过去有一种说法，计算机经历了四代的发展历程，即电子管、晶体管、集成电路和大规模集成电路。日本人后来想搞智能机，自己称之为第五代，但是花了很多钱没有搞成。我不太赞同这种分代的方法，因为这单纯是器件的改进，而且集成电路和大规模集成电路本事是个量变的渐进过程，分界线也不明确，在系统结构上的改进也不大。我的分类方法是分成三代，第一代是分离元器件的，包括电子管和晶体管的，第二代是集成电路的（包括大规模集成电路），这两代之间除了处理器器件的不同，计算的系统也发生了很大的变化，比如在集成电路的计算机时代（60年代之后），硬磁盘出现了。这是存储技术的革命。而我说的第三代，是建立在分布式计算机系统上的云计算。虽然它的每一个单元（服务器）依然是基于超大规模集成电路的系统，但是很多（上百万）这样的服务器并行使用，这不仅让计算机系统的设计有了很大的变化，而让计算机的生态链完全改变了。今天我们说说第一代和第二代，明天讲讲日本人在五代机上的尝试，以及云计算。 

图1.19.1 早期（IBM的）硬盘是盘片和驱动器分离的，有点像后来的激光唱片。

早期的电子计算机是靠电子管搭成的。电子管不仅很贵，而且还特别耗电。如果读者还能找到几十年前的古董收音机，就能够理解这些靠电子管制作的电器效率是多么低。一个电子管收音机一般使用5、6个电子管，这些电子管的输出功率加在一起只有1瓦左右，而耗电却要40-50瓦，其它的电能都转化成热能浪费掉了。电子管还有很多其它的不便之处，比如电子管的电器预热时间很长，打开电源开关，要等一两分多钟才能工作。电子管也很容易损坏，这样计算机可靠性高不了。总之，电子管的计算机可以说是造价高、运行和维护成本高，而寿命短的瓷娃娃，很难普及。

因此，要普及计算机就需要一种比电子管更便宜、更耐用也更省电的电子元器件。而恰恰在计算机诞生后不久，一项发明解决了这个问题，这就是1947年AT&T贝尔实验室的肖克莱（William Bradford Shockley，1910-1989）和巴丁（John Bardeen，1908-1991）所发明的晶体管。1956年，他们因此获得了诺贝尔物理奖，这也是贝尔实验室获得第一个诺贝尔奖。值得一提的是，16年后巴丁因为发现超导第二次获得诺贝尔奖，成为了历史上为数不多的两次获奖的科学家。

在发明晶体管后不久，AT&T公司在50年代研制出世界上第一台晶体管计算机，其速度是以往电子管计算机的上百倍。不仅如此，晶体管相比电子管还有很多无与伦比的优点，首先它的价格和功耗比电子管低了一个数量级，体积和重量降低了两数量级，寿命却则提高了一个数量级。因此只要能批量生产，计算机的价格有望降低一个数量级，而且这种计算机运营和维护成本也降低了很多。

为了保持刚刚在计算机领域确立的领先优势，IBM很快也研制出自己的晶体管计算机。从电子管计算机到晶体管计算机能够在短短的几年时间里就完成，一个重要的原因是计算机的系统结构并没有大的改变，从根本上讲依然是冯∙诺依曼的，由此也可以看出一个超越时代的科学家的影响力是多么的深远。不过晶体管的计算机依然是分立元件的，因此它可靠性还是有问题，而且一旦坏了，很难找到原因。这个缺点对于银行、证券公司或者航空公司来讲，是不能够接受的。因此，晶体管计算机也只能算是一代过渡型产品。

到了50年代末60年代初，诺伊斯和基尔比发明了集成电路，一块小小的半导体芯片，里面可以集成几十个晶体管，这是的计算机的功耗、体积和价格都降低了一到两个数量级，从此计算机的普及开始加速。到了60年代中期，仙童公司的摩尔提出了著名的IT定律－摩尔定律，即集成电路的性能每两年翻一番（后来改成了18个月），当初他也没有意料到这个预言居然持续了半个世纪（他原来估计只有十年左右的时间）。这样一来，半导体集成电路的就开始飞速发展，到了1968年他也诺伊斯离开了仙童，创办了专门设计制造大规模集成电路的英特尔公司。这以后，计算机里面的芯片越来越少，集成度越来越高，性能翻番增长，价格不断下降。关于这部分故事，大家可以阅读《文明之光》第三册，就不多讲了。需要强调的是，虽然计算机的性能在不断提高，但是它的系统结构依然是冯诺依曼的。

图1.19.2 英特尔公司的创始团队（从右到左，摩尔、诺伊斯和格罗夫）

下集预告：计算机虽然变得很快，但是似乎还不够聪明，是冯诺依曼结构的局限吗？日本人为什么要搞智能机呢？它是第五代吗？