盘算机是什么

本文摘要:人类是盘算性的吗?人类的大脑是盘算器设备吗?我们的大脑是遵循阿波罗11号相同基本规则的巨型钟表装置吗?为了相识盘算机和它的局限性(如果有的话),我们需要回覆这些问题。这就是为什么说盘算机是具有哲学意义的设备。锤子只能敲钉子,锯子只能锯木头,但盘算机可以映照泛起实世界中10亿个差别的工具。 公正地说,我们还不明白盘算机在形而上学的寄义。我们知道它以微妙和显著的方式改变了世界,但更多的事情正在发生。

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人类是盘算性的吗?人类的大脑是盘算器设备吗?我们的大脑是遵循阿波罗11号相同基本规则的巨型钟表装置吗?为了相识盘算机和它的局限性(如果有的话),我们需要回覆这些问题。这就是为什么说盘算机是具有哲学意义的设备。锤子只能敲钉子,锯子只能锯木头,但盘算机可以映照泛起实世界中10亿个差别的工具。

公正地说,我们还不明白盘算机在形而上学的寄义。我们知道它以微妙和显著的方式改变了世界,但更多的事情正在发生。

正如著名教授和哲学家马歇尔·麦克卢汉(Marshall McLuhan)几十年前所说,盘算机是“人类最特殊的技术,它是我们中枢神经系统的延伸。与盘算机相比,车轮只算一个呼啦圈”。盘算机日新月异,同时它又随处可见。

人们只能想象到它在一个世纪后能做什么,甚至更短,10年后能做什么。这个设备是从那里来的?我们是怎么决议做一个出来的,甚至怎么想到这样的事物是可能的?从盘算机降生到今天的历史很短,就本书的目的而言,只要提到巴贝奇、图灵、冯·诺依曼和香农这四个名字就够了,把它们放在一起念,发音听起来就像一家高科技状师事务所。

让我们划分看看他们四人的看法,当它们联合在一起时,将为你提供现代盘算的基本要素。查尔斯·巴贝奇(Charles Babbage)的故事始于1821年的伦敦。

其时,工业革命正在举行,科学和数学从大学和实验室转移到工厂。在盘算机泛起之前,人们出书了大量的数学用表,利便那些从事庞大盘算的人快捷运算。这些表册中容纳了对数、天文盘算、工业和科学所必须的其他数据集。

问题是其中的每一个数字都是手工盘算的,因此包罗许多错误。一个错误的数字可能会使一艘船偏离航线,损坏银行记载,或导致生产出故障机械。

巴贝奇对这些错误感应沮丧,他说:“我倒希望这些盘算是用蒸汽完成的。”这句话意义深远,而且对于谁人年月来讲很是超前。从中可以捕捉一种感受,即机械的工具比有机的工具更稳定可靠。蒸汽驱动的机械以一种严格的尺度被仔细打磨,这些机械孜孜不倦地事情,生产出始终如一的高质量产物。

巴贝奇的天才之处就在于他意识到,如果蒸汽可以制造齿轮,那么它也可以盘算对数。因此,他构想并试图制作一台完整的盘算机。他明白这台机械的重大意义,并指出“只要有一台分析机(Analytical Engine)存在,它一定会引领未来的科学历程”。

不幸的是,他耗尽了资金、努力却以失败了结,这也是一直以来新兴事业的普遍运气。然而,在2002年,伦敦科学博物馆造出了巴贝奇设计的重达10 000磅的盘算机,它运转完美。

巴贝奇的故事讲完了,这个推测蒸汽可以为盘算机提供动力的人退场了。接下来上场的是艾伦·图灵(Alan Turing)。

在我们的故事中,图灵的孝敬泛起在1936年,其时他第一次形貌了我们现在称之为“图灵机(Turing machine)”的工具。图灵构想了一台可以处置惩罚庞大数学问题的假想机械。该机械由一条狭长的方格纸带组成,理论上它是无限长的。在纸带上,总是有一个运动单元格,在该单元格上方悬停着一个读写头。

凭据收到的指令或运行的法式,读写头可以在纸带上读写和移动。图灵机的意义不在于“他指出了如何建设一台盘算机”,而是“这个简朴的假想设备可以解决大量的(险些所有的)盘算问题”。

事实上,今天盘算机可以做的任何事情,理论上都可以在图灵机上完成。图灵不仅构想了这台机械,而且把原理都弄明确了。

想一想这台简朴的机械,这个只用到几个部件的思想实验(thought experiment):阿波罗11号登月和返回地球所需要做的一切都可以在图灵机上编程,你的智能手性能做的一切都可以在图灵机上编程,IBM沃森(IBM Watson)能做的一切都可以在图灵机上编程。谁能猜到这样一个不起眼的小设备竟能做到这一切呢?图灵确实想到了,但似乎再没有其他人像图灵这样拥有奇特的想法。图灵的故事到此竣事。

下面讲约翰·冯·诺依曼(John von Neumann),我们称他为现代盘算机之父。1945年,他为盘算机开发了冯·诺依曼体系结构(von Neumann architecture)。如果说图灵机纯粹是理论上的,旨在界定盘算机可以做什么的问题,那冯·诺依曼体系结构就解决了如何构建真实盘算机的问题。

他建议使用一个内部处置惩罚器和可以同时存储法式和数据的盘算机内存。除此之外,可能还要有外部存储器来存储当前不需要的数据和信息,再加上输入和输出设备,一个冯·诺依曼装置就组建完成了。当你阅读的时候,你可以把你的所读依次映射到盘算机的中央处置惩罚器、内存、硬盘驱动器、键盘和显示器,这样就走了一圈。

最厥后说说香农。在1949年,克劳德·香农(Claude Shannon)写了一篇题为《编程实现盘算机下棋》(Programming a Computer for Playing Chess)的论文,其中形貌了一种将国际象棋简化为可以在盘算机上编程的一系列方法。虽然这听起来没什么大不了,不太可能让香农成为盘算机史上的拉什莫尔山(Mount Rushmore)的四大巨头之一,但从实际和现实的角度来看,香农让盘算机可以在一个抽象的层面上操作信息,决议如何移动棋子。

这让人们第一次认识到了盘算机不仅仅是用来举行数学盘算的机械。想想看,1949年以前,盘算机只是那种物理课上用到的,可编程的盘算器;1949年以后,可以想象某一天,盘算时机建议你购置哪些股票。只管包罗图灵在内的许多其他人在理论上都证明晰盘算机的能力,可是香农将其实现了。

总结一下:巴贝奇认识到可以用机械做数学运算,图灵发现他们还可以运行法式,冯·诺依曼想出了如何构建盘算机硬件,而香农展示了软件如何做乍一看不像数学问题的事情。这就是我们的处境,盘算机变得越来越快,越来越强大。

我们是否静下心来想过,盘算机到底是什么?是一台具有哲学意义的设备?是人类最特殊的技术?是人类中枢神经系统的延伸?是人类思想的扩散?是人类智慧的升华……?。


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