我认为的十个最伟大的发明

我认为的十个最伟大的发明

不要在意细节, 纯搬运工

一、          电子管[1]

电子管,是一种最早期的电信号放大器件。

说起电子管的发明,我们首先得从“爱迪生效应”谈起。爱迪生这位举世闻名的大发明家,在研究白炽灯的寿命时,在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。结果,他发现了一个奇怪的现象:金属片虽然没有与灯丝接触,但如果在它们之间加上电压,灯丝就会产生一股电流,趋向附近的金属片。这股神秘的电流是从哪里来的?爱迪生也无法解释,但他不失时机地将这一发明注册了专利,并称之为“爱迪生效应”。后来,有人证明电流的产生是因为炽热的金属能向周围发射电子造成的。但最先预见到这一效应具有实用价值的,则是英国物理学家和电气工程师弗莱明 各种样式电子管。

弗莱明的二极管是一项崭新的发明。它在实验室中工作得非常好。可是,不知为什么,它在实际用于检波器上却很不成功,还不如同时发明的矿石检波器可靠。因此,对当时无线电的发展没有产生什么冲击。

此后不久,贫困潦倒的美国发明家德福雷斯特,在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板,从而发明了第一只真空三极管。这一小小的改动,竟带来了意想不到的结果。它不仅反应更为灵敏、能够发出音乐或声音的振动,而且,集检波、放大和振荡三种功能于一体。因此,许多人都将三极管的发明看作电子工业真正的诞生起点。德福雷斯特自己也非常惊喜,认为“我发现了一个看不见的空中帝国”。电子管的问世,推动了无线电电子学的蓬勃发展。到1960年前后,西方国家的无线电工业年产10亿只无线电电子管。电子管除应用于电话放大器、海上和空中通讯外,也广泛渗透到家庭娱乐领域,将新闻、教育节目、文艺和音乐播送到千家万户。就连飞机、雷达、火箭的发明和进一步发展,也有电子管的一臂之力。

三条腿的魔术师电子管在电子学研究中曾是得心应手的工具。电子管器件历时40余年一直在电子技术领域里占据统治地位。但是,不可否认,电子管十分笨重,能耗大、寿命短、噪声大,制造工艺也十分复杂。因此,电子管问世不久,人们就在努力寻找新的电子器件。第二次世界大战中,电子管的缺点更加暴露无遗。在雷达工作频段上使用的普通的电子管,效果极不稳定。移动式的军用器械和设备上使用的电子管更加笨拙,易出故障。因此,电子管本身固有的弱点和迫切的战时需要,都促使许多科研单位和广大科学家,集中精力,迅速研制成功能取代电子管的固体元器件。

世界上第一台计算机用1.8万只电子管,占地170m2,重30t,耗电150kW。

二、          晶体管[2]

电子管的问世推动了无线电电子学的蓬勃发展,但是不可否认的是,电子管十分笨重,能耗大、寿命短,其制造工艺也十分复杂。第二次世界大战中,电子管的缺点更加暴露无遗:处理高频信号的效果不理想,移动式军用设备上使用的电子管不仅笨拙而且易出故障。因此,电子管问世不久,由于其本身固有的弱点和战争的迫切需要,促使人们努力寻找替代电子管的新型电子器件。

1946年,美国贝尔实验室决定开展半导体的研究。半导体研究项目是由肖克莱提议的,他认为贝尔实验室应该加强固体物理学的基础研究。他的提议得到了研究室主任凯利的大力支持,于是授命肖克莱组建半导体研究小组,成员有布拉顿、巴丁以及其他科学家。肖克莱专长于理论研究,巴丁是运用基础理论解决实际问题的大师,而布拉顿则是善于巧妙地进行各种实验的能手。研究小组选中硅、锗这类半导体作为研究对象,探索一种能克服电子管缺陷并起到放大作用的电子器件。

在肖克莱的理论指导下,巴丁、布拉顿于1947年12月研制出世界上第一只点接触型晶体管。

晶体管的发明是电子技术史上具有划时代意义的伟大事件,它开创了一个崭新的时代──固体电子技术时代。肖克莱、巴丁、布拉顿由此共同获得了1956年度的诺贝尔物理学奖。晶体管的发明奠定了现代电子技术的基础,揭开了微电子技术和信息化的序幕,开创了人类的硅文明时代,由它引起的技术革命对社会产生的巨大推动作用和深远的影响在历史上是屈指可数的。

点接触型晶体管存在制造工艺复杂、适用范围窄,并且使用起来还不够方便等缺点。为此,肖克莱于1948年1月又构思了一种新型晶体管,其结构有点像三明治,n型半导体夹在两层p型半导体之间,这就是结型晶体管。然而由于半导体材料的单晶化长期没有解决,拖延了对他的理论进行验证。直到蒂尔(G.K.Teal)和利特尔(J.B.Little)研究成功生长大单晶锗的工艺后, 肖克莱才在1950年4月制成第一个结型晶体管。结型晶体管的实际应用比点接触型晶体管广泛得多,从此开辟了电子技术的新纪元。

三、          电子计算机[3]

本来,计算机的英文原词“computer”是指从事数据计算的人。而他们往往都需要借助某些机械计算设备或模拟计算机。 这些早期计算设备的祖先包括有算盘,以及可以追溯到公元前87年的被古希腊人用于计算行星移动的安提基特拉机械。随着中世纪末期欧洲数学与工程学的再次繁荣,1623年德国博学家Wilhelm Schickard率先研制出了欧洲第一部计算设备,这是一个能进行六位以内数加减法,并能通过铃声输出答案的“计算钟”。使用转动齿轮来进行操作。

1642年法国数学家布莱士·帕斯卡在英国数学家William Oughtred所制作的“计算尺”的基础上,将其加以改进,使能进行八位计算。还卖出了许多制品,成为当时一种时髦的商品。

1801年,法国人约瑟夫·玛丽·雅卡尔(Joseph Marie Jacquard)对织布机的设计进行改进,使用一系列打孔的纸卡片来作为编织复杂图案的程序。尽管这种被称作“雅卡尔织布机”的机器并不被认为是一部真正的计算机,但是其可编程性质使之被视为现代计算机发展过程中重要的一步。

查尔斯·巴比奇(Charles Babbage)于1820年构想和设计了第一部完全可编程计算机。但由于技术条件、经费限制, 以及无法忍耐对设计不停的修补,这部计算机在他有生之年始终未能问世。约到19世纪晚期,许多后来被证明对计算机科学有着重大意义的技术相继出现,包括打孔卡片以及真空管。德裔美籍统计学家赫尔曼·何乐礼(Hermann Hollerith)设计了一部制表用的机器,其中便应用打孔卡片来进行大规模自动数据处理。

在20世纪前半叶,为了迎合科学计算的需要,许多专门用途的、复杂度不断增长的模拟计算机被研制出来。这些计算机都是用它们所针对的特定问题的机械或电子模型作为计算基础。20世纪三四十年代,计算机的性能逐渐强大并且通用性得到提升,现代计算机的关键特色被不断地加入进来。

1937年,年仅21岁的麻省理工学院研究生克劳德·香农(Claude Shannon)发表了他的伟大论文《对继电器和开关电路中的符号分析》,文中首次提及数字电子技术的应用。他向人们展示了如何使用开关来实现逻辑和数学运算。此后,他通过研究万尼瓦尔·布什的微分模拟器进一步巩固了他的想法。这是一个标志着二进制电子电路设计和逻辑门应用开始的重要时刻,而作为这些关键思想诞生的先驱,应当包括:Almon Strowger,他为一个含有逻辑门电路的设备申请了专利;尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla),他早在1898年就曾申请含有逻辑门的电路设备;Lee De Forest,于1907年他用真空管代替了继电器。

HP Jornada 690 打开了手机和计算机结合的早期概念

沿着这样一条上下求索的漫漫长途去定义所谓的“第一部电子计算机”可谓相当困难。1941年5月12日,德国工程师Konrad Zuse完成了他的图灵完全机电一体计算机“Z3”,这是第一部具有自动二进制数学计算特色以及可行的编程功能的计算机,但还不是“电子”计算机。此外,其他值得注意的成就主要有:

1941年夏天诞生的阿塔纳索夫-贝瑞计算机是世界上第一部电子计算机,它使用了真空管计算器,二进制数值,可复用内存;在英国于1943年被展示的神秘的巨像计算机(Colossus computer),尽管编程能力极其有限,但是它使人们确信使用真空管既值得信赖,又能实现电气化的再编程;哈佛大学的马克一号;以及基于二进制的“ENIAC”,全名为“电子数值积分计算器”,这是第一部通用意图的计算机,但由于其结构设计不够弹性化,导致对它的每一次再编程都要重新连接电气线路。

20世纪40年代的第二次世界大战中,为训练轰炸机飞行员,美国海军曾向麻省理工学院探询,是否能够开发出一款可以控制飞行模拟器的计算机。军方当初的设想只是希望通过该计算机将飞行员模拟操作产生的数据实时反映到仪表盘上。和以前的训练系统林克训练机不同,军方计划系统能尽可能真实地根据空气动力学模型进行模拟,以使其能适用于各种不同类型的飞机。于是麻省理工创造了旋风工程,其制造出了世界上第一台能够实时处理数据的“旋风计算机”,并发明了磁芯存储器。这为个人计算机的发展做出了历史性的贡献。

开发埃尼阿克的小组针对其缺陷又进一步完善了设计,并最终呈现出今天我们所熟知的冯·诺伊曼结构(程序存储体系结构)。这个体系是当今所有计算机的基础。 20世纪40年代中晚期,大批基于此一体系的计算机开始被研制,其中以英国最早。尽管第一部研制完成并投入运转的是“小规模实验机”(Small-Scale Experimental Machine,SSEM),但真正被开发出来的实用机很可能是EDSAC。

在整个20世纪50年代,真空管计算机居于统治地位。1958年9月12日在后来英特尔的创始人、Robert Noyce的领导下,发明了集成电路。 不久又推出了微处理器。1959年到1964年间设计的计算机一般被称为第二代计算机。

到了60年代,晶体管计算机将其取而代之。晶体管体积更小,速度更快,价格更加低廉,性能更加可靠,这使得它们可以被商品化生产。 1964年到1972年的计算机一般被称为第三代计算机。大量使用集成电路,典型的机型是IBM360系列。

到了70年代,集成电路技术的引入极大地降低了计算机生产成本,计算机也从此开始走向千家万户。1972年以后的计算机习惯上被称为第四代计算机。基于大规模集成电路,及后来的超大规模集成电路。1972年4月1日,INTEL推出8008微处理器。1976年,史蒂夫·乔布斯和斯蒂夫·沃兹尼亚克创办苹果计算机公司。并推出其 Apple I 计算机。1977年5月Apple II 型计算机发布。1979年6月1日INTEL,发布了8位的8088微处理器。

1982年, 微计算机开始普及,大量进入学校和家庭。1982年1月Commodore 64计算机发布,价格595美元。 1982年2月80286发布。时钟频率提高到20MHz,并增加了保护模式,可访问640KB内存。 支持1MB以上的虚拟内存。每秒运行270万条指令,集成了134000个晶体管。

1990年11月,微软发布第一代MPC(Multimedia PC,多媒体个人计算机标准):处理器至少为80286/12 MHz (后来增加到80386SX/16 MHz),有光驱,传输率不少于150 KB/sec。1994年10月10日 Intel发布75MHzPentium处理器。1995年11月1日,Pentium Pro发布。主频可达200MHz, 每秒钟完成4.4亿条指令,集成了550万个晶体管。1997年1月8日Intel发布Pentium MMX,对游戏和多媒体功能进行了增强。

此后计算机的变化日新月异,1965年发表的摩尔定律不断被应证,预测在未来10—15年仍依然适用。

四、          C语言[4]

C语言最早是由丹尼斯·里奇为了在PDP-11电脑上运行的UNIX系统所设计出来的编程语言,第一次发展在1969年到1973年之间。之所以被称为“C”是因为C语言的很多特性是由一种更早的被称为B语言的编程语言中发展而来。早期操作系统的核心大多由汇编语言组成,随着C语言的发展,C语言已经可以用来编写操作系统的核心。1973年,Unix操作系统的核心正式用C语言改写,这是C语言第一次应用在操作系统的核心编写上。

1978年,丹尼斯·里奇(Dennis Ritchie)和布莱恩·柯林汉(Brian Kernighan)合作出版了《C程序设计语言》的第一版。书中介绍的C语言标准也被C语言程序员称作“K&R C”,第二版的书中也包含了一些ANSI C的标准。

1989年,C语言被 ANSI 标准化(ANSI X3.159-1989)。标准化的一个目的是扩展K&R C。这个标准包括了一些新特性。在K&R出版后,一些新特性被非官方地加到C语言中。

在ANSI的标准确立后,C语言的规范在一段时间内没有大的变动,然而C++在自己的标准化创建过程中继续发展壮大。《标准修正案一》在1994年为C语言创建了一个新标准,但是只修正了一些C89标准中的细节和增加更多更广的国际字符集支持。不过,这个标准引出了1999年ISO 9899:1999的发表。它通常被称为C99。C99被ANSI于2000年3月采用。

2011年12月8日,ISO正式发布了新的C语言的新标准C11,之前被称为C1X,官方名称为ISO/IEC 9899:2011。

新的标准提高了对C++的兼容性,并增加了一些新的特性。

五、          Unix操作系统[5]

最初的Unix是用汇编语言编写的,一些应用是由叫做B语言的解释型语言和汇编语言混合编写的。B语言在进行系统编程时不够强大,所以汤普逊和里奇对其进行了改造,并于1971年共同发明了C语言。1973年汤普逊和里奇用C语言重写了Unix。在当时,为了实现最高效率,系统程序都是由汇编语言编写,所以汤普逊和里奇此举是极具大胆创新和革命意义的。用C语言编写的Unix代码简洁紧凑、易移植、易读、易修改,为此后Unix的发展奠定了坚实基础。

1974年,汤普逊和里奇合作在ACM通信上发表了一篇关于UNIX的文章,这是UNIX第一次出现在贝尔实验室以外。此后UNIX被政府机关,研究机构,企业和大学注意到,并逐渐流行开来。

1975年,UNIX发布了4、5、6三个版本。1978年,已经有大约600台计算机在运行UNIX。1979年,版本7发布,这是最后一个广泛发布的研究型UNIX版本。20世纪80年代相继发布的8、9、10版本只授权给了少数大学。此后这个方向上的研究导致了九号计划的出现,这是一个新的分布式操作系统。

1982年,AT&T基于版本7开发了UNIX System Ⅲ的第一个版本,这是一个商业版本仅供出售。为了解决混乱的UNIX版本情况,AT&T综合了其他大学和公司开发的各种UNIX,开发了UNIX System V Release 1。

这个新的UNIX商业发布版本不再包含源代码,所以加州大学柏克莱分校继续开发BSD UNIX,作为UNIX System III和V的替代选择。BSD对UNIX最重要的贡献之一是TCP/IP。BSD有8个主要的发行版中包含了TCP/IP:4.1c、4.2、4.3、4.3-Tahoe、4.3-Reno、Net2、4.4以及4.4-lite。这些发布版中的TCP/IP代码几乎是现在所有系统中TCP/IP实现的前辈,包括AT&T System V UNIX和Microsoft Windows。

其他一些公司也开始为其自己的小型机或工作站提供商业版本的UNIX系统,有些选择System V作为基础版本,有些则选择了BSD。BSD的一名主要开发者,比尔·乔伊,在BSD基础上开发了SunOS,并最终创办了太阳计算机系统公司。

1991年,一群BSD开发者(Donn Seeley、Mike Karels、Bill Jolitz和Trent Hein)离开了加州大学,创办了Berkeley Software Design, Inc (BSDI)。BSDI是第一家在便宜常见的Intel平台上提供全功能商业BSD UNIX的厂商。后来Bill Jolitz离开了BSDI,开始了386BSD的工作。386BSD被认为是FreeBSD、OpenBSD和NetBSD、DragonFlyBSD的先辈。

AT&T继续为UNIX System V增加了文件锁定,系统管理,作业控制,流和远程文件系统。1987到1989年,AT&T决定将Xenix(微软开发的一个x86-pc上的UNIX版本),BSD,SunOS和System V融合为System V Release 4(SVR4)。这个新发布版将多种特性融为一体,结束了混乱的竞争局面。

1993年以后,大多数商业UNIX发行商都基于SVR4开发自己的UNIX变体了。

六、          聚四氟乙烯[6]

下次你再做简单方便的煎蛋时,一定要感谢化学家罗伊•普朗克特,1938年他在无意中发现了聚四氟乙烯。普朗克特本希望能生成一种新型碳氟化合物,他返回实验室,查看他在冷冻室里进行的一项试验。他检查一个本应该充满气体的容器,结果发现气体都已消失了,仅在容器壁上留下一些白点。普朗克特对这些神秘的化学物非常感兴趣,又开始重新做实验。最终这种新物质被证实是一种奇特的润滑剂,熔点极高,非常适合使用在军用设备上。现在这种物质被广泛应用在不粘锅上。

七、          微波[7]

美国雷神公司(Raytheon)工程师珀西•斯宾塞又是一位著名的电子学奇才。1945年斯宾塞正在测试用于雷达装备的微波辐射器(磁控管) 时,突然感觉西裤的口袋里有点不对劲,甚至听到了咝咝的声音。斯宾塞停下手里的工作,结果发现是它口袋里装的一块巧克力融化了。他猜可能是磁控管发射的微波烤化了巧克力。由此他立刻意识到也许可以把微波应用到厨房烹饪上,于是微波炉诞生了,这种厨具真可谓是全球的小吃爱好者和单身汉们的大救星。

八、          魔术贴[8]

瑞士工程师乔治•德•梅斯特拉尔在发明粘扣带的过程中,狗狗起到了极为重要的作用,这么说一点也不夸张。一天梅斯特拉尔带着他的爱犬到森林里打猎,回来时发现狗狗身上沾了很多芒刺。稍后梅斯特拉尔在显微镜下观察发现,是芒刺上的小“倒钩”让它结结实实地粘在织物和动物毛上。在尼龙诞生以前,他用各种织物进行了多年研究。20年后美国宇航局也特别喜欢粘扣带。

九、          电视[9]

电视的诞生,是20世纪人类最伟大的发明之一。在现代社会里,没有电视的生活已不可想象了。各种型号、各种功能的黑白和彩色电视从一条条流水线上源源不断地流入世界各地的工厂、学校、医院和家庭,正在奇迹般地迅速改变着人们的生活。形形色色的电视,把人们带进了一个五光十色的奇妙世界。

十、          互联网[10]

博纳斯-李被认为是是世界互联网的发明者。博纳斯.李于1990年在欧洲核研究所任职期间发明了互联网,互联网络使得数以亿计的人能够利用浩瀚的网络资源。博纳斯.李并没有为自己的发明申请专利或是限制它的使用,而是无偿地向公众公开了他的发明成果,从而使网络以前所未有的速度获得发展。如果没有博纳斯.李的发明,也就没有今天的「WWW」网址。因特网可能还只是少数几个计算机专家的特有领域。

芬兰技术基金会奖励他1百万欧元(120万美元)作为他为互联网作出的贡献。



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