帮你理清复杂网络的发展历程

简述计算机互联网科技的发展史,帮助我们这些门外汉理清互联网的底层逻辑和发展路径。帮助我们理解现在复杂的网络科技:是如何从一个不能联网的计算机发展为万物互联的。就像本来你只知道苹果是苹果,而现在你知道苹果是由种子状态,再如何长出树干、树枝、叶片,最后才长成我们眼前这个果实苹果的状态。

以下是大致发展脉络:

一、锗晶体管替代真空管

20世纪威廉肖利克发明了晶体管替代了大体积的的真空管,使第一台总重30吨/占地近平方米的且造价昂贵的计算机,缩小为我们现在运算效率更高,在家更低的小型计算机。

若将CPU比作电子时代的大脑,那么

晶体管就是这个时代的神经元。

晶体管和真空管一样,都可以通过控制电路中电流的高低(为了方便理解,可以近似地看做是电流的通和断)来表达信息与进行计算。

计算机世界,所有的东西都用0和1表达,只需要两个数字,通过无数个不同的排列组合,可以表达这个世界上的任何一个东西,这就是我们常说的二进制。

二、锗晶体管改为硅晶体管,发明平面工艺制造了芯片

诺伊斯和另外7位同事从肖克利的公司离职成立仙童半导体公司,推广硅代替锗晶体管的主材料。虽然硅传输电流的能力不如锗,但它耐高温,而且它的储量实在是太多了!要知道,沙子的主要成分就是二氧化硅,价格低廉。

他们还设计一套流程,批量生产晶体管,并且把电路里的电子元件变得更小,而不是一颗一颗地嵌在电路板上。让·霍尼(JeanHoerni)发明了平面工艺。他预先将晶体管的电极结构图设计好,做成相片底片一样的掩模板,经过氧化、光刻、扩散、离子注入等一系列操作,最终,本来是立体的晶体管,这么一番折腾之后就变成薄薄的一层。

集成电路技术将庞大元件组成的电路压缩到一小块硅片上,这就成了我们熟知的芯片。

军舰导弹、医疗设备、飞机高铁、电视冰箱、自动提款机、上班打卡机,等等等等,集成电路应用已经渗透到我们生活的方方面面。可以说,集成电路改变了整个时代的科技进程。

三、Unix系统

由于计算机是各种电路板的组合,只能理解0和1,没办法直接理解人话,所以人就要用机器语言0和1来和机器交流。但是一个程序动不动就是几百万字节,也就是上千万个0和1,人手动打这么多个0和1怕是要打到天荒地老。于是为了写程序方便,我们就需要编程语言,比如想要实现双击打开Word的功能,我们写程序的时候写成“当用户双击鼠标时,打开Word文档”就好了,这样不需要敲几千个0和1。虽然这行字是用编程语言写的,但到0和1的机器语言还需要层层翻译,这就需要编译器,相当于机器和人类的翻译官。

但是每个人或者组织编程的时候用的人话又不太一样,比如还是“双击运行Word”这段程序,有些人可能更喜欢说“当用户点两下鼠标时,运行Word文档”,同样,编程语言也有多种,比如C语言、Java、Python等等。这些语言就和标准普通话一样,都有自己的语法、编写标准和对应的编译方法与编译器。

而里奇感到不满意的初版的Unix是基于Basic语言的,属于解释语言,每次运行的时候,编译器都要先把人话解释成机器语言再运行,每运行一次就重新解释一次,做了许多无用功,效率比较低。

与之相对,如果是编译语言的话,编写好程序以后点击编译,编译器就会把整个程序都翻译成机器语言打包保存下来,之后每次运行直接用机器语言运行就OK了。所以在系统运算资源匮乏的60、70年代,编译好的系统能大大提升运行的效率。

碰巧之前在开发Multics的时候里奇就设计过好几个不同的编译器,于是他就改良了Basic语言,添加了数据类型和数据结构,将其演化成了C语言,顺便还给C语言加了个编译器,每次写好程序,编译器就直接把程序翻译成0和1再保存下来,让C语言成为编译语言,大大简化了用C语言编写软件的难度和流程,也大大提升了Unix系统的运行性能。

而C语言也随着Unix系统的推广迅速成为当年全世界程序员最爱的语言,没有之一

这里补充一个高级语言和低级语言的概念。这里的高级和低级是指在计算机高低层运行的意思。越低级的语言越靠近计算机底层的0和1的逻辑,虽然写起来会比较繁琐,但是能直接指挥计算机,运行效率比较高;而越高级的语言就越靠近人类的思维,比如“人物向前移动距离:5米”这种指令,需要层层翻译才能到达计算机能理解的程度,运行效率会变低,但是写起来却特别容易,比如现在大量编程培训机构主推的Python就是典型的高级语言,因为它和人话更像,比较容易上手。而C语言这么受欢迎是因为它不仅有高级语言的语法,写起来比较容易,还有着低级语言的运行效率,能直接进行系统比较底层的操作,贯彻了大道至简的原则,语法简单,结构清晰。

四、跳频技术

声波是由电磁波模拟相同的频率波段传递的,那信息传递也是同样的道理,咱们用手机百度,输入问题并按下确认按钮时,手机会将这个信息转换成电磁波并且发射出去,接收器将收到的电磁波转换为信息,向服务器发出请求,服务器再把你需要的信息按照同样的处理方式发给你的手机。

但是,请注意:电磁波是需要占用无线电频段的,但是当时的电磁波整个传输过程只能在一个无线电频段上完成。这就相当于一条路上有很多条车道,但这辆车只能在一条道上跑。这样很容易被干扰,于是海蒂拉玛发明了跳频技术,类似让信号发射时不断切换“车道”,且在每个“车道”上仅发送整个信息的一小部分,这样敌人不知道信号跳跃的规律就没办法对信号进行干扰了,而信号的接收方用“原路返回”来接收信息就可以了。

这样不仅能保证通信的抗干扰性,保密性还非常高。

这项技术直接影响了现代无线通信系统的发展,你使用过的移动电话、蓝牙或者Wi-Fi都是运用了这项技术。

五、windows和ios系统

之前的计算机与现在的不同,只是硬件的集合,出厂时并没有操作系统,要想使用它,就只能用计算机面板上的各种开关输入装置来操作。它需要用户对底层机器指令非常熟悉。这样操作电脑相当痛苦,普通人根本无法使用,即使计算机爱好者也很难上手。

通过在施乐公司参观了可视化图像界面,比尔盖茨和乔布斯分别作出了我们现在熟知的windows和ios操作系统

六、万维网

之前网络上的东西基本上还是以政府和学校发的图书馆资料及论文为主。

浏览这些内容的方式也非常原始,和我们现在使用网络的方式完全不同。

因为当时还没有搜索引擎,也没有网站的概念,而且所有服务器并不互联,每台电脑甚至网络上每个文件都像是一座独立的孤岛。很多时候要专程去访问特定的服务器地址(每台计算机的专属地址)才能获取对应的信息或者资源,于是就有了那种服务器地址大合集,上面密密麻麻地写着文件和文件所在的服务器地址。伯纳斯-李亲身体验过了CERN混乱且繁琐的网络系统以后,在年3月提了一个建议,希望CERN建立一个和他之前设计的Enquire软件很像的“链接化信息系统”,每篇被引用的文档都是个超链接,想看的时候只要用鼠标点击一下就能直接跳转到被引用的文章、图片甚至是软件,这样可以大大提高科研人员的工作效率。他写出了互联网的三大基石工具:HTTP(超文本传输协议),HTML(超文本标记语言)和世界上第一个网络浏览器——WorldWideWeb(名字也叫做万维网)。HTTP就是客户端和服务器之间的一种通信协议,简单地讲就是你的浏览器和网站交流的方法。有了这层规定,浏览器就能自如地向网站请求文字和图片了。

HTML则是一种标记语言,规定了网页在浏览器上显示的规则,告诉浏览器该怎么把接收到的文字和图片排版出来。我们看到的各种设计精美的网站就是由HTTP、HTML和浏览器合作呈现出来的。

七、网景-互联网浏览器

接上面说伯纳斯-李写了世界上第一个“浏览器”的雏形——WorldWideWeb,但是它真的很难用,WorldWideWeb浏览器页面上充满了晦涩难懂的专业术语,使用它要记住各种操作指令。一个没有足够互联网相关知识储备的普通人,几乎是没法使用这个浏览器的,吉姆克拉克和安德森写了一个用起来更简单的浏览器,后来这个浏览器被叫做Mosaic,和我们现在用的浏览器很接近了,首先界面的图标非常直观,图标替代了晦涩的术语,让普通人一眼看过去就能理解其功能是什么。要知道,在伯纳斯-李的浏览器上,你甚至都找不到在哪儿输网址。

它的另一大优势就是:它是第一个让图文可以同时出现在一起的浏览器,这大大改善了用户的浏览体验——在此之前,图片和文字是没有办法出现在一个页面中的。有了这个功能,图文结合的消息就把网页变得美观、有趣起来。可惜的是后面比尔盖茨也意识到了这里面的商机,开发了IE浏览器和window系统捆绑销售,垄断了市场。Mosaic在破产前公布了源代码

八、光纤-互联网的血管

穿梭在海底的多条光缆,承载了95%以上的国际数据传输,将世界各国联系在一起,实现全球网络互通。埋藏在乡间田野与楼宇、公路下面的光缆,纵横交错,将数据信息送到你的手机与电脑上。

只要你上网,你就用上了光纤。

你可能会说,我家里用的都是Wi-Fi,哪有光纤?那你想一下,你家里是不是还有路由器,它是不是还连着线?

你说我去移动营业厅买张4G手机卡也能上网,这个用不到路由器。那你是不是忘了你家附近能看见的基站了,它可是连着光纤的。

当时的通信都靠通电的铜线,随着人们对信息传递速度的要求越来越高,铜线跟不上人类的需求了。因为这些由无数根通电的铜线组建成的通信网络,线与线之间会互相干扰,对信息的传输造成很大的困扰。

除了干扰问题,铜线的电阻也很耽误信息的传输,电流会因为电阻而损耗,变得越来越小,使信息的远距离传输很困难,也很浪费电能。

当然了,我们有电阻更低的材料——金和银。但如果真的用金子和银子做信息传输的线材,那网费和电话费得多贵?打完一盘在线游戏估计要把房子卖了。

于是,光纤的概念就被提了出来。年,高锟发表了一篇《光频率介质纤维表面波导》的论文,论证了光纤传输的可行性,以此取代电缆通信传输。

因为我们既然可以通过控制电流的通断来传递和表达信息,那么同理,也可以用光的通断来传递和表达信息。光在两根光纤里传输时,并不会产生相互干扰,这一点可以完爆电缆传输。另外,光纤其实就是玻璃做的细线,这个材料成本比铜线低太多了,毕竟玻璃是可以用沙子烧出来的,地球不缺沙子。另外,玻璃光纤的重量也比铜线低很多,方便运输和铺设。

九、关系数据库

关系型数据库可以理解成Excel表格里的“筛选功能”。

传统的数据库在处理新数据时,类似于新建一个Excel表格,然后再对数据进行复制粘贴。这样的结果就是效率低下,而且生成了很多新的表格,多出来很多重复的信息,也就产生了所谓的“冗余”。

而关系型数据库在处理新的数据时,加入了“底表”和“中间表”的概念,相当于把已有的表格当做“底表”,把数据筛选出来单独显示(当做中间表),不再占用额外空间,处理效率也更高。

十、GPU图形处理器

比如你在玩电脑游戏,按下了键盘“R”键,CPU计算出游戏中的人物要放大招了,然后把指令发给GPU。GPU可以迅速计算出这个指令所需要的像素,并在显示器上的指定位置渲染出相应的图形。

图形处理一般都是以三角形为基本单位的,越快的三角形生成率就意味着模型渲染得越快,用户就能有更流畅的体验,GPU是图形处理器,加上电路板、显存(暂时存储图形处理器要处理的数据和处理完毕的数据)、散热风扇等就组成了显卡。




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