一文速览计算机的前世今生

Labs 导读

算力网络、智慧家庭、元宇宙、操作系统国产化……这些热门事物不断涌现，让人眼花缭乱。但万变不离其宗，支撑起这些精巧复杂体系的技术底座，无外乎CPU、内存、操作系统、网络协议、算法等等。那么这些技术是如何发展到今天这种形态呢，本文将以独特视角切入，带你畅读计算机的今生、前世。

作者：温作龙

单位：中国移动智慧家庭运营中心 安全产品部

Part 01 ●  引言 ● 

计算机发展史洋洋洒洒近80年，一篇短文想讲透是不现实的。但不必担心，作为普通用户，只需记住一个神奇年代，计算机发展史就能在你眼前脉络清晰起来，那便是——1970s初。

Part 02 ●  俯瞰今生 ● 

为什么是1970s初？因为如今我们所见的计算机，其赖以生存的各项技术，都在1970-1973这3年间呱呱坠地，不信且看——

➵ 1970年，英特尔，发布了第一款商用DRAM内存。电脑要是离了内存可玩不转。

➵ 1971年，英特尔，发布了第一款商用微处理器，即如今的CPU。有了它，电脑才能小巧玲珑。

➵ 1971年，贝尔实验室，研发出了Unix操作系统第一版。Unix是今天绝大多数操作系统的老祖宗，包括无处不在的Linux（含安卓）、苹果系统等等。计算机时间的“起点”（1970年1月1日0点），也是Unix定义的。

➵ 1972年，贝尔实验室，研发出了C语言。C语言可能是影响力最大的编程语言了，许多操作系统、编程语言都直接或间接基于C语言。

➵ 1973年，ARPA，设计了TCP/IP协议，它是互联网的基石。电影《流浪地球2》通过重启全球互联网拯救地球，背后依赖的正是TCP/IP协议簇。

➵ 1973年，IBM，发布了第一款现今结构的机械硬盘。

➵ 1973年，施乐公司，发明了第一款图形界面操作系统，实现了简单直观的人机交互，为计算机的普及奠定了重要基础。

总的来说，今天计算机最重要的几样东西，基本都在1970s初诞生。

你可能会想，哇塞，70年代初也太厉害了吧，竟然发生了这么多大事，那后来的岁月里，计算机都发展了什么？

后来的故事

➵ 70年代后期，个人电脑诞生，从此昂贵的计算机不再是政府、企业、高校的专属。

➵ 80年代，消费者的福音——图形界面操作系统开始商用流行，即苹果系统、Windows（用C/C++写的）。

➵ 90年代，程序员中广为流行的生产力工具诞生——Python和Java（用C/C++写的）。

➵ 90年代，数十亿人工作、生活所需的信息高速公路诞生——万维网（基于TCP/IP）。

21世纪：

➵ 00年代，智能手机操作系统的王者——Android、iOS诞生（间接源自Unix）。

➵ 10年代，移动互联网、云计算大火。

➵ 20年代，现有技术的集大成者——元宇宙，在2021年起飞。

对比而言，70年代初有如开挂，浓缩了太多开创性成果，而之后的岁月里，发展似乎相对乏善可陈，更多的是既有技术的优化升级。

譬如CPU，位数从最初的4位，一路“奔腾”到如今主流的64位，性能也巨幅提升。

譬如DRAM内存，诞生之初叫DRAM（动态随机存取存储器，简称动态内存）；后来一路升级，不断叠加前缀，如今叫LPDDR5 SDRAM（第5代低功耗双倍数据率的同步动态内存）

图1 内存名称释义

如果把1970后的计算机看作“今生”，那它的“前世”又在干嘛呢？难道在1970s前，就没有如今的这些硬件、软件系统吗？

要知道，人类首次登月是1969年，70年代初的那些技术都还没问世，那登月所依赖的系统是什么模样？

Part 03 ●  回眸前世 ● 

一般认为计算机诞生于1946年，那么直到1970年，计算机的发展都经历了什么？这里用“三化”来概括：

硬件小型化

操作系统人性化

编程语言高级化

- 硬件小型化

最初计算机的电路用的是电子管，整体足有2个房间大。难以想象前人为了掌控这庞然巨兽需要付出多么艰苦卓绝的努力。

幸运的是，50年代有了晶体管和集成电路技术，让CPU和内存先后开始小型化，从而逐渐实现整机的小型化。进化路线为：巨->大->中->小型机，至于微型机（微机），则到70年代才出现。

集成电路使芯片小型化的同时性能飞升，进而支撑起丰富的上层应用。而集成电路的关键工艺在光刻技术，所以为什么说先进***会卡脖子，因为它在产业链上游，一旦掐断，下游可不就巧妇难为无米之炊了。

- 操作系统人性化

如今的电脑似乎有三头六臂，同时放歌、下视频、聊微信，不费吹灰之力。

然而早期的计算机却相当“专心”，一个任务做完了再做下一个。当时计算机稀缺、速度还慢，几十号人只能排队轮流使用。

五、六十年代出现的“批处理”、“分时”操作系统则改善了这种糟糕的用户体验。

分时的精髓在于，各任务在微观上是轮流执行，宏观上却表现为并行，而用户基本察觉不出来这种假象。这个人性化的设计可算是解决了用户的痛点，当然，这种操作离不开CPU性能的提升。

- 编程语言高级化（自动化）

Python这些年一直很火，原因之一是简单而强大，即使非专业人员也能用Python实现办公自动化，从重复劳动中解放出来。而这，需要感谢当年编程语言的高级化。

我们知道计算机底层是0和1，最初人类直接用0和1组成的机器语言，读或写都很吃力，更别说出错后的排查了。

后来有了相对易读的汇编语言，但效率还是相对低下。

1957年，第一款高级语言Fortran推出，实现自动编程。

从此，人只用写简单的表意文字，计算机就能自行翻译为机器语言；此外，用简单符号就能代指复杂功能，实现四两拨千斤的效果，可以说大大解放了人力。

表1列举了计算机早期各技术的重点发展，有兴趣的可参考。

表1 计算机早期发展重点列举

Part 04 ●  照向未来 ● 

了解计算机发展史有何意义呢？

一方面，千变万变，底层不变。

算力网络、智慧家庭、元宇宙，是近年来较热门的事物，它们较大程度上是基于现有技术进行整合创新，如云计算、物联网等等，而这二者归根结底是CPU、内存、操作系统、网络等等在强力支撑。了解根源，透过现象看本质，面对千变万化的新事物才能更从容不迫。

比如算力网络不是凭空冒出来的，它勾勒的愿景（让算力成为像水电一样的基础设施，即取即用），早在1960年代分时操作系统出现后，就有了类似的设想与大规模实践，只是由于时代的局限未能长存。

（基于这些硬件软件构筑的计算机体系，究竟有多璀璨夺目、高效神速，可参考移动Labs公众号的这篇《揭秘：千里送信为何能瞬时到达》）

另一方面，以史为镜，可知兴替。

随着国际形势的变化，推进芯片、操作系统等关键技术国产化的紧迫性剧增，毕竟底层为基，如果底层技术抽走，那上层建筑再绚丽宏伟也会轰然倒塌。

在国产化进程中，我们某种程度上将重走计算机生态的发展历程，以史为鉴，可以少走弯路。

当然，本文只是抛砖引玉，尝试拨开消费者眼中计算机上笼罩的迷雾，以一窥全貌。更多史料，可见文末参考资料。

Part 05 ●  结语 ● 

话说回来，1970s初，真的有那么重要吗？

实际上更重要的是集成电路，分时系统，高级语言等，这些诞生于五六十年代的技术，为后来的发展奠定了基础。70年代初的成果爆发与其说是迸发的巧合，不如说更像是水到渠成的必然。

但这并不妨碍我们将1970s看作一个重要的里程碑节点，毕竟我们消费者最熟悉的就是手头的电脑（微机），它不凡的身世，就得1970s这个神奇的分水岭讲起：

在1970s初的3年里，如今电脑最重要的硬件软件纷纷登上历史舞台；

往后的“今生今世”，大致是基于这些成果的不断升级创新。

往前的“史前文明”，大致是三化：硬件小型化（集成电路）、操作系统人性化（分时）、编程语言高级化（自动化）。

彩蛋

前面提到的1970s初那些技术，皆由美国创造，想必当时美国是盛极一时吧？

恰恰相反，当时美国的日子并不好过。

上世纪70年代的美国，经济上终结了二战以来的高速增长，进入停滞阶段；政治上处于冷战时期的“苏攻美守”阶段，美国面临很大压力。后来长期称霸CPU的英特尔，当时也曾陷入绝境，在1975年甚至要考虑卖掉自己。

可危机时常是危与机并存不是吗？

美国担心苏联核武轰炸导致自己的指挥系统瘫痪，所以研发了“阿帕网”（1969），互联网由此发端。

70年代初各成果固然诞生，但还不成气候，直到90年代才迎来互联网经济大繁荣。而这一繁荣的技术底座，早在70年代就已埋下伏笔。

国内正处制裁危机，但也因此大力推进关键技术国产化，产业体系将迎来一次自底向上的涅槃重生。

2020s初的此时时刻，或许正如1970s初的彼时彼刻。相信今天夹缝生存的不屈成长，终会在不远的未来，结出累累硕果。

审核编辑：汤梓红