1.2 理解摩尔定律：机器时代的思考

每天早上被手机叫醒，然后睁眼看到对面墙上的空调，自己生活在一个机器称霸的时代，然后起床，观察这个机器时代。这个时代，更准确地说，应该是机器计算的时代。在这之前，人类只是让机器扩展自身的体力，帮助人类做一些力所不及的活。但自从人类发明了第一台计算机，使机器可以做计算，并且拥有最简单的逻辑判断之后，世界发生了翻天覆地的变化……

如今芯片式的计算无处不在，除了电脑中的CPU、内存、主板上拥有各种芯片外，手机、家电、汽车、数码相机等各种号称智能的仪器和设备中，都有芯片的存在，都有机器计算的存在。在这时，我们常常会没有安全感，因为我们对这些机器了解得实在太少了。如果要了解计算机的原理，笔者认为，第一个必须要理解的，就是摩尔定律。

首先，我们要理解晶体管在芯片时代的地位，它就是芯片的细胞，或者说是原子和分子。很多细胞构成了一些功能组织，这就是芯片。而构成芯片最小单位的晶体管是可以变化的，因为微电子技术工艺的变化会越来越小。虽然越来越小，可是它的基本功能没有改变，于是由它构成的基本组织——芯片就会越来越小。这个特性，决定了摩尔定律。

简单理解摩尔定律后，就明白了为什么手机变得越来越小，功能却越来越强大。假设18年前，有个天才的工程师设计出来了现在一款手机的全部功能，可是因为当时的技术限制，不能在一块芯片中实现，只好用10来块芯片实现，于是每个人手里都要提一台现在笔记本大小的手机。虽然10块芯片才实现了现在1块芯片的功能，但是价格却是10块芯片的价格，还不是一般人可以买得起的。对摩尔定律理解的程度，决定了对IT界的认识程度。

摩尔定律是技术定律。同样面积大小的一块芯片，芯片里面集成的晶体管越多，晶体管可以实现的功能就越多，芯片的功能也就更强大，这就是新一代CPU比老一代CPU功能强大的原因。

40年来，技术的进步一直按照这个定律来执行。任何人都可以猜想，18个月后，CPU可以包含更多的晶体管，我们用它们来实现什么功能。赌对了，你是技术大师；赌错了，公司破产。晶体管还有一个特性，即变得越小，越能在更短的时间内做出反应。

摩尔定律还是商业定律。多年来我们发现，技术上的变化除了促成芯片性能更强之外，价格也按一定的规律之逐步下降。这也是为什么手机的式样越来越花哨，功能越来越多，但价格越来越便宜的原因。所以说，笔者常常用摩尔定律来理解现在电脑的发展，而并不太关心这些技术带来的意义。下面讲一个用摩尔定律理解计算机技术发展的案例。

有人问笔者，为什么新的电脑CPU比旧的快？笔者想了想，告诉他：你看我们单位食堂，最早的时候，食堂人手少，只有一个窗口，一次只能给一个人打饭，后面排了长长的队。因为给一个人打饭需要6个步骤，时间长（差不多6个时钟周期才能执行一条指令）。后来增加了人手，开了6个窗口，2荤、2素、1粗粮、1细粮，可以同时放进去6个人，组成流水线，同时给6个人打饭。

CPU执行指令也是这个原理，原来的CPU一次只能执行1条指令，还要好长时间（几个时钟周期）。后来技术发展了，CPU里面集成部件多了（摩尔定律），组成了流水线，也能同时执行几条指令了，所以CPU越来越快。