進(jìn)入20世紀(jì)以后，各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域和技術(shù)部門的計(jì)算需求堆積如山，尤其是二戰(zhàn)的爆發(fā)，各國進(jìn)入生死存亡的關(guān)頭，軍事需求極大地催生了各種技術(shù)的應(yīng)用，在這種情況下，對(duì)高速計(jì)算工具有了更多的需求。盡管依靠計(jì)算工人解決了最緊急的需求，但在效率和運(yùn)算量上卻存在天然的缺陷。這也使計(jì)算機(jī)確定了從電子管到晶體管，從專用設(shè)備到全社會(huì)普及的發(fā)展之路。

電子管：二戰(zhàn)帶來的抉擇

在教科書中，ENIAC就是電子計(jì)算機(jī)的起源，而電子管也就在那一刻，確定了其在計(jì)算機(jī)發(fā)展史中的地位。其實(shí)，在電子計(jì)算機(jī)的襁褓期，機(jī)電結(jié)構(gòu)還是純電子計(jì)算機(jī)，繼電器還是電子管？計(jì)算機(jī)的發(fā)展也面臨著迷茫中的抉擇。

1943年，當(dāng)二戰(zhàn)激戰(zhàn)正酣時(shí)，美軍迫切需要高速計(jì)算工具，以計(jì)算炮彈的彈道。在迅速獲得15萬美元的預(yù)算后，速度成為第一訴求，繼電器在收到信號(hào)后因?yàn)橛邪俜种�一秒延時(shí)而拖慢計(jì)算速度注定要被拋棄。而真空三極管的誕生，讓計(jì)算機(jī)可以快速的通過控制柵極電流，來開啟或關(guān)斷電子管兩端的電流，獲得比繼電器速度快成千上萬倍的開關(guān)速度。這對(duì)于提升當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的速度大有好處。正因?yàn)檫@樣的優(yōu)勢，讓電子管擊敗繼電器，成為早期計(jì)算機(jī)的核心運(yùn)算部件。

在這樣的要求下，擁有17468個(gè)電子三極管、7200個(gè)電子二極管、70000個(gè)電阻， 10000個(gè)電容器、1500個(gè)繼電器、6000多個(gè)開關(guān)、重達(dá)30噸的ENIAC在三年后，也就是1946年2月14日終于誕生，而讓它姍姍來遲的，還是預(yù)算，要知道ENIAC最終花了軍方48萬美元。其每秒執(zhí)行5000次加法或400次乘法的計(jì)算能力在今天看起來微不足道。不過別忘了，之前的Z3計(jì)算機(jī)每秒只能進(jìn)行3~4次加法計(jì)算，5秒才能計(jì)算一次乘法。電子管讓計(jì)算機(jī)有了千倍的速度提升。這也確定了ENIAC的歷史地位，并確定了電子管在計(jì)算機(jī)發(fā)展中的重要性。

集成電路：從電子管、晶體管到CPU

第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC的歷史照片

晶體管計(jì)算機(jī)：縮小為衣櫥大小

ENIAC的誕生，讓科學(xué)家們享受了計(jì)算的暢快，但卻必須痛苦地使用它。不僅因?yàn)樗�貴，更因?yàn)殡娮庸軐?shí)在太耗電，零件的壽命也太短，據(jù)說ENIAC每次一開機(jī)，整個(gè)費(fèi)城西區(qū)的電燈都為之黯然失色。同時(shí)接近18000個(gè)電子管，幾乎每15分鐘就可能燒掉一個(gè)，但操作人員可能要花15分鐘以上的時(shí)間才能找出壞掉的管子，使用上極不方便。曾有人調(diào)侃道：“只要那部機(jī)器可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)五天，而沒有一只真空管燒掉，發(fā)明人就要額手稱慶了”。

因此在晶體管技術(shù)投入實(shí)用后，計(jì)算機(jī)的計(jì)算元件也迅速的電子管向晶體管進(jìn)化，1954年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功第一臺(tái)使用晶體管線路的計(jì)算機(jī)，取名“催迪克”（TRADIC），裝有800個(gè)晶體管。而計(jì)算機(jī)的體積，也由ENIAC的房間般大小，縮小為衣櫥般體積。晶體管快速的開關(guān)速度和結(jié)構(gòu)的簡化以及在催迪克上引入的浮點(diǎn)運(yùn)算，讓其速度有了極大的提高。不過如果近距離看催迪克的話，常常會(huì)以為它還是臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)，因?yàn)楫?dāng)年制造工藝的落后，讓催迪克上的晶體管依舊使用了玻璃外殼的真空封裝，而不像現(xiàn)在的晶體管那樣，采用的是塑料或陶瓷封裝。

而軍事領(lǐng)域，依舊是當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)服務(wù)的主要對(duì)象，實(shí)際上在催迪克誕生后不久，它就被搬到了波音B-52亞音速遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機(jī)（即B-52轟炸機(jī)）內(nèi)，1955年，美國在阿塔拉斯洲際導(dǎo)彈上裝備了以晶體管為主要元件的小型計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的進(jìn)步直接催生了軍事的發(fā)展。

集成電路：從電子管、晶體管到CPU

首臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)“催迪克”

CPU：集成工藝的勝利

晶體管可以做得很小，那么可不可以將眾多晶體管放在一起，配合其他元件，實(shí)現(xiàn)特定功能呢？在1958年，美國德州儀器的工程師JackKilby就發(fā)明了安裝有三個(gè)元件的集成電路。不過那么低的集成度，對(duì)于計(jì)算機(jī)來說，實(shí)在沒太大的意義。直到1964年，集成工藝的提升，讓集成電路內(nèi)已經(jīng)可以安裝更多的晶體管時(shí)，IBM 360才成為首款使用集成電路的計(jì)算機(jī)。而這款計(jì)算機(jī)不僅永遠(yuǎn)改變了IBM，同樣永遠(yuǎn)的改變了計(jì)算機(jī)行業(yè)，這款讓IBM招募了6萬名新員工，建立了5座新工廠，研發(fā)費(fèi)用超過了50億美元的大型機(jī)，雖然當(dāng)時(shí)售價(jià)高達(dá)250萬美元，但在短短四周內(nèi)，就獲得千臺(tái)大訂單。而當(dāng)時(shí)美國的銀行在線交易系統(tǒng)、登月計(jì)劃等等，也都是在IBM 360支持下完成的。