì)算機(jī)不算入此類躬络，但是他們同樣是偉大的）于1946年2月15日在美國賓夕法尼亞大學(xué)正式投入運(yùn)行，它的名稱叫ENIAC(埃尼阿克)搭儒，是電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī)(The Electronic Numberical Intergrator and Computer)的縮寫穷当。它由17468個電子管、6萬個電阻器淹禾、1萬個電容器和6000個開關(guān)組成馁菜，重達(dá)30噸，占地160平方米铃岔，耗電174千瓦/時汪疮，耗資45萬美元，每秒能運(yùn)行5000次加法運(yùn)算。

2.2 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的情況

為了作為參考铲咨，我下面列出近期世界上運(yùn)行速度最快的超級計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)：

2017全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單公布躲胳，中國“神威-太湖之光”超級計(jì)算機(jī)(無錫)以每秒125,435.9TFlop/s的峰值計(jì)算能力再次蟬聯(lián)第一名，實(shí)現(xiàn)三連冠纤勒，“天河二號”超算系統(tǒng)(廣州)以每秒54,902.4TFlop/s的峰值計(jì)算能力位居第二名坯苹。本次進(jìn)入第三的是來自瑞士國家超算中心(CSCS)的Piz Daint，采用克雷(Cray)的一套Cray XC50系統(tǒng)提供25,326.3TFlop/s的峰值計(jì)算能力摇天。

TFlop/s： 一個TFLOPS等於每秒萬億（=10^12）次的浮點(diǎn)運(yùn)算粹湃，浮點(diǎn)運(yùn)算比整數(shù)運(yùn)算更加費(fèi)時，一次整數(shù)運(yùn)算是由很多次的加法組合起來實(shí)現(xiàn)
當(dāng)價格不變時泉坐，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目为鳄，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍腕让。換言之孤钦，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個月翻一倍以上纯丸。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度偏形。

2.3 計(jì)算機(jī)誕生的意義

從上面的數(shù)據(jù)可以看出來，我國的“神威·太湖之光”超級計(jì)算機(jī)的運(yùn)行能力已經(jīng)保守超過當(dāng)初第一代計(jì)算機(jī)的10^15倍運(yùn)算速度觉鼻，也就是千萬億倍俊扭，可見計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度增長之快。確確實(shí)實(shí)坠陈，計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力也在嚴(yán)格的遵守著摩爾定律萨惑。

所以可以看到，我們的初代計(jì)算機(jī)主體是電子管所組成的各種開關(guān)電路仇矾，從而實(shí)現(xiàn)了ALU（算術(shù)加法器）的設(shè)計(jì)庸蔼。但是耗費(fèi)當(dāng)時的45萬美元，體積贮匕，體重都是如此讓人望而生畏的埃尼阿克所實(shí)現(xiàn)的性能甚至不如我們現(xiàn)在丟在我們角落里面吃灰的上一代手機(jī)（智能手機(jī)之前那一代）姐仅。不過，埃尼阿克的地位是崇高的粗合，不僅僅是它對于后世的開創(chuàng)地位，更在于對于當(dāng)時的人們來說是一次計(jì)算領(lǐng)域的革命乌昔，而計(jì)算隙疚，是科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)要計(jì)算磕道，分析要計(jì)算供屉，對于那些在各個領(lǐng)域有著無上天賦但是卻受困于計(jì)算速度的科學(xué)家，數(shù)學(xué)家們來說，埃尼阿克簡直就是上帝的福音伶丐，更有人預(yù)言悼做，在未來計(jì)算機(jī)一定會成為世界發(fā)展的潮流，他的預(yù)言是對的哗魂，現(xiàn)在我們根本無法離開計(jì)算機(jī)肛走。我國祖沖之花了十年算出了圓周率后百位內(nèi)的小數(shù)，國外也有數(shù)學(xué)家話費(fèi)幾十年算出了700多位的小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)录别，但是對于埃尼阿克朽色，這一切僅需40秒。而且它有著讓人迷戀的準(zhǔn)確性组题，以至于當(dāng)時計(jì)算出來后發(fā)現(xiàn)國外的那個數(shù)學(xué)家第528算錯了之后人們一致站在計(jì)算機(jī)這邊葫男。

2.4 更早期的計(jì)算機(jī)發(fā)展

由于本論文只涉及數(shù)字式的計(jì)算機(jī)的發(fā)展更早期的機(jī)械式結(jié)合電子式的計(jì)算機(jī)并未納入說明范圍內(nèi)，如果有興趣可以自行搜索崔列，最早的機(jī)械式的計(jì)算機(jī)甚至可以追溯到17世紀(jì)的時候利用簡單的機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行的低速度計(jì)算工具梢褐。電子管甚至都在1912年才誕生于帕洛阿托小鎮(zhèn)。

帕洛阿托小鎮(zhèn): 包括斯坦福大學(xué)的部分城市赵讯，是總部的硅谷高科技公司盈咳，包括惠普（HP）的VMware，特斯拉汽車公司瘦癌，李寧猪贪，IDEO公司，Palantir技術(shù)讯私，并已成為一個孵化器提供幾個其他的高科技公司热押，如蘋果公司，谷歌斤寇，臉譜桶癣，羅技， Intuit公司娘锁，太陽微系統(tǒng)牙寞， Pinterest，和PayPal莫秆。

3间雀、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展歷程

計(jì)算機(jī)處理器是計(jì)算機(jī)絕對的靈魂，沒有計(jì)算機(jī)處理器的計(jì)算機(jī)就只是一堆零件镊屎，無法完全的統(tǒng)籌在一起惹挟，朝著一個既定目的前進(jìn)。處理器承載著可讀寫的程序缝驳，也負(fù)擔(dān)了數(shù)據(jù)的處理任務(wù)连锯，是計(jì)算機(jī)各個零件的交流中心归苍。與蒸汽機(jī)、電子元件一樣运怖，它開創(chuàng)了一個時代拼弃，而且不是能源上革命，結(jié)合當(dāng)前最流行的“互聯(lián)網(wǎng)+”概念來說摇展，它就是一個各個行業(yè)除舊革新的最大能源吻氧，傳統(tǒng)工業(yè)可以進(jìn)化為智能工業(yè)，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)可以進(jìn)化為互聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)（當(dāng)然吗购，其中一個超級重要的因素—互聯(lián)網(wǎng)医男，我沒說），各行各業(yè)開始找到了新的突破口并且籍此煥然新生捻勉。下面著重介紹一下計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展歷程镀梭。

發(fā)展歷程： 基于計(jì)算機(jī)處理器的元器件，不過電子管時期動輒30噸的主機(jī)體積是不是不適合說是“處理器”踱启？另外本歷程刨除了機(jī)械及電動計(jì)算機(jī)歷史报账，從電子管時期開始講起。因?yàn)楝F(xiàn)代計(jì)算機(jī)基本不包含機(jī)械結(jié)構(gòu)部件參與計(jì)算埠偿，并且計(jì)算能力也是天差地別透罢。

3.1 電子管時期

1912年：美國青年發(fā)明家德.福雷斯特（L.?De Forest）在帕洛阿托小鎮(zhèn)首次發(fā)現(xiàn)了電子管的放大作用，為電子工業(yè)奠定了基礎(chǔ)冠蒋，而今日的帕洛阿托小鎮(zhèn)也已成為硅谷的中心地帶羽圃。
1946 年：2月14日，美國賓西法尼亞大學(xué)摩爾學(xué)院教授莫契利（J. Mauchiy）和岸督耍克特（J.Eckert）共同研制成功了ENIAC 計(jì)算機(jī)朽寞。這臺計(jì)算機(jī)總共安裝了17468只電子管，7200個二極管斩郎，70000多電阻器脑融，10000多 只電容器和6000只繼電器，電路的焊接點(diǎn)多達(dá) 50萬個,機(jī)器被安裝在一排2.75米高的金屬柜里缩宜，占地面積為170平方米左右肘迎，總重量達(dá)到30噸，其運(yùn)算速度達(dá)到每秒鐘5000次加法锻煌，可以在 3/1000秒時間內(nèi)做完兩個10位數(shù)乘法妓布。

3.2 晶體管時期

1947年：12月23號，貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖克利 (William B. Shockley)宋梧，布拉頓(John Bardeen)匣沼，巴丁 (Walter H. Brattain)創(chuàng)造出了世界上第一只半導(dǎo)體放大器件，他們將這種器件重新命名為“晶體管” 乃秀。
1958年肛著，美國的IBM公司制成了第一臺全部使用晶體管的計(jì)算機(jī)RCA501型。由于第二代計(jì)算機(jī)采用晶體管邏輯元件跺讯，及快速磁芯存儲器枢贿，計(jì)算速度從每秒幾千次提高到幾十萬次，主存儲器的存貯量刀脏，從幾千提高到10萬以上局荚。1959年，IBM公司又生產(chǎn)出全部晶體管化的電子計(jì)算機(jī)IBM7090愈污。晶體管時期的計(jì)算機(jī)“處理器”仍然保持著體積巨大耀态，運(yùn)算能力欠佳的特點(diǎn)，當(dāng)然相比于電子管時期的電腦還是有了巨大的進(jìn)步了暂雹。

3.3 計(jì)算機(jī)處理器的新生---集成電路

1959年：2月6日首装， 來自曾開發(fā)出第一臺晶體管收音機(jī)的TI公司的基爾比（J.?Kilby） 向美國專利局申報專利“半導(dǎo)體集成電路”。
同年7月30日杭跪，仙童公司 向美國專利局申請專利“半導(dǎo)體集成電路”仙逻。
1964年： 4月7日，在IBM成立50周年之際涧尿，由年僅40歲的吉恩.阿姆達(dá)爾（G. Amdahl）擔(dān)任主設(shè)計(jì)師系奉，歷時四年研發(fā)的IBM360計(jì)算機(jī)問世，標(biāo)志著第三代計(jì)算機(jī)的全面登場姑廉，這也是IBM歷史上最為成功的機(jī)型缺亮。
1971年1月，INTEL的特德.霍夫研制成功了第一枚能夠?qū)嶋H工作的微處理器4004桥言，該處理器在面積約12平方毫米的芯片上集成了2250個晶體管萌踱，運(yùn)算能力足以超過ENICA。Intel于同年11月15日正式對外公布了這款處理器（微處理器限书，也就是芯片chips虫蝶，貌似才是我們微電子制造技術(shù)的核心？）倦西。這一舉措不僅改變了公司的未來能真，而且對整個工業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。微處理器所帶來的計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)革命扰柠，改變了這個世界粉铐。在此之前，電腦沒有合格的處理器卤档，沒有集成電路蝙泼，而是由電子管和數(shù)不清的電纜組成的龐大機(jī)器。在微處理器發(fā)展初期劝枣，最具革新意義的處理器非Intel 8080莫屬了汤踏。英特爾于1974推出了這款劃時代的處理器织鲸，立即引起了業(yè)界的轟動。其采用了復(fù)雜的指令集以及40管腳封裝溪胶，8080的處理能力大為提高搂擦，其功能是8008的10倍，每秒能執(zhí)行29萬條指令哗脖。是當(dāng)時世界上最先進(jìn)的微處理器瀑踢，是劃時代的產(chǎn)物。其意義在于開始了人類將智能內(nèi)嵌于電腦和無生命設(shè)備的歷程才避，標(biāo)志著電腦芯片技術(shù)從此開始騰飛橱夭。

順帶一提：1972年：曾經(jīng)開發(fā)了Unix操作系統(tǒng)的Dennis Ritchie領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)出C語言。這一計(jì)算機(jī)開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)高級語言編程的時刻應(yīng)該被我們銘記桑逝。

4棘劣、計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展曲線

計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展嚴(yán)格的遵循著“摩爾定律”，當(dāng)今世界的摩爾定律主要有以下三個版本：

• 1. 集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目楞遏，每隔18個月就翻一倍呈础。
• 2. 微處理器的性能每隔18個月提高一倍，或價格下降一半橱健。
• 3. 用一個美元所能買到的計(jì)算機(jī)性能而钞，每隔18個月翻兩倍。

上圖中提及的大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路被我一并放入集成電路中拘荡，集成電路的計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展史一個短暫但是劇烈爆發(fā)的過程臼节，短短三四十年間的發(fā)展已經(jīng)足夠讓人類的計(jì)算能力暴增數(shù)億倍。

5珊皿、計(jì)算機(jī)處理器的未來

目前的計(jì)算機(jī)CPU已經(jīng)發(fā)展到了多核處理器并行的階段网缝，但是對于未來的計(jì)算機(jī)處理器走向何方，我們不得而知蟋定，不過可以做個小小的預(yù)測粉臊。小小的窺探一下未來的計(jì)算機(jī)是何構(gòu)架。

5.1 眾核及多核心的動態(tài)調(diào)用和優(yōu)化

短期內(nèi)我們可以繼續(xù)用多核來延續(xù)摩爾定律的神話驶兜，但是CPU的單純疊加并不能帶來質(zhì)的變化扼仲，要跟得上摩爾定律預(yù)言的速度，必須要在別的方面做出突破抄淑。短期內(nèi)可以考慮多核之間的更多的數(shù)據(jù)交流屠凶、協(xié)調(diào)等提高部分性能，平衡功耗與性能之間的矛盾肆资。也有3D IC技術(shù)使得我們可以脫離平面的桎梏矗愧，在三維立體空間放置芯片，采用新技術(shù)可以避免體積的高速增長

5.2異構(gòu)計(jì)算和可重構(gòu)計(jì)算

異構(gòu)計(jì)算并非是處理器本身的主頻郑原，size等的變化唉韭，而是更多的識別子任務(wù)夜涕，并且劃分資源區(qū)域，使得相同資源需求的任務(wù)會在一個區(qū)域進(jìn)行属愤，盡可能的重用資源钠乏，使得CPU具有更好地性能平衡性能。同時支持并行計(jì)算春塌，分布式計(jì)算，這樣都可以極大的提高計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力而對其本身的工藝增長要求不高簇捍。

5.3 底層進(jìn)化

目前只壳，石墨烯這一材料已經(jīng)開始走入微電子制造的行業(yè)中。有人曾預(yù)言暑塑，石墨烯會取代Si成為新的計(jì)算機(jī)芯片的主力（也會是電池領(lǐng)域的主力）吼句，并且經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，石墨烯擁有相較于Si更好地性能和廣闊的多的發(fā)展空間事格，需要處理的問題就是惕艳，如何協(xié)調(diào)目前世界的主流和新興技術(shù)發(fā)展需求的矛盾。這是材料方面的進(jìn)化驹愚。另外還有能源远搪，架構(gòu)方面的進(jìn)化。如果開發(fā)除了更加穩(wěn)定逢捺，功率更高的能源的話谁鳍，那么性能與功耗之間的矛盾會減輕很多，會因此刺激一波高功耗劫瞳，高性能的計(jì)算機(jī)的發(fā)展倘潜。架構(gòu)上處于比較茫然的狀態(tài)，生物單元計(jì)算機(jī)志于，量子計(jì)算機(jī)涮因，光子芯片等眾說紛紜，但是并未見到有成品出現(xiàn)伺绽，所以說我們目前還在探索階段养泡。

參考文獻(xiàn)

[1] 互動百科—計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史

[2] 計(jì)算機(jī)發(fā)展的誕生與發(fā)展

[3] 畢業(yè)論文的格式

[4] 電子計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展—楊小軍

[5] 量子計(jì)算機(jī)_百度百科

[6] 多核之后,CPU 的發(fā)展方向是什么? - 知乎

[7] 一文讓你深入了解CPU和異構(gòu)計(jì)算芯

[8] 仙童公司--互動百科

正文之后

鴻篇巨制啊Ｄ斡Α瓤荔！越來越佩服自己的文字功夫了。排版貌似也有不小的進(jìn)步钥组？這就是耳濡目染有個審美比較好的妹子的好處输硝？