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计算机发展史
在电
气工程师学会上颇具威望的演讲，剑桥，
2004
年
2
月
5
号
莫里斯
.
威尔克斯
计算机实验室
剑桥大学
第一个可以存储程序的计算
机开始工作大概是在
1950
年左右，剑桥大学建
造的电子延时存储自动计算器（
EDSAC
）在
1949
年首次使用。
< br>早期的实验性的计算机是由那些像我一样有不同知识背景的人创造的，
我们
在电子工程学领域都有丰富的经验，
而且我们相信这些经验对我们很有
帮助。
事
实证明确实如此，
尽管我还有
新东西需要学习。
最重要的是我们要正确对待这种
暂态，
引发电视机屏幕上一个无关紧要的闪烁可能会导致计算机上一个致命的错
误。
在现有的计算电路考虑范围内，我们会发现我们遇到了
困难。举例来说，我
们可以用真空电子二极管做门电路，
就像我
们用在电子延时存储自动计算器中一
样；
或者在所有网格里使用
带控制信号的五极真空管，
这是一种被广泛应用的系
统。
这种选择在持续而且逻辑阵列也渐渐被使用，
这些工作在计算机领域的
人会
记得晶体管晶体管逻辑电路（
TTL
）
，电子学元件实验室（
ECL
）和
互补式金属
氧化物半导体（
COMS
）
。它们之中，互补式金属氧化物半导体占统治地位。
在早些年的时候，能源工程仍然在电气工程师学会中占主流地位，为了使无
线广播工程能跟上电子器件的迅速发展，
我们不得不发起了一系列的战役。
被收
入电气工程师学会的现行电子工程，
它被承认
是一项合理的活动。
我记得我们在
组织会议的时候遇到了困难，
因为能源工程做事情的方式和我们的方式不一样。
有点棘手的是发表在电气工程师学会上
的文章要求在开头要有一个冗长的早期
经验声明，如果没有早期经验将会变得很困难。<
/p>
20
世纪
60
年代的巩固
在
20
世纪
50
年代末
60
年代初，史诗级开创性的舞台已经结束，而计算机
领域也开始暂露锋芒。世界计算机的数量增加了，并且比原来的计算机更可靠。
这些年的成就我们可以归因于高级程序语言和操作系统的首次运用，
实
验性的分
时操作系统以及计算机制图也都开始得到应用。
综上所述，晶体管渐渐代替了真空管，这种变化给现在的工程师们带来了巨
< br>大的挑战。
他们必须忘掉以前对电路知识的了解并从新开始。
只能说他们鼓起勇
气接受了挑战，尽管这个转变并不是那么的一帆风顺。
不久之后，人们发现在同一小块的硅片上可以集成更多的晶体管，这就是
集
成电路的开始。
随着时间的推移，
人
们有足够的集成水平使得一个芯片上可以容
纳大量的晶体管来作为逻辑门或者浮点运算。
这导致产生了我们所熟知各种芯
片，比如：
7400
系列。逻辑门和浮点运算是相互独立的，它们有各自的引脚，
它们可有芯片
外部线路连接起来构成一个计算器或其它功能单位。
这些芯片
使得一种新型的计算机成为可能，它就是微型计算机，它比大型计
算机少了一些设备，<
/p>
但是它功能强大、
成本低。
不像某些团体
需要一台昂贵的大
型计算机，企业和学校只需要一台微型计算机就可以覆盖各个专业领域
。
远在微型机开始流行并变得功能强大之前，世界需要强大的
计算能力，但是
让人们沮丧的是工厂不能在合理的价格上提供满足规模需求的产品。
微型机就改
变了这种状态。
计算的代价并不是和微机同步的，事实总是这样，这就是我在对计算机产业
“
走另一条路”
的膨胀的抽象的引用的意思。
随着时间的推移，<
/p>
人们赚的钱更多
了而不是更少了。
计算机硬件的探索
我所描述的时代是
人们探索计算机硬件的美好时光。
7400
系列的使用者可以<
/p>
工作在逻辑门和浮点运算的水平上，
并且总的集成水平足够使得可
靠性远远超过
易坏的晶体管。
大学或其它地方的探索者能够造出
可产生丰富想象的任何电子设
备。在计算机实验室我们制造了剑桥
CAP
—一个功能齐全并且有超凡想象逻辑
的微型机。
在
20
世纪
70
年代中期，
7400
系列仍然很流行，
它被运用在剑桥环上—一个
宽频带的当地
局域网工程。
在对剑桥环的学习设计公布之后紧接着以太网的宣布
成功。直到这两种系统的出现，人们才对基于数字电报的当地局域网感到满意。
剑桥环需要很高的可靠性，因为随着脉冲在环内重复运行，它们必须持续放
< br>大和再生。正是因为
7400
系列的高可靠性才给了我们
勇气去从事剑桥环这个工
程。
精简指令计算机运动及它的影响
早期
的计算机有简单的指令集，随着时间的推移，可商业化机器的设计者们
给它添加了额外的
特性，
这些特性被认为可以改善性能。
很少有相当的测量值而<
/p>
且总的特性选择取决于设计者的直觉。
在
1980
年，精简指令集计算机运动就是为了改变世界上濒临
破产的公司，
这项运动始于
patt
erson
和
ditzal
的一篇名为
“缩减指令集计算机的情况”
。
除了
导致惊人的首字母缩写，
这个课题在精简指令集计算机运动中并没有传
< br>递多少有关指令的深刻见解。
精简指令集计算机运动大
大受益于最近可以估算并未实施的计算机设计所
预期的性能的方法，
我指的是用现有的强大的计算机去模拟新的设计。
通过运用
模拟技术，
精简指令集计算机的拥护者就有信心预言一个好的精简指令集计算机
设计可能胜过用同样电路技术的最好的传统电脑，这个预言成为了事实。
模拟技术加快了发展，不久之后便被计算机设计者们广泛使用。结果是计算
机设计更多的成为了一门科学而不是艺术。
今天，
设
计者们期望有一屋子可用的
计算机去做他们的模拟实验而不是一台。
他们把这一屋子的计算机称作计算机农
场。
X86
指令集
现在很少听到先前精简指令集，除了一个例外，那就是英特尔的
8086
以及
它的子系列，统称
X86
系列。它成了主要的指令集，而原本获得了巨大成功的
精简指令系统需要顽强奋斗才能
勉强生存。
X86
占支配地位让我们
这些从研究底层做起的有关计算机学术和工业的人员
很失望。毫无疑问，商业方面的因素
是
X86
存在的主要因素，但是还有其它方
面的因素。
然而大部分我们这种定向研究人员会往其它方面想。
高级编程语言并
没有排斥所有机器码的使用。
我们必须提醒
我们自己要多考虑一下我们曾经使用
过的严格的二进制的兼容性。
不过，
如果英特尔在精简指令集计算机芯片上的尝
试能够取得
更大的成功的话，情况可能就不一样了。我指的是
i860
（不
是
i960
，
它们之间有点不同）
。在许多方面
i860
是一个很好的芯片，
但是在工作中它的软
件界面与它不是很合适。
在
X86
指令集明显成功之后呢有一种有趣的刺痛。<
/p>
事实证明像以前一样直接
实施
X86
指令集不可能跟上精简指令集计算机处理器的增长。不过，设计者从
精简指令集计算机的书中挑出了一页，
尽管表面上不是很明显，
一个现代的
X86
处理芯片包含了一个内部隐藏的精简指令集计
算机式的处理器以及相应的精简
指令集计算机代码。写入的
X8
6
代码经适当的编译转换为内部的代码并送入到
精简指令集计算
机处理器严格执行。
在总结精简至令集计算机运动中，
我极度依赖于轩尼诗和帕特森关于计算机
设计的书的最新版本来作为我
的权威支持。见于计算机体系结构
2003
年第三版
146
页；
151
页第四
题；
157
页第八题。
英特尔
64
位架构指令集
早些年前，英特尔和惠普引入了英特尔
64
位架构指令集，这个主要是为了
针对
64
< br>位寻址空间而满足一般的辨别需要。就这样，它跟随着有每秒百万条指
令执行能力
的
R4000
和
Alpha
的设计者们。
然而有人曾认为英特尔会强调与
X8
6
的兼容性，但是让人困惑的是英特尔的做法正好相反。
此外，
64
位寻址计算机的设计的实现有一
个特征，
这个特征被预言与其它指
令集在某些主要方面不兼容。
尤其是它每条指令的执行都需要额外的
6
位地址。
这破坏了指令长度与信息内容之间的传统平衡，
而且它明显改变了编译器的简
易
性。
尽管有一整套全新的指令，英
特尔却做出令人困惑的宣称说基于
64
位寻址
< br>的芯片能够与早期的
X86
芯片兼容。我们很难看到有这
层意思。
最新的
64
位寻址处理器芯片，也叫安腾，它在硬件上支持兼容，即使这样
X86
的代码仍然运行的很慢。
因为以上缺点，
64
位寻址的启动实施需要更大的芯片和更多的常规指令集，
这就意味着更高的成本。
这样无论如何是一种公认的智慧，
而且作为一般的原则，
它在高登·摩尔最近拜访剑桥并开设贝蒂和高登·摩
尔图书馆的时候反复出现。
当然，
我听说在英特尔内部出现了不
同的问题，
我对此并不是很明白，
但是我承
认我已经完全从我所考虑的半导体企业的经济因素中摆脱出来了。
超微半导体公司认为
64
位指令集与
< br>X86
更具兼容性了，而且更先进。这个
芯片并不是很大
。
有些人认为英特尔也应该这样做
【自从那次演讲之后，
英特尔
就宣布将在市场上推出与超微半导体公司的产品兼容的芯片】<
/p>
。
晶体管越来越小的不竭动力
集成的规
模越来越大，
这是通过缩小原来的晶体管以此在一块同样的芯片上
集成更多的晶体管。
另外，
物理学规律也站在制造商这一边。
晶体管变得更快更
小了，这也是为什么在高密度的同时也能保证
高速度的原因了。
其实还有进一步的优势，芯片是做在硅片上
的，也就是著名的晶片。每个晶
片上都有大量的单独的芯片。
单
独的芯片共同完成一个功能。
因为晶体管的缩小
化，使得在晶片
上集成更多的芯片成为可能，因此每片芯片的价格也降低了。
单价下降对于业界来说是非常重要的，因为如果最新的芯片又便宜又快话，
就没有理由继
续提供旧的芯片了，
至少不会无限期下去。
如此，
一个产品可以满
足整个市场。
然而，细节花费的估计表明，为了维持超过缩小化进程的极限的优势，那么
就有必要
移植到更大的晶片上。晶片尺寸的变大并不是一个小问题
。最
初晶片
的直径是
1
至
< br>2
英尺，
在
2000
年的时候已经达到了
12
英尺。
< br>刚一开始，
当缩小
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