AI图书下载：计算机：一部历史

《计算机：一部历史》 作者是 [英] 彼得·本特利（Peter J. Bentley），英文书名：《Digitized - The Science of Computers and How It Shapes Our World》， 探讨了计算机科学及其对世界的影响。

作者简介：

彼得•本特利(Peter J. Bentley)，《连线》杂志特约编辑。英国伦敦大学学院（UCL）计算机系教授、荣誉资深研究员。本特利是一个特立独行的计算机科学家，以创造性思维和具有广泛影响力的研究著称。研究领域包括人工智能、演化运算、生物群体智能，以及其他数字科技领域的相关研究。著述颇丰，并被翻译成其他语言广泛传播。著有The Undercover Scientist, Digital Biology等。

本书的每个章节都是用3位二进制表达的：

0（序言） 的二进制表示是 000

1 （第一章）的二进制表示是 001

2 的二进制表示是 010

3 的二进制表示是 011

4 的二进制表示是 100

5 的二进制表示是 101

6 的二进制表示是 110

7 的二进制表示是 111

000 引言

介绍了计算机作为现代社会的支柱，以及它们在日常生活中的普遍性和重要性。

通过一个订购披萨的例子，展示了计算机在背后如何支持现代生活的各个方面。

001 你能计算吗？

探讨了计算机的数学基础和逻辑，以及图灵机的概念。讨论了图灵的贡献，包括图灵测试和图灵机的理论。探讨了复杂度理论，包括P vs NP问题和计算理论的未来。

可计算性理论是计算机科学和数学中的一个重要分支，主要研究哪些数学函数或问题可以通过机械的、确定性的过程（即算法）来解决。这一理论源于图灵机模型，由阿兰·图灵在20世纪30年代提出。可计算性理论通过建立计算的数学模型，精确区分哪些是可计算的，哪些是不可计算的。在可计算性理论中，递归函数、λ-演算和图灵机是三种主要的等价刻画方式，丘奇-图灵论题指出，如果一个函数可计算，那么它一定是图灵机可计算的。此外，停机问题是一个著名的不可判定问题，它表明有些问题无法通过任何算法来解决。

计算复杂度理论是理论计算机科学的一个重要分支，它致力于研究算法在解决计算问题时所需的资源（如时间、空间）的消耗，并对问题的复杂性进行分类。该理论的核心目标是确定在有限计算资源下哪些问题可以高效解决，以及哪些问题难以解决。在计算复杂度理论中，一个重要的分类是将问题分为不同的复杂度类。例如，P类问题是指可以在多项式时间内解决的问题，而NP类问题是指可以在多项式时间内验证解的问题。NP-完备性是另一个关键概念，指那些在NP类中且所有NP问题都可以归约到它们的问题。

哥德尔不完备定理是数学逻辑中的一个里程碑式发现，由库尔特·哥德尔于1931年提出。该定理揭示了任何形式系统在自洽性和完备性之间存在根本的矛盾，即任何包含基本算术的形式系统，如果是一致的，则必定不完备。

千百年来，一代又一代数学家孜孜不倦地投身研究工作，就为了建立一个全面而完备的数学体系，在这个体系中，从最基础的公理到最高级、最复杂的证明都可以确凿无误地加以证实。但是如今，哥德尔不完备定理表明，数学家的努力永远没有成功的希望，一个全面而完备的数学体系永远也无法创立。无论数学的理论基础有多么牢固，总会有一些真理永远无法证实。

图灵发现了一个悖论：如果机器检测到自己会永不停机，那么它就会停机，然后输出“不停机”；如果机器检测到自己停了机，那么它就会一直运转下去。这在逻辑上是不可能的，由此证明，有些图灵机是不可判定的——我们永远也无法判断它们会不会停机。尽管这样说或许令人费解、甚至不可思议，但是不可判定或不可计算的问题的确大量存在——自此之后，这样的事实一直让计算机程序员备受困扰。图灵的研究结果表明，有些数学问题是计算机无法解决的，这与计算机的运算能力、运算速度和内存容量无关。

邱奇采用的方法与图灵截然不同，他需要创立新的数学概念和语言，以表述有关函数和演算过程的思想。他使用了自己创立的新语言——称为λ演算，并在哥德尔的基础上扩展了研究范围。研究结果表明，没有任何通用的算法可以判定任意两个λ表达式是否相等。也就是说，有些事情永远无法用数学方法加以判定——要想解决判定问题是不可能的。

010 一次性计算

讨论了计算机的物理实现，包括摩尔定律和计算机硬件的演变。探讨了计算机的未来发展，包括超越冯·诺依曼架构的可能性。

冯·诺依曼架构（Von Neumann Architecture）是现代计算机体系结构的基础，由匈牙利裔美国数学家约翰·冯·诺依曼于1945年提出。这种架构奠定了现代计算机设计和运作的基本框架，并对计算机科学的发展产生了深远的影响。冯·诺依曼架构的核心思想是“存储程序”，即程序和数据都以二进制形式存储在同一个存储器中，并且计算机按照指令的顺序执行程序。这种架构通常包括五大主要组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。其中，运算器负责执行算术和逻辑运算，控制器则负责控制整个系统的运行流程。

011 二进制数字中的生活

讨论了编程语言的发展，以及它们如何影响我们与计算机的互动。探讨了软件危机和软件工程的兴起。讨论了计算机在数据存储和处理方面的作用。

莱斯定理（Rice's theorem）的内容是，对于图灵机使用的特定语言，我们无法判定它是否具有非平凡性 。这句话放到编程语言上就是指，没有任何通用的方法可以判定关于语言的非平凡问题。简单说来，这意味着，要想写出能够完美调试其他程序的计算机程序，是不可能做到的事情。换言之，我们永远无法避免软件出现错误。

计算机科学家（及众多编程语言的发明者）尼古拉斯·维尔特（Niklaus Wirth）观察到了这一现象，人们将其称为维尔特定律（Wirth's Law）。维尔特定律的内容是：软件变慢的速度永远快过硬件变快的速度。其他科学家也发表过类似的观点。曾在英特尔担任研究人员的兰德尔·肯尼迪（Randall Kennedy）就是其中一人。他曾写道：“虽然与几年前的Office 2000相比，Vista系统上的微软的Office 2007虽然处理能力提高了将近两倍，但是占用空间却多出了11倍以上。”造成这一现象的罪魁祸首是软件膨胀（software bloat）——新版本的软件往往只是在原版本的基础上叠加了新的代码，而并没有经过重新编写。维尔特定律表明，纵使计算机的运行速度快得惊人，新一代的软件的运行速度也比不上十年前的老版本。

100 猴子与世界范围的声音

探讨了计算机网络的起源和发展，包括互联网的早期历史。讨论了网络地址和协议的重要性，以及它们如何使全球通信成为可能。探讨了网络对社会的影响，包括隐私和安全问题。

作者深入浅出的解释了TCPIP协议：

为了便于大家理解互联网协议的概念，我来给大家打个比方。假设有两家大企业的总裁想要共享某些信息。第一家企业的老板决定跟第二家企业的老板商谈，给她发送一份文件。当然，他身份地位高，手头事务忙，不可能亲力亲为，于是就命令手下的通信总监打理细节问题。通信总监办事情非常彻底。首先，他联系了对方公司的通信总监，确认了接收事宜。接着，他仔细地将文件切分成细小的信息块，对每个信息块都附上了标签，注明了信息内容和接收人。然后，他将信息块连同标签一起送到公司的收发室，将每一个信息块精心打包，将地址标注在包裹上，等待邮递员派送。邮递员将好几个包裹收集起来，放在箱子里妥善保管，然后确定将邮件派送到对方企业收发室的最佳路径。如果他在中途损坏了某些包裹，或者发现它们的包装不够严实，就会折返回来要求更换。对方企业收到包裹后，会将它们转交给通信总监。通信总监则根据标签，细心地将零散的信息块重新整合成完整的文件。如果发现有的信息块在派送的过程中不幸丢失或损坏，她就会要求第一家企业重新发送相应的信息块。等到所有的信息块都顺利送到、组装到位后，她就会将整合好的文件提交给自己的老板。

计算机网络通信或多或少也是这个道理。上面所说的老板就相当于计算机的应用程序，比如网页浏览器和网页服务器；通信总监相当于TCP（传输控制协议）层；收发室相当于IP（互联网协议）层；邮递员相当于地址层，也就是低层次的传输方法，比如以太网（Ethernet）、IEEE 802等局域网协议，以及点对点协议（Point-to-Point Protocol，简称PPP）等框架协议。

汉德利：“我发现，有些事情我预见得了，但有些事情不行。新事物的出现总是让我措手不及，有一点我比较清楚：我预见不了哪些应用会在市场上走火。每次出现什么新的杀手级应用 ，我都觉得很突然。它们总是在出乎意料的地方出现，并不走主流的路子，而是属于剑走偏锋的类型。”

101 我的计算机让我哭泣

讨论了人机交互的发展，包括图形用户界面和自然用户界面。探讨了计算机如何模拟人类情感和智能。讨论了计算机在艺术和娱乐中的应用。

110 构建仿生大脑

探讨了人工智能的起源和发展，包括早期的神经网络和逻辑编程。讨论了机器学习的最新进展，以及它们如何改变我们的世界。探讨了计算机科学如何帮助我们理解人类大脑和意识。

作者认为：“深蓝”（乃至迄今为止的大多数计算机博弈系统）充其量不过是巨型的棋招搜索机器罢了，没有学习能力，更谈不上成长和进步。

个人非常赞同，AI只有具有了自主学习能力，才能说具有真正的智能。

霍兰德：“我认为，如果将这个概念推而广之，我们可以看到，各种各样的事情中都存在这个现象。标准积木的重新组合是非常普遍的。我就拿内燃机举例好了，内燃机上的几乎每个零件都不是什么陌生玩意，都是人们已经用了一百年的东西，但它们的独特组合才是最重要的，单个部件其实并没有我们原来想象的那般重要。”

随着摩尔定律的放缓，计算机性能提升遭遇瓶颈，未来发展方向转向并行化。并行计算机需要改变编程模型，这是计算发展史上最重大的变革之一。尽管并行处理器核数增加，但高效利用这些性能的软件编写非常困难。计算机图形是并行处理的成功应用，而云计算提供了动态虚拟架构，使用户可以像使用水电一样使用计算机资源。汽车上也搭载了大量微处理器，实现并行处理。此外，仿生计算机和新材料的研究正在探索超越传统冯·诺依曼体系结构的可能性，预示着计算机体系结构将朝着更快、更便宜、更并行的方向发展。

111 计算机改变了我的生活

讨论了计算机在个人生活中的应用，包括创意表达和社交互动。探讨了计算机在商业和金融中的应用，包括电子商务和股票市场分析。讨论了计算机在医学和健康监测中的应用。

莱瑟姆并没有把计算机简单的看成一支智能的画笔，相反，他认为计算机有自己的权利，能像人一样具有创造力。“我们应该把计算机当成一名艺术家。我在‘形状生长与突变子’的程序代码中就充分体现了这一思想。”莱瑟姆说，“我所做的其实就是决策，判断计算机做出来的东西是否美观。”

这本书通过多个角度，全面地探讨了计算机科学如何塑造了我们的世界，从理论基础到实际应用，以及未来的发展趋势。作者虽然写计算机历史，但是没有简单按时间顺序，而是按照发展逻辑，中间穿插了很多重要计算机人物的个人经历，趣味生动，启发颇多，而且作者能够深入浅出讲解 TCP IP 协议等比较晦涩难懂的概念，对于非计算机专业人士很友好。个人读完收获是很大的。