设计了全世界运行最快的计算机，他写了这本书

原创 湛庐君 湛庐文化

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虎年读书，如虎添翼。大年初二到初十，湛庐君向你郑重介绍湛庐“科学大师”书系，十本跨领域著作，直接让你站上大师的肩膀看世界。今天咱们一起翻开这本丹尼尔·希利斯所著的《丹尼尔·希利斯讲计算机》。

丹尼尔·希利斯，著名计算机科学家、发明家、企业家，麻省理工学院媒体实验室客座教授。曾就读于麻省理工学院，在马文·明斯基的指导下研究人工智能。

他还创立了思维机器公司（Thinking Machines Corporation），建立了一支由科学家、工程师和设计师组成的团队，成员包括诺贝尔奖得主悉尼·布伦纳、知名物理学家理查德·费曼等，他们共同致力于打造超级并行计算机。

除了设计公司的主要产品外，希利斯还与其他用户密切合作，将其产品应用在天体物理学、飞机设计、金融分析、遗传学等领域。

小时候，我读过这样一个故事，一个男孩用从垃圾场收集的零件组装出了一个机器人，这个机器人可以像人一样走路、说话和思考，并成为男孩的朋友。不知何故，我被制造机器人的想法深深地吸引了，因此决定也动手组装一个。我对当时收集各部位零件的情景还记忆犹新：用管子作四肢，马达作肌肉，灯泡作眼睛，油漆桶作脑袋。我满怀希望地期待当自己完成组装、插上电源之后，就能拥有一个正常运作的机器人。

在经历了几次严重的触电事故后，我的机器人终于可以移动和发光了，而且还会发出“嗡嗡”的声音。我感觉自己有所长进，而且我还懂得了如何为四肢制造活动关节。不过，当时我面临的最大问题是，该如何控制那些马达和灯泡。

后来，我意识到自己是对机器人的工作原理缺乏了解，而现在，我知道当时缺乏的知识是什么了——计算，当时我称之为“思维”，我毫不知晓如何才能让某个物体具备思维能力。现在，我清楚地知道，计算才是制造机器人最难的部分，而当时还是小孩的我很难意识到这一点。

——丹尼尔·希利斯

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丹尼尔·希利斯讲计算机

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在一块石头上，我蚀刻了一系列几何图案，在外行看来，这些图案显得神秘而又复杂，但我清楚地知道，只要布局正确，这些图案就会赋予这块石头一种特殊的能力，即对人类从未说过的一种咒语做出回应。如果我用这种语言提问，石头便会应答：这是一个我用符咒创造的世界，一个在石头图案中想象的世界。

如果我在几百年前的老家新英格兰说出自己从事的职业，可能会被当作巫师送上火刑柱。实际上，我的工作和巫术没有任何关系，我从事的是计算机设计和编程，而上文提到的石头是硅晶片，符咒是软件程序。虽然蚀刻在芯片上的几何图案和指示计算机工作的程序看起来复杂且神秘，但根据一些基本的生成原理，我们很容易将其解释清楚。

虽然计算机是人类有史以来最复杂的人造物，但从基本原理上来说，它们又十分简单，仅有数十人的团队就能设计并制造出包含数十亿个零部件的各类计算机。如果将其中一台计算机的线路图在纸上画出来，那么所用的纸张便能塞满一座大型公共图书馆，没有人会有耐心将其浏览一遍。幸运的是，计算机的设计具有规律性，没有必要将线路图看一遍。计算机是由不同层次的部件构建起来的，而每一层次的部件都会被重复多次。只要理解了这些层次结构，你就能读懂计算机。

还有一个使计算机易于理解的原理，那就是其各部件之间交互作用的本质。这些交互作用很简单，而且定义明确，通常具有单向性，可以准确地排列成一系列因果关系，这使计算机内部的运行原理比汽车发动机或者收音机的运行原理更容易理解。虽然相比于汽车和收音机，计算机拥有更多零部件，但这些部件协同工作的方式非常简单。计算机更多依据的是概念，而非技术。

这些概念与组成计算机的电子元件没有任何关系。现代计算机由晶体管和电路组成，不过，根据同样的原理，计算机也可以由阀门和管道，或者棍棒和绳索搭建起来。这些原理是计算机能够进行计算的根本所在。计算机最引人称道的一点是，其本质远胜于技术，而本书就旨在介绍计算机的本质。

大多数计算机类书籍不是介绍计算机的使用方法，便是介绍具体的创造技术，比如只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）、磁盘驱动器等。我的这本书讨论的重点是“概念”，会介绍计算机科学领域的大多数重要概念，包括布尔逻辑、有限状态机、编程语言、编译程序和解释程序、图灵准则、信息论、算法及其复杂度、启发式方法、不可计算的函数、并行计算、量子计算、神经网络、机器学习和自组织系统等。

对计算机感兴趣的读者可能已经听说过其中的许多概念，但对于非计算机专业出身的人来说，很难明白这些概念是如何结合在一起的。本书将会介绍这些关联——从类似开关的闭合等简单的物理过程开始，一直深入到自组织并行计算机所呈现出来的学习和自适应能力。

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计算机的本质基于几条基本原则。

第一条原则是功能抽象原理（functional abstraction）。

它奠定了前文提到的因果关系层次结构。计算机的结构就是这一原理的应用范例，即许多层次结构能够被不断重复。计算机之所以易于理解，是因为你可以专注于某一层次结构发生的情况，而不必担心较低层次结构上发生的细节。功能抽象原理是使概念与技术脱离的关键。

第二条原则是通用计算机原理（universal computer）。

即所有的计算机都属于同一种类型，更确切地说，所有类型的计算机在能做和不能做哪些事上是相似的。我们也可以这样说，一台通用计算机能够模拟所有类型的计算机，无论其组成材料是晶体管、棍棒、绳索，还是神经元。这是一个非常重要的假设，它表明，制造一台能像大脑一样思考的计算机只是一个进行正确编程的问题，我将在后面详细解释这一点。

从某种意义上来说，第三条原则是第一条原则的对立面。

也许存在一种全新的计算机设计和编程方式，它并不基于标准的工程设计方式。这一设想令人感到无比兴奋，因为当系统过于复杂时，常规的系统设计方式将不再有效。实际上，第一条原则会导致系统带有一定程度的脆弱性和低效性。这个缺点与信息处理器的基础性缺陷没有关系，而是层次设计方式的一个缺陷。

那么，如果我们采用一种与生物进化相似的设计过程，情况会如何呢？

在这个设计过程中，系统行为源自很多简单交互作用的累积，而非“自上而下”的控制。通过这种进化过程设计出来的计算机可能具有生物体的某些健壮性和适应性。至少，这是一种希望。我们还未完全参透这一设计方式，它也可能会被证明行不通。这是目前我研究的一个课题。

在短短几十年间，世界发生了翻天覆地的变化。信息技术的发展引发或者促成了我们在商业、政治、科学和哲学领域所目睹的许多变革。当今世界，许多事情已异于往昔，而这一非同小可的变化皆源自计算机。人们普遍认为，计算机是一种能够融合文本、图像、动画、声音等所有已有形式的多媒体设备。然而我认为，这一观点低估了计算机的潜力。

计算机当然能够综合处理各种形式的媒体，但其真正的威力是它不仅能处理概念的表示形式，而且能处理概念本身。计算机最令我震惊的地方不在于它能够储存图书馆中所有书籍的内容，而在于它能够识别并总结出书中所述的各种概念之间的关系；不在于它能展示出飞鸟或者星系自旋的图像，而在于它能猜想并预测出创造了这些奇迹的物理定律将会产生的结果。

计算机不只是一台先进的计算器，或一架高级的照相机，或一支具有神奇功能的画笔，它更是一种能够加速和扩展思维过程的工具。计算机是一架富有想象力的机器，它从我们输入的概念演变为人类从未抵达的情境。

以上内容节选自《丹尼尔·希利斯讲计算机 》

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原标题：《设计了全世界运行最快的计算机，他写了这本书》

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