2.3 计算机+时代——现代产品再进化

如果《圣经》上记载的是对的，上帝造人是希望人像他的样子，而人类对信息技术的发明就是在做类似的事情，创造出像人一样聪明的事物，从而来代替人的思考和劳动。

如果按照常规思维，蒸汽机时代之后是电气和石油时代，后续时代应该是新能源的发现以及对万物的改造，连续性可能更好。但新能源到目前为止并没有取得革命性的突破，即使有很多的人每年都在不断地谈论新能源的革命性意义，但事实上它仍然处于能源利用的边缘位置，在过去几十年内并没有成为普遍关注的中心。当然，目前最有意思的事情正在发生，新能源正在和智能技术重叠。在过去的60年当中，技术引领人类走到了另一个方向，不是新能源，而是另外一种自然物质——硅能量的发现，以及后续发展起来的集成电路和计算机。

人们大多数时候只是做好眼前的事情，并没有那么长远的预见性，可以想象到我们现在正在面临的时代。在第1章我们讨论了新工业革命为什么会发生，那就是信息技术加速度进步，最终到达一个奇点时刻，从而产生一系列的革命性连锁反应。这一质变之所以能够发生，毫无疑问，1946—2006年的信息技术量变发挥了关键作用。

人类的工作大多数情况下都是围绕自我展开，人在力图发现自我是何物时，用的方法其实就是自我的完善。人类被限制在自己的脑容量当中，如果有人想当然地认为人会造出一种机器人把自己毁灭，这种可能性几乎不存在。除非有了比人更聪明的生物，才会想到把人毁灭的方法。所以，人类大脑想到的东西仍然是尽最大努力让人类自己更加美好，计算机仍然是这一努力的一部分。

在计算机+时代（对比于现在所提的互联网+概念），计算机仍然只是人类试图战胜自然的工具，而不是使用工具的主体。

2.3.1 数字世界的构造

本书在第1章就简要地回顾了为何现在新工业革命会发生，讨论到晶体管、集成电路、计算机和网络，以及摩尔定律。但在摩尔定律的法则还没有导致量变之前，人们只是解决了计算和信息处理的机器替代问题。

长久以来，人类一直在试图发明计算的机器来代替人类。其根本原因在于，随着社会复杂性的提高与数学技术的进步，计算越来越复杂，用人力完成越来越不可行，有些计算甚至一个人一辈子都不能完成。所以，计算机的发明是一种刚性需求，而不是可有可无的产物。围绕计算机器，人类做出了一系列的努力。

就构造数字世界而言，电子计算机出现以前的算盘、机械计算设备都不算数。

计算机+时代应该从1939年算起。这一年的10月诞生了世界上最早的一台电子计算机——ABC计算机，是由美国爱荷华州立大学的物理系副教授约翰·阿坦那索夫和其研究生助手克利夫·贝瑞完成设计制造的。但从严格意义上讲，这台计算机还不能称为计算机，顶多是一个复杂一点的计算器。它主要是由两个长11英寸、直径8英寸的塑料做成的鼓，保存数据的电容就放在这两个鼓上，鼓的容量是30个二进制数。当鼓旋转时，就可以把这些数读出来。它的输入采用穿孔卡片，每张卡片上放5个数。机器中包含30个加减器，共用了300多个电子管，这些加减器接收从鼓上读出的数进行运算，实现对微分方程的求解。

更为大众熟知的早期电子计算机是一台叫作ENIAC的庞然大物。有170多平方米大，重达30吨，是由美国宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院在1946年制造出来的，当时它的主要用途是解决美国军方需要的在原子弹设计过程中的弹道计算问题。这是一台现在看来很笨的电脑，一秒钟也就计算几千次。但在当时，它是最快的计算机器，比其他的机器要快100倍。这台电子计算机的出现虽然比ABC要晚一些，但有一个厉害人物——冯·诺依曼的参与，让这台计算机成为计算机的真正始祖。

在ENIAC的创造过程中，冯·诺依曼提出了著名的计算机体系结构的概念，被业界称为“冯·诺依曼”结构（见图17）。这个结构把计算机定义为由输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器五个部分构成，计算机统一存储程序和数据，并在程序控制下进行自动计算工作。它的厉害之处在于，迄今为止人类仍然没有想出能够替代它的有效方案。所有类型的计算机，包括大型机、小型机、PC服务器、个人计算机，甚至包括现在讨论的云计算都没有突破这个体系结构。因此，ENIAC虽然由落后的真空电子管制成，缺点众多，但建立了现代计算机的原型。

如果计算机一直如同ENIAC这么庞大，想要让它普及是不可能的。第1章讲过，ENIAC出现后的第2年，肖克利发明了晶体管。ENIAC出现后的第12年，罗伯特·诺依斯和杰克·基尔比几乎同时发明了集成电路，从此打开了计算机小型化的大门。但这个时候变化并没有立刻发生，晶体管和集成电路的发明并不是用来改造计算机的，而是用在其他的电子产品上，比如收音机和其他家电。这个时期的计算机还是庞然大物，主要供商业机构或者科学领域使用，对大多数普通人来说，计算机还是一个科学名词，就如同现在我们听到的量子计算、生物计算等概念。计算机真正改变人类工作和生活是从个人计算机出现开始的。

时间到了1977年，现在风靡全球但当时刚刚创立不久的苹果公司，推出了第一台真正意义上的个人计算机——AppleII，这款机器一直流行到20世纪80年代初期。从结构上看，这台计算机有光盘、内存、存储器，虽然都很简陋，但标志着人类开始进入个人计算机时代。个人计算机这个词并不是苹果公司最早创造出来的，而是IBM公司创造出来的。1978年，IBM公司采用了罗伯特·诺依斯作为创始人之一的Intel公司开发的开放式架构CPU芯片，迅速拉低了计算机的价格，促进了个人计算机的普及。1980年，IBM开发的个人计算机与比尔·盖茨创立的微软公司开发的MS-DOS操作系统合作，IBM、微软与Intel的组合从此引领了接近30年的计算机历史。1980—2006年，个人计算机领域不断更新换代，成就了许多伟大公司，如IBM、HP、苹果、联想……从1990—2006年，全世界个人计算机的普及率增长了6倍多，从25.1台/千人发展到154.1台/千人。个人计算机在20世纪80年代引入中国后，也掀起了普及的浪潮，从1990年的0.4台/千人增长到56.5台/千人，增长了100倍，如图18所示。

从大型计算机到微型个人计算机，计算机+时代的进化并没有结束，而是酝酿着更伟大的变革，这就是网络和互联网的发明。1969年，美国国防部的高级研究计划局建立了世界上第一个网络，一般称为APRA网，总共有4个网络节点。但在个人计算机时代到来之前，网络发展比较缓慢，APRA网到1983年只连接了300多台电脑，仅供研究使用，1990年更是彻底退出历史舞台。但是这一实践，使人类认识到把计算机连成网络的好处，那就是数据和信息可以以电和光的速度进行传递，人们不用面对面就可以完成交流和协作。此后，伴随个人计算机的普及，互联网络陆续建立，到1992年，互联网上连接的主机就超过了100万台，1999年则超过了1000万台。网络发展的早期，人们也只是发发电子邮件，共享一下文件，或者做一个简单的游戏。万维网（World Wide Web, WWW）的出现把数字世界的革命带到了一个全新的高潮。1990年，在欧洲核子物理实验室工作的英国科学家蒂姆·伯纳斯·李发明了它，并开发了世界上第一个网站。万维网以超文本标注语言HTML（Hyper Markup Language）与超文本传输协议HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）为基础构建了一个遍布全世界的信息浏览和交互机制。从形式上，我们看到的是无数个网络站点和网页。无论企业或个人的网络是什么样的，只要连接到互联网，万维网就解决了一切信息交流的障碍。万维网让互联网的价值得到凸显，也让互联网与坐在个人计算机后边的每个人联系起来。万维网的出现，彻底改变了人类的工作和生活方式。根据2001年7月的统计，中国上网用户人数约2650万人，到2016年6月这一数字达到7.10亿。网上办公、网上购物、网上娱乐已经成为现代人生活中不可或缺的一部分。

必须提到一点，在有线网络不断发展的同时，无线网络也在不断发展中。其中典型就有我们经常使用的Wi-Fi网络、蓝牙网络等，以及后边要谈到的3G和4G网络。

当然，个人计算机并不仅仅指代哪台物理设备，还包括安装在其上的操作系统、应用系统等软件。对每个人来说，互联网络重要的也不是网络设备，而是部署在网络上的网站和软件应用。没有这些软件，计算机和互联网络就毫无用处。这也是计算机+时代与前面两个时代的最大不同之处。无形当中，人类开始被软件化和数字化，但并没有被提醒，而是水到渠成、热衷其中。

个人计算机和互联网无疑构造了一个数字世界，我们已经开始数字生活。但个人计算机和互联网的发明的意义，不仅仅在于它改变了个人的生活，它更改变了企业运行和管理的方式。在过去近30年当中，ERP、MES、OA、PLM、SCM、CRM等大量的软件应用系统和服务器进入到企业，成为现代企业运行的重要基础。基于这些信息化工作，或者称为计算机+，企业组织开始扁平化，纷纷建立了网络化组织。信息的高速流动，使得企业精益生产成为可能。企业的生产方式依托计算机和自动化技术发生了变化，企业生产更加柔性。通过部件标准化和信息系统的结合，信息化先进的企业已经能够实现大规模定制生产，这就是我们的现状。

但计算机并不是完美的，它要不断更新换代，受制于安装部署位置，智能并没有与万物结合，而是局限于计算机的这套装备当中，所以这个时代只能叫作计算机+时代，而不是智能+时代。但毫无疑问，这个正在逐渐逝去的计算机+时代，为我们现在讨论的新工业革命时代的到来奠定了基础。

2.3.2 移动的事物

在计算机化和网络发展的同时，无线通信也逐渐发展起来了，最终与计算机网络合二为一。电话是一个电+时代发明的产物，虽然那个时代人们已经在使用无线电波，但并没有创造出来一个无线电话（手机）。毫无疑问，人们曾经想过这个问题，但没有技术实现，这一切都在等待集成电路、网络和电池技术的突破。现在我们讲的手机无疑是计算机技术发展的产物，而不仅仅是无线电波的产物。

现在人人拥有的手机最早起源于一个叫“大哥大”的怪兽。“大哥大”是香港和广东一带的人对当时的手机的称呼，表示这种东西是“大哥”一级的富人才能拥有的新奇事物。1973年，集成电路发明15年后，可以想见人们可以把电子设备小型化，网络刚刚出现，微型计算机也在研究当中，但这一年手机始祖“大哥大”已经被发明出来了。据说，这一年的4月，春寒料峭，一个男子站在纽约街头，拿出两块砖头一样大的设备，对着这台设备与他的竞争对手调侃了一通，相信当时站在他旁边的人会一脸茫然。这名男子的名字是马丁·库帕（见图19），一名摩托罗拉公司工程师，他手中的这台设备正是由他自己刚刚发明出来的手机，而接电话的人是贝尔实验室的科学家尤尔·恩格尔。

手机的发明，是1876年贝尔发明电话之后通信领域最大的革命性变化。有了手机，人们可以随时随地进行沟通，通信的时空自由就是手机带来的最大改变。手机发明是一个必然的，也是偶然的奇迹。必然性在于，技术发展已经就绪，而偶然性在于并不是每个人都看到了同样的未来。

1973年，美国电报电话公司（AT&T）发明了一个新概念，叫“蜂窝通信”。所谓的蜂窝通信，就是模仿蜂窝进行无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在活动中可相互通信。但在当时，大多数科学家并不认为手机是非常实用的想法。美国电报电话公司（AT&T）发明它的意图是通过蜂窝通信技术来实现车载通信，就是与交通工具结合起来。而且看起来这个想法更加合理一些，起码汽车可以给电话提供能源支持。但是，历史往往是由少数人造就的，马丁·库帕就是这种人。他非常认可刚刚发明的蜂窝通信技术，但认为用来实现车载通信一点都不靠谱。因为，人与人交流才是当时最急需解决的问题，而不是人与车交流。为了证明他的这个想法是对的，马丁·库帕就在最新发明的蜂窝通信基础上发明了手机，从而证明了个人通信的想法是非常正确的。世界也因此进入了基于手机的个人通信时代。

20世纪90年代，随着计算机网络及互联网的发展，蜂窝通信进化为第二代数字蜂窝通信技术，出现了GSM、CDMA等数字制式手机（一般称为2G手机），增加了接收数据的功能，如接收电子邮件或网页，移动通信进入2G时代，也是手机从通信工具向数字化终端演进的开端。

2007年，世界上开发出了3G（第三代移动通信技术，3rd-generation）系统，中国也于2008年成功开发出了中国版本的3G系统，分别是中国电信的CDMA2000、中国联通的WCDMA、中国移动的TD-SCDMA。2009年，中国进入3G时代。5年以后的2013年，中国进入4G时代。

从固定通信到移动通信，人类用了80多年时间，从1G到3G只用了20年左右的时间。而4G基本上与3G之间没有间隔，马上5G时代就要到来。从这个过程我们也能够看到一个事实，从0到1的创造总是困难重重，但从1到N的创新则会轻松很多。

在3G和4G到来之后，网络速度飙升，挖掘网络潜能的价值显而易见，并引发了手机再次演化。从2009年开始，智能手机好像一夜间就淘汰了传统手机，一些曾经的手机巨人也在这一波浪潮中黯然落幕。很显然，智能手机是与传统手机截然不同的新生事物，它已经不是一个单纯的通信设备，而是一个互联网的入口，或者说是互联网的终端。通信功能正在智能手机中弱化并慢慢消失，取而代之的是手机的互联网应用和计算功能。现在，手机的智能水平正在接近一台个人计算机，人们已经开始用智能手机逐步替代个人计算机。正是基于这些变化，从3G时代开始，移动通信已经演进成为移动互联网。

移动互联网建立在个人终端之上，从而具有了前所未有的新属性，例如，身份唯一性、时空不受限制、可追踪性、高度适应性、实时性、便利性、连通性等。这些独特的属性正在改变我们的生活和工作的方式，在线购物、在线支付、自媒体、实时工作等全新的生活和工作方式都有赖于移动互联网的实现。未来的新工业时代，工业生产极有可能会建立在移动互联网之上，而不是传统的计算机网络。

时代浪潮不可阻挡。就发展趋势来说，即便是现在的智能手机，在有限的几年后也极有可能被智能眼镜、穿戴式设备、虚拟现实装备，以及正在发明中的新生事物所融合或者完全替代，移动互联网将会演进到一个全新的移动智能时代。

2.3.3 机器数字化

在计算机开始发展的初期阶段，人类就在力图把计算机与工业生产过程结合起来，就如同前面讨论的电+工业过程。计算机技术与工业生产过程的结合就是我们本小节要讨论的工业自动化。工业自动化绝不是简单地把计算机应用于工业，而是结合了自动控制理论形成了更优化的工业生产方式。

对人类来说，自动化无疑是聪明的懒人追求。从古代开始，人类就已经发明了很多具有自动能力的装置，比如指南针、钟表、地动仪等。到了机器+时代，由蒸汽动力和水动力能够驱动机器连续不断地运行，就有人欢呼，自动化时代来了。但事实上，这些与现代的自动化几乎没有任何关系。后来人们逐渐认识到：机器自动化的目标，不仅仅是机器的自动运行，更在于实现实际的生产过程和产出与预定目标相一致，具有过程控制和结果控制的含义。

与控制有关的自动化装置最早可以追溯到瓦特对离心调速器（见图20）的发明。离心调速器充分利用了离心力原理，调速器上有两个重量很大的飞球，飞球飞行速度越快，运动半径就越大。相反，飞球飞行速度越慢，运动半径就越小。设计一个装置，让飞球的运动半径与阀门打开的大小负向相关。当发动机速度变快，则降低蒸汽流量；发动机速度降低，就增加蒸汽流量，这样就可以通过这个装置来调节发动机的转速，使发动机转速恒定。

通过离心调速器的原理，我们就能看到，自动化和自动控制紧密联系在一起。没有自动控制，就没有真正意义上的自动化。从机器+时代开始，结合调速器及其他类似的调节装置的应用，科学家开始建立最早的自动控制理论。但直到计算机+时代到来之前，自动化控制理论并没有大的进展。现在大众熟知的工业自动化技术主要起步于20世纪40年代，起源于半导体芯片产业的崛起。

工业自动化可以看作计算机+工业的结果，是计算机相关技术在工业领域的应用。到目前为止，主要经过了4个阶段。20世纪40～60年代的单机自动化阶段；20世纪60～70年代的生产线自动化阶段；20世纪70年代到2006年前后的综合性自动化时代，以DCS、CIMS的应用为代表；2006年到现在可以视为传统的工业自动化向智能化过渡的阶段，工业自动化与计算机网络以及物联网开始融合。未来工业自动化将会与CPS（信息物理融合系统）相融合，成为智能工业的核心基础设施。

在工业自动化技术的发展过程中，人们创造出很多重要控制元件、装置和系统，以及自动控制技术与机器结合的产物——数控机床。其中，PLC是其中一个典型的代表，也是目前仍然广为使用的自动化装置。PLC的重要意义在于，使机器拥有了类似人的部分智能。例如，按照设定程序自动运行的机器和流水线，以及现在被过分炒作的工业机器人核心控制单元大部分仍然是PLC。

PLC（Programmable logic Controller，可编程控制器）是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准中，对PLC做了如下定义：“一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入、输出控制各种类型的机械或生产过程。”可以简单地认为，PLC是能够放进机器或工业系统中的专用简易计算机。

在机器+时代，基本上还没有自动控制的观念，主要是一种解决问题的需要。在电+时代，工业设备主要通过继电器和复杂的硬接线线路来实现控制。简单来说，这种方法就是通过不断开关设备来控制生产系统。很显然，这种方式控制灵活度很低，任何对线路的改变都会导致控制目标无法实现。而且，要改变控制程序就需要重新接线，一些企业其实已经认识到这个问题。如果有一种方式，只需要简单改变软件程序就能够实现灵活地对硬设备控制，这将会提高运行效率，而且控制更加准确，PLC就是在这种需求驱动下诞生的。

1968年，美国通用汽车公司就针对继电器硬接线的问题提出了一个招标要求：程序控制、软接线、与外部设备直连，易扩展。这份招标要求直接促使了PLC的出现。经过近1年的研究开发，美国数字设备公司研制成功了世界上公认的第一台可编程控制器——PDP14，此后这台装置在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，实现了第一次用程序化的方式对机器的电气控制。此后，很多国家都加入到PLC研制的竞争中。1971年，日本研制出第一台DCS-8;1973年，德国西门子公司研制出欧洲第一台PLC，型号为SIMATIC S4;1974年，中国也研制出第一台PLC，并于1977年开始工业应用了。

从20世纪70年代中期开始，PLC开始进入快速发展阶段，计算机和互联网的成熟技术也被全面引入到PLC当中。但PLC向更加适合工业现场需要的方向发展，而不是类似商业领域或者科学计算需要的计算机，如小型化设计、工业抗干扰能力、模拟量计算、PID（比例—积分—微分控制器）功能等。基于应用场景的差异，工业自动化和常规的计算机技术两路发展，分别向不同的方向演化。在0到1的创造以后，PLC也经过了很多次1到n的创新，已经与最初的设计完全不同。

以PLC为基础的工业自动化，无疑是计算机+时代的典型产物，是计算机技术向工业装备领域融合渗透的必然结果，也是生产机器从电气时代向计算机+时代演进的关键发明之一。当然，PLC只是工业自动化的一部分。现代工厂的自动化系统还包括大量的传感器、监测装置、计量装置、数控机床、集散控制系统、数据采集与监视控制系统、工业组态软件、工业网络等许多复杂的组成部分。最新的演进趋势是，包括PLC在内，工业自动化系统正在融入一个更加庞大的物联网和CPS（信息物理融合系统）体系中，成为万物互联世界的一部分。

现在，正在到来的新工业革命与智能工业建设，很重要的一个前提条件，就是要把分道扬镳近50年的自动化与信息化，通过新的智能技术统一到一个智能工业体系当中。

2.3.4 所见即所得

之所以本书把打印机列为计算机+时代重大创造之一，就在于它是人类在创造了以计算机和网络为核心的数字世界之后，首次实现了从数字世界到物理世界的直接输出。当然，这里所说的打印机不包括3D打印机，主要是指文字信息和平面图片的打印。

打印机是一个很矛盾的事物，是在数字时代到来之后人们屡屡想要甩掉它，但却从未成功的东西。按道理来说，传统的打印机输出的全是信息和知识，这些东西完全可以在数字世界产生和流转。人们谈论过很多次无纸化办公，希望不再用打印机，但到目前为止，打印机却从未消失。

最早的打印机无疑是计算机最重要的外设之一，它把计算机处理的结果以所见即所得的方式输出给人们看。在网络时代到来之前，这个价值非常明显，打印就是实现信息交换和流转的基本过程。而世界被网络化后，降低了这一需求，但从未消失，很重要的一点原因就是，数字世界并没有涵盖一切，以及仍存在于现实生活中的传统规则，所以我们需要一个输出信息的工具。总之，打印机是人类一直想甩但又甩不掉的发明，只要数字世界有缝隙，它就将一直存在。

主要打印机类型的发明时间如下。

1968年，日本爱普生公司正式推出了全球第一台小型电子针式打印机：EP-101。

1976年，IBM发布了世界上第一台具有商业价值的喷墨式打印机。

1977年，美国施乐公司推出世界上第一台激光打印机。

虽然仅限于信息，但打印机给了我们把数字处理结果输出到物理世界的工具。现在正在崛起的3D打印机虽然名字接近，但原理截然不同。3D打印机将把数字世界对物理实体的设计输出到现实世界，实现一个自助式的桌面生产蓝图。但无疑，打印机的出现给了3D打印机一个可以借鉴的参照物。

2.3.5 影像与真相

文字信息可以通过计算机的键盘输入到计算机中，从而进入数字世界。而要把影像输入到数字世界，就需要数码照相机和数码摄像机。现在每个手机上都配备了照相和录像功能，除了专业领域，影像的记录已经开始由每个人来完成。影像数字化是一个巨大飞跃，为我们今天的人人自拍、人人媒体的狂热，以及生活全方位的影像化奠定了基础。

照相并不是一件新鲜事物，现在大多数成年人都有在照相馆照相的经历，只不过过去的照相是专业人士的独有技能。1822年，法国人涅普斯在感光材料上制出了世界上第一张照片，但还不够清晰。1839年，法国的达盖尔制成了第一台实用的银版照相机，它是由两个木箱组成，把一个木箱插入另一个木箱中进行调焦，用镜头盖作为快门，来控制长达30分钟的曝光时间，能拍摄出清晰的图像。他发明的照相机轰动一时，被称为“达盖尔”摄影技术。此后直到数码相机出现以前，照相机经过了很多次的迭代改进，但基本的原理没有变。

数码相机与传统相机不同，它并不是通过胶片来记录影像，而是通过一个半导体感光器件来实现把光学的影像转变为数字信号，这个部件就是CCD（Charge-coupled Device，电荷耦合元件）图像传感器。1969年，贝尔实验室发现光电效应（爱因斯坦最早提出了光电效应理论，如图21所示）能使它们研究的电子元件表面产生电荷，从而能够生成数位影像，这个电子元件就是CCD。这种芯片作为相机感光材料在美国的阿波罗登月飞船上搭载的照相机中得到应用，为照相感光材料电子化打下技术基础。CCD无疑是一项伟大的发明，人类第一次找到了实体影像到数字世界投射的方法。因为这项发明，CCD的发明者美国科学家威拉德·博伊尔（Willard S.Boyle）和乔治·史密斯（George E.Smith）在2009年获得诺贝尔物理学奖。毋庸多言，诺贝尔物理学奖已经证明CCD发明对人类发展的重要性。

即便有了CCD部件，但还不能等同于完整的数码相机。1975年，在美国纽约罗彻斯特的柯达实验室中，一个孩子与小狗的黑白图像被CCD传感器所获取，然后被记录在一个盒式音频磁带上。这是世界上第一张数码照片，影像技术由此进入了一个全新的数字时代。

1974年，史蒂文·塞尚，一个硕士毕业刚刚加入柯达公司第二个年头的年轻人，接受了一个艰巨的任务，就是发明“手持电子照相机”。在当时的技术情况下，塞尚说到：“数码技术非常困难，CCD很难控制，A/D转换器也很难制造，数码存储介质难于获取，而且容量很小。没有个人计算机，回放设备需要量身定做”。在困难重重的情况下，经过1年的时间，世界上的第一台数码相机被发明了出来，史蒂文·塞尚也因此被称为数码相机之父。

创造出来并不意味立刻会具有商业价值，商业价值往往需要一些其他的条件就绪。从第一台数码相机的发明到产品化数码相机，最后走了14年，到1989年数码相机才真正开始普及。

当然，对于数码相机至为重要的感光元件也在不断发展，除了CCD，后来还发明出互补性氧化金属半导体（CMOS）感光元件，以及二者的升级版。CMOS和CCD类似，在数码相机中作为可记录影像的半导体元件。感光元件都具有普遍的共性，利用光电效应，把影像的光线变化转换为数字信号，从而实现影像的数字化。

在数码照相机发明之后，数码摄像机的出现就不是意外，但也没有那么快被发明出来。在数码照相机产品化的第七年，1995年7月，索尼发布第一台数码摄像机。至此，静态的图像和动态的图像都能够很方便地通过数字化的方式进入到数字世界。

伴随附带照相和摄像功能的智能手机的普及，数字化影像正在爆发式增长。正如我们很多人经常说的：“有图才有真相”，数字影像的重要性和快捷性正在给我们的生活带来全方位的改变，基于数字影像的大数据应用才刚刚开始，智能时代还需要基于数字影像的分析。通过影像数字化，我们可以实现视频电话，可以查看遥远距离之外的产品生产细节，可以记录、可以分享、可以回看、可以搜索和查找，甚至可以分析人类未知的发现。过去我们看到的影像往往是孤立的，而影像的相关性可能蕴含着更大的价值。而影像与关系数据、时空结构、工业过程的结合，价值更加巨大。未来的数字影像绝不仅仅是为了让我们看到图像，而是构筑虚实场景的一部分，现在炒作得火热的虚拟现实技术，以及增强现实技术正在把人类导向全新的方向。

2.3.6 软件定义一切

在计算机+时代产生了人类有史以来最特殊的产品，与硬件设备的具体化比较，软件是一类无形的、不可触摸的事物，但它又无处不在。软件也是复杂的，从大类来说，就包括编译软件、系统软件、中间件、应用软件、工具软件、嵌入式软件、游戏软件、手机软件等诸多分类。从具体应用来说，已经数不胜数。尤其在移动互联网时代，移动应用更是爆炸式增长。截至2016年10月，苹果商店的应用数量就达到200万个，每周就有大约10万个应用提交或者更新。

软件在相关标准中的定义是：与计算机系统操作有关的计算机程序、规程、规则，以及可能有的文件、文档及数据。简单来说，软件就是程序、数据和文档的集合。

软件是使用程序语言来描述的逻辑，表达的是使用者对系统执行目标的需求。它没有形状，但可以通过运行状态了解它的功能、性能和状态。软件可以复用，不会磨损，只要能够存储起来，不管放置多长时间都能够在合适的环境中运行。

从最早的计算机出现，软件就是它的必要组成部分。但在计算机时代的早期，所有的小程序基本上都是记忆在程序开发者的脑海中，软件是用户自己设计、自己使用、自己维护，很少形成规范化的软件包。现在我们认为计算机必不可少的操作系统，在20世纪60年代早期，不同的计算机都会有不同的操作系统，完全无法移植。直到1964年，IBM公司操作系统System/360，单一操作系统适用于整个系列的产品，开始了软件发展的全新阶段。我们知道，软件是一个逻辑产品，这个时期虽然实现了软件的小批量开发，但每套软件都有自己的个性，维护问题加剧。到20世纪60年代末期，“软件危机”被提了出来。为应对这个问题，计算机界认识到规范化的软件生产势在必行，软件工程的概念出现了，就是用工程的方法进行软件的开发。在软件工程的指引下，从20世纪70年代中期到80年代末期，软件产品质量和品种数量大大提高，软件产品包开始大规模流行。到20世纪90年代，软件成为广为普及的产品，人们在使用计算机时已经把软件当作必不可少的一部分。主流软件厂商也基本定型，一直延续到新一代信息技术爆发为止。2006年以后，云计算、大数据、移动互联网、物联网开始改变传统软件领域的格局，传统软件格局被冲击，现在尚处在大变动当中。

当然，软件系统众多，很多产品难以找到最早创造时的资料，这里主要列举几个重要软件的开发时间与开发者。

UNIX操作系统：主要应用于小型机。最早开发于1969年，由在美国AT&T的贝尔实验室工作的肯·汤普逊、丹尼斯·里奇等人用汇编语言开发出来。1969—1973年，肯·汤普逊和丹尼斯·里奇两人开发出了C编程语言，并且把UNIX的内核用C高级编程语言进行了重新编写，从而正式宣布了UNIX的面世。基于在C语言和UNIX方面的创造，他们两人在1983年获得美国计算机协会颁发的图灵奖，并在1999年获得美国国家技术奖章。

DOS和Windows操作系统：DOS是PC时代早期最流行的操作系统。1980年，由西雅图电脑产品公司24岁的程序员蒂姆·帕特森花费了4个月的时间编写出来，最早命名为86-DOS操作系统。1980年12月，微软公司购买了软件版权，随后86-DOS改名为PC-DOS 1.0。1981年7月，微软授权IBM，成为IBM开发的个人计算机上第一个操作系统。2000年9月，DOS在发布最后一个版本MS-DOS 8.0后彻底退出历史。从1985年开始，微软公司基于DOS系统开发了一个图形应用程序，并通过DOS来进行文件操作，这个新的操作系统被命名为Windows 1.0，从此开始了Windows时代。2015年，微软公司发布了Windows10正式版。

关系数据库：1970年，IBM的研究员E.F.Codd博士发表了一篇名为A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks的论文，提出了关系模型的概念，奠定了关系模型的理论基础。1970年之后，IBM公司开始了命名为System R的项目，其目标是研究关系数据库管理系统的可行性。到1979年，完成了第一个实现SQL的数据库管理系统。但由于各种原因，直到1980年System R才作为一个产品正式推向市场。在IBM还在研究过程中的1973年，加州大学伯克利分校的Michael Stonebraker和Eugene Wong利用System R项目发布的信息开始开发自己的关系数据库系统Ingres。他们开发的Ingres项目最后由Oracle公司、Ingres公司以及硅谷的其他厂商所商品化。由此看出，现在我们熟知的数据库产品Oracle、DB2、MS SQL Server、Informix等都颇有渊源。

在过去的30多年当中，还有大量的软件被创造出来……

硬件是计算的平台，而软件则是人类思维的产物。在某种意义上，现在存在的软件系统都有人择原理的痕迹。人类如何认识计算机对人类的意义，就会产生相应的软件系统。2006年之前，软件的功能大多都是在数字化人类世界运行的现有规则，人类对计算机和软件的理解基本上停留在模拟现实阶段，ERP、CRM、OA、SCM等应用软件无疑都是合适的例子，就如同人类文字发展早期的象形文字。但从云计算开始，人类对软件的理解和设计开始进入了一个全新的抽象阶段，软件正在爆发出强大而不可逆转的重组世界的力量。

过去的软件系统往往依赖于计算机硬件的技术设计，但现在人类正在努力用软件的力量使软件脱离计算机硬件的束缚。软件由此成为一个完全独立的产品，而不是计算机硬件的附属产物。在云计算技术发展起来后，基于虚拟化软件与分布式计算系统，所有系统软件和应用软件与硬件资源脱离了绑定关系，计算机硬件资源通过池化、封装、隔离和服务化，成为可以自由组合和利用的对象，并由此产生了一系列软件定义X（SDX:Software Defined Anything，其中Anything用X代替）的概念，如SDN（软件定义网络）、SDS（软件定义存储）、SDDC（软件定义数据中心）等。服务器虚拟化产生的虚拟机也可以视作软件定义的服务器。这一趋势的根本逻辑在于，通过软件技术的方法实现资源利用与物理资源本身进行切割和解除绑定，从而实现人类利用物理资源的自由，并借助于这种自由实现对物理资源重组，这就是软件定义一切（SDX）试图描绘的蓝图。很显然，这种重组关系将会影响巨大，将有可能把物理世界里时空分布的资源，在虚拟世界里进行集中化利用，从而实现更高效地利用人类创造出的各种物理资源。现在看来，软件定义一切（SDX）的内涵，绝不限于计算机资源，还有人类自己、企业及团队、生产设备、生产工厂等一切可以想到的资源。如果这个蓝图能够实现，软件就不仅仅是一个受限于计算机系统的附属物，而是未来世界构造的中枢。

波澜壮阔的计算机+时代（也有人称为信息革命，为对应于互联网+，本书称为计算机+）有很多重大的创造性发明，本书只描述了非常少的一部分，力图勾勒出一个大轮廓。现在人人都在讨论未来智能时代的到来，但其实计算机就是一个智能的产品，只不过它的智能局限于计算机本身。过去，计算机的智能水平一直在以摩尔定律描绘的速度增长，只是还没有引起万物质变。计算机+时代的革命性主要有五个方面。

（1）通过计算机与网络的发明创造，构造了一个前所未有的与现实世界平行的虚拟数字世界，人们能够通过个人计算机或智能手机进入到虚拟数字世界，并由此改变了人和人之间、人和商业机构之间的关系，尤其在社交和电子商务领域价值明显。

（2）在虚拟数字世界里，高速的数字信息流替代了人类传统的口耳相传和文字传播。高速的信息流反过来对生产过程的物流、资金流、价值流形成闭环反馈，从而提高生产效率、降低生产成本。

（3）通过对物理资源的数字化表示，并通过精确计算进行优化和集约资源。

（4）计算机及相关设备的计算机化，以使能工具的方式替代了人类的部分体力劳动和脑力劳动。

（5）打通了从物理世界到数字世界的语音、文字、图像、数据等信息的输入和输出通道。

计算机+时代的核心价值在于信息被数字化，并能够通过互联网络进行高速传递和处理，所有的价值都由此产生。因此，计算机+时代通常也被称为信息革命。