第 1 章 火种

我认为全世界的计算机需求量大概是五台左右。

  ——托马斯·沃森,IBM 公司主席

第 1 章 火种

个人计算机于 20 世纪 70 年代中期问世,但若要追本溯源,不仅可回溯到 20 世纪 50 年代的巨型计算机,甚至还可回溯到 19 世纪的小说中那些能思考的机器。

巴贝奇的梦想

上帝保佑,我真希望计算能利用蒸汽进行。

——查尔斯·巴贝奇,19 世纪发明家

诗人拜伦和雪莱注意到了科学所带来的变化。在一个大雨倾盆的夏日,他们俩在瑞士消磨时光,就这样讨论起人工生命和人工思维,思考着是否能“制造出某个生物的各个零件,将它们拼凑起来并赋予其体温”。当时在现场的雪莱夫人玛丽·雪莱记住了这场讨论,并在自己后来著名的小说《弗兰肯斯坦》中展开了这一主题。

对蒸汽时代的读者来说,玛丽·雪莱笔下的科学怪人实在令人毛骨悚然。19 世纪早期迎来了机械化时代,而机械化动力的主要标志是蒸汽机。蒸汽机最初安在轮子上,是为了推动轮子行进的。1825 年,世界上的第一条公共铁路投入运营。蒸汽给当时的人们带来的神秘感,恰似后来的电力和原子能给后世人带来的神秘感。

“蒸汽朋克”计算机

1833 年,英国数学家、天文学家及发明家查尔斯·巴贝奇谈起用蒸汽驱动计算,并真的开始设计这么一台机器。巴贝奇声称,这机器若是做出来,可将计算行为机械化,甚至将思维机械化。当时的许多人将巴贝奇当作真人版的弗兰肯斯坦。虽说巴贝奇的设计并未变为现实,但他绝非一名光说不练的空想家。在 1871 年逝世之前,巴贝奇一直致力于研究他所谓的“分析机”,并从逻辑学和数学最先进的思想中汲取营养。巴贝奇的目的是做出一台能将人们从重复枯燥、令人厌倦的脑力劳动中解放出来的机器,正如当时一些新机器让人们免去了耗体力的苦差一样。

查尔斯·巴贝奇 19 世纪数学家、发明家,早在计算机成功问世 100 年前就设计了一台“能将思维机械化”的机器。(资料来源:美国圣何塞计算机博物馆历史中心)

巴贝奇有一位搞科学编年史的同事,同时也是他的赞助人,叫奥古斯塔·艾达·拜伦。她是拜伦勋爵的女儿,师从代数学家奥古斯塔斯·德·摩根,后来成为洛夫莱斯伯爵夫人。奥古斯塔·艾达·拜伦本身既是一名作家,又是一名业余数学家。因此,她能够通过文章和论文向受过高等教育的公众和英国贵族中的潜在赞助人解释巴贝奇的想法。此外,她还撰写了不少文章来介绍巴贝奇的分析机是如何解决高等数学问题的。因为奥古斯塔·艾达·拜伦所做的这些工作,许多人视她为世界上第一位计算机程序员。20 世纪 80 年代初,美国国防部用她的名字命名了 Ada 编程语言,以此肯定艾达在计算机编程方面的贡献。

玛丽·雪莱创作的《弗兰肯斯坦》引起了当时的公众对新技术的恐惧。因此,奥古斯塔·艾达·拜伦认为,最好能让自己的听众放心,巴贝奇的分析机并没有独立思考的能力。她向他们保证,这台机器本身不会思考,只能根据人的指令行事。其实,巴贝奇的分析机与真正的现代意义上的计算机十分类似,而“根据人的指令行事”这个概念实际上就相当于我们今天所说的计算机编程。

从巴贝奇的设计来看,分析机是一台体型巨大、噪声不小、昂贵无比、外观漂亮且因用了黄铜和钢铁制造而闪闪发光的大家伙。数字存储于由齿轮构成的暂存器上,而数字的加法和转存则通过凸轮和棘轮的运行来完成。根据设计,分析机可以存储 1000 个数字,每个数字最多 50 位数。内置存储器容量如今被称为机器的内存大小。按如今的标准来说,巴贝奇分析机的运行速度可以说是龟速——1 秒内都无法完成一个加法运算,但实际上它的内存比 20 世纪四五十年代的第一批可用的计算机以及 20 世纪 70 年代的早期微型计算机都要大。

尽管巴贝奇为分析机设计了 3 种详尽的方案,但他始终未能造出这台机器。他设计的差分机虽简单但也体现了他的雄心壮志,同样也未能造出。在他之后的 100 多年里,人们普遍认为,当时的机械制造技术无法造出这些机器所需的几千个精密零件。1991 年,伦敦科学博物馆负责计算的资深馆长多伦·斯沃德用巴贝奇时代拥有的技术、工艺和材料造出了巴贝奇的差分机。斯沃德的成功揭示了巴贝奇人生中具有讽刺意味的一面。早在别人做出同样尝试的 100 多年前,巴贝奇就已经成功设计出了一台计算机。他设计的机器实际上是能够运行的,而且在他的年代也是造得出来的。巴贝奇之所以无法实现自己的梦想,全是因为他无法筹集到足够的资金,而这又多半缘于他自己疏离于那些能提供资金的人。

奥古斯塔·艾达·拜伦,又称洛夫莱斯伯爵夫人(1815—1852)推广了巴贝奇分析机,并为其编程,还预言像这样的机器未来能用于做复杂的事情,如创作音乐。(资料来源:约翰·默里出版公司)

如果巴贝奇能圆滑一些或奥古斯塔·艾达·拜伦更富有一些,恐怕就会有这么一台无比巨大的蒸汽计算机在狄更斯笔下的伦敦出现,帮助现实生活中的一些老吝啬鬼算账,也可能蒸汽计算机会与查尔斯·达尔文下一盘国际象棋。但正如玛丽·雪莱所预言的一样,要想制造出会思考的机器,关键是电力。

计算机将披着逻辑的嫁衣“嫁”给电力。

会计算的机器

美国逻辑学家查尔斯·皮尔斯通过讲授英国数学家乔治·布尔的著作,将符号逻辑学从大西洋彼岸带到了美国。在这个过程中,皮尔斯从根本上重新定义并极大丰富了布尔代数。布尔以无可争议的方式将逻辑与数学整合到了一起,而皮尔斯大概是 19 世纪中期最了解布尔代数的人了。

不仅如此,皮尔斯还有其他发现,他发现了逻辑与电力之间的联系。

到了 19 世纪 80 年代,皮尔斯发现,布尔代数可用于模拟电气开关电路。布尔逻辑的真 / 假完全映射了电流流经复杂电路中开 / 关的方式,换句话说,逻辑可以用电路来表示。这就意味着电力驱动的计算机和逻辑机是可以构造出来的。它们不只是小说家的空想,它们可能会实现,而且最终定会实现。

皮尔斯有一名叫艾伦·马昆德的学生,他在 1885 年还真的设计出了一台能够进行简单逻辑运算的电力逻辑机,但是还是没有造出来。皮尔斯用来解释如何模拟布尔代数的开关电路是计算机的一个基本组成部分。这个装置的独特之处在于能够管理信息,这一点和电流或机车完全不同。

机械开关为电回路所替代,使得计算设备的体积可以变得更小。事实上,第一台电力逻辑机是由本杰明·布拉克设计并制造出来的便携式装置,体积小到可以装进公文包中。这台制造于 1936 年的布拉克逻辑机可用于处理三段论形式的逻辑语句。譬如说,将“男人终有一死;苏格拉底是男人”编入机器,逻辑机可接受“苏格拉底终有一死”的推论,而拒绝“苏格拉底是女人”的推论。后者这类错误的推理会关闭回路并触发机器的警告灯,表示发生了逻辑错误。

布拉克逻辑机是一台功能有限的专用机器。然而,当时问世的大多数专用计算装置都是用来处理数字问题而不是处理逻辑问题的。早在皮尔斯还在研究逻辑与电力之间的联系时,赫曼·霍列瑞斯就在设计一台制表机,以进行 1890 年的美国人口普查的计算。

霍列瑞斯的公司最终被一家企业合并了,这家企业后来更名为国际商用机器公司(简称 IBM)。到 20 世纪 20 年代末,IBM 靠向企业售卖专用计算机器盈利,让这些企业能够将日常的数字计算工作自动化。但 IBM 的机器还不是计算机,也不是像布拉克逻辑机那样的机器。它们不过是被过分美化的大型计算器而已。

计算机的诞生

克劳德·香农在其麻省理工学院的博士论文中解释了如何利用电力开关电路模拟布尔逻辑(查尔斯·皮尔斯在 50 年前就曾预言过)。受到该论文的鼓舞,IBM 的高管于 20 世纪 30 年代同意斥资制造一台基于机电式继电器的大型计算机器。他们给了哈佛大学教授霍华德·艾肯一笔在当时颇为可观的经费——50 万美元,用以研制 Mark I,Mark I 是一台受巴贝奇分析机的启发而设计的计算装置。巴贝奇设计的是一个纯粹的机械装置,相比之下,Mark I 是一个电力机械装置,它以继电器为开关,继电器阵列则作为数字存储空间。这台机器运行时噪声非常大,继电器不停地开关,咔咔地响个不停。1944 年,Mark I 问世并受到广泛赞誉,人们都说科幻小说中的电子大脑终于成为现实。但是 IBM 的高管却高兴不起来,因为艾肯在为这台计算机揭幕时并未提及 IBM 的资助。IBM 为这笔投资感到懊悔。但原因还不止如此,在 Mark I 研制工作开始之前,其他方面的技术已取得了新的进展,这使得 Mark I 尚未问世就已然过时。

赫曼·霍列瑞斯 发明了世界上第一台大规模数据处理装置,并于 1890 年成功应用于美国人口普查。他是数据处理行业的鼻祖。(资料来源:IBM 档案)

电力驱动正在为电子驱动让路。当其他人将蒸汽驱动的巴贝奇式机器换成电气继电器时,爱荷华州立大学的数学和物理学教授约翰·阿塔纳索夫看到了将电气继电器换成电子元件的可能性。在美国参加第二次世界大战前不久,阿塔纳索夫在克利福德·贝里的帮助下设计出了 ABC。ABC 是阿塔纳索夫 - 贝里计算机(Atanasoff-Berry Computer)的首字母缩写,这台设备的开关装置采用的不是继电器,而是真空管。

霍列瑞斯人口普查计算机器 为美国 1890 年的人口普查节省了一个数量级的时间。(资料来源:IBM 档案)

这个开关装置的更新换代是一次技术性飞跃。理论上说,以真空管为开关元件的机器运算起来比继电器机器更快速、更高效。但 ABC 和巴贝奇分析机一样,也未能问世,这也许是因为阿塔纳索夫所筹集的经费还不到 7000 美元,远不足以建造这台机器。不过,阿塔纳索夫和贝里确实组装出了一台简单的样机。他们用大量的电线和真空管拼出了一台粗糙的台式计算器。通过将真空管作为开关元件这一举措,阿塔纳索夫大大推动了计算机技术的发展。相较于继电器开关,真空管的高效使得计算机的面世成为现实。

托马斯·沃森 1914 年加入霍列瑞斯领先的数据处理公司,后将公司改名为 IBM。(资料来源:IBM 档案)

真空管是抽掉了空气的一种玻璃管。托马斯·爱迪生发现,电子在某些条件下能在真空中流动,而李·德·福里斯特利用“爱迪生效应”最终将真空管制成了电子开关。20 世纪 50 年代,真空管被广泛应用到电视机、计算机等电子设备中。现如今我们仍可以看到应用显像管的计算机显示器或电视机屏幕。

到 20 世纪 30 年代,计算机的诞生已经是顺理成章。计算机似乎也注定是价格昂贵的大块头专用设备。体积大、价格高的问题几十年后才得以解决,但打破单一用途这一点在当时就已提上日程。

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真空管 20 世纪 50 年代,计算机中到处都是真空管,如图中这台 IBM 701 处理器。(资料来源:IBM 档案)

英国数学家阿兰·图灵曾设想过这样一台机器,这台机器的目的只有一个,即读取某一可描述任务的编码指令,并根据指令自行完成任务。这个想法在当时可谓前所未闻。若一台机器真的能够完成指令描述的所有任务,那么它就是一台真正的通用设备。或许在图灵之前没有任何人有过如此宏大的想法。但在 10 年之内,图灵的想法就变成了现实。那些指令变成了程序,而图灵的设想在另一位数学家约翰·冯·诺伊曼的手中变成了一台通用计算机。

将计算机变成现实的大部分工作都是第二次世界大战期间在秘密实验室中进行的。图灵就是这样工作的。1943 年,美国费城莫尔电气工程学院的约翰·莫奇利和约翰·埃克特提出了一个关于计算机的想法。很快,他们就和美国军方开始合作研发电子数字积分计算机(Electronic Numerical Integrator and Computer,简称 ENIAC)。一旦成功,它将成为第一台全电子数字计算机。除了用于信息输入与输出的外围设备,ENIAC 就是一台纯粹的真空管机器。

发明 ENIAC 的功劳归谁向来是有争议的。ENIAC 可能是根据莫奇利与阿塔纳索夫会面后形成的想法设计出来的,但至少 ENIAC 是真实存在的。莫奇利和埃克特吸引了不少才华横溢的数学家加入 ENIAC 项目,其中包括聪明绝顶的约翰·冯·诺伊曼。冯·诺伊曼加入了 ENIAC 项目,并为建造 ENIAC 做出了许多贡献,他还为一台更加复杂的电子离散变量自动计算机(Electronic Discrete Variable Aut omatic Computer,简称 EDVAC)提供了基本设想。人们对冯·诺伊曼的贡献也报导很多。

约翰·莫奇利 ENIAC 的设计者之一,图为他在 1976 年的大西洋城电脑节上向早期个人计算机发烧友演讲。(资料来源:戴维·阿尔)

冯·诺伊曼将莫尔电气工程学院的重点从技术方面转移到了逻辑方面。在他看来,EDVAC 不仅仅是一台用来计算的设备。冯·诺伊曼觉得,除算术运算之外,EDVAC 应该还能进行逻辑运算,并能以代码符号进行运算,而且那些以代码符号进行运算和解释的指令本身也应该是编入机器的代码符号,并用以继续操作运算。这是现代计算机概念中最后一个根本性洞见。冯·诺伊曼规定 EDVAC 应该能根据指令来编写程序,而这些指令本身是作为数据输入计算机的,这为存储程序计算机创建了标准。

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ENIAC 世界上第一台全电子数字计算机,于 1945 年 12 月问世。(资料来源:IBM 档案)

1945 年 5 月之后,冯·诺伊曼提出将 ENIAC 改为 EDVAC 那样的可编程计算机的方法,阿黛尔·戈尔斯坦编写了能让机器更易操作的语言(包含 55 种操作)。从那以后,再没有人以最初的操作模式来运行 ENIAC 了。

1946 年年初,ENIAC 开发完成,它的运行速度比继电式计算机快 1000 倍。但尽管是电子计算机,ENIAC 运行起来仍然咔咔作响。ENIAC 就是一屋子滴答作响的电传打字机、滋滋转的磁带驱动器以及满墙相对安静的电子线路板。ENIAC 有 20 000 个开关元件,重约 30 吨,耗电 150 千瓦。尽管功率很大,但任何时候 ENIAC 一次只能处理 20 个十进制数字。不过在完全制造完成之前,它就已经派上了大用场。1945 年,ENIAC 被用于美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯市原子弹测试的计算。

第二次世界大战结束之后,那些秘密实验室开始解密他们的工作成果和设计,由此出现了一个新兴产业。制造计算机立马成了一门生意,而且由于计算机这种设备本身的特点,这还是一个大产业。工程师莫奇利和埃克特刚刚走出 ENIAC 的成功光环,就帮助雷明顿打字机公司迅速转型为斯佩里通用自动计算机公司。随后的好几年里,Univac 这个词成了计算机的代名词,就像提到舒洁(Kleenex)大家就会想到面巾纸一样。但斯佩里公司也有一些强大的竞争对手。经历了 Mark I 项目的失望后,IBM 的高管们重新振作起来,着手制造通用计算机。两家公司形成了不同的运作风格。IBM 的员工都身着蓝色条纹西装,而斯佩里公司的大楼里则满是穿着运动鞋的年轻毕业生。不知是公司形象好还是商业能力强,没过多久,IBM 就从斯佩里手上抢到了行业领头羊的位置。

不久,大家用的多数计算机都是 IBM 制造的了,而且 IBM 的市场份额还在随着市场扩大而不断增加。其他的计算机公司也先后成立,一般都接受了曾在 IBM 或斯佩里受训的工程师的指导。位于明尼阿波利斯市的 CDC 公司脱离了 IBM,随后霍尼韦尔公司、宝来公司、通用电气公司、RCA 公司和 NCR 公司都纷纷开始生产计算机。不到 10 年的时间,这 8 家公司就称霸了羽翼渐丰的计算机市场。由于 IBM 的营业额遥遥领先于其他 7 家公司,当时这 8 家公司常被戏称为“白雪公主与七个小矮人”。

约翰·冯·诺伊曼 博学多识,为计算机编程以及 ENIAC 和 EDVAC 做出了奠基式的贡献。(资料来源:美国圣何塞计算机博物馆历史中心)

不过,“白雪公主与七个小矮人”很快就会被一些傲慢的行业新贵教训了。20 世纪 60 年代出现了一款新型计算机。比起先前的计算机,这种计算机体积更小、价格更低,借用当时风靡的迷你裙的概念,人们将这种计算机称为“迷你计算机”(小型机)。生产小型机的公司中,最值得一提的是波士顿的 DEC 公司和加州帕洛阿尔托的惠普公司。这些公司当时生产的计算机就是图灵和冯·诺伊曼所指的通用计算机,它们更小巧,更高效,功能也更强大。不久之后,计算机的核心技术取得了重大突破,这使得计算机在功能、效率和小型化几个方面取得了惊人的发展。

晶体管与集成电路

晶体管的发明意味着一个梦想的实现。

——欧内斯特·布朗和斯图尔特·麦克唐纳,《小型机的革命》作者

20 世纪 40 年代,计算机的开关装置还在使用机械继电器,它那连续开合的声音就像货运列车那样咔咔作响。到 20 世纪 50 年代,真空管取代了机械继电器。但真空管在技术上走进了死胡同,它们不可能再小了,而且由于它们会发热,彼此之间必须间隔一定的距离。因此,早期的计算机都像患了象皮病一样,看起来臃肿无比。

到 1960 年,研究固态元件的物理学家为计算机世界引入了一种全新的器件。这种使人们将真空管弃之如敝屣的东西叫作晶体管。晶体管是一小片惰性晶体,具有有趣的电气特性,一面世即被视为一项革命性技术发明。其发明者约翰·巴丁、沃尔特·布拉顿和威廉·肖克利因为这项技术创新,于 1956 年获得诺贝尔物理学奖。

晶体管的意义绝不仅仅在于淘汰了另一项技术,它是量子物理学应用方面的一系列实验的结晶,最终将计算机从工程师和科学家专用的巨型计算机变成像电视机一样可以随意购买的商品。作为一项技术突破,它不仅使得 20 世纪 60 年代微型计算机得以面世,还促使 20 世纪 70 年代个人计算机革命得以爆发。

1947 年圣诞节的前两天,巴丁和布拉顿完成了“20 世纪的重大发明”。但要想理解那年冬天在美国新泽西州默里山问世的晶体管的真正意义,我们还得说到多年以前的研究。

晶体管的发明

20 世纪 40 年代,约翰·巴丁和威廉·肖克利研究的是与晶体管风马牛不相及的领域。关于锗与硅等化学元素的晶体在电场中表现出来的行为,量子力学方面的实验得出了一些奇怪的预测(后来被证实)。这些晶体无法归为绝缘体或导体,于是它们被称作半导体。半导体有一个让电气工程师欣喜若狂的特性——可使电流只朝一个方向流动而不朝另一个方向流动。电气工程师很快就利用了这一特性,他们用这种晶体的薄片对电流进行整流,使交流电变为直流电。被称作晶体管机的早期收音机是最早使用晶体整流器的商品。

晶体整流器是一件神奇的东西,虽然它只是一个没有任何活动部件的固态装置,却能做一些很有用的工作。然而,除了整流它什么也做不了。所以,另一种东西很快便几乎完全取代了晶体整流器。那就是李·德·福里斯特发明的三极管——一种让收音机大放异彩的真空管。三极管的用途比晶体整流器要多得多,它能放大通过的电流,还能利用较弱的次级电流改变从它的一极流向另一极的强电流。三极管的发明是电力与逻辑“联姻”过程中的重要一步,而这种以一种电流来改变另一种电流的能力,对 EDVAC 类计算机的设计至关重要。当时,有研究者认为,三极管的主要应用在于电话继电电路方面。

AT&T 公司的人开始关注三极管,尤其是那些在贝尔实验室工作的研究人员。威廉·肖克利当时就在贝尔实验室工作,致力于研究杂质对半导体晶体的影响。微量的杂质能提供在装置中输送电流所需的额外电子。肖克利说服了贝尔实验室,允许他组织一个团队来研究这项有趣的新发现。他的小组中有实验科学家沃尔特·布拉顿和理论家约翰·巴丁。这个小组在刚开始的一段时间没有取得任何进展。印第安纳州拉斐特的珀杜大学也在进行类似的研究,而贝尔实验室的这个研究小组也十分关注那里的工作进展。

后来巴丁发现,晶体表面的抑制作用会干扰电流的流动。布拉顿的一个实验证明了巴丁的发现是正确的。1947 年 12 月 23 日,晶体管(即三极管)诞生了。晶体管具备了真空管的全部功能,而且功能更强。它的尺寸更小、发热更少,而且不会烧坏。

集成电路

最重要的是,若干个晶体管的功能可以合并到一个半导体装置中。研究人员很快就着手制造这些复杂的半导体。因为这类装置将大量的晶体管集成为一种更复杂的电路,所以被称为集成电路。由于它们本身是一些轻薄的硅片,人们也称它们为晶片或芯片。

制造芯片是一个复杂且费用高昂的过程,很快就产生了一个专门制造芯片的完整产业链。最早开始生产商用芯片的是当时的电子器件公司,其中较早的一家创业公司是肖克利半导体公司,由肖克利于 1955 年在他的家乡加州帕洛阿尔托创办。肖克利的公司雇用了当时半导体领域中的许多佼佼者,其中有些人没在公司干多长时间。肖克利半导体公司后来又派生出仙童半导体公司,而硅谷就是以此发源的。

仙童半导体公司成立 10 年后,其离职员工几乎遍布所有的半导体公司。甚至像 20 世纪 60 年代进入半导体产业的摩托罗拉之类的大型电子元件公司,也雇用了不少曾在仙童工作过的工程师。除了 RCA 公司、摩托罗拉和德州仪器公司之外,大多数半导体公司都在圣克拉拉谷地,距离帕洛阿尔托的肖克利的公司不过一箭之遥。由于半导体芯片几乎都是硅片,圣克拉拉谷地很快便以“硅谷”之名闻名于世。半导体产业的发展速度惊人,半导体产品的尺寸和价格也以相同的速度下降。行业竞争异常激烈。

起初,除了军事和宇航工业,其他领域几乎都不需要高度复杂的集成电路。某些类型的集成电路则多用于大型计算机和微型计算机中。其中,最为重要的是内存芯片,即那些只要通电即可存储并保存数据的集成电路。内存芯片使半导体装置成为主流。

当时的内存芯片实现了几百个晶体管的功能。其他集成电路的设计目的不是将流经其中的数据保留下来,而是以某种方式修改这些数据,以便进行简单的算术或逻辑运算。到 20 世纪 70 年代初期,市场对电子计算器的疯狂需求促进了一种新型的、功能更强大的计算机芯片的诞生。

戈登·摩尔(左)与罗伯特·诺伊斯(右) 共同创立了英特尔公司,英特尔后来成为计算机产业中半导体领域的佼佼者。(资料来源:英特尔公司)

“吹毛求疵”的群众

微处理器带领电子学迈进了一个新纪元。它正在改变我们社会的结构。

——罗伯特·诺伊斯和马西安·霍夫,
1981 年发表的《英特尔公司微处理器的发展史》一文

1969 年年初,硅谷半导体制造商英特尔公司受日本 Busicom 计算器公司委托,为其一系列计算器生产芯片。英特尔完全有资历完成此事:它是仙童半导体公司的衍生公司,其总裁罗伯特·诺伊斯曾为集成电路的发明贡献过力量。虽然英特尔开业不过数月,但它的发展速度如半导体产业一般迅猛。

数月前,一位名叫马西安·霍夫的工程师作为第 12 位雇员加入英特尔。当他开始接手 Busicom 公司委托的工作时,英特尔的雇员已经多达 200 名。霍夫刚从学校毕业不久。在取得博士学位之后,他继续在斯坦福大学电气工程系担任研究员。霍夫在那里研究了半导体内存芯片的设计,获得了几项专利,也因此进入了英特尔。

马西安·霍夫 领导了英特尔第一个微处理器的设计工作。(资料来源:英特尔公司)

诺伊斯认为,英特尔应当只专注于生产半导体内存芯片,而不应该生产其他产品,所以他聘请了霍夫来给这类芯片设计用场。

但当 Busicom 公司委托英特尔生产计算器芯片时,诺伊斯改变了主意,他认为公司在开展内存芯片业务的同时,承接一些定制生意也是无伤大雅的。

英特尔 4004 微处理器

霍夫被派去同日本工程师讨论 Busicom 公司的业务要求。第一次会谈很简短,因为霍夫当晚要飞去塔希提岛。塔希提之行让霍夫有时间仔细思考,当归来时,他对这个项目有了一些坚定的想法。

令霍夫尤其烦恼的是,Busicom 计算器的制造成本与一台小型计算机不相上下。当时,小型计算机已不算昂贵了,全美各地的研究实验室都在争相购买。在大学的心理学系或物理学系看到两三台小型计算机并不算什么稀奇事。

霍夫曾使用过 DEC 公司的 PDP-8,它的内部构造非常简单,是同类计算机中最小、最便宜的型号之一。霍夫发现,但凡 Busicom 计算器能做的,PDP-8 都能办到,而且 PDP-8 还具备其他功能,但二者造价几乎一样。霍夫认为,制造这种计算器完全有悖常理。

霍夫问英特尔的老板,为什么人们要花一台计算机的价钱来买一台仅有计算机很小一部分功能的计算器。这个问题暴露了霍夫的书呆子气和他对销售的天真无知。比起计算器,霍夫更愿意要一台计算机,所以他就想当然地认为其他人也和他一样。

销售人员耐心地向他解释,这个问题的关键在于产品的包装。如果用户只想做一些运算,他们根本不想开启计算机来运行计算器程序。再说了,当时的绝大多数人(甚至包括科学家)都对计算机望而却步。从启动开始,计算器由始至终就是一台计算器,而计算机则是一台功能不明的机器。

霍夫理解销售人员的意思,但仍然想不通在通用设备同样容易制造且价格也不贵的情况下,为什么还要生产专用设备。此外,霍夫认为设计为通用机器使用的芯片会让这个项目更有趣一些(对他而言)。于是,霍夫向日本工程师提出了一个大致以 PDP-8 为基础的改进型设计方案。

这个设计方案其实与 PDP-8 有很大不同。霍夫提出的方案是设计一组芯片,而不是一台计算机。但是其中的一款芯片从好几方面来说都至关重要。首先,这是一款高密度芯片。当时的芯片最多有 1000 种功能——相当于 1000 个晶体管,而这款芯片的功能至少多一倍。不仅如此,同任何集成电路一样,这款芯片也能接收输入信号,产生输出信号。不过,这类信号在简单的算术芯片中体现为数字,在逻辑芯片中体现为逻辑值(真 / 假),而在霍夫的芯片中,输入和输出信号构成了对集成电路的一系列指令。

一言以蔽之,霍夫的芯片能运行程序。客户要求他们生产的是计算器芯片,霍夫设计的却是集成电路 EDVAC 类型的机器——基于一块硅片运行的、真正的通用计算机设备,即在一块芯片上运行的计算机。虽然霍夫的设计很像一台简单的计算机,但它比计算机又少了一些关键部件,如存储器和供用户输入和输出的外围设备。霍夫设计的这类设备被称为微处理器。微处理器之所以是通用设备,原因就在于它的可编程性。

因为英特尔微处理器使用了存储程序的概念,所以计算器制造商可以让微处理器按照他们想要的任何种类的计算器那样运行。但这只是霍夫的想法。他断定这个想法可行,也坚信这么做是正确的,然而那帮日本工程师对此并不感兴趣。霍夫大失所望,跑去找诺伊斯诉苦。诺伊斯鼓励霍夫无论如何都要坚持下去。当芯片设计师斯坦·马泽尔离开仙童转投英特尔时,霍夫便和他一同开始了芯片的设计。

此时,霍夫和马泽尔实际上还没有生产出这种集成电路。设计专家还得将设计方案转换成二维的图纸,并将线路布局实现到硅晶芯片上。芯片开发的这些后续步骤是很费钱的,所以英特尔决定在与日本客户谈妥后再从逻辑设计阶段进入下一阶段。

1969 年 10 月,Busicom 公司的代表从日本飞来与英特尔讨论这一项目。日本工程师提出了他们的需求,霍夫则展示了自己和马泽尔的设计方案。尽管方案并不能完全满足需求,但经过商谈,Busicom 公司最终决定接受霍夫的芯片设计方案。这使得 Busicom 公司得到了该芯片的独家经销合同。这个交易对英特尔来说并不是十分理想,但他们至少推进了项目。

霍夫如释重负。他们将该芯片命名为 4004,这个数字代表一块芯片所能替代的晶体管的大概数目,同时也代表芯片的复杂程度。霍夫并不是唯一一个想到要在一块芯片上造出一台计算机的人,但他是第一个将此想法付诸实践的人。在项目期间,霍夫和马泽尔解决了大量的设计问题,使得微处理器的概念更为饱满。然而,计划与执行之间还有很大的距离。

莱斯利·维达斯是英特尔芯片设计组的负责人。他知道,要想实现芯片的设计就必须有费德里科·费金的加持。费金是维达斯以前在仙童的同事,在芯片设计方面很有天赋。费金早年在意大利还为 Olivetti 公司设计过一台计算机。但问题是,费金不是英特尔的雇员;更糟糕的是,他不能来英特尔工作,起码不能说来就来,因为费金持有的是美国的工作签证,不能换工作,否则会导致签证失效。费金最快也要次年春天才能到英特尔赴任。随着时间的流逝,Busicom 公司越发感到失望。

1970 年 4 月,费金终于来了,他立即受命完成 4004 芯片的设计。Busicom 公司的工程师嶋正利即将前来考察和审定最后的设计方案。费金火力全开,打算将芯片赶制出来。

遗憾的是,设计方案远远没有完成。当时,霍夫和马泽尔已经完成了芯片的指令集与整体设计,但必要的细节设计还没完成。嶋正利马上就明白了,所谓的“设计”还仅仅停留在创意阶段。嶋正利朝费金吼道:“这还只是个想法,根本不是设计方案!我是来审定设计方案的,而你们根本没做出来!”

费金坦言自己初来乍到,必须先完成设计,然后才能开始实施制作计划。在马泽尔和嶋正利(将留美时间延长了 6 个月)的帮助下,费金每天工作 12 ~ 16 小时,用极短的时间完成了工作。因为他要做的这项工作并无先例,所以他唯有边干边发明新技术才能完成任务。1971 年 2 月,费金将可以运行的样机套件交付给 Busicom 公司,其中包括 4004 微处理器和计算器运行所需的另外 8 种芯片。费金成功了!

这也是一个突破。4004 微处理器的意义比它本身的功能重要得多。一方面,微处理器这种新玩意儿,只不过是半导体制造商多年来一直在制造的用于数学运算和逻辑运算的集成电路芯片的一种延伸,它只不过是将更多功能塞到一块芯片中而已;另一方面,微处理器的功能太多了,这些功能彼此之间紧密集成,以至于人们运行设备时还得学会一门简单的新语言。总而言之,4004 微处理器的指令集构成了一门编程语言。

费德里科·费金 英特尔公司微处理器的发明者之一,同时也是 Zilog 公司的创始人。(资料来源:费德里科·费金)

如今的微处理器结构比 1950 年时构成计算机的满屋子的线路板更为复杂,功能也更强大。霍夫在 1969 年设计的 4004 芯片,是迈向霍夫、诺伊斯和英特尔的管理层都难以预料到的未来的第一步。英特尔两年后推出的 8008 芯片则是至关重要的第二步。

英特尔 8008 微处理器

8008 微处理器是为当时的 CTC 公司(后改名为 Datapoint)研发的。CTC 公司有一台技术先进的计算机终端,想要用芯片给这台终端添加一些功能。

这一次,霍夫又提出了在现有产品基础上增加更多功能的方案。他主张用单个芯片作为控制电路,以便用一个集成电路替代计算机终端的所有内部电子器件。霍夫和费金之所以对 8008 项目感兴趣,部分原因是英特尔与 Busicom 公司签订的独家合同限制了 4004 芯片的推广。当时费金正在实验室从事电子测试仪的研究工作,他发现 4004 芯片是控制测试仪的理想工具,可惜 Busicom 公司的合同是一只拦路虎。

由于 4004 芯片只能由 Busicom 公司独家经销,霍夫便想,这款新的 8008 终端芯片或许可以推向市场并用于控制测试仪。4004 芯片尚有一些不足之处,它一次只能处理 4 个二进制数字,这意味着它连仅有一个字符长的数据都处理不了。而新的 8008 芯片则可以。虽然当时另一名工程师负责研发 8008 芯片,但费金很快就成了负责人。到 1972 年 3 月,英特尔已经开始生产能使用的 8008 芯片了。

然而,在这一切发生之前,CTC 公司的高管已经对这个项目失去了兴趣。此时英特尔发现,虽然它在 4004 芯片和 8008 芯片这两个高度复杂且造价昂贵的产品上投入了大量的时间和精力,却没有一个产品可以进入大众市场。随着计算器市场竞争的加剧,Busicom 公司要求英特尔降低 4004 芯片的价格,否则将中断履行合约。霍夫对诺伊斯说:“看在上帝的分上,请务必帮我们争取到将这款芯片卖给别人的权利。”诺伊斯做到了。结果却出人意料,英特尔获得了这个权利,却不能行使。

对于将这类芯片销售给工程界这个主意,英特尔的市场部反应冷淡。英特尔成立的宗旨是生产内存芯片,这类芯片像刮胡刀那样既易用又畅销。而微处理器则需要用户学习如何使用,对英特尔这家年轻的公司来说,必然会面临大量客户支持问题。内存芯片则不会如此。

霍夫则不同意这种观点,他提出了他人从未想到的新的微处理器应用领域。比如说,升降机的控制器就能基于微处理器来做。而且,这种处理器能节约成本。如霍夫在 8008 芯片的设计方案中指出的一样,它可以取代大量的普通芯片。工程师可以想办法将这款微处理器加入到他们的产品设计中。反正霍夫自己肯定会这么干的。

霍夫的坚持终于有了成效,英特尔聘请了广告创意人瑞吉斯·麦肯纳在《电子新闻》1971 年的秋季刊上宣传了这款产品。那则广告是这么写的:“集成电子产品新纪元:一块芯片上的微型可编程计算机。”芯片上的计算机?从技术上看,这则文案确实有点儿言过其实。但就在那个秋天,许多人在一个电子产品展会上看到 4004 的说明书时,这块芯片的可编程特性给他们留下了深刻的印象。从某种意义上说,麦肯纳的广告并没有说错:4004 芯片(8008 芯片更是)包含了计算机的基本决策能力。

为芯片编写程序

与此同时,德州仪器公司与 CTC 公司签订了合同,并且交付了一款微处理器。德州仪器公司和英特尔一样,紧盯着微处理器的市场。当时德州仪器公司的盖里·博恩刚为一个叫作“单片计算机”的东西申请了专利。这样一来就出现了三款微处理器鼎立的情景。

然而,英特尔的市场部对微处理器客户支持工作量巨大的担忧不无道理。比如说,用户需要芯片功能的说明文档、芯片能识别语言的说明文档、芯片使用的电压、发热情况和其他一系列问题的说明文档。总得有人来编写使用手册吧。英特尔将这一工作交给了一位名叫亚当·奥斯本的工程师,后来他在使计算机走向个人化方面做出了巨大贡献。

另一种重要的客户支持形式是微处理器软件。通用计算机或通用处理器的缺点在于,没有程序就什么也做不了。作为通用处理器,芯片需要程序,程序会给出指令让处理器运行起来。为了编写程序,英特尔首先为两款微处理器芯片分别装配了一台完整的计算机。这些计算机不是商用机器,而是专门用于开发的系统,即为处理器写程序的工具。这些计算机也可算是微型计算机,不过当时没有人使用这一叫法。

率先开发这类程序的人当中,有一位是距硅谷不远的加州太平洋丛林镇的海军研究生院的教授,名叫加里·基尔代尔。基尔代尔和奥斯本一样,也在个人计算机开发领域起到了重要作用。

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加里·基尔代尔 为英特尔 4004 微处理器编写了第一门编程语言以及第一个控制程序,这个程序后来成为个人计算机领域中最常用的操作系统。(资料来源:汤姆·奥尼尔)

1972 年年末,基尔代尔就为 4004 处理器写过一门简单的语言。它基本上是个程序,能将神秘的命令翻译成更神秘的 1 和 0,它们构成了微处理器的内部指令集。虽说该程序是专为 4004 处理器编写的,但它实际上是在一台巨型的 IBM 360 型计算机上运行的。有了这个程序,用户可在 IBM 的键盘上输入各种命令,并生成可输出至 4004 处理器的指令文件,当然,前提是有一台 4004 处理器与这台 IBM 360 型计算机联机。

要想将 4004 处理器和其他机器联机可不是一件容易的事。这需要将 4004 接入一块特制电路板上,而这块电路板本身需要与其他芯片或电传打字机之类的设备相连接。英特尔当时的开发系统就是为了解决这类问题而创建的。于是,基尔代尔被吸引到了配有这类开发系统的英特尔微机实验室。

最后,基尔代尔与英特尔签订了一份合约,承诺为该公司编写一门语言。与由微处理器指令集构成的低级机器语言相比,微型计算机编程语言(Programing Language for Microcomputers,简称 PL/M)算是高级编程语言。如果用户使用 PL/M 语言编写程序,那么这个程序可在 4004 处理器、8008 处理器或是英特尔未来可能生产的其他处理器上运行。这将加快编程速度。

但是编写这门语言并不是一蹴而就的任务。要想知道缘由,你需要先思考计算机语言的运作原理。

计算机语言是计算机能识别的一套命令集。实际上,计算机只能对编入其电路或刻在其芯片上的固定命令集做出反应。编写一门计算机语言,相当于编写一个将用户能理解的命令翻译成机器能够使用的命令的程序。

微处理器不仅体型微小,能够进行的逻辑操作也很有限。因为它们靠尽可能少的逻辑来工作,所以为它们编程很难。为这类机器设计任何编程语言都不容易,更遑论如 PL/M 这样的高级语言了。基尔代尔的一位朋友兼同事后来谈起他这一选择时说,基尔代尔当初选择这一语言主要是因为这种语言极难编写。正如他之前或之后的许多了不起的程序员和设计师一样,基尔代尔搞这类设计主要是为了挑战自己的才智。

话说回来,基尔代尔当时开发的最重要的软件其实比这门语言要简单得多。

CP/M

英特尔早期生产的微型计算机使用纸带来存储信息。因此,程序必须使计算机能自动控制纸带阅读器或打孔机,以电子方式接收通过纸带流入的数据,然后存储至内存并从内存中找出数据,接着将数据输出到纸带打孔机。计算机还要能操作内存中的数据,跟踪任意指定时间哪些位置可用、哪些位置已被占用。这需要大量的簿记工作。程序员不愿意在每次编写程序时都去考虑这些琐事,大型计算机则可以通过一个叫作操作系统的程序来处理这种任务。对于使用大型计算机语言编程的程序员来说,操作系统是必备的,因为它是机器运行方式的一部分,也是计算环境不可或缺的特性。

但基尔代尔开发的是个比较原始的东西,没有操作系统。如木匠建造自己的脚手架一样,基尔代尔为英特尔的机器编写了一个操作系统的要素。这个基本的操作系统必须非常高效而紧凑,以便供微处理器使用。碰巧基尔代尔就有这种能力和动力来玉成此事。后来,这种操作系统演变成了基尔代尔所谓的微型计算机控制程序(Control Program for Microcomputers,简称 CP/M)。当基尔代尔问英特尔高层是否反对他自行销售 CP/M 时,英特尔高层耸了耸肩表示随他自己。他们并没有计划要由公司来销售这一产品。

基尔代尔因此发了大财,也推动了一个行业的诞生。

英特尔像是驶入了一片未知海域,制造微处理器已经超出了英特尔的经营范围。虽然英特尔并没有打算从这一领域抽身而退,但已有强烈的反对声要求公司不要再背离初心。人们确实已经开始谈论基于微处理器设计机器这件事,甚至已经谈到要将微处理器作为小型计算机的主要部件。但是,微处理器控制的计算机的销售前景似乎十分有限。

腕表!

诺伊斯认为,微处理器的主要市场很可能是用于制造腕表。英特尔的高层讨论过微处理器其他可能的应用领域,比如,用微处理器控制烤炉、立体声收音机和汽车等。但这些产品都是由英特尔的客户来生产的,英特尔只出售芯片。英特尔内部强烈反对与自己的客户竞争。

这非常合理。1972 年的英特尔拥有一个令人振奋的工作环境。公司高层认为英特尔已是世人瞩目的创意中心,而微处理器工业不久将改变世界。在基尔代尔和英特尔内存芯片销售经理麦克·马库拉以及其他一些人看来,具有创新意识的微处理器设计者就应当在半导体公司工作。他们决定钻研硅片逻辑这一领域,而将制造计算机或其他设备及编写程序的工作交给了大型计算机公司和小型计算机公司。

然而,小型计算机公司未能接受这一挑战。于是马库拉、基尔代尔和奥斯本改了主意,决定还是在芯片这一领域走到底。在接下来的 10 年里,他们各自创立了价值数百万美元的个人计算机公司或个人计算机软件公司。

从小型计算机到微型计算机

我们(DEC 公司)原本可以在 1975 年 1 月推出一款个人计算机。如果当时我们能够拿下那台样机的话(绝大多数部件都被证实是可行的),那么 PDP-8 A 型计算机就能在七八个月内开发完毕并投产。

——戴维·阿尔,前 DEC 公司员工、早期计算机杂志《创意计算》创办人

1970 年以前,市场上有两种不同的计算机,并由两种不同类型的公司负责销售。房间般大小的大型计算机是由 IBM、CDC、霍尼韦尔及其他规模小些的公司制造的。这些机器由整整一个时代的工程师参与设计,花费几十万美元,而且常常是根据客户的需求一个个建造的。

小型计算机则是由 DEC、惠普等公司制造的。这些计算机的价格相对低廉,体型也相对较小,产量比大型机要多,主要的销售对象是科研实验室和企业。一台标准的小型计算机的售价只是大型计算机的 1/10,体积不过是一个书柜大小。

小型计算机利用半导体装置缩小了机器的尺寸。大型计算机也使用半导体部件,但是一般不是为了缩小尺寸,而是为了使机器的功能更强大。例如,英特尔的 4004 芯片这样的半导体材料已经开始用于控制打印机和纸带机等外围设备,但是众所周知的是,芯片能用于缩小计算机尺寸,降低成本。在将计算机普及到人手一台这一方面,那些大型计算机和小型计算机公司可以说是要钱有钱,要技术有技术,要机会也是一抓一大把。完全可以想见,随着计算机不断向小型化方向发展,最终会出现那种能放在办公桌上、公文包中或是装在衬衣口袋里的个人计算机。20 世纪 60 年代末和 70 年代初,想要推出这类计算机,大型计算机和小型计算机界的主流公司似乎都是最合理的候选者。

计算机显然是朝着这个方向发展的。早在 20 世纪 30 年代,当本杰明·布拉克在研制逻辑机时,就已经有人开始制造具有计算机功能的台式机和公文包大小的机器了。计算机公司的工程师和半导体公司的设计师都看出了计算机元件的发展趋势,那就是随着时间的流逝,元件的价格会越来越低廉、速度会越来越快、体积会越来越小。这表明,势必会有小尺寸的个人计算机问世,而且很可能由一家经营小型计算机的公司推出。

这听起来是顺理成章的,但事实并非如此。当时所有的计算机公司都没有抓住机会,没能将计算机送到每家每户和每张办公桌上。而下一代计算机,即微型计算机,完全是由那些不在名企之列的独立企业家创造出来的。

这并不是说,那些大公司的决策者从未有过创造个人计算机的念头。在一些公司,心切的工程师提出过制造微型计算机的详尽方案,甚至拿出了能工作的样机,但这些方案都遭到了否决,样机也被束之高阁。实际上,有些公司还着手开展了个人计算机项目,但这些项目最终都胎死腹中。

显然,大型计算机公司认为低成本的个人计算机并没有市场,而且即便有,那也将由小型计算机公司开发。然而他们想错了。

小型计算机公司并没有这样做。就拿惠普来说吧,这是一家在硅谷发展起来的公司,生产的产品从大型计算机到袖珍计算器应有尽有。惠普的高级工程师研究了一名雇员的一项设计,但最终拒绝采用。高级工程师承认这名普通工程师的设计可行且造价便宜,但惠普不是生产这种机器的公司。这名没有学位的工程师叫史蒂夫·沃兹尼亚克,他后来离开了惠普,在一家起步于车库、名为苹果的创业公司制造出了自己的计算机。

同样,20 世纪 60 年代初曾供职于明尼阿波利斯市 CDC 公司的罗伯特·阿尔布莱特,也因雇主不愿考虑个人计算机市场而愤然辞职。离开 CDC 公司后,他搬到了旧金山湾区,并成为一名计算机专家。阿尔布莱特喜欢探究如何将计算机作为教学辅助工具,于是他出版了第一份个人计算机刊物,传播个人学习和使用计算机知识的方式。

DEC 公司

DEC 公司是未能成功开发个人计算机这项新技术的大公司的代表。DEC 公司是第一家,同时也是最大的一家小型计算机公司,到 1974 年时它的年均销售额近 10 亿美元。当时一些最精巧的计算机就是 DEC 公司推出的。曾启发马西安·霍夫设计出 4004 芯片的 PDP-8 可以说是当时最接近个人计算机的设备了。PDP-8 有一款特别小,销售人员甚至能将它放到车的后备箱,运到客户处再安装使用。从这方面来看,可以说它是最早的便携式计算机之一了。DEC 公司本可以成为第一家创造个人计算机的公司,却未能抓住这个机会。这在某种程度上反映了 20 世纪 70 年代初期计算机公司董事会成员的保守观念。

对戴维·阿尔来说,故事要从 1969 年他被聘为 DEC 公司的销售顾问时说起。当时,他已获得电气工程和工商管理学学位,并即将完成教育心理学博士课程。阿尔加入 DEC 公司后参与了教学产品线的研发,这是 DEC 公司首次以潜在用户群而非硬件为导向而开辟的产品线。

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戴维·阿尔 1974 年离开了 DEC 公司,并创立了《创意计算》杂志,普及了个人计算机。(资料来源:戴维·阿尔)

4 年后,为了应对 1973 年的经济大萧条,DEC 公司削减了教育产品的开发投入。阿尔对此提出抗议并因此被解雇。之后他又被 DEC 公司重新雇用,负责开发新硬件。阿尔很快就完全投入到当时最小的一款计算机的研发工作中。阿尔所在的团队当时还不知道该给这台机器取个什么名字,不过,若是造出来,它肯定算得上个人计算机了。

阿尔的兴趣越来越浓厚,他已不再能容忍 DEC 公司的保守作风。DEC 公司视计算机为一种工业产品。阿尔后来回忆说:“在他们看来,计算机就如同一块生铁。他们只对卖铁感兴趣!”阿尔在 DEC 公司教育产品部门工作时,曾编写过一份定期刊登计算机游戏教程的通信刊物。后来,他说服公司出版了他汇编的《BASIC 计算机游戏集》(Basic Computer Games)。阿尔开始将计算机视作独立的教学工具,而游戏顺理成章地成为其中的一部分。

BASIC 计算机游戏 戴维·阿尔的《BASIC 计算机游戏集》一书被翻译为 8 种语言,销量超过 100 万册,在 20 世纪 70 年代末为普及个人计算机做出了巨大贡献。(资料来源:戴维·阿尔)

DEC 公司的主旨并不是向个人销售计算机,但是阿尔在 DEC 教育产品部门工作时便已对个人计算机的潜在市场有了一定的了解。该部门时不时会收到医生、工程师或其他专业人士的求助,希望可以用计算机来管理自己的工作实务。当时,DEC 公司的一些机器对这些专业人士来说算是便宜的了,但该公司并不打算满足这类需求。向个人出售计算机,与向那些雇用得起工程师和程序员做维护工作、负担得起 DEC 公司的技术支持的机构出售计算机,是有很大区别的。而 DEC 公司此刻还未准备好为个人客户提供技术支持。

阿尔工作的团队打算让新产品为计算机开辟像学校这样的新市场。尽管高昂的价格仍使得多数家庭对个人计算机不敢问津,阿尔却看到了学校作为桥梁的潜力——学校能将计算机送到个人手上,尤其是学生手上。机器可以批量地卖给学校,然后由学生使用。阿尔认为,专营业余发烧友电子设备的 Heathkit 公司可能会愿意做 DEC 小型计算机的组装机,这样价格还能降得更低。

新的计算机被装配成了一台 DEC 终端设备,显示管的底座上插满了密布半导体装置的电路板。设计者将这台终端设备中的每一寸空间都铺满了电子元件。这台计算机虽然重,但比电视还要小。阿尔并没有参与设计这台机器,但他像爱护自己的孩子一样爱护这台机器。在 DEC 运营委员会的一次会议上,阿尔提出了个人计算机的销售方案。

当时在场的有业内公认的最明智的高管、DEC 总裁肯尼斯·奥尔森,还有几位副总裁和若干外来投资者。阿尔后来回忆道,董事们个个彬彬有礼,但都对这个项目表现得不太热情,唯有工程师看起来很感兴趣。经过了几番冷场,奥尔森开口表示,他想不出谁会想在自己家中弄一台计算机。阿尔像泄了气的皮球。虽然董事会并没有正式驳回他的销售方案,但他清楚地知道,奥尔森若不支持,什么都是白搭。

阿尔沮丧到了极点。先前他就常接到猎头公司寻聘高层人员的电话,他决定,再有猎头找他,他就接受。于是,他像沃兹尼亚克、阿尔布莱特和许多其他人一样,走出了公司大门,投身到革命的浪潮中。

两位年轻的黑客

整整一年半的时间里(九年级的期末和十年级一整年),我发誓不再碰计算机。我尽量像正常人那样生活。

——比尔·盖茨,微软公司创始人

假如个人计算机革命坐等大型计算机和小型计算机公司采取行动再进行,只怕个人计算机猴年马月才能面世。好在有些人不愿坐等下去,自己行动了起来,他们引爆了这场革命。值得注目的是,这些革命者中有些特别年轻。

20 世纪 60 年代,在戴维·阿尔对 DEC 公司彻底失去耐心前,保罗·艾伦和他在西雅图私立湖畔中学的一帮同学正在一家叫作 C 立方的公司工作。这帮少年志愿费时费力来帮 C 立方公司找出 DEC 公司操作系统的 bug。他们学得特别快,并且开始变得有点儿自大。他们很快就开始自己鼓捣系统,以使其运行得更快。比尔·盖茨还开始批评起 DEC 公司的一些程序员来了,尤其是那些重复犯错的程序员。

入侵计算机系统

也许比尔·盖茨自大过头了。能控制那些巨型计算机让他有了成就感,这让他欣喜若狂。一天,盖茨开始在计算机安全系统上小试牛刀。在分时计算机系统上(如盖茨熟知的 DEC 公司的 TOPS-10 系统),终端设备一般都连接到锁在机房里的大型计算机或小型计算机,多个用户不但能共用一台机器,而且能同时使用这台机器。所以,这类系统必须设置安全屏障,以防止用户入侵其他用户的数据文件或导致程序崩溃(即导致程序失效或终止运行),甚至造成操作系统崩溃从而使整个计算机系统停机。

盖茨学会了如何入侵 TOPS-10 系统,后来还学会了入侵其他系统,成了一名黑客,一名暗中破坏计算机系统安全的行家。盖茨长着一张娃娃脸,活泼热情,谁能料到他竟是一个这样聪明果敢的年轻人,只消敲打 14 个字符便可以叫整个 TOPS-10 系统唯命是从。

盖茨成了电子恶作剧大师。计算机入侵行为使得盖茨在圈内出了名,但也给他带来了痛苦。当知道自己能轻而易举地让 DEC 操作系统崩溃时,他便开始寻求更大的刺激。DEC 的系统没有操作员进行管理控制,所以入侵后不会有人注意到,也不会发出警报。但在其他的系统中,操作员会不间断地对计算机活动进行监测。

例如,CDC 公司有一个叫作 Cybernet 的美国全国性计算机网络,他们声称这个网络在任何时候都是安全可靠的。在盖茨看来,这无疑是一封挑战书。

华盛顿大学的一台 CDC 计算机便是与 Cybernet 网络相连接的。于是盖茨开始研究 CDC 公司的机器和软件,他研究起 Cybernet 的说明书就像准备期末考试那样认真。

“这是一些外围处理器,”他向保罗·艾伦解释道,“要将系统玩弄于鼓掌之中,只消控制其中一个外围处理器,就能控制整台主机。这样就可以慢慢入侵整个系统了。”

盖茨简直像一只工蜂去入侵 CDC 的蜂房。主机操作人员观察到了盖茨控制的外围处理器的活动,但这些活动只是以电子信息的形式传送到了操作人员的终端上。后来,盖茨学会了控制外围处理器传送出全部信息。他希望在他破开系统大门时,操作人员不会看到任何异常现象。

他的方法奏效了。

盖茨控制了一台外围处理器,并钻进了主机,绕过了操作人员的监测,且完全没有引起任何怀疑,最后他在整个系统的所有成员计算机上植入了一个相同的“特殊程序”。盖茨的这一小动作使得所有计算机都崩溃了。

盖茨乐不可支,但 CDC 公司乐不出来了。盖茨做得并未如自己想象的那样天衣无缝,令人无迹可寻。CDC 公司逮住了他,狠狠地训了他一顿。盖茨出了丑,发誓再也不搞计算机了,而且真的坚持了一年多的时间。

撇开其危害性不说,入侵计算机系统算是技术领域亚文化中的一种高端艺术,是技术天才的行为。几年后,当盖茨想要证明自己的资历时,他并没有展示自己编写的几个出色的程序,而是说“我曾经使 CDC 的系统崩溃”。这么一说,人们便都知道他有多厉害了。

BASIC

英特尔的 8008 微处理器问世后,保罗·艾伦便准备利用它来鼓捣个什么东西出来。他说服盖茨东山再起。艾伦搞到一本 8008 微处理器使用手册,告诉盖茨:“我们应当为 8008 处理器编写 BASIC。”

BASIC 是一门简单而高级的编程语言,在过去的 10 年中常为小型计算机所采用。艾伦建议盖茨一起编写一个 BASIC 解释程序,即一个将 BASIC 输入语句翻译成 8008 微处理器指令的程序。这样一来,任何人都能通过用 BASIC 编写程序来控制 8008 微处理器了。这一设想确实很有吸引力,因为在艾伦看来,直接通过指令集来控制芯片是一个极其艰难的过程。

不过,盖茨对此表示质疑。8008 是第一款 8 位微处理器,具有很大的局限性。

盖茨对艾伦说:“这东西是为计算器而造的。”不过他的这个说法并不准确。但盖茨最终还是决定搭把手一起干,他拿出 360 美元买了一台 8008 微处理器。他觉得这玩意儿不会有人买,所以他认为这是第一台通过经销商卖出去的机器。后来,他们编写 BASIC 的计划不知怎么就走偏了:他们找到了第三个狂热者——保罗·吉尔伯特来帮忙设计硬件,最终他们基于 8008 微处理器造出了一台机器。

这几个年轻人造的机器还远不能称为计算机,但它也已经足够复杂,结果他们暂时搁置了 BASIC 的编写计划。他们在公路上的橡皮管子上安装了个传感器收集数据,用设计的这台机器来生成交通流量统计数据。他们认为这样的设备会有可观的市场需求。艾伦编写了一个开发软件,用于在计算机上模拟他们机器的操作情况,而盖茨可以在计算机上利用这个开发软件来编写机器实际需要的数据记录软件。

Traf-O-Data

盖茨、艾伦和吉尔伯特花了将近一年的时间才让这台交通数据分析机器运转起来。1972 年,当终于干成这件事时,他们成立了一家名叫 Traf-O-Data 的公司。每每提及此事,艾伦总会立刻指出,公司的名字是盖茨的主意。他们开始向城市工程师推销自己的新产品。

Traf-O-Data 公司并没有像期望的那样取得巨大成功。也许是因为有些工程师不屑于从小孩子手中买计算机设备吧。负责绝大多数洽谈工作的盖茨当时不过 16 岁,而且看起来还不像 16 岁。同时,华盛顿州开始向各郡市的交通管制人员无偿地提供交通数据处理服务,艾伦和盖茨意识到,他们是在和一个免费服务竞争。

这次创业失败之后,艾伦便去上大学了,盖茨一时间无所适从。此时,华盛顿州温哥华市一家生产软件产品的大公司 TRW 听说了盖茨和艾伦为 C 立方公司所做的工作,便邀请他们加入一个软件开发小组。

对两个学生来说,年薪 3 万美元的工作是不能错过的。艾伦从大学回来了,盖茨也从高中请了假,两人一起去 TRW 公司工作了。在一年半的时间里,他们过的是发烧友梦寐以求的生活。他们在那里学到的东西比在 C 立方公司和 Traf-O-Data 公司学到的都要多。程序员对自己苦心孤诣获得的知识都会有所保留,但盖茨却懂得如何利用自己的年少来赢得 TRW 公司中年长专家的欢心,让他们倾囊相授。正如盖茨自己所说,他们认为自己“不具威胁性”,毕竟他只是个孩子。

这份工作还给盖茨和艾伦带来了可观的经济收入。盖茨买了一艘快艇,他们俩常去附近的湖中滑水。但在他们俩看来,编程工作带来的回报远不止银行存款越来越多这一点。显然,他们对这份工作上了瘾。在 C 立方公司,哪怕不挣钱他们也总是工作到深夜;在 TRW 公司,他们更加干劲十足。清晰精确的计算机逻辑和编程精神,深深地吸引着他们。

虽然他们在 TRW 公司搞的项目最终失败了,但对这两名黑客来说,那是十分可贵的经历。后来,盖茨去了哈佛大学,艾伦加入了霍尼韦尔公司。一直到 1974 年的圣诞节,两人再次痴狂于计算机事业,而这一次他们再也无法自拔。

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