直觉泵-关于计算机的思考工具
今天,计算机无疑已经成为了我们最有力的思考工具,这不是因为它们承担起了单调繁重的苦差事,解放了智力劳动,而且,计算机科学家们发明出的许多概念也凭借着自身的实力成为了极好的思考工具.
计算机施展魔法的7个秘密 部分之和大于总体的最好实例
秘密1 发挥能力,无需理解力:有些东西-=如一台寄存器机–它能完成精密的运算,但无需理解自己在做什么.
秘密2 寄存器中的数字会代表什么取决于我们所编写的是什么样的程序.
秘密3 寄存器中的数字可以表示任何事物,这说明,寄存器原则是可以处理任何事物,它们可以”识别”所有用数字(包括用一个数字或是一系列数字)表示的图案或特征.
秘密4 既然一个数字可以表示任何事物,那么它就一定能表示一条指令或是一个地址.
秘密5 所有可行的程序都能由一个单独的数字只带,都可以被看作是一串指令,等待通用万能机去执行.
秘密6 自图灵的假想纸带机之后,计算机所有方面的改善,提高的都只是运算速度.
秘密7 没有再多的秘密了!
也许计算机最美妙的地方就是,它由各部分(操作)简单地组合而成,而各部分本身也很简单地组合,简单到没有什么地方是无法给出解释的.这里没有仙气,没有”形态共振”,没有无形的力场,没有未知的物理定律,也没有那些神奇的组织.要知道,即使你用计算机成功地模拟出一些情景,完成这一切的也只是一些算术运算而已.
虚拟机 模拟硬件运行的计算机程序
“虚拟机”是计算机科学家杰拉尔德·波佩克（Gerald Popek）和罗伯特·戈德堡(Robert Goldberg)在1974年引入的一个概念,它最初表示的是”实体机的一种独立有效的复制品”,即各种指令的一种复制品.实体机是实在的硬件,由硅芯片和电线之类的东西组成,我们称它为A.而虚拟机是运行在另一台实体机B上的计算机程序,它能完美地模拟硬件A:速度可能会慢点,毕竟它要首先保障自己硬件上的基本操作有效运行,才能组织起硬件A上的那些操作,但的确都是同样的程序.如果你写了一个在硬件A上运行的程序,那么硬件B在运行模拟硬件A的虚拟机时,该程序应该能在硬件B上畅通无阻地运行.
Java虚拟机(Java Virtual Machine，即JVM)已成为当今最流行的一种虚拟机,这是我们扩展虚拟机概念的又一个原因.Java虚拟机不是对任何一种实体硬件机器的模仿,它只作为软件机而存在,比较像一个操作系统.
只要有一个大块头的硬件,在里面安装无数可塑可调的”记忆”盒子或者寄存器,把需要的指令放进这些记忆盒子里,让它们运行,这样你就把这个大块头的硬件变成了你想要的任何一种计算机.
在面对”说法语的人的大脑之间的相似性”这个问题时,排除解剖学上那些显著的差异,也许利用虚拟机的例子能为我们展示出一种最好的解释:所有说法语的人都具备某种版本的法语虚拟机,它藏身于他们大脑数以亿计的寄存器中,是一套由细微的习性和连锁装置构成的系统.
至少我们找到了一种方法,它能够清楚地道出”具有数万亿活动部件的计算机,它的那种高等能力到底是什么”,而无需动用神奇组织.
算法 有效解决问题的策略机制
算法是一种特定类型的形式步骤,只要可以”运行”或者开始具现化,它就能合乎逻辑地产生特定类型的结果.
算法的概念有这样三个至关重要的特征,其中每一个总结起来都有些难度
底层中立:不管你用的是哪种符号体系,也不管你用的是铅笔还是钢笔,纸张或是羊皮卷,霓虹灯或者空中文字,它们都不会影响到你运算长除法的过程.运算程序依据的是逻辑结构,各种物质材料的因果力量也是能为运算保驾护航,但它们不直接参与运算.
潜在无头脑:过程的整体设计可以非常华丽,结果也可以十分耀眼,但算法的各个既成步骤,包括步骤之间的过渡却出奇地简单.有多简单?一个听话的白痴或者是一个简单的机械装置就能执行.
结果又保障:不管什么样的算法,只要不出意外,它就能每次都按照同样的步骤运作.一种算法就是一份简单的、不易有出入的食谱.
显而易见,计算机就是靠这些特点成就的.每一种计算机程序都是一套算法:根本的组成元素是一些简单的步骤,它们的运行过程惊人地可靠,而运行机制却十分简单.
让电梯实现自动控制 机器取代人类的逻辑
机器既不像人类那样,能够逐字逐句地把规则保存在大脑中,然后随时查阅那些规则从而指导自己行动;也不同于那些行星,总是能不紧不慢地”按照”设定好的轨道运行.有时,通过不断训练一些显性规则就会内化或者变成一种惯例,我们甚至都忘记了它们,不自觉地就把它们丢弃了.
植入到源代码中的那些注释可以帮助程序员们去理解软件中相互啮合的各个部分的意图,但是,在我们为了方便描绘人类大脑所创作出的哪些硬件、固件和软件中,它们却并不出现.自然选择在我们的大脑中安装的那些功能结构就像是一些没有注释的代码,这些功能是有目的的,但由于代码并没有对结构的目的有所注释，大脑也就无从理解这些意图了.