卅年史詩！地球上出現過的CPU完全收
2025-01-14 13:05:49 1
CPU,Central processing unit.是現代計算機的核心部件，又稱為「微處理器(Microprocessor)」。對於PC而言，CPU的規格與頻率常常被用來作為衡量一臺電腦性能強弱重要指標。今年是intel x86架構25周年，而x86架構的CPU對我們大多數人的工作、生活影響頗為深遠。
在開始intel x86神奇時光之旅前面，我們需要弄清楚歷史上幾件很重要的事件，計算機的始祖到底是誰？是ENIAC嗎？
這張圖相信很多人都看過。
世界上第一臺電子計算機ENIAC
教科書裡面的答案是ENIAC。這個答案不算正確，但也沒完全錯。ENIAC是美國賓州大學研製的第一臺電子計算機，也是世界上第一臺電子計算機。準確一點說：ENIAC是世界上第一臺通用型計算機。ENIAC是Electronic Numerical Integrator And Computer的縮寫，它於1946年2月15日誕生；當時的資助者是美國軍方，目的是計算彈道的各種非常複雜的非線性方程組。眾所周知，這些方程組是沒有辦法求出準確解的，因此只能用數值方法近似地進行計算，因此研究一種快捷準確計算的辦法很有必要。
那個時候的「程序設計」，需要插拔N多的插頭
美國軍方花費了48萬美元經費在ENIAC項目上，這在當時可是一筆巨款，要不是為了二次世界大戰，誰能捨得出這麼大的錢？事實上ENIAC也是美國陸軍軍械部和賓州大學莫爾學院聯合發布的，而非書本上所提的只有賓州大學。
從技術上而言，ENIAC是沒有太明晰的CPU概念的。因為它採用電子管作為基本電子元件。用了足足18800個電子管，而每個電子管大約有一個普通家用25瓦燈泡那麼大。這樣整部電腦就有了8英尺高、3英尺寬、100英尺長的身軀，體積有研立方米，重達30噸，耗電高達140千瓦。每秒能進行5000次加法運算(而人最快的運算速度每秒僅5次加法運算)，還能進行平方和立方運算，計算正弦和餘弦等三角函數的值及其它一些更複雜的運算。這樣的速度在當時已經是人類智慧的最高水平。
但是，其實ENIAC還不是計算機的最早始祖。現代計算機的思想由來已久，到了19世紀已經才日漸成熟，但是當時的技術水平很低弱，所以根本無法製造出可以運行的系統來，其中最據代表性的就是巴貝奇的分析機。
巴貝奇分析機部件
英國皇家學會會員、劍橋大學數學教授巴貝奇(Charles Babbage, 1792-1871.)，是一位富有的銀行家的兒子。他於1792年出生於英格蘭西南部的託格茅斯，後來繼承了相當豐厚的遺產。巴貝奇把繼承的財富都用於科學研究，並顯示出極高的數學天賦，考入劍橋大學後，他發現自己掌握的代數知識甚至超過了教師。1817年獲碩士學位，1928年受聘擔任劍橋大學「盧卡辛講座」的數學教授，這是只有牛頓等科學大師才能獲得的殊榮。
巴貝奇教授，Charles Babbage
巴貝奇不但精於科學理論，更喜歡將科學應用在各種發明創造上。他最早提出，人類可以製造出通用的計算機，來代替大腦計算複雜的數學問題。當時並沒有電子技術的應用，於是巴貝奇的設想就架構在當時日趨成熟的機械技術上。巴貝奇將他設想的通用計算機命名為「分析機」，並希望它能自動解算有100個變量的複雜算題，每個數達25位，速度達到每秒鐘運算一次。分析機包括齒輪式「存貯倉庫」(Store)和「運算室」即「作坊」(Mill)，而且還有他未給出名稱的「控制器」裝置，以及在「存貯倉庫」和「作坊」之間運輸數據的輸入輸出部件。這種天才的思想，劃時代地提出了類似於現代電腦五大部件的邏輯結構，也為後世的通用處理器誕生奠定了堅實的基礎。
最初，巴貝奇還有政府的資助來研究設計「分析機」，但是短視的英國政府於1842年，斷然宣布停止對巴貝奇的一切資助，而當時的科學界也譏笑他是「愚笨的傻瓜」，公然稱差分機「毫無任何價值」。不過英雄的故事裡面總是有美人垂青，英國著名詩人拜倫的女兒愛達·拉夫拉斯伯爵夫人(註解1)，是唯一能理解巴貝奇的人，也是世界計算機先驅中的第一位女性。她幫助巴貝奇研究分析機，建議用二進位數代替原來的十進位數(編者註：真是天才！)。她還指出分析機可能像雅各織布機一樣編程，並發現了編程的要素。她還為某些計算開發了一些指令，並預言計算機總有一天會演奏音樂。第二年，她幫助巴貝奇處理論文的譯稿時，加入了許多獨特的見解，深得巴貝奇教授的讚許。
在愛達夫人短暫生命的最後十年裡，全力協助巴貝奇工作，甚至把自己的珠寶手飾都拿出來變賣，以幫助巴貝奇度過經濟難關。之後，巴貝奇又獨自堅持了近20年，直至1871年，這位先驅者孤獨地離開了人世時，分析機終於沒能製造出來，未完成的一部分也被保留在英國皇家博物館裡。巴貝奇逝世後，他的兒子亨利·巴貝奇少將製造了若干個複製品，送往世界各地保存。亨利堅定地相信，總有一天，他父親的這種機器一定會被後人製造出來。
近年來，科學界已經普遍確認巴貝奇在信息科學的鼻祖地位。1991年，為了紀念巴貝奇200周年誕辰，英國肯聖頓(Kensington)科學博物館根據這些圖紙重新建造了一臺差分機。複製過程中，只發現圖紙存在著幾處小的錯誤。複製者特地採用18世紀中期的技術設備來製作，不僅成功地造出了機器，而且可以正常運轉。
後人完成的巴貝奇分析機
為什麼要提這些舊事？其實無論是英特爾、IBM、微軟，還是甲骨文，如果沒有這些先驅們的奉獻，就沒有今天的繁榮。另外，我國的教育對於這一段歷史的描述非常差，編者希望這樣的說明能夠在開始以下intel x86神奇時光之旅前，有一個很好的交待，權作拋磚引玉吧。
[註解1：1981年，美國國防部花了10年的時間，研製了一種計算機全功能混合語言，並成為軍方數千種電腦的標準。為了紀念愛達夫人，這種語言被正式命名為ADA語言，並讚譽她是「世界上第一位軟體工程師」。]
在以下部分的介紹裡，我們將看到集成電路的通用型CPU誕生……<
